Máy biến dòng - nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Khi làm việc với các hệ thống năng lượng, thường cần phải chuyển đổi một số đại lượng điện nhất định thành các đại lượng tương tự như chúng với các giá trị thay đổi theo tỷ lệ. Điều này cho phép bạn mô phỏng các quy trình nhất định trong lắp đặt điện và thực hiện các phép đo một cách an toàn.

Hoạt động của máy biến dòng điện (CT) dựa trên định luật cảm ứng điện từhoạt động trong điện trường và từ trường biến thiên điều hòa có độ lớn hình sin xoay chiều.

Nó chuyển đổi giá trị sơ cấp của vectơ dòng điện chạy trong mạch điện thành giá trị giảm thứ cấp, tôn trọng tỷ lệ mô đun và truyền góc chính xác.

Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng

Biểu diễn các quá trình diễn ra trong quá trình biến đổi năng lượng điện bên trong máy biến áp được giải thích bằng sơ đồ.

Dòng điện I1 chạy qua cuộn sơ cấp nguồn với số vòng dây w1, vượt qua trở kháng Z1 của nó.Từ thông F1 được hình thành xung quanh cuộn dây này, từ thông này được chụp bởi một mạch từ nằm vuông góc với hướng của vectơ I1. Định hướng này đảm bảo tổn thất năng lượng điện tối thiểu khi nó được chuyển đổi thành năng lượng từ tính.

Đi qua các vòng quay nằm vuông góc của cuộn dây w2, từ thông F1 tạo ra một suất điện động E2 trong chúng, dưới tác động của dòng điện I2 phát sinh trong cuộn thứ cấp, vượt qua trở kháng của cuộn Z2 và tải đầu ra được kết nối Zn. Trong trường hợp này, điện áp rơi U2 được hình thành ở các đầu của mạch thứ cấp.

Đại lượng K1 được gọi, được xác định bằng tỷ lệ của các vectơ I1 / I2 hệ số biến đổi... Giá trị của nó được đặt trong quá trình thiết kế thiết bị và được đo trong các cấu trúc làm sẵn. Sự khác biệt giữa các chỉ số của mô hình thực và giá trị tính toán được đánh giá bằng đặc tính đo lường - cấp độ chính xác của máy biến dòng.

Trong hoạt động thực tế, các giá trị của dòng điện trong cuộn dây không phải là giá trị không đổi. Do đó, hệ số chuyển đổi thường được biểu thị bằng các giá trị danh nghĩa. Ví dụ: biểu thức 1000/5 của anh ấy có nghĩa là với dòng điện hoạt động chính là 1 kiloampe, tải 5 ampe sẽ tác động ở các lượt thứ cấp. Các giá trị này được sử dụng để tính toán hiệu suất lâu dài của máy biến dòng này.

Từ thông F2 sinh ra từ dòng điện thứ cấp I2 làm giảm giá trị của từ thông F1 trong mạch từ. Trong trường hợp này, từ thông từ máy biến áp Ф được tạo ra trong nó được xác định bằng tổng hình học của các vectơ Ф1 và Ф2.

Các yếu tố nguy hiểm trong quá trình vận hành máy biến dòng

Khả năng bị ảnh hưởng bởi hiệu điện thế cao trong trường hợp hỏng cách điện

Do mạch từ của TT được làm bằng kim loại, có độ dẫn điện tốt và kết nối các cuộn dây cách điện (sơ cấp và thứ cấp) với nhau bằng từ tính, nên sẽ tăng nguy cơ bị điện giật cho người hoặc hư hỏng thiết bị nếu lớp cách điện bị hỏng.

Để ngăn chặn những tình huống như vậy, nối đất của một trong các cực thứ cấp của máy biến áp được sử dụng để tiêu hao điện thế cao trên nó trong trường hợp xảy ra tai nạn.

Thiết bị đầu cuối này luôn được đánh dấu trên vỏ thiết bị và được chỉ định trên sơ đồ kết nối.

Khả năng bị ảnh hưởng bởi điện thế cao trong trường hợp hỏng mạch thứ cấp

Các kết luận của cuộn dây thứ cấp được đánh dấu bằng «I1» và «I2», vì vậy hướng của dòng điện chạy là cực, trùng nhau trong tất cả các cuộn dây. Khi máy biến áp đang vận hành, chúng phải luôn được nối với phụ tải.

Điều này được giải thích là do dòng điện đi qua cuộn sơ cấp có hiệu điện thế cao (S = UI), dòng điện này được biến đổi thành mạch thứ cấp với tổn thất thấp, khi ngắt thì thành phần dòng điện giảm mạnh xuống giá trị rò rỉ qua môi trường, nhưng đồng thời sự sụt giảm làm tăng đáng kể ứng suất trong phần bị gãy.

