A teljesítménymérő és felügyeleti rendszerekben a külső áramváltókat (CT) igénylő villamosenergia-mérők mindenütt megtalálhatók; ezek a mi "szemeink" a hatalmas áramlatok pontos érzékeléséhez. Ebben a kifinomult rendszerben azonban egy vaskos szabály rejtőzik, amelyet mindenkor be kell tartani: az áramváltó szekunder oldalát soha nem szabad nyitott áramkörrel működtetni. Ez a cikk a mögöttes elveket és az ezzel járó veszélyeket tárgyalja.
Az áramváltó normál működési elve
A CT (Current Transformer) egy speciális típusú transzformátor, amely az elektromágneses indukció elvén működik. Alapvető tervezési elvei az "áramcsökkentés" és az "elszigetelés".
1. Felépítés: Jellemzően egy zárt vasmagból, egy kevesebb menettel rendelkező primer tekercsből (a főáramkörben sorba van kötve) és egy több menetes szekunder tekercsből (a villanyórához kötve) áll.
2. Ideális állapot: Normál zárt áramkörben a CT hozzávetőlegesen "rövidzár{1}}" állapotban működik. Az Ampere áramköri törvénye és az elektromágneses indukció törvénye szerint az I1 primer áram Φ váltakozó mágneses fluxust hoz létre a vasmagban, amely azután I2 áramot indukál a szekunder oldalon. A kettő kapcsolata a következő:
Ahol N1 és N2 a primer és szekunder tekercs meneteinek száma, az Im pedig a gerjesztőáram. A nagyon nagy gerjesztési impedancia és a rendkívül kicsi Im miatt ideális körülmények között a következőkre egyszerűsíthető:
Itt Kn a névleges transzformációs arányra vonatkozik, például 1000/5A. Ebben az esetben a primer oldalon lévő nagy áram pontosan és arányosan kis árammá alakul a szekunder oldalon (jellemzően 5A vagy 1A standard érték) a biztonságos műszermérés érdekében. Ezzel egyidejűleg az áramváltó (CT) szekunder áramköri potenciálja nagyon alacsony (általában csak néhány volt), egy biztonságos tartományon belül.
Elvi elemzés, amikor a másodlagos oldal nyitva van
Ha a másodlagos áramkör megszakad a meglazult kapcsok, megszakadt vezetékek vagy a tesztelés közbeni véletlen lekapcsolás miatt, működési állapota katasztrofálisan megváltozik.
| Működési állapot | Normál zárás | Másodlagos út megnyitása |
|
|
Létezik, arányosan I1 |
|
|
Φ |
Hatékonyan elnyomja az I2 által generált demagnetizáló fluxus, alacsony szinten tartva | A gátlás elvesztése, gyors telítés rendkívül magas értékekre |
|
|
Nagyon alacsony (több volt) | Több ezer vagy akár több tízezer voltos magas feszültség indukálódott. |
| Fizikai természet | Erős csatolás, mély negatív visszacsatolás: I2 erősen ellenáll a Φ változásainak | Visszacsatolás levágása és energiafelhalmozás: Az összes primer amper{0}}I1 és N1 fordulatot gerjesztésre használják. |
Alapvető fizikai folyamatai a következők:
1: A demagnetizáló visszacsatolás eltűnése
Normál működés közben az I2 szekunder áram által generált mágneses fluxus mindig ellentétes irányú az I1 primer áram által generált mágneses fluxussal, ami egy erős "demagnetizáló" hatást kelt, amely a vasmagban a kombinált mágneses fluxust alacsony szintre korlátozza. Az áramkör nyitása után I2=0, és a demagnetizáló hatás azonnal nullára áll vissza.
2: A mágneses fluxus gyors telítettsége
A kiegyensúlyozatlan primer amper{0}}I1 és N1 fordulatok teljes egészében mágnesező amper-fordulatokká alakulnak. Mivel a mag keresztmetszeti -területét alacsony mágneses fluxussűrűségre tervezték, a mag ezen a ponton gyorsan mély telítettségi állapotba kerül.
Faraday elektromágneses indukciós törvénye szerint a váltakozó mágneses fluxus elektromotoros erőt indukál a tekercsben. Amikor a mágneses fluxus meredeken növekszik, rendkívül magas U2 feszültség indukálódik a szekunder tekercsben.
3: Magas nyomás generálása
Teljesítményfrekvenciás körülmények között több száz amperes primer áram mellett a nyitott-áramköri szekunder oldalon könnyen elérheti a több ezer voltot, szélsőséges esetben pedig a 10 kilovoltot is.
A GB/T 20840.2-2014 „Műszertranszformátorok – 2. rész: Az áramváltókra vonatkozó kiegészítő műszaki követelmények” nemzeti szabvány szigorú követelményeket ír elő a műszertranszformátorok szigetelési teljesítményére vonatkozóan, és ez a hirtelen nagy feszültség jóval meghaladta a normál tervezési kapacitását.
Megszakadt áramkör veszélyei az áramváltó szekunder oldalán
A szekunder szakadt áramkör által generált magas feszültség és kísérő jelenségek veszélyek sorozatát válthatják ki.
1. Áramütés veszélye: A másodlagos kivezetéseken több ezer voltos nagyfeszültség található, ami közvetlenül az áramütés veszélyét jelenti. Azok a karbantartó és javító személyzet, akik óvintézkedések nélkül érintkeznek ezzel a feszültséggel, áramütést szenvedhetnek.
2. A berendezés károsodása:
Szigetelés meghibásodása: A nagy feszültség először a szekunder tekercs -fordulat és-rétegek közötti szigetelését bontja le, vagy a szigetelést testre bontja a szekunder áramkörben, ami az áramváltó (CT) maradandó károsodásához vezet.
Túlmelegedés és kiégés: Ha a vasmag erősen telített, hatalmas örvényáramokat és hiszterézisveszteségeket generál, ami a vasmag túlmelegedését okozza, ami kiégetheti a tekercsszigetelést és akár tüzet is okozhat.
Elektromos ív és robbanás: A nyitott áramköri pontok (például laza kapcsok) folyamatos elektromos ívet generálnak nagyfeszültség alatt. Az ív magas hőmérséklete kiégetheti a berendezést, meggyulladhat a környező éghető anyagok, és a zárt szekrényben felgyülemlett magas hőmérsékletű{1}}gázok akár elektromos robbanást is okozhatnak.
3. A rendszer működésével kapcsolatos veszélyek
Mérési pontatlanság és meghibásodás: A CT- típusú energiamérők esetében a nulla bemeneti áram miatt nem tudják mérni az elektromosságot, ami áramkimaradást és esetleges kereskedelmi egyezségi vitákat eredményez.
Veszélyes nagyfeszültségű{0}}szikrák: Ez nem csak gyújtóforrás, hanem az ebből eredő erős elektromágneses impulzusok is zavarhatják a közeli elektronikus berendezéseket.
Összefoglalni
Az áramváltó szekunder oldalán megszakadt áramkör az elektromágneses energia heves felhalmozódását váltja ki, ami végső soron fizikai katasztrófát eredményez, amely magas feszültségben, erős elektromos ívekben és