หม้อแปลงกระแส -- หลักการทำงานและการประยุกต์ใช้

เมื่อทำงานกับระบบพลังงาน มักจำเป็นต้องแปลงปริมาณไฟฟ้าบางอย่างให้เป็นแอนะล็อกที่คล้ายกับค่าที่เปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน สิ่งนี้ทำให้คุณสามารถจำลองกระบวนการบางอย่างในการติดตั้งระบบไฟฟ้าและทำการวัดได้อย่างปลอดภัย

การทำงานของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (CT) ขึ้นอยู่กับ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำงานในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่แปรผันในรูปแบบของฮาร์มอนิกที่มีขนาดไซน์ไซด์สลับกัน

โดยจะแปลงค่าปฐมภูมิของเวกเตอร์ปัจจุบันที่ไหลในวงจรไฟฟ้าเป็นค่ารองที่ลดลง โดยคำนึงถึงสัดส่วนโมดูลัสและการส่งผ่านมุมที่แน่นอน

หลักการทำงานของหม้อแปลงกระแส

การสาธิตกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าภายในหม้อแปลงอธิบายได้จากแผนภาพ

I1 ปัจจุบันไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิพลังงานด้วยจำนวนรอบ w1 เอาชนะอิมพีแดนซ์ Z1ฟลักซ์แม่เหล็ก F1 เกิดขึ้นรอบๆ ขดลวดนี้ ซึ่งถูกจับโดยวงจรแม่เหล็กที่ตั้งฉากกับทิศทางของเวกเตอร์ I1 การวางแนวนี้ทำให้สูญเสียพลังงานไฟฟ้าน้อยที่สุดเมื่อถูกแปลงเป็นพลังงานแม่เหล็ก

เมื่อข้ามวงเลี้ยวที่ตั้งฉากกันของขดลวด w2 ฟลักซ์ F1 จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า E2 ภายใต้อิทธิพลของกระแส I2 ที่เกิดขึ้นในขดลวดทุติยภูมิ เอาชนะอิมพีแดนซ์ของขดลวด Z2 และโหลดเอาต์พุตที่เชื่อมต่อ Zn ในกรณีนี้จะเกิดแรงดันตก U2 ที่ขั้วของวงจรทุติยภูมิ

มีการเรียกปริมาณ K1 ซึ่งกำหนดโดยอัตราส่วนของเวกเตอร์ สัมประสิทธิ์การแปลง I1 / I2... ค่าของมันถูกกำหนดไว้ในระหว่างการออกแบบอุปกรณ์และวัดในโครงสร้างสำเร็จรูป ความแตกต่างระหว่างตัวบ่งชี้ของแบบจำลองจริงและค่าที่คำนวณได้นั้นได้รับการประเมินโดยลักษณะทางมาตรวิทยา - ระดับความแม่นยำของหม้อแปลงกระแส

ในการทำงานจริงค่าของกระแสในขดลวดไม่ใช่ค่าคงที่ ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงมักจะระบุด้วยค่าเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น การแสดงออกของเขา 1,000/5 หมายความว่าด้วยกระแสไฟหลักที่ 1 กิโลแอมแปร์ โหลด 5 แอมแปร์จะทำงานในเทิร์นที่สอง ค่าเหล่านี้ใช้ในการคำนวณประสิทธิภาพระยะยาวของหม้อแปลงกระแสนี้

ฟลักซ์แม่เหล็ก F2 จากกระแสทุติยภูมิ I2 ลดค่าของฟลักซ์ F1 ในวงจรแม่เหล็ก ในกรณีนี้ฟลักซ์จากหม้อแปลงФที่สร้างขึ้นจะถูกกำหนดโดยการรวมทางเรขาคณิตของเวกเตอร์Ф1และФ2

ปัจจัยอันตรายระหว่างการทำงานของหม้อแปลงกระแส

ความสามารถในการรับผลกระทบจากศักย์ไฟฟ้าแรงสูงในกรณีที่ฉนวนขัดข้อง

เนื่องจากวงจรแม่เหล็กของ TT ทำจากโลหะ มีการนำไฟฟ้าได้ดี และเชื่อมต่อขดลวดฉนวน (หลักและรอง) ด้วยแม่เหล็กเข้าด้วยกัน จึงมีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นที่จะเกิดไฟฟ้าช็อตต่อบุคลากรหรืออุปกรณ์เสียหายหากชั้นฉนวนแตก