Điện thế tại các tiếp điểm hở của cuộn thứ cấp trong quá trình dòng điện chạy qua trong vòng sơ cấp có thể đạt tới vài kilovolt, điều này rất nguy hiểm.

Do đó, tất cả các mạch thứ cấp của máy biến dòng phải luôn được lắp ráp chắc chắn và phải luôn lắp đặt ngắn mạch song song trên các cuộn dây hoặc lõi không sử dụng.

Giải pháp thiết kế sử dụng trong mạch biến dòng

Mỗi máy biến dòng, với tư cách là một thiết bị điện, được thiết kế để giải quyết một số vấn đề nhất định trong quá trình vận hành lắp đặt điện. Ngành công nghiệp sản xuất một loại lớn của họ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, khi cải tiến cấu trúc, việc sử dụng các mô hình làm sẵn với các công nghệ đã được chứng minh sẽ dễ dàng hơn là thiết kế lại và sản xuất các mô hình mới.

Nguyên tắc tạo TT một lượt (trong mạch sơ cấp) là cơ bản và được hiển thị trong ảnh bên trái.

Ở đây, cuộn sơ cấp, được bọc cách điện, được tạo thành từ một thanh cái thẳng L1-L2 đi qua mạch từ của máy biến áp, và cuộn thứ cấp được quấn quanh nó và nối với tải.

Nguyên tắc tạo CT nhiều lượt với hai lõi được hiển thị bên phải. Ở đây, hai máy biến áp một vòng được thực hiện cùng với mạch thứ cấp của chúng và một số vòng nhất định của cuộn dây nguồn được đưa qua mạch từ của chúng. Bằng cách này, không chỉ công suất được tăng lên mà số lượng mạch kết nối đầu ra còn tăng thêm.

Ba nguyên tắc này có thể được thay đổi theo những cách khác nhau. Ví dụ, việc sử dụng một số cuộn dây giống hệt nhau xung quanh một mạch từ đơn lẻ là phổ biến để tạo ra các mạch thứ cấp độc lập, riêng biệt hoạt động độc lập. Chúng được gọi là hạt nhân. Theo cách này, việc bảo vệ các công tắc hoặc đường dây (máy biến áp) với các mục đích khác nhau được kết nối với các mạch hiện tại của một máy biến dòng.

Máy biến dòng kết hợp với mạch từ mạnh, được sử dụng trong các chế độ khẩn cấp của thiết bị và loại thông thường, được thiết kế để đo các tham số mạng danh nghĩa, hoạt động trong các thiết bị của thiết bị điện.Các cuộn dây quấn quanh thanh cốt thép được sử dụng để vận hành các thiết bị bảo vệ, trong khi các cuộn dây thông thường được sử dụng để đo dòng điện hoặc công suất/điện trở.

Chúng được gọi như thế này:

• cuộn dây bảo vệ được đánh dấu bằng chỉ số «P» (rơle);

• phép đo được biểu thị bằng các số của cấp chính xác đo lường TT, ví dụ «0,5».

Cuộn dây bảo vệ trong quá trình hoạt động bình thường của máy biến dòng cung cấp phép đo vectơ dòng sơ cấp với độ chính xác 10%. Với giá trị này, chúng được gọi là "mười phần trăm".

lỗi đo lường

Nguyên tắc xác định độ chính xác của máy biến áp cho phép bạn đánh giá mạch tương đương của nó được hiển thị trong ảnh. Trong đó, tất cả các giá trị của đại lượng chính được giảm có điều kiện thành hành động trong các vòng thứ cấp.

Mạch tương đương mô tả tất cả các quá trình hoạt động trong cuộn dây, có tính đến năng lượng tiêu tốn để từ hóa lõi với dòng điện I.

Biểu đồ vectơ được xây dựng trên cơ sở của nó (tam giác SB0) cho thấy I2 hiện tại khác với các giá trị của I'1 với giá trị của I đối với chúng ta (từ hóa).

Những sai lệch này càng lớn thì độ chính xác của máy biến dòng càng thấp.Để tính đến sai số đo CT, các khái niệm sau đây được đưa ra:

• lỗi hiện tại tương đối được biểu thị bằng phần trăm;

• sai số góc được tính từ độ dài cung AB tính bằng radian.

Giá trị tuyệt đối của độ lệch của vectơ dòng điện sơ cấp và thứ cấp được xác định bởi đoạn AC.

Các kiểu dáng công nghiệp thông thường của máy biến dòng được sản xuất để vận hành ở các cấp chính xác được xác định bởi các đặc tính 0,2; 0,5; 1,0; 3 và 10%.

Ứng dụng thực tế của máy biến dòng

Một số lượng đa dạng các mô hình của họ có thể được tìm thấy cả trong các thiết bị điện tử nhỏ nằm trong một hộp nhỏ và trong các thiết bị năng lượng có kích thước đáng kể là vài mét.

