Przekładniki prądowe (CT)
Przekładniki prądowe (CT) to specjalistyczne przyrządy elektryczne wykorzystywane do pomiaru i monitorowania prądu przemiennego (AC) lub wykrywania podwyższonych poziomów prądu w systemach elektroenergetycznych. Przyrządy te pełnią zasadniczą funkcję w zapewnieniu ochrony i umożliwieniu precyzyjnych zastosowań pomiarowych. Skutecznie redukując wysokie wartości prądu do znormalizowanego poziomu, przekładniki prądowe zapewniają bezpieczną realizację pomiarów i umożliwiają prawidłową pracę połączonych ze sobą urządzeń w systemie.
Uzwojenie pierwotne składa się z pojedynczego uzwojenia o dużym przekroju poprzecznym, połączonego szeregowo z przewodem przewodzącym duży prąd. Uzwojenie wtórne składa się z wielu zwojów o małym przekroju poprzecznym. Cewka wtórna jest połączona ze zwykłym amperomierzem do pomiaru prądu.
Zasada działania przekładnika prądowego
Przekładniki prądowe wykorzystują zasadę indukcji elektromagnetycznej, aby skutecznie działać. Urządzenia te składają się z dwóch istotnych elementów: uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Uzwojenie pierwotne jest połączone szeregowo z obwodem wysokoprądowym, wytwarzając pole magnetyczne proporcjonalne do przepływającego prądu.
Natomiast uzwojenie wtórne jest połączone z urządzeniami służącymi do pomiaru lub zapewnienia ochrony. Został on celowo zaprojektowany z wyraźną liczbą zwojów w porównaniu z uzwojeniem pierwotnym, ustalając współczynnik transformacji. W rezultacie uzwojenie wtórne wytwarza prąd, który dokładnie odzwierciedla proporcjonalność prądu pierwotnego.
Przekładniki prądowe to w zasadzie transformatory podwyższające, które zwiększają napięcie i zmniejszają prąd w uzwojeniu wtórnym.
W przypadku transformatorów stosunek prądu wtórnego i pierwotnego jest równy stosunkowi zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, jak podaje wzór:
W przypadku przekładnika prądowego współczynnik zwojów jest dość wysoki, dlatego stosunek prądów wtórnych do pierwotnych jest znacznie wysoki.
Przełożenia przekładników prądowych są zazwyczaj rzędu 500:2, 200:1. Przekładnia przekładnika prądowego 500:2 oznacza konwersję prądu pierwotnego 500A na prąd wtórny 2A.
Rodzaje przekładników prądowych
Przekładniki prądowe mają różne odmiany w zależności od rodzaju konstrukcji i izolacji. Można je podzielić na dwie szerokie kategorie: typy wewnętrzne i zewnętrzne.
Wewnętrzny przekładnik prądowy
Wnętrzowe przekładniki prądowe są stosowane w pomieszczeniach zamkniętych i można je podzielić na trzy główne typy w zależności od konstrukcji:
1: Pręt typu CT
Te przekładniki prądowe wykorzystują metalowe pręty jako uzwojenie pierwotne i dlatego nazywane są przekładnikami prądowymi typu prętowego.
2: Typ gniazda/okna/pierścienia CT
Te przekładniki prądowe mają wydrążony kształt, a przewód pierwotny jest umieszczony na lewą stronę tego otworu:
3: Typ przekładnika z dzielonym rdzeniem
Jest to specjalny typ przekładnika prądowego, który można podzielić na dwie części. Tego rodzaju układ może zapewnić łatwy dostęp w celu otwarcia konstrukcji i uzwojeń.
3: Typ rany CT
Uzwojenia pierwotne tych przekładników prądowych są nawinięte wokół rdzenia centralnego. Liczba zwojów powinna być dowolną liczbą większą niż jeden.
Przekładniki prądowe wnętrzowe można także podzielić ze względu na izolację; obejmują one przekładniki prądowe w izolacji taśmowej i przekładniki prądowe w izolacji żywicy.