เพื่อป้องกันสถานการณ์ดังกล่าว การต่อสายดินของหนึ่งในขั้วรองของหม้อแปลงจะถูกใช้เพื่อระบายศักย์ไฟฟ้าแรงสูงในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ

ขั้วต่อนี้ถูกทำเครื่องหมายไว้ที่ตัวเครื่องเสมอและระบุไว้ในไดอะแกรมการเชื่อมต่อ

ความเป็นไปได้ที่จะได้รับผลกระทบจากศักย์ไฟฟ้าแรงสูงในกรณีที่วงจรทุติยภูมิล้มเหลว

ข้อสรุปของขดลวดทุติยภูมิถูกทำเครื่องหมายด้วย «I1» และ «I2» ดังนั้นทิศทางของกระแสน้ำที่ไหลจึงเป็นขั้วตรงกับขดลวดทั้งหมด เมื่อหม้อแปลงทำงาน จะต้องเชื่อมต่อกับโหลดเสมอ

สิ่งนี้อธิบายได้จากความจริงที่ว่ากระแสที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิมีกำลังไฟฟ้าสูง (S = UI) ซึ่งถูกเปลี่ยนเป็นวงจรทุติยภูมิที่มีการสูญเสียต่ำและเมื่อถูกขัดจังหวะส่วนประกอบปัจจุบันจะลดลงอย่างรวดเร็วเป็นค่า ​​ของการรั่วไหลผ่านสิ่งแวดล้อม แต่ในขณะเดียวกันการลดลงจะเพิ่มความเค้นในส่วนที่แตกหักอย่างมีนัยสำคัญ

ศักยภาพที่หน้าสัมผัสเปิดของขดลวดทุติยภูมิระหว่างทางเดินของกระแสในลูปปฐมภูมิสามารถเข้าถึงหลายกิโลโวลต์ซึ่งเป็นอันตรายมาก

ดังนั้น วงจรทุติยภูมิทั้งหมดของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะต้องประกอบอย่างแน่นหนาเสมอ และต้องติดตั้งวงจรลัดวงจรบนขดลวดหรือแกนที่นำออกจากการใช้งานเสมอ

ออกแบบโซลูชันที่ใช้ในวงจรหม้อแปลงกระแส

หม้อแปลงกระแสแต่ละตัวเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาบางอย่างระหว่างการติดตั้งระบบไฟฟ้า อุตสาหกรรมนี้ผลิตสินค้าจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี เมื่อทำการปรับปรุงโครงสร้าง การใช้แบบจำลองสำเร็จรูปที่มีเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วจะง่ายกว่าการออกแบบใหม่และผลิตใหม่

หลักการของการสร้าง TT แบบเทิร์นเดียว (ในวงจรหลัก) เป็นพื้นฐานและแสดงไว้ในรูปภาพทางด้านซ้าย

ที่นี่ขดลวดปฐมภูมิหุ้มด้วยฉนวนทำจากบัสเส้นตรง L1-L2 ผ่านวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงและขดลวดทุติยภูมิจะพันรอบและเชื่อมต่อกับโหลด

หลักการของการสร้าง CT แบบหลายเทิร์นที่มีสองแกนแสดงอยู่ทางด้านขวา ที่นี่หม้อแปลงแบบเทิร์นเดียวสองตัวถูกนำมาใช้กับวงจรทุติยภูมิและขดลวดไฟฟ้าจำนวนหนึ่งจะถูกส่งผ่านวงจรแม่เหล็ก ด้วยวิธีนี้ ไม่เพียงแต่กำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังเพิ่มจำนวนของวงจรที่เชื่อมต่อเอาต์พุตอีกด้วย

หลักการทั้งสามนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น การใช้ขดลวดที่เหมือนกันหลายๆ อันรอบๆ วงจรแม่เหล็กเดียวนั้นแพร่หลายเพื่อสร้างวงจรทุติยภูมิที่แยกจากกันซึ่งทำงานโดยอิสระ สิ่งเหล่านี้เรียกว่านิวเคลียส ด้วยวิธีนี้การป้องกันสวิตช์หรือสาย (หม้อแปลง) ที่มีวัตถุประสงค์ต่างกันจะเชื่อมต่อกับวงจรปัจจุบันของหม้อแปลงกระแสตัวเดียว

