Принцип рада комбинованог инструменталног трансформатора

У модерним електроенергетским системима, прецизно мерење електричне струје и напона је неопходно за мерење, заштиту, праћење и контролу. Међутим, струја и напон у преносним и дистрибутивним мрежама су често превисоки да би се директно повезали са конвенционалним мерним инструментима, заштитним релејима или опремом за праћење. Инструментални трансформатори се стога користе за безбедно претварање великих електричних величина у стандардизоване, мерљиве сигнале.

Два најчешћа типа мерних трансформатора су струјни трансформатори (CT) и напонски трансформатори (VT). CT претвара високу примарну струју у мању секундарну струју, док VT смањује висок напон система на стандардизовани секундарни напон. Ови смањени сигнали се затим могу доводити до бројила, релеја, система за праћење и друге електричне опреме.

Комбиновани мерни трансформатор интегрише функције струјног и напонског трансформатора у једну физичку јединицу. Уместо инсталирања одвојених струје и напона, комбинована јединица може да обезбеди сигнале мерења и струје и напона из једног компактног уређаја.

Разумевање принципа рада комбинованог инструменталног трансформатора је важно за инжењере и стручњаке за електроенергетске системе јер објашњава како се струја и напон могу мерити истовремено, уз одржавање електричне изолације и тачности мерења.

1. Шта је комбиновани мерни трансформатор?

Комбиновани мерни трансформатор је електрични мерни уређај који обједињује струјни трансформатор и напонски трансформатор у једну интегрисану јединицу. Дизајниран је да обезбеди и струјне и напонске сигнале за мерење, мерење и заштиту.

У конвенционалној инсталацији електроенергетског система, струје и напонски трансформатори могу се инсталирати одвојено. Струјни трансформатор је повезан серијски са примарним колом ради мерења струје, док је напонски трансформатор повезан између високонапонског кола и земље или између фаза ради мерења напона. Комбиновани мерни трансформатор обавља обе функције унутар истог кућишта и система изолације.

2Главне компоненте комбинованог мерног трансформатора

Иако тачан дизајн зависи од произвођача и примене, комбиновани инструментални трансформатор се генерално састоји од неколико кључних компоненти.

Одељак струјног трансформатора

CT секција је одговорна за мерење струје која тече кроз примарно коло напајања.

Примарни проводник:

Примарни проводник носи стварну струју система. У зависности од дизајна, то може бити проводник који пролази кроз магнетно језгро или интегрисани примарни намотај.

Магнетно језгро:

Магнетно језгро обезбеђује магнетну путању потребну за рад трансформатора. Пројектовано је у складу са захтевима мерења или заштите струје и игра важну улогу у одређивању карактеристика тачности и засићења.

Секундарни намотај:

Секундарни намотај производи смањену струју пропорционалну примарној струји. Стандардне секундарне номиналне вредности обично укључују 1 A или 5 A, у зависности од захтева повезане мерне или заштитне опреме.

Одељак трансформатора напона

VT секција је одговорна за смањење напона система на безбедан и стандардизовани ниво.

Примарни намотај:

Примарни намотај је повезан са системом високог напона. Пројектован је са одговарајућом изолацијом да издржи напон система и пролазна електрична напрезања.

Секундарни намотај:

Секундарни намотај обезбеђује нижи напон за бројила, релеје, опрему за праћење и контролне системе. Уобичајени секундарни напони укључују 100 V и 110 V, мада могу бити доступни и други напони у зависности од регионалних стандарда и захтева примене.

Систем изолације

Пошто трансформатор може бити инсталиран у средњенапонским или високонапонским системима, изолација је критични део пројекта. Систем изолације одваја високонапонске компоненте од уземљених структура и нисконапонских секундарних кола.

У зависности од примене, изолација може да укључује материјале као што су епоксидна смола, уље, папир, порцелан, композитни материјали или други специјализовани изолациони системи.

Заједничке компоненте

Комбиновани мерни трансформатор такође укључује компоненте које подржавају и CT и VT секције.

Кућиште и кућиште:

Кућиште штити унутрашње компоненте од механичких оштећења и услова околине.

Монтажна структура:

Монтажна конструкција пружа механичку подршку и омогућава безбедну инсталацију трансформатора у подстаницама, расклопним постројењима или другој електричној опреми.

Прикључна кутија:

Прикључна кутија обезбеђује везе између секундарних кола трансформатора и спољне опреме за мерење, заштиту или праћење. Правилна идентификација терминала и ожичење су неопходни за исправан поларитет, фазне односе и рад система.