Phân loại máy biến dòng

Theo thỏa thuận, chúng được chia thành:

• đo, chuyển dòng điện đến dụng cụ đo;
• được bảo vệ, kết nối với các mạch bảo vệ hiện tại;
• phòng thí nghiệm, với độ chính xác cao;
• trung gian được sử dụng để chuyển đổi lại.

Khi vận hành cơ sở, TT được sử dụng:

• lắp đặt ngoài trời ngoài trời;

• cho cài đặt khép kín;

• thiết bị tích hợp;

• từ phía trên - chèn tay áo;

• di động, cho phép bạn thực hiện các phép đo ở những nơi khác nhau.

Theo giá trị của điện áp hoạt động của thiết bị TT, có:

• điện áp cao (hơn 1000 volt);

• cho các giá trị điện áp danh định lên đến 1 kilovolt.

Ngoài ra, máy biến dòng được phân loại theo phương pháp vật liệu cách điện, số bước biến đổi và các đặc điểm khác.

Nhiệm vụ đã hoàn thành

Máy biến dòng đo lường bên ngoài được sử dụng để vận hành các mạch điện để đo năng lượng điện, đo lường và bảo vệ đường dây hoặc máy biến áp tự ngẫu.

Ảnh dưới đây cho thấy vị trí của chúng cho từng pha của đường dây và việc lắp đặt các mạch thứ cấp trong hộp đầu cuối của thiết bị đóng cắt 110 kV cho máy biến áp tự ngẫu.

Các nhiệm vụ tương tự được thực hiện bởi các máy biến dòng của thiết bị đóng cắt bên ngoài-330 kV, nhưng do độ phức tạp của thiết bị điện áp cao hơn, chúng có kích thước lớn hơn nhiều.

Trên các thiết bị điện, thường sử dụng các thiết kế nhúng của máy biến dòng, được đặt trực tiếp trên vỏ của nhà máy điện.

Chúng có cuộn dây thứ cấp với dây dẫn được đặt xung quanh ống lót điện áp cao trong vỏ bọc kín. Các dây cáp từ kẹp CT được định tuyến đến các hộp đấu dây được gắn ở đây.

Máy biến dòng cao áp bên trong thường sử dụng dầu máy biến áp đặc biệt làm chất cách điện. Một ví dụ về thiết kế như vậy được hiển thị trong ảnh dành cho máy biến dòng dòng TFZM được thiết kế để hoạt động ở 35 kV.

Lên đến và bao gồm 10 kV, vật liệu điện môi rắn được sử dụng để cách điện giữa các cuộn dây trong sản xuất hộp.

Một ví dụ về máy biến dòng TPL-10 được sử dụng trong KRUN, thiết bị đóng cắt kín và các loại thiết bị đóng cắt khác.

Một ví dụ về kết nối mạch dòng thứ cấp của một trong các lõi bảo vệ REL 511 cho bộ ngắt mạch 110 kV được hiển thị bằng sơ đồ đơn giản hóa.

Lỗi máy biến dòng và cách tìm ra chúng

Một máy biến dòng được kết nối với tải có thể phá vỡ điện trở cách điện của cuộn dây hoặc độ dẫn điện của chúng dưới ảnh hưởng của quá nhiệt, ảnh hưởng cơ học ngẫu nhiên hoặc do lắp đặt kém.

Trong thiết bị vận hành, lớp cách điện thường bị hỏng nhất, dẫn đến hiện tượng đoản mạch từng cuộn dây (giảm công suất truyền) hoặc xuất hiện dòng rò qua các mạch ngắn mạch được tạo ngẫu nhiên.

Để xác định những nơi lắp đặt mạch điện kém chất lượng, việc kiểm tra mạch làm việc bằng thiết bị tạo ảnh nhiệt được thực hiện định kỳ.Dựa trên chúng, các khuyết điểm của các tiếp điểm bị hỏng ngay lập tức được loại bỏ, giảm quá nhiệt của thiết bị.

Việc không đóng từ lượt này sang lượt khác được kiểm tra bởi các chuyên gia của phòng thí nghiệm tự động hóa và bảo vệ rơle:

• lấy đặc tính dòng điện-điện áp;

• sạc máy biến áp từ nguồn bên ngoài;

• các phép đo của các tham số chính trong sơ đồ làm việc.

Họ cũng phân tích giá trị của hệ số biến đổi.

Trong tất cả các công trình, tỷ lệ giữa các vectơ dòng sơ cấp và thứ cấp được ước tính bằng độ lớn. Độ lệch góc của chúng không được thực hiện do thiếu các thiết bị đo pha có độ chính xác cao được sử dụng để kiểm tra máy biến dòng trong các phòng thí nghiệm đo lường.

Các thử nghiệm điện áp cao về tính chất điện môi được giao cho các chuyên gia của phòng thí nghiệm dịch vụ cách điện.