שנאים זרם - עקרון הפעולה והיישום

כאשר עובדים עם מערכות אנרגיה, לעתים קרובות יש צורך להמיר כמויות חשמליות מסוימות לאנלוגים הדומים להם עם ערכים משתנים באופן יחסי. זה מאפשר לך לדמות תהליכים מסוימים במתקני חשמל ולבצע מדידות בבטחה.

הפעולה של שנאי זרם (CT) מבוססת על חוק האינדוקציה האלקטרומגנטיתפועל בשדות חשמליים ומגנטיים המשתנים בצורה של הרמוניות בגדלים סינוסואידיים מתחלפים.

הוא ממיר את הערך הראשוני של וקטור הזרם הזורם במעגל הכוח לערך מופחת משני, תוך כיבוד פרופורציונליות מודול והעברת זווית מדויקת.

עקרון הפעולה של השנאי הנוכחי

ההדגמה של התהליכים המתרחשים במהלך הטרנספורמציה של אנרגיה חשמלית בתוך השנאי מוסברת על ידי התרשים.

זרם I1 זורם דרך פיתול הכוח הראשי עם מספר הסיבובים w1, ומתגבר על העכבה Z1 שלו.שטף מגנטי F1 נוצר סביב סליל זה, הנלכד על ידי מעגל מגנטי הממוקם בניצב לכיוון הווקטור I1. כיוון זה מבטיח אובדן מינימלי של אנרגיה חשמלית כאשר היא מומרת לאנרגיה מגנטית.

חוצה את הסיבובים הממוקמים בניצב של הפיתול w2, השטף F1 משרה בהם כוח אלקטרו-מוטיבי E2, שבהשפעתו מתעורר זרם I2 בפיתול המשנית, המתגבר על העכבה של הסליל Z2 ועומס המוצא המחובר Zn. במקרה זה, נפילת מתח U2 נוצרת במסופים של המעגל המשני.

הכמות K1 נקראת, נקבעת על ידי היחס בין הווקטורים I1 / I2 מקדם הטרנספורמציה... הערך שלה נקבע במהלך תכנון התקנים ונמדד במבנים מוכנים. ההבדלים בין האינדיקטורים של מודלים אמיתיים לבין הערכים המחושבים מוערכים על ידי המאפיין המטרולוגי - דרגת דיוק של שנאי זרם.

בפעולה בפועל, ערכי הזרמים בסלילים אינם ערכים קבועים. לכן, מקדם הטרנספורמציה מסומן בדרך כלל על ידי ערכים נומינליים. לדוגמה, הביטוי שלו 1000/5 אומר שעם זרם הפעלה ראשוני של 1 קילואמפר, יפעלו עומסים של 5 אמפר בפניות המשניות. ערכים אלה משמשים לחישוב הביצועים לטווח ארוך של שנאי זרם זה.

השטף המגנטי F2 מהזרם המשני I2 מפחית את ערכו של השטף F1 במעגל המגנטי. במקרה זה, השטף מהשנאי Ф שנוצר בו נקבע על ידי הסיכום הגיאומטרי של הוקטורים Ф1 ו-Ф2.

גורמים מסוכנים במהלך פעולת השנאי הנוכחי

יכולת להיות מושפע מפוטנציאל מתח גבוה במקרה של כשל בידוד

מכיוון שהמעגל המגנטי של ה-TT עשוי ממתכת, בעל מוליכות טובה ומחבר באופן מגנטי את הפיתולים המבודדים (ראשוניים ומשניים) זה לזה, קיים סיכון מוגבר להתחשמלות לאנשי או לנזק לציוד אם שכבת הבידוד נשברת.

כדי למנוע מצבים כאלה, הארקה של אחד מהטרמינלים המשניים של השנאי משמשת לניקוז פוטנציאל המתח הגבוה על פניו במקרה של תאונות.

מסוף זה מסומן תמיד על בית ההתקן ומצוין בדיאגרמות החיבור.

האפשרות להיות מושפעת מפוטנציאל מתח גבוה במקרה של כשל במעגל משני

המסקנות של הפיתול המשני מסומנות עם «I1» ו- «I2», כך שכיוון הזרמים הזורמים הוא קוטבי, חופף בכל הפיתולים. כאשר השנאי פועל, הם חייבים תמיד להיות מחוברים לעומס.

זה מוסבר על ידי העובדה שלזרם העובר דרך הפיתול הראשוני יש כוח פוטנציאלי גבוה (S = UI), אשר הופך למעגל משני עם הפסדים נמוכים, וכאשר הוא מופרע, רכיב הזרם יורד בחדות לערכים של דליפה דרך הסביבה, אך במקביל הירידה מגבירה משמעותית את הלחצים בקטע השבור.