3. Принцип рада комбинованог мерног трансформатора

Принцип рада комбинованог мерног трансформатора заснива се на електромагнетној индукцији. Међутим, CT и VT секције обављају различите електричне функције и раде помоћу различитих метода повезивања.

Принцип мерења струје

CT секција мери струју на основу принципа трансформатора.

Када струја тече кроз примарни проводник, она производи магнетно поље око проводника. Овај магнетни флукс пролази кроз магнетно језгро CT-а и индукује струју у секундарном намотају.

Однос између примарне и секундарне струје је приближно одређен односом намотаја:

Ip / Is ≈ Ns / Np

где је:

• Ip = примарна струја
• Is = секундарна струја
• Np = број примарних намотаја
• Ns = број секундарних намотаја

На пример, ако струјени трансформатор има однос од 1000/5 А, примарна струја од 1000 А одговара приближно секундарној струји од 5 А под номиналним условима.

Секундарна струја је много мања и може се безбедно повезати са мерним инструментима и заштитним релејима. Типични секундарни излази токопровода су 1 A или 5 A.

Важно је напоменути да секундарно коло струје обично не би требало да буде отворено док струја тече кроз примарно коло. Отворена секундарна струја струје може генерисати опасно висок напон. Стога су током инсталације и одржавања потребни одговарајући уређаји за заштиту од кратког споја и кратких спојева.

Принцип мерења напона

VT секција такође ради на принципу трансформатора, али њена примарна сврха је смањење напона, а не струје.

Примарни намотај трансформатора високог напона (VT) је повезан са системом високог напона. Примењени примарни напон производи магнетни флукс у језгру трансформатора, који индукује пропорционални напон у секундарном намотају.

Приближан однос напона је:

Vp / Vs ≈ Np / Ns

где је:

• Vp = примарни напон
• Vs = секундарни напон
• Np = намотаји примарног намотаја
• Ns = намотаји секундарног намотаја

На пример, ВТ дизајниран за високонапонски систем може смањити примарни напон од неколико киловолти на стандардизовани секундарни напон као што је 100 V или 110 V.

Овај сигнал нижег напона се затим може доводити до бројила енергије, опреме за праћење напона, заштитних релеја, система за аутоматизацију и других управљачких уређаја.

Функција симултаног мерења

Кључна карактеристика комбинованог мерног трансформатора је да CT и VT секције могу да раде истовремено и независно унутар истог интегрисаног уређаја.

CT секција обезбеђује струјни сигнал, док VT секција обезбеђује напонски сигнал. Ови сигнали могу бити повезани на исти систем мерења или заштите.

На пример, систем за праћење снаге може примати и струјне и напонске сигнале из комбинованог мерног трансформатора. Систем за праћење затим може користити ова мерења за израчунавање електричних параметара као што су снага, фактор снаге, потрошња енергије и оптерећење система.

Две мерне функције не значе да су струја и напон директно електрично комбиновани. Уместо тога, они су механички и структурно интегрисани у један склоп мерног трансформатора, уз одржавање неопходне електричне изолације и изолације између кола.

4Комбиновани мерни трансформатор у односу на одвојени CT и VT

Избор између комбинованог мерног трансформатора и одвојених CT и VT јединица зависи од конфигурације система, нивоа напона, окружења инсталације, захтева за мерење и стратегије одржавања.

Комбиновани дизајн је често атрактиван када су компактност и интеграција приоритети. Међутим, одвојени стројни и напонски трансформатори могу бити пожељнији када систем захтева високо независну конфигурацију, замену, одржавање или специјализоване карактеристике мерења.

Избор стога не би требало да се заснива искључиво на физичкој величини. Инжењери би требало да процене називни напон, називну струју, класу тачности, оптерећење, ниво изолације, фреквенцију, услове околине, захтеве заштите и важеће техничке стандарде.

Закључак

Принцип рада комбинованог мерног трансформатора заснива се на интеграцији две основне мерне функције: трансформације струје и трансформације напона. CT секција користи електромагнетну индукцију за претварање високе примарне струје у стандардизовану секундарну струју, обично 1 A или 5 A. Истовремено, VT секција смањује високи напон система на стандардизовани секундарни напон, обично 100 V или 110 V.

Иако CT и VT секције обављају различите електричне функције, оне могу да раде истовремено унутар истог интегрисаног трансформаторског склопа. Ово омогућава електроенергетским системима да добијају и струјне и напонске сигнале из једног компактног уређаја за мерење, заштиту, праћење и контролу.

Избор правог комбинованог мерног трансформатора захтева пажљиво разматрање електричног система и примене. Пре избора потребно је проценити називни напон, називну струју, однос трансформације, класу тачности, оптерећење, изолационе перформансе, услове околине и захтеве заштите.