Prúdové transformátory (CT)
Prúdové transformátory (CT) sú špecializované elektrické prístroje používané na meranie a monitorovanie striedavého prúdu (AC) alebo detekciu zvýšených úrovní prúdu v energetických systémoch. Tieto prístroje plnia zásadnú funkciu pri zabezpečovaní ochrany a umožňujú presné meracie aplikácie. Účinným znížením vysokých hodnôt prúdu na štandardizovanú úroveň zaisťujú CT bezpečné vykonávanie meraní a umožňujú správnu činnosť prepojených zariadení v systéme.
Primárne vinutie pozostáva z jedného závitu s veľkým prierezom zapojeného do série s vodičom s vysokým prúdom. Sekundárne vinutie obsahuje veľa závitov s malým prierezom. Sekundárna cievka je spojená s normálnym ampérmetrom na meranie prúdu.
Princíp činnosti prúdového transformátora
Prúdové transformátory využívajú na efektívne fungovanie princíp elektromagnetickej indukcie. Tieto zariadenia pozostávajú z dvoch životne dôležitých prvkov: primárneho a sekundárneho vinutia. Primárne vinutie je sériovo prepojené s vysokoprúdovým obvodom, pričom generuje magnetické pole úmerné pretekajúcemu prúdu.
Naproti tomu sekundárne vinutie je spojené so zariadeniami používanými na meranie alebo poskytovanie ochrany. Je zámerne navrhnutý s odlišným počtom závitov v porovnaní s primárnym vinutím, čím sa stanovuje transformačný pomer. V dôsledku toho sekundárne vinutie generuje prúd, ktorý presne odráža úmernosť primárneho prúdu.
Prúdové transformátory sú v podstate stupňovité transformátory, ktoré zvyšujú napätie a znižujú prúd v sekundárnom vinutí.
Pre transformátory sa pomer sekundárneho a primárneho prúdu rovná pomeru závitov v primárnom a sekundárnom vinutí, ako je dané:
V prípade prúdového transformátora je pomer otáčania pomerne vysoký, a preto je pomer medzi sekundárnym a primárnym prúdom výrazne vysoký.
Pomery CT sú vo všeobecnosti rádovo 500:2, 200:1. Pomer CT 500:2 znamená premenu primárneho prúdu 500A na sekundárny prúd 2A.
Typy prúdových transformátorov
Prúdové transformátory majú rôzne variácie v závislosti od typu konštrukcie a izolácie. Sú rozdelené do dvoch širokých kategórií: vnútorné a vonkajšie typy.
Transformátor vnútorného prúdu
Vnútorné prúdové transformátory sa používajú v interiéri a možno ich rozdeliť do troch hlavných typov na základe konštrukcie:
1: Tyč typu CT
Tieto prúdové transformátory používajú kovové tyče ako primárne vinutie, a preto sa nazývajú prúdové transformátory tyčového typu.
2: Slot/Okno/Ring Type CT
Tieto prúdové transformátory sú dutého tvaru a primárny vodič je umiestnený vnútri tohto otvoru:
3: Delené jadro typu CT
Ide o špeciálny typ prúdového transformátora, ktorý sa môže rozdeliť na dve časti. Tento druh usporiadania môže poskytnúť ľahký prístup k otvoreniu konštrukcie a vinutia.
3: Typ rany CT
Primárne vinutia týchto prúdových transformátorov sú navinuté okolo centrálneho jadra. Počet závitov musí byť ľubovoľné číslo väčšie ako jedna.
Vnútorné prúdové transformátory možno rozdeliť aj na základe izolácie; patria sem páskové izolované prúdové transformátory a prúdové transformátory izolované liatou živicou.
Transformátor vonkajšieho prúdu
Vonkajšie transformátory prúdu sú inštalované vonku a možno ich rozdeliť na základe princípu ich činnosti. Keďže sú vonku, vyžadujú pre svoju prevádzku izoláciu aj chladenie. Ako izolačné médium sa väčšinou používa transformátorový olej. Prúdové transformátory naplnené olejom sa ďalej klasifikujú takto:
1: Živá nádrž typu CT
Živá nádrž znamená, že nádrž CT je udržiavaná na napätí systému. Tiažový bod sa nachádza vo výške.
2: Mŕtva nádrž typu CT
Mŕtva nádrž znamená, že nádrž CT je udržiavaná na potenciáli zeme. Bod tiaže je nižší ako pri Live tank CT.
Merací prúdový transformátor
Tieto prúdové transformátory sa používajú len na účely merania a indikácie. Prúdové transformátory meracieho typu sú navrhnuté pre presnosť meracích funkcií v rámci menovitého prúdu. Akonáhle prúd prekročí menovité limity, meracie CT sa nasýtia, aby sa obmedzil ďalší prúd do neho. Avšak meracie CT majú nižšie hodnoty zaťaženia v porovnaní s ochrannými prúdovými transformátormi. Triedu merania CT predstavujú väčšinou tri parametre.
Tieto parametre zahŕňajú presnosť, triedu merania a zaťaženie prúdového transformátora. Pod CT má 0,3 % chybového limitu, triedu merania označenú „B“ a záťaž 0,9 Ω.
Ochranný prúdový transformátor
Tieto prúdové transformátory sa používajú iba na ochranné funkcie. Tieto CT pracujú v širokom rozsahu menovitých aj poruchových prúdov. Ochranné CT preto vykazujú lineárnu odozvu až 20-násobku ich menovitého prúdu. Ochranné transformátory prúdu sú označené svojimi hodnotami „C“, ktoré označujú pomer chýb a hodnoty koncového napätia.
Pre CT triedy C je chybový limit pod 3 %, štandardná záťaž 2Ω, sekundárne napätie 200V.
Pomer otáčania prúdových transformátorov
Vyššie prevody prúdových transformátorov sú premeniteľné na menšie úpravou počtu slučiek v primárnej cievke. Zvážte normálnu konštrukciu 300/5A CT, kde jediná primárna cievka prechádza cez okno, známe ako jednopriechodové CT. To isté možno prekonfigurovať prejdením primárnej cievky dvakrát alebo trikrát cez okno známe ako dvoj- alebo trojpriechodové CT.
Pomocou dvoch priechodov primárnej cievky možno 300/5A previesť na ekvivalent 150/5A CT. Podobne s tromi priechodmi primárnej cievky možno 300/5A previesť na ekvivalent 100/5A CT.
Príklad: Vypočítajte sekundárny prúd a napätie
Zvážte bar CT s piatimi primárnymi otáčkami a 300 sekundárnymi otáčkami, ktoré sa majú použiť v spojení s ampérmetrom s vnútorným odporom 0,5 ohmu. Ampérmeter by mal poskytnúť plnú výchylku stupnice, keď primárny prúd dosiahne 1000A.
Sekundárny prúd je daný:
Výpočet napätia pomocou ohmovho zákona:
Záver
Prúdové transformátory sú prístrojové transformátory používané na meranie veľkých prúdov, ktoré nie je možné merať bežnými ampérmetrami. Prúdové transformátory poskytujú meracie aj ochranné funkcie v elektrických sieťach.