หม้อแปลงกระแสรวมกับวงจรแม่เหล็กทรงพลัง ใช้ในโหมดฉุกเฉินของอุปกรณ์ และแบบปกติ ออกแบบมาสำหรับการวัดที่พารามิเตอร์เครือข่ายที่กำหนด ทำงานในอุปกรณ์อุปกรณ์ไฟฟ้าขดลวดที่พันรอบเหล็กเส้นถูกใช้เพื่อใช้งานอุปกรณ์ป้องกัน ในขณะที่ขดลวดธรรมดาใช้สำหรับวัดกระแสหรือกำลัง/ความต้านทาน

พวกเขาถูกเรียกเช่นนี้:

• ขดลวดป้องกันที่มีเครื่องหมาย «P» (รีเลย์);

• การวัดที่ระบุโดยตัวเลขของคลาสความแม่นยำทางมาตรวิทยา TT เช่น «0.5»

ขดลวดป้องกันระหว่างการทำงานปกติของหม้อแปลงกระแสให้การวัดเวกเตอร์กระแสปฐมภูมิด้วยความแม่นยำ 10% ค่านี้เรียกว่า "สิบเปอร์เซ็นต์"

ข้อผิดพลาดในการวัด

หลักการของการกำหนดความแม่นยำของหม้อแปลงทำให้สามารถประเมินวงจรสมมูลของมันที่แสดงในรูปภาพได้ ในนั้นค่าทั้งหมดของปริมาณหลักจะลดลงตามเงื่อนไขในลูปรอง

วงจรสมมูลอธิบายกระบวนการทั้งหมดที่ทำงานในขดลวด โดยคำนึงถึงพลังงานที่ใช้ในการดึงดูดแกนกลางด้วยกระแส I

แผนภาพเวกเตอร์ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน (สามเหลี่ยม SB0) แสดงให้เห็นว่า I2 ปัจจุบันแตกต่างจากค่าของ I'1 โดยมีค่า I ต่อเรา (การทำให้เป็นแม่เหล็ก)

ยิ่งค่าเบี่ยงเบนเหล่านี้มากเท่าใดความแม่นยำของหม้อแปลงกระแสก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น ในการพิจารณา ข้อผิดพลาดในการวัด CT แนวคิดต่อไปนี้จะถูกนำมาใช้:

• ข้อผิดพลาดปัจจุบันสัมพัทธ์แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์

• ความคลาดเคลื่อนเชิงมุมคำนวณจากความยาวส่วนโค้ง AB ในหน่วยเรเดียน

ค่าสัมบูรณ์ของการเบี่ยงเบนของเวกเตอร์ปัจจุบันหลักและรองถูกกำหนดโดยส่วน AC

การออกแบบอุตสาหกรรมทั่วไปของหม้อแปลงกระแสผลิตขึ้นเพื่อใช้งานในระดับความแม่นยำที่กำหนดโดยคุณลักษณะ 0.2; 0.5; 1.0; 3 และ 10%

การใช้งานจริงของหม้อแปลงกระแส

สามารถพบโมเดลที่หลากหลายได้ทั้งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่อยู่ในเคสขนาดเล็กและในอุปกรณ์พลังงานที่มีมิติที่สำคัญหลาย ๆ เมตร แบ่งตามลักษณะการทำงาน

การจำแนกประเภทของหม้อแปลงกระแส

ตามข้อตกลงพวกเขาจะแบ่งออกเป็น:

• การวัด การถ่ายโอนกระแสไปยังเครื่องมือวัด
• ป้องกัน, เชื่อมต่อกับวงจรป้องกันปัจจุบัน;
• ห้องปฏิบัติการที่มีความแม่นยำสูง
• ตัวกลางที่ใช้ในการแปลงใหม่

เมื่อใช้งานสิ่งอำนวยความสะดวก TT จะถูกใช้:

• การติดตั้งภายนอกอาคาร

• สำหรับการติดตั้งแบบปิด

• อุปกรณ์ในตัว

• จากด้านบน - ใส่ปลอก;

• พกพาสะดวก ให้คุณไปวัดในที่ต่างๆ

ตามค่าของแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ TT คือ:

• ไฟฟ้าแรงสูง (มากกว่า 1,000 โวลต์);

• สำหรับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระบุถึง 1 กิโลโวลต์

นอกจากนี้ หม้อแปลงกระแสไฟฟ้ายังจัดประเภทตามวิธีการของวัสดุฉนวน จำนวนขั้นตอนการเปลี่ยนรูป และลักษณะอื่นๆ

เสร็จสิ้นภารกิจ

หม้อแปลงวัดกระแสภายนอกใช้สำหรับการทำงานของวงจรไฟฟ้าสำหรับการวัดพลังงานไฟฟ้า การวัดและการป้องกันสายหรือตัวแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ

ภาพด้านล่างแสดงตำแหน่งของแต่ละเฟสของสายและการติดตั้งวงจรทุติยภูมิในกล่องขั้วต่อของสวิตช์เกียร์ 110 kV สำหรับเครื่องแปลงไฟอัตโนมัติ

งานเดียวกันนี้ดำเนินการโดยหม้อแปลงกระแสของสวิตช์เกียร์ภายนอก -330 kV แต่ด้วยความซับซ้อนของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงจึงมีขนาดที่ใหญ่กว่ามาก

สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้ามักใช้การออกแบบฝังตัวของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าซึ่งวางโดยตรงบนท่อของโรงไฟฟ้า

มีขดลวดทุติยภูมิพร้อมสายนำวางรอบบูชไฟฟ้าแรงสูงในตัวเรือนที่ปิดสนิท สายเคเบิลจากแคลมป์ CT จะถูกส่งไปยังกล่องขั้วต่อที่ต่อไว้ที่นี่

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแรงสูงภายในส่วนใหญ่มักใช้น้ำมันหม้อแปลงพิเศษเป็นฉนวน ตัวอย่างของการออกแบบดังกล่าวแสดงในรูปภาพสำหรับหม้อแปลงกระแสของซีรีส์ TFZM ที่ออกแบบมาเพื่อทำงานที่ 35 kV

สูงถึง 10 kV วัสดุไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็งใช้สำหรับฉนวนระหว่างขดลวดในการผลิตกล่อง

ตัวอย่างหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า TPL-10 ที่ใช้ใน KRUN สวิตช์เกียร์แบบปิด และสวิตช์เกียร์ประเภทอื่นๆ

ตัวอย่างของการเชื่อมต่อวงจรกระแสทุติยภูมิของหนึ่งในแกนป้องกัน REL 511 สำหรับเบรกเกอร์วงจร 110 kV จะแสดงด้วยไดอะแกรมแบบง่าย

ข้อผิดพลาดของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าและวิธีค้นหา

หม้อแปลงกระแสที่เชื่อมต่อกับโหลดสามารถทำลายความต้านทานไฟฟ้าของฉนวนของขดลวดหรือค่าการนำไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของความร้อนสูงเกินไป อิทธิพลทางกลโดยไม่ได้ตั้งใจ หรือเนื่องจากการติดตั้งที่ไม่ดี

ในอุปกรณ์การปฏิบัติงาน ฉนวนมักได้รับความเสียหาย ส่งผลให้เกิดการลัดวงจรของขดลวดแบบเลี้ยวต่อเลี้ยว (กำลังส่งลดลง) หรือเกิดกระแสไฟฟ้ารั่วผ่านวงจรลัดวงจรที่สร้างขึ้นแบบสุ่ม

เพื่อระบุตำแหน่งของการติดตั้งวงจรไฟฟ้าที่มีคุณภาพต่ำ การตรวจสอบวงจรการทำงานด้วยกล้องถ่ายภาพความร้อนจะดำเนินการเป็นระยะข้อบกพร่องของหน้าสัมผัสที่เสียหายจะถูกลบออกทันที ความร้อนสูงเกินไปของอุปกรณ์จะลดลง

ผู้เชี่ยวชาญของห้องปฏิบัติการการป้องกันการถ่ายทอดและระบบอัตโนมัติจะตรวจสอบการไม่มีการปิดจากเลี้ยวหนึ่งไปอีกทางหนึ่ง:

• การรับลักษณะแรงดันปัจจุบัน

• การชาร์จหม้อแปลงจากแหล่งภายนอก

• การวัดพารามิเตอร์หลักในรูปแบบการทำงาน

พวกเขายังวิเคราะห์ค่าของสัมประสิทธิ์การแปลง

ในการทำงานทั้งหมด อัตราส่วนระหว่างเวกเตอร์กระแสปฐมภูมิและกระแสทุติยภูมิจะประมาณตามขนาด ไม่มีการเบี่ยงเบนมุมเนื่องจากขาดอุปกรณ์วัดเฟสที่มีความแม่นยำสูงซึ่งใช้ในการตรวจสอบหม้อแปลงกระแสในห้องปฏิบัติการมาตรวิทยา

การทดสอบคุณสมบัติไดอิเล็กทริกแรงดันสูงถูกกำหนดให้กับผู้เชี่ยวชาญของห้องปฏิบัติการบริการฉนวน