Zewnętrzny przekładnik prądowy
Napowietrzne przekładniki prądowe instalowane są na zewnątrz i można je podzielić ze względu na zasadę działania. Ponieważ znajdują się one na zewnątrz, do działania wymagają zarówno izolacji, jak i chłodzenia. Jako medium izolacyjne stosuje się głównie olej transformatorowy. Przekładniki prądowe wypełnione olejem są dalej klasyfikowane w następujący sposób:
1: Żywy czołg typu CT
Zbiornik na żywo oznacza, że zbiornik przekładnika prądowego jest utrzymywany pod napięciem systemowym. Punkt ciężkości znajduje się na wysokości.
2: Martwy czołg typu CT
Martwy zbiornik oznacza, że zbiornik przekładnika prądowego jest utrzymywany na potencjale ziemi. Punkt ciężkości jest niższy niż w CT czołgów Live.
Pomiarowy przekładnik prądowy
Te przekładniki prądowe są używane wyłącznie do celów pomiarowych i sygnalizacyjnych. Przekładniki prądowe typu pomiarowego zostały zaprojektowane z myślą o dokładności funkcji pomiarowych w zakresie prądu znamionowego. Gdy tylko prąd przekroczy limity znamionowe, przekładniki prądowe pomiarowe ulegają nasyceniu, aby ograniczyć większy prąd. Jednakże przekładniki prądowe pomiarowe mają niższe wartości obciążenia w porównaniu z przekładnikami prądowymi zabezpieczającymi. Klasa pomiarowa CT jest najczęściej reprezentowana przez trzy parametry.
Parametry te obejmują dokładność, klasę pomiarową i obciążenie przekładnika prądowego. Poniżej CT ma 0,3% granicy błędu, klasę pomiarową oznaczoną jako „B” i obciążenie 0,9 Ω.
Transformator prądowy zabezpieczający
Te przekładniki prądowe są używane wyłącznie do funkcji ochronnych. Te przekładniki prądowe działają w szerokim zakresie prądów znamionowych i zwarciowych. Dlatego też przekładniki prądowe zabezpieczające wykazują odpowiedź liniową aż do 20-krotności ich poziomu prądu znamionowego. Przekładniki prądowe zabezpieczające są oznaczone wartościami „C”, które wskazują współczynnik błędu i wartości napięcia na zaciskach.
Dla przekładników prądowych klasy C granica błędu wynosi poniżej 3%, standardowe obciążenie 2 Ω, napięcie wtórne 200 V.
Współczynnik obrotu przekładników prądowych
Wyższe przekładnie przekładników prądowych można zamienić na mniejsze poprzez modyfikację liczby pętli w cewce pierwotnej. Rozważmy normalną konstrukcję przekładnika prądowego 300/5 A, w której pojedyncza cewka pierwotna tworzy pętlę w oknie, zwaną przekładnikiem prądowym jednoprzebiegowym. To samo można zmienić, przepuszczając cewkę pierwotną dwa lub trzy razy przez okno zwane przekładnikiem prądowym dwu lub trzyprzebiegowym.
Dzięki dwóm przebiegom cewki pierwotnej prąd 300/5 A można przekształcić w odpowiedni przekładnik prądowy 150/5 A. Podobnie, przy trzech przejściach cewki pierwotnej, prąd 300/5A można przekształcić w odpowiedni przekładnik prądowy 100/5A.
Przykład: Oblicz prąd i napięcie wtórne
Rozważmy przekładnik prądowy typu Bar z pięcioma zwojami pierwotnymi i 300 zwojami wtórnymi do użycia w połączeniu z amperomierzem o rezystancji wewnętrznej 0,5 oma. Amperomierz powinien zapewnić pełne odchylenie, gdy prąd pierwotny osiągnie 1000A.
Prąd wtórny jest określony wzorem:
Obliczanie napięcia na podstawie prawa Ohma:
Wniosek
Przekładniki prądowe to przekładniki przyrządowe używane do pomiaru prądów o dużych wartościach, których nie można zmierzyć za pomocą standardowych amperomierzy. Przekładniki prądowe pełnią w sieciach elektrycznych zarówno funkcje pomiarowe, jak i zabezpieczające.