הפוטנציאל במגעים הפתוחים של הפיתול המשנית במהלך מעבר הזרם בלולאה הראשונית יכול להגיע למספר קילו-וולט, וזה מסוכן מאוד.

לכן, כל המעגלים המשניים של שנאי זרם חייבים תמיד להיות מורכבים בצורה מאובטחת ותמיד חייבים להתקין קצרי shunt על פיתולים או ליבות שהוצאו משימוש.

פתרונות עיצוב המשמשים במעגלי שנאי זרם

כל שנאי זרם, כמכשיר חשמלי, נועד לפתור בעיות מסוימות במהלך ההפעלה של מתקנים חשמליים. התעשייה מייצרת מבחר גדול מהם. עם זאת, במקרים מסוימים, בעת שיפור מבנים, קל יותר להשתמש בדגמים מוכנים עם טכנולוגיות מוכחות מאשר לעצב מחדש ולייצר חדשים.

העיקרון של יצירת TT בסיבוב אחד (במעגל הראשוני) הוא בסיסי ומוצג בתמונה משמאל.

כאן הפיתול הראשוני, המכוסה בבידוד, עשוי מאפיק קו ישר L1-L2 העובר דרך המעגל המגנטי של השנאי, והמשני כרוך בסיבובים סביבו ומחובר לעומס.

העיקרון של יצירת CT מרובה פניות עם שתי ליבות מוצג בצד ימין. כאן לוקחים שני שנאים בסיבוב אחד עם המעגלים המשניים שלהם ומספר מסוים של סיבובים של פיתולי כוח מועברים דרך המעגלים המגנטיים שלהם. בדרך זו, לא רק ההספק גדל, אלא גם מספר המעגלים המחוברים לפלט גדל עוד יותר.

ניתן לשנות את שלושת העקרונות הללו בדרכים שונות. לדוגמה, השימוש במספר סלילים זהים סביב מעגל מגנטי בודד נפוץ ליצירת מעגלים משניים נפרדים ועצמאיים הפועלים באופן אוטונומי. אלה נקראים גרעינים. בדרך זו, ההגנה על מתגים או קווים (שנאים) עם מטרות שונות מחוברת למעגלים הנוכחיים של שנאי זרם אחד.

שנאי זרם משולבים עם מעגל מגנטי רב עוצמה, המשמש במצבי חירום של ציוד, והרגיל, המיועד למדידות בפרמטרים נומינליים של רשת, עובדים במכשירי ציוד כוח.סלילים עטופים סביב המוט משמשים להפעלת התקני הגנה, בעוד סלילים קונבנציונליים משמשים למדידת זרם או כוח/התנגדות.

הם נקראים כך:

• סלילי מגן המסומנים באינדקס «P» (ממסר);

• המדידה המצוינת על ידי המספרים של דרגת הדיוק המטרולוגית TT, למשל «0.5».

פיתולי הגנה במהלך פעולה רגילה של שנאי הזרם מספקות מדידה של וקטור הזרם הראשוני בדיוק של 10%. עם ערך זה, הם נקראים "עשרה אחוזים".

טעויות מדידה

העיקרון של קביעת הדיוק של השנאי מאפשר לך להעריך את המעגל המקביל שלו המוצג בתמונה. בו, כל ערכי הכמויות הראשוניות מופחתות באופן מותנה לפעולה בלולאות משניות.

המעגל המקביל מתאר את כל התהליכים הפועלים בפיתולים, תוך התחשבות באנרגיה המושקעת במגנטת הליבה עם זרם I.

הדיאגרמה הווקטורית הבנויה על בסיסה (משולש SB0) מראה שהזרם I2 שונה מהערכים של I'1 עם הערך של I כלפינו (מגנטיזציה).

ככל שהסטיות הללו גדולות יותר, כך הדיוק של השנאי הנוכחי נמוך יותר. כדי לקחת בחשבון שגיאות מדידת CT, מוצגים המושגים הבאים:

• טעות נוכחית יחסית מבוטאת באחוזים;

• שגיאת זווית מחושבת מאורך הקשת AB ברדיאנים.

הערך המוחלט של הסטייה של וקטורי הזרם הראשוניים והמשניים נקבע על ידי קטע AC.

עיצובים תעשייתיים נפוצים של שנאי זרם מיוצרים כדי לפעול בדרגות דיוק המוגדרות על ידי המאפיינים של 0.2; 0.5; 1.0; 3 ו-10%.

יישום מעשי של שנאי זרם

ניתן למצוא מספר מגוון מהדגמים שלהם הן במכשירים אלקטרוניים קטנים הממוקמים במארז קטן והן במכשירי אנרגיה שתופסים ממדים משמעותיים של מספר מטרים, הם מחולקים לפי מאפיינים תפעוליים.

