Jaudas mērīšanas un uzraudzības sistēmās elektroenerģijas skaitītāji, kuriem nepieciešami ārējie strāvas transformatori (CT), ir visuresoši; tās ir mūsu "acis", lai precīzi uztvertu masīvas straumes. Tomēr šajā sarežģītajā sistēmā ir paslēpts noteikums, kas vienmēr ir jāievēro: strāvas transformatora sekundāro pusi nekad nedrīkst darbināt ar atvērtu ķēdi. Šajā rakstā tiks aplūkoti pamatprincipi un ar to saistītie apdraudējumi.
Normāls strāvas transformatora darbības princips
CT (strāvas transformators) ir īpaša veida transformators, kas darbojas, pamatojoties uz elektromagnētiskās indukcijas principu. Tās galvenie dizaina principi ir "strāvas samazināšana" un "izolācija".
1. Struktūra: tas parasti sastāv no slēgta dzelzs serdeņa, primārā tinuma ar mazāku apgriezienu skaitu (savienots virknē galvenajā ķēdē) un sekundārā tinuma ar vairāk apgriezienu (savienots ar elektrības skaitītāju).
2. Ideāls stāvoklis: parastā slēgtā ķēdē CT darbojas aptuveni "īssavienojuma" stāvoklī. Saskaņā ar Ampera ķēdes likumu un elektromagnētiskās indukcijas likumu primārā strāva I1 radīs mainīgu magnētisko plūsmu Φ dzelzs kodolā, kas pēc tam inducēs strāvu I2 sekundārajā pusē. Attiecības starp abiem ir šādas:
Kur N1 un N2 ir apgriezienu skaits primārajā un sekundārajā tinumā, un Im ir ierosmes strāva. Pateicoties ļoti lielai ierosmes pretestībai un ārkārtīgi mazajam konstrukcijā, ideālos apstākļos to var vienkāršot līdz šādiem:
Šeit Kn attiecas uz nominālo transformācijas koeficientu, piemēram, 1000/5A. Šajā gadījumā lielā strāva primārajā pusē tiek precīzi un proporcionāli pārveidota mazā strāvā sekundārajā pusē (parasti standarta vērtība 5A vai 1A), lai nodrošinātu drošu instrumentu mērījumu. Tajā pašā laikā strāvas transformatora (CT) sekundārās ķēdes potenciāls ir ļoti zems (parasti tikai daži volti) drošā diapazonā.
Principu analīze, kad sekundārā puse ir atvērta
Kad sekundārā ķēde kļūst atvērta vaļīgu spaiļu, pārrautu vadu vai nejaušas atvienošanas dēļ testēšanas laikā, tās darbības stāvoklis tiek katastrofāli mainīts.
| Darbības statuss | Normāla slēgšana | Sekundārā ceļa atvēršana |
|
|
Pastāv proporcionāli I1 |
|
|
Φ |
Efektīvi nomāc demagnetizējošā plūsma, ko rada I2, saglabājot zemu līmeni | Inhibīcijas zudums, ātra piesātinājums līdz ārkārtīgi augstām vērtībām |
|
|
Ļoti zems (vairāki volti) | Tika inducēts tūkstošiem vai pat desmitiem tūkstošu voltu augsts spriegums. |
| Fiziskā daba | Spēcīgs savienojums, dziļa negatīva atgriezeniskā saite: I2 ļoti iztur Φ izmaiņas | Atgriezeniskās saites pārtraukšana un enerģijas uzkrāšana: ierosināšanai tiek izmantoti visi primārie ampēru{0}}apgriezieni I1 un N1. |
Tās galvenie fiziskie procesi ir šādi:
1: Demagnetizējošās atsauksmes pazušana
Normālas darbības laikā sekundārās strāvas I2 radītā magnētiskā plūsma vienmēr ir pretējā virzienā magnētiskajai plūsmai, ko rada primārā strāva I1, radot spēcīgu "demagnetizējošu" efektu, kas ierobežo kombinēto magnētisko plūsmu dzelzs kodolā līdz zemam līmenim. Pēc ķēdes atvēršanas I2=0, un demagnetizējošais efekts uzreiz atgriežas līdz nullei.
2: Ātra magnētiskās plūsmas piesātinājums
Nesabalansētie primārie ampēru apgriezieni I1 un N1 tiek pilnībā pārveidoti par magnetizējošo ampēru apgriezieniem. Tā kā serdes šķērsgriezuma laukums ir paredzēts zemam magnētiskās plūsmas blīvumam, kodols šajā brīdī ātri nonāk dziļā piesātinājuma stāvoklī.
