Въведение
Директното измерване на висок електрически ток може да бъде трудно и опасно, тъй като много електромери и устройства за наблюдение са проектирани да приемат само относително малки токови входове. Токов трансформатор (CT) решава този проблем чрез преобразуване на висок първичен ток в по-нисък вторичен ток, който може безопасно да бъде измерен със стандартни електрически инструменти.
Токовите трансформатори се използват широко в електроразпределението, промишлените електрически системи, разпределителната уредба, измерването на енергия, генераторите и системите за защита. Чрез използване на електромагнитна индукция и внимателно подбрано съотношение на трансформация, CT осигурява пропорционално представяне на първичния ток, без да се изисква измервателният уред да пренася целия ток на системата.
Разбирането как токов трансформатор намалява високия ток е важно при избора на CT за измервателни приложения.
Как токовият трансформатор намалява тока?
Токовият трансформатор намалява тока чрез електромагнитна индукция.
Първичната намотка на КТ носи тока, който трябва да бъде измерен. Този ток създава магнитно поле в сърцевината на КТ. След това променящият се магнитен поток индуцира ток във вторичната намотка.
Вторичната намотка съдържа различен брой намотки от първичната страна. Това съотношение на превръщането определя коефициента на CT и позволява големият първичен ток да бъде представен от по-малък вторичен ток.
Например, помислете за CT с номинално съотношение 500/5A.
Когато първичният ток е 500A, вторичният ток е приблизително 5A при номинални условия. Ако първичният ток е 250 A, вторичният ток ще бъде приблизително 2,5 A, ако се приеме, че CT работи в определения диапазон.
Следователно измервателният уред получава много по-малък токов сигнал, вместо директно да получава първичен ток от 500 A.
Разбиране на съотношението CT
Коефициентът на CT е една от най-важните спецификации за намаляване на тока.
Съотношението обикновено се изразява като:
Първичен ток: Вторичен ток
За 500/5A CT:
* Номинален първичен ток=500A
* Вторичен номинален ток=5A
* CT съотношение=100:1
Това означава, че вторичният ток е приблизително 1/100 от първичния ток при съответните работни условия.
Други често срещани примери могат да включват:
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
Правилното съотношение зависи от очаквания първичен ток и изискванията на свързаното измервателно оборудване.
Защо силният ток не е свързан директно към измервателен уред?
Стандартните електромери обикновено не са проектирани да пренасят стотици или хиляди ампера непрекъснато.
Директното свързване на измервателен уред към верига със силен{0}}ток може да изисква много големи проводници, специализирано оборудване и допълнителни мерки за безопасност. Това също би направило системата за измерване по-сложна.
CT предоставя практическа алтернатива.
Проводникът с силен{0}}ток минава през или се свързва към първичната страна на CT, докато измервателният уред е свързан към вторичната страна с по-нисък{1}}ток.
Например, вместо да свързва електромер директно към 500A верига, 500/5A CT може да осигури на измервателния уред максимален номинален вторичен ток от 5A.
Това прави системата за измерване по-практична и позволява използването на стандартизирани измервателни уреди в приложения с висок{0}}ток.
Ролята на електромагнитната индукция
Електромагнитната индукция е основният физически принцип, който позволява на КТ да трансформира тока.
Когато токът протича през първичния проводник, той създава магнитен поток в ядрото на CT. Този магнитен поток индуцира вторичен ток.
Връзката между първичния и вторичния ток се определя от конфигурацията на намотката и конструкцията на КТ.
За опростен идеален CT връзката може да бъде представена приблизително като:
Ip / Is ≈ Ns / Np
където:
* Ip=първичен ток
* Е=вторичен ток
* Np=брой първични ходове
* Ns=брой вторични завои
В много практически трансформаторни токове, особено конструкции от тип прозорец и пръстен-, първичната намотка може ефективно да се състои от проводник, преминаващ през сърцевината, докато вторичната намотка съдържа много намотки.
Това разположение позволява висок първичен ток да бъде представен от много по-малък вторичен ток.
Пример за намаляване на тока
Да предположим, че промишлено захранващо устройство обикновено носи приблизително 800 A, а електромерът е проектиран да получава 5 A CT вход.
Подходящ CT може да има съотношение 800/5A.
Когато първичният ток е 800A:
Вторичен ток ≈ 5A
Ако товарът намалее до 400A:
Вторичен ток ≈ 2.5A
Ако товарът се увеличи до 600A:
Вторичен ток ≈ 3.75A
Следователно измервателният уред получава пропорционален токов сигнал, докато действителният захранващ ток остава много по-висок.
След това измервателната система може да използва коефициента на CT, за да изчисли или покаже действителния първичен ток.
CT не просто "ограничават" тока
Важно е да разберете, че токовият трансформатор не работи като конвенционално устройство-ограничаващо тока.
CT не намалява тока, протичащ през първичната верига. Електрическото оборудване и товарът все още получават действителния първичен ток, необходим на системата.