סיווג שנאי זרם

בהסכמה הם מחולקים ל:

• מדידה, העברת זרמים למכשירי מדידה;
• מוגן, מחובר למעגלי הגנה נוכחיים;
• מעבדה, ברמה גבוהה של דיוק;
• חומרי ביניים המשמשים להמרה מחדש.

בעת הפעלת מתקנים, נעשה שימוש ב-TT:

• התקנה חיצונית;

• עבור מתקנים סגורים;

• ציוד מובנה;

• מלמעלה - הכנס את השרוול;

• נייד, המאפשר לך לבצע מדידות במקומות שונים.

לפי ערך מתח ההפעלה של ציוד ה-TT ישנם:

• מתח גבוה (יותר מ-1000 וולט);

• עבור ערכי מתח נומינליים של עד 1 קילו וולט.

כמו כן, שנאים זרם מסווגים לפי שיטת חומרי הבידוד, מספר שלבי הטרנספורמציה ומאפיינים אחרים.

משימות שהושלמו

שנאי זרם מדידה חיצוניים משמשים להפעלת מעגלים חשמליים למדידת אנרגיה חשמלית, מדידות והגנה על קווים או שנאי כוח אוטומטיים.

התמונה למטה מציגה את מיקומם עבור כל שלב של הקו ואת התקנת מעגלים משניים בתיבת המסוף של מתג 110 קילוואט עבור השנאי האוטומטי.

אותן משימות מבוצעות על ידי שנאים זרם של מיתוג חיצוני-330 קילו וולט, אך בהתחשב במורכבות של ציוד המתח הגבוה יותר, יש להם ממדים גדולים בהרבה.

על ציוד כוח, עיצובים משובצים של שנאים זרם משמשים לעתים קרובות, אשר ממוקמים ישירות על המעטפת של תחנת הכוח.

יש להם פיתולים משניים עם מובילים הממוקמים סביב תותב המתח הגבוה בבית אטום. הכבלים מהדקים CT מנותבים לקופסאות הטרמינלים המצורפות כאן.

שנאי זרם פנימי במתח גבוה משתמשים לרוב בשמן שנאי מיוחד כמבודד. דוגמה לעיצוב כזה מוצגת בתמונה עבור שנאים זרם מסדרת TFZM המיועדים לפעול ב-35 קילו וולט.

עד וכולל 10 קילוואט, חומרים דיאלקטריים מוצקים משמשים לבידוד בין הפיתולים בייצור התיבה.

דוגמה לשנאי זרם TPL-10 בשימוש ב-KRUN, מתג סגור וסוגים אחרים של מתגים.

דוגמה לחיבור מעגל הזרם המשני של אחת מליבות ההגנה REL 511 עבור מפסק 110 קילו וולט מוצגת עם דיאגרמה פשוטה.

תקלות בשנאי זרם וכיצד למצוא אותן

שנאי זרם המחובר לעומס יכול לשבור את ההתנגדות החשמלית של בידוד הפיתולים או מוליכותם בהשפעת התחממות יתר תרמית, השפעות מכניות מקריות או עקב התקנה לקויה.

בציוד תפעולי, הבידוד ניזוק לרוב, וכתוצאה מכך קצר סיבוב של הפיתולים (הפחתה בכוח המשודר) או התרחשות של זרמי דליפה דרך מעגלי קצר שנוצרו באקראי.

על מנת לזהות את מקומות ההתקנה באיכות ירודה של מעגל החשמל, מתבצעות מעת לעת בדיקות של מעגל העבודה עם צילומים תרמיים.בהתבסס עליהם, הפגמים של מגעים שבורים מוסרים מיד, התחממות יתר של הציוד מצטמצמת.

היעדר סגירה מהתור לפנייה נבדק על ידי המומחים של מעבדות הגנת הממסר והאוטומציה:

• לוקח את מאפיין המתח הנוכחי;

• טעינת השנאי ממקור חיצוני;

• מדידות של הפרמטרים העיקריים בתכנית העבודה.

הם גם מנתחים את הערך של מקדם הטרנספורמציה.

בכל העבודות, היחס בין וקטור הזרם הראשוני והמשני מוערך לפי גודל. חריגות הזווית שלהם אינן מבוצעות עקב היעדר מכשירי מדידת פאזה בעלי דיוק גבוה המשמשים לבדיקת שנאי זרם במעבדות מטרולוגיות.

בדיקות מתח גבוה של תכונות דיאלקטריות מוקצות למומחים של מעבדת שירותי הבידוד.