Saskaņā ar Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumu mainīga magnētiskā plūsma izraisīs elektromotora spēku visā tinumā. Kad magnētiskā plūsma strauji palielinās, sekundārajā tinumā tiks inducēts ārkārtīgi augsts spriegums U2.
3: augsta spiediena radīšana
Strāvas frekvences apstākļos vairāku simtu ampēru primārajai strāvai inducētais spriegums atvērtās-ķēdes sekundārajā pusē var viegli sasniegt vairākus tūkstošus voltu, bet ārkārtējos gadījumos tas var pārsniegt 10 kilovatus.
Nacionālajā standartā GB/T 20840.2-2014 “Instrumentu transformatori — 2. daļa: Papildu tehniskās prasības strāvas transformatoriem” ir noteiktas stingras prasības instrumentu transformatoru izolācijas veiktspējai, un šis pēkšņais augstais spriegums ievērojami pārsniedza tā parasto projektēto jaudu.
Atvērtas ķēdes draudi strāvas transformatora sekundārajā pusē
Augstspriegums un ar to saistītās parādības, ko rada sekundāra atvērta ķēde, var izraisīt virkni apdraudējumu ķēdes reakciju.
1. Elektriskās strāvas trieciena risks: sekundārajos spailēs ir tūkstošiem voltu augsta sprieguma, kas tieši rada nopietnu elektriskās strāvas trieciena risku. Apkopes un remonta personāls, kas bez piesardzības pasākumiem nonāk saskarē ar šo spriegumu, var ciest no elektriskās strāvas trieciena.
2. Iekārtas bojājumi:
Izolācijas pārrāvums: augsts spriegums vispirms nojauks sekundārā tinuma starpslāņu-pagriezienu un-slāņu izolāciju vai sadalīs izolāciju līdz zemei sekundārajā ķēdē, radot neatgriezeniskus strāvas transformatora (CT) bojājumus.
Pārkaršana un izdegšana: ja dzelzs serde ir ļoti piesātināta, tā radīs milzīgas virpuļstrāvas un histerēzes zudumus, izraisot dzelzs serdeņa pārkaršanu, kas var izdegt tinuma izolāciju un pat izraisīt ugunsgrēku.
Elektriskais loks un sprādziens: atvērti ķēdes punkti (piemēram, vaļīgi spailes) radīs nepārtrauktu elektrisko loku zem augsta sprieguma. Augstā loka temperatūra var izdegt aprīkojumu, aizdegties apkārtējās uzliesmojošās vielas, un augstas temperatūras gāzes, kas uzkrājas noslēgtajā korpusā, var pat izraisīt elektrisku sprādzienu.
3. Sistēmas darbības apdraudējumi
Mērīšanas neprecizitāte un kļūme: CT-tipa enerģijas skaitītājiem nulles ievades strāvas dēļ tie nevarēs izmērīt elektroenerģiju, kā rezultātā tiks zaudēta elektroenerģija un varētu rasties strīdi par tirdzniecības izlīgumu.
Bīstamu augsta sprieguma{0}}dzirksteļu rašanās: tas ir ne tikai aizdegšanās avots, bet no tā izrietošie spēcīgie elektromagnētiskie impulsi var traucēt arī tuvumā esošajām elektroniskajām iekārtām.
Apkopojiet
Atvērta ķēde strāvas transformatora sekundārajā pusē izraisa vardarbīgu elektromagnētiskās enerģijas uzkrāšanos, galu galā izraisot fizisku katastrofu, kas izpaužas kā augsts spriegums, spēcīgi elektriskie loki un pārkaršana. Tāpēc visos darbos, kas saistīti ar CT ķēdēm, ir stingri jāievēro "atvērtās ķēdes novēršana" kā procedūra.
Tikmēr elektrības skaitītājam pieslēgtā strāvas transformatora sekundārajai pusei jābūt iezemētai. Šie, kā arī "stingri aizliedzot atvērtas ķēdes sekundārajā pusē" ir divi galvenie CT darbības un apkopes noteikumi. Pēc zemēšanas augsto spriegumu var ātri novadīt zemē caur zemējuma vadu, izvairoties no aprīkojuma izdegšanas vai elektriskās strāvas trieciena negadījumiem, ko izraisa pēkšņs sekundārā sānu potenciāla pieaugums.