Вместо това CT създава пропорционален вторичен ток за измерване и защита.
Например 1000/5A CT не намалява товар от 1000A до 5A. Токът от 1000 A продължава да тече в първичната верига. CT произвежда приблизително пропорционален 5A вторичен сигнал при номинални условия.
Това разграничение е важно, когато се обяснява как работят КТ.
Значение на точността
Намаленият вторичен ток трябва точно да представлява първичния ток, за да може измервателната система да работи правилно.
Точността на CT може да бъде повлияна от:
* CT съотношение
* Клас на точност
* Вторично натоварване
* Основни характеристики
* Работен ток
* Температура
* Честота
* Наситеност
* Съпротивление на окабеляването
За измерването на енергия точността на измерване е особено важна, тъй като CT грешките могат да повлияят на изчисленото потребление на енергия.
За системите за защита, CT трябва също така да поддържа подходяща работа по време на необичайни текущи условия.
Тежест и текуща трансформация
Вторичната верига на CT има определена тежест. Тежестта включва натоварването, наложено от свързани измервателни уреди, релета, кабели и други компоненти.
Ако натоварването е твърде голямо, КТ може да не поддържа определената си производителност.
Например, CT може да има определено вторично натоварване от 5 VA или 10 VA в зависимост от неговия дизайн. Действително свързаната вторична верига трябва да остане в рамките на приложимата оценка.
Дългите кабели могат да увеличат вторичното съпротивление и следователно да увеличат натоварването.
Правилното оразмеряване на вторичното окабеляване помага на CT да поддържа точна трансформация на тока.
Какво се случва при висок ток на повреда?
По време на късо съединение или друга повреда първичният ток може да стане много по-висок от нормалния работен ток.
CT трябва да бъде избран в съответствие с приложението, тъй като магнитната сърцевина може да достигне насищане при високи-токови условия.
Когато CT се насити, неговият вторичен ток може вече да не възпроизвежда точно формата на вълната на първичния ток.
За измервателни приложения това може да доведе до неточни показания. За приложения за защита може да повлияе на сигнала, достъпен за защитните релета.
Следователно защитните КТ са проектирани и избрани с подходящи характеристики за очаквани условия на повреда.
Защо CT са полезни за измерватели на енергия
Енергомерите често изискват информация за ток и напрежение, за да изчислят електрическата мощност и енергията.
В системи с висок{0}}ток CT позволяват на електромера да получи подходящ сигнал за нисък{1}}ток, вместо да бъде директно свързан към големия първичен ток.
Това прави базираното на CT-измерване практично за:
* Промишлени предприятия
* Търговски сгради
* Разпределителни табла
* Генератори
* Големи двигатели
* Електроразпределителни системи
* Системи за възобновяема енергия
Измервателят използва коефициента на CT, за да преобразува измерения вторичен ток обратно в съответния първичен ток за изчисляване и показване.
Избор на правилното CT съотношение
Изборът на правилното съотношение е от съществено значение.
CT трябва да бъде избран според очаквания нормален ток на натоварване, максимален работен ток, диапазон на измерване и изискванията на свързания измервателен уред или система за наблюдение.
Например, ако системата обикновено работи около 400 A, използването на CT с много по-високо съотношение може да доведе до работа на CT при относително нисък процент от номиналния ток.
От друга страна, CT не трябва да работи рутинно над неговия номинален първичен ток, освен ако специфичният дизайн не го позволява.
Най-доброто съотношение зависи от цялостното приложение, а не просто от избора на най-големия наличен CT.
Съображения за безопасност
КТ трябва да се инсталират и експлоатират внимателно.
Най-важното е, че вторичният CT под напрежение не трябва да се оставя отворен-с верига, докато тече първичен ток. На вторичните клеми може да се развие опасно напрежение.
Преди да изключите вторичното окабеляване на CT, трябва да се следват съответните процедури, включително указаните от производителя методи за късо съединение и изолация, където е приложимо.
Монтажът също трябва да следва приложимите изисквания за електрическа безопасност и инструкциите на производителя.
Заключение
Токовият трансформатор намалява големия ток за измерване чрез използване на електромагнитна индукция, за да произведе пропорционален, но много по-малък вторичен ток.
Например 500/5A CT представлява първичен ток от 500A с вторичен ток от приблизително 5A при номинални условия. Самият висок първичен ток не се намалява; вместо това CT осигурява сигнал с по-нисък-ток, който може безопасно да бъде свързан към подходящи измервателни уреди и защитно оборудване.
Коефициентът на CT, класът на точност, натоварването, характеристиките на сърцевината, работният ток, поведението на насищане, окабеляването и условията на околната среда влияят върху качеството на трансформацията на ток.
Чрез избиране на правилното съотношение на CT и правилно инсталиране на трансформатора, електрическите-системи с голям ток могат да се измерват и наблюдават безопасно и ефективно.