Trafo arus — prinsip operasi dan aplikasi

Saat bekerja dengan sistem energi, sering kali perlu mengubah kuantitas listrik tertentu menjadi analog yang mirip dengannya dengan nilai yang diubah secara proporsional. Ini memungkinkan Anda untuk mensimulasikan proses tertentu dalam instalasi listrik dan melakukan pengukuran dengan aman.

Pengoperasian transformator arus (CT) didasarkan pada hukum induksi elektromagnetikberoperasi di medan listrik dan magnet bervariasi dalam bentuk harmonik besaran sinusoidal bolak-balik.

Ini mengubah nilai primer dari vektor arus yang mengalir di sirkuit daya menjadi nilai tereduksi sekunder, menghormati proporsionalitas modulus dan transmisi sudut yang tepat.

Prinsip pengoperasian trafo arus

Demonstrasi proses yang terjadi selama transformasi energi listrik di dalam transformator dijelaskan oleh diagram.

Arus I1 mengalir melalui belitan primer daya dengan jumlah belokan w1, mengatasi impedansinya Z1.Fluks magnet F1 terbentuk di sekitar kumparan ini, yang ditangkap oleh rangkaian magnet yang terletak tegak lurus dengan arah vektor I1. Orientasi ini memastikan kehilangan energi listrik yang minimal saat diubah menjadi energi magnetik.

Melintasi belokan belitan w2 yang terletak tegak lurus, fluks F1 menginduksi di dalamnya gaya gerak listrik E2, di bawah pengaruh arus I2 muncul di belitan sekunder, mengatasi impedansi kumparan Z2 dan beban keluaran yang terhubung Zn. Dalam hal ini, penurunan tegangan U2 terbentuk di terminal sirkuit sekunder.

Kuantitas K1 disebut, ditentukan oleh rasio vektor koefisien transformasi I1 / I2... Nilainya ditetapkan selama desain perangkat dan diukur dalam struktur yang sudah jadi. Perbedaan antara indikator model nyata dan nilai yang dihitung dievaluasi oleh karakteristik metrologi - kelas akurasi transformator arus.

Dalam operasi sebenarnya, nilai arus dalam kumparan bukanlah nilai konstan. Oleh karena itu, koefisien transformasi biasanya ditunjukkan dengan nilai nominal. Misalnya, ekspresinya 1000/5 berarti bahwa dengan arus operasi primer 1 kiloampere, beban 5 ampere akan bekerja pada belitan sekunder. Nilai-nilai ini digunakan untuk menghitung kinerja jangka panjang trafo arus ini.

Fluks magnet F2 dari arus sekunder I2 mengurangi nilai fluks F1 di sirkuit magnetik. Dalam hal ini, fluks dari transformator Ф yang dibuat di dalamnya ditentukan oleh penjumlahan geometris dari vektor Ф1 dan Ф2.

Faktor berbahaya selama pengoperasian trafo arus

Kemampuan untuk dipengaruhi oleh potensial tegangan tinggi jika terjadi kegagalan isolasi

Karena sirkuit magnetik TT terbuat dari logam, memiliki konduktivitas yang baik dan secara magnetis menghubungkan belitan berinsulasi (primer dan sekunder) satu sama lain, ada peningkatan risiko sengatan listrik pada kerusakan personel atau peralatan jika lapisan insulasi rusak.

Untuk mencegah situasi seperti itu, pembumian salah satu terminal sekunder trafo digunakan untuk mengalirkan potensial tegangan tinggi jika terjadi kecelakaan.

Terminal ini selalu ditandai di badan perangkat dan ditunjukkan pada diagram koneksi.

Kemungkinan dipengaruhi oleh potensi tegangan tinggi jika terjadi kegagalan rangkaian sekunder

Kesimpulan dari belitan sekunder ditandai dengan «I1» dan «I2», sehingga arah arus yang mengalir adalah kutub, bertepatan di semua belitan. Saat trafo beroperasi, mereka harus selalu terhubung ke beban.

Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa arus yang melewati belitan primer memiliki daya potensial tinggi (S = UI), yang diubah menjadi rangkaian sekunder dengan kerugian rendah, dan ketika terputus, komponen arus menurun tajam ke nilainya. ​​kebocoran melalui lingkungan, tetapi pada saat yang sama penurunan secara signifikan meningkatkan tekanan pada bagian yang rusak.

Potensi pada kontak terbuka belitan sekunder selama aliran arus dalam loop primer dapat mencapai beberapa kilovolt, yang sangat berbahaya.

Oleh karena itu, semua sirkuit sekunder transformator arus harus selalu dipasang dengan aman dan sirkuit pendek shunt harus selalu dipasang pada belitan atau inti yang tidak berfungsi.

Solusi desain yang digunakan dalam rangkaian transformator arus

Setiap trafo arus, sebagai perangkat listrik, dirancang untuk mengatasi masalah tertentu selama pengoperasian instalasi listrik. Industri memproduksi bermacam-macam besar dari mereka. Namun, dalam beberapa kasus, saat memperbaiki struktur, lebih mudah menggunakan model yang sudah jadi dengan teknologi yang sudah terbukti daripada mendesain ulang dan membuat yang baru.

Prinsip pembuatan TT satu putaran (di sirkuit primer) adalah dasar dan ditunjukkan pada foto di sebelah kiri.

Di sini belitan primer, ditutupi dengan insulasi, terbuat dari bus garis lurus L1-L2 yang melewati sirkuit magnetik transformator, dan belitan sekunder dililitkan dengan belokan dan dihubungkan ke beban.

Prinsip membuat CT multi-putaran dengan dua inti ditampilkan di sebelah kanan. Di sini dua transformator putaran tunggal diambil dengan sirkuit sekundernya dan sejumlah lilitan belitan daya dilewatkan melalui sirkuit magnetiknya. Dengan cara ini, tidak hanya daya yang ditingkatkan, tetapi jumlah sirkuit yang terhubung dengan output juga meningkat.

Ketiga prinsip ini dapat diubah dengan cara yang berbeda. Misalnya, penggunaan beberapa kumparan identik di sekitar sirkuit magnetik tunggal tersebar luas untuk membuat sirkuit sekunder terpisah yang beroperasi secara mandiri. Ini disebut inti. Dengan cara ini, perlindungan sakelar atau saluran (transformator) dengan tujuan berbeda dihubungkan ke sirkuit arus dari satu transformator arus.

Trafo arus gabungan dengan sirkuit magnet yang kuat, digunakan dalam mode darurat peralatan, dan yang biasa, dirancang untuk pengukuran pada parameter jaringan nominal, bekerja di perangkat peralatan daya.Kumparan yang melilit tulangan digunakan untuk mengoperasikan alat pelindung, sedangkan kumparan konvensional digunakan untuk mengukur arus atau daya/tahanan.

Mereka dipanggil seperti ini:

• koil pelindung ditandai dengan indeks «P» (relai);

• pengukuran ditunjukkan dengan angka kelas akurasi metrologi TT, misalnya «0,5».

Belitan pelindung selama operasi normal trafo arus memberikan pengukuran vektor arus primer dengan akurasi 10%. Dengan nilai ini, mereka disebut "sepuluh persen".

Kesalahan pengukuran

Prinsip penentuan keakuratan trafo memungkinkan Anda mengevaluasi rangkaian ekuivalennya yang ditunjukkan pada foto. Di dalamnya, semua nilai besaran primer direduksi secara kondisional menjadi tindakan dalam loop sekunder.

Sirkuit ekuivalen menggambarkan semua proses yang beroperasi di belitan, dengan mempertimbangkan energi yang dihabiskan untuk memagnetisasi inti dengan arus I.

Diagram vektor yang dibangun di atasnya (segitiga SB0) menunjukkan bahwa arus I2 berbeda dengan nilai I'1 dengan nilai I terhadap kita (magnetisasi).

Semakin besar penyimpangan ini, semakin rendah keakuratan trafo arus Untuk memperhitungkan kesalahan pengukuran CT, konsep berikut diperkenalkan:

• kesalahan arus relatif dinyatakan sebagai persentase;

• kesalahan sudut dihitung dari panjang busur AB dalam radian.

Nilai absolut dari penyimpangan vektor arus primer dan sekunder ditentukan oleh segmen AC.

Desain industri umum transformator arus diproduksi untuk beroperasi di kelas akurasi yang ditentukan oleh karakteristik 0,2; 0,5; 1.0; 3 dan 10%.

Aplikasi praktis dari transformator arus

Beragam model mereka dapat ditemukan baik di perangkat elektronik kecil yang terletak di wadah kecil maupun di perangkat energi yang menempati dimensi signifikan beberapa meter, mereka dibagi menurut karakteristik operasional.

Klasifikasi transformator arus

Dengan kesepakatan, mereka dibagi menjadi:

• pengukuran, transfer arus ke alat ukur;
• dilindungi, terhubung ke sirkuit pelindung saat ini;
• laboratorium, dengan tingkat ketelitian yang tinggi;
• perantara yang digunakan untuk konversi ulang.

Saat mengoperasikan fasilitas, TT digunakan:

• instalasi luar ruangan;

• untuk instalasi tertutup;

• peralatan bawaan;

• dari atas — masukkan selongsong;

• portabel, memungkinkan Anda untuk melakukan pengukuran di tempat yang berbeda.

Dengan nilai tegangan operasi peralatan TT ada:

• tegangan tinggi (lebih dari 1000 volt);

• untuk nilai tegangan nominal hingga 1 kilovolt.

Juga, transformator arus diklasifikasikan menurut metode bahan insulasi, jumlah langkah transformasi dan karakteristik lainnya.

Tugas selesai

Transformator arus pengukur eksternal digunakan untuk pengoperasian sirkuit listrik untuk mengukur energi listrik, pengukuran dan perlindungan saluran atau autotransformer daya.

Foto di bawah menunjukkan lokasinya untuk setiap fase saluran dan pemasangan sirkuit sekunder di kotak terminal switchgear 110 kV untuk autotransformer daya.

Tugas yang sama dilakukan oleh trafo arus dari switchgear eksternal-330 kV, tetapi mengingat kerumitan peralatan tegangan tinggi, mereka memiliki dimensi yang jauh lebih besar.

Pada peralatan listrik, sering digunakan desain tertanam transformator arus, yang ditempatkan langsung di casing pembangkit listrik.

Mereka memiliki belitan sekunder dengan timah ditempatkan di sekitar busing tegangan tinggi di rumah yang tertutup rapat. Kabel dari klem CT diarahkan ke kotak terminal yang terpasang di sini.

Trafo arus tegangan tinggi internal paling sering menggunakan oli trafo khusus sebagai isolator. Contoh desain seperti itu ditunjukkan pada foto untuk transformator arus dari seri TFZM yang dirancang untuk beroperasi pada 35 kV.

Hingga dan termasuk 10 kV, bahan dielektrik padat digunakan untuk insulasi antara belitan dalam pembuatan kotak.

Contoh trafo arus TPL-10 yang digunakan dalam KRUN, switchgear tertutup dan jenis switchgear lainnya.

Contoh menghubungkan sirkuit arus sekunder dari salah satu inti proteksi REL 511 untuk pemutus sirkuit 110 kV ditunjukkan dengan diagram yang disederhanakan.

Kesalahan transformator saat ini dan cara menemukannya

Trafo arus yang terhubung ke beban dapat mematahkan hambatan listrik dari isolasi belitan atau konduktivitasnya di bawah pengaruh panas berlebih, pengaruh mekanis yang tidak disengaja, atau karena pemasangan yang buruk.

Dalam peralatan operasional, insulasi paling sering rusak, mengakibatkan korsleting lilitan ke belokan (pengurangan daya yang ditransmisikan) atau terjadinya arus bocor melalui sirkuit hubung singkat yang dibuat secara acak.

Untuk mengidentifikasi tempat-tempat pemasangan sirkuit daya yang berkualitas buruk, inspeksi sirkuit kerja dengan pencitra termal dilakukan secara berkala.Berdasarkan pada mereka, cacat kontak yang rusak segera dihilangkan, peralatan yang terlalu panas berkurang.

Tidak adanya penutupan dari belokan ke belokan diperiksa oleh spesialis laboratorium proteksi dan otomasi relai:

• mengambil karakteristik arus-tegangan;

• mengisi daya trafo dari sumber eksternal;

• pengukuran parameter utama dalam skema kerja.

Mereka juga menganalisis nilai koefisien transformasi.

Dalam semua karya, rasio antara vektor arus primer dan sekunder diperkirakan besarnya. Penyimpangan sudutnya tidak dilakukan karena kurangnya alat pengukur fase presisi tinggi yang digunakan untuk memeriksa transformator arus di laboratorium metrologi.

Uji tegangan tinggi dari sifat dielektrik ditugaskan ke spesialis laboratorium layanan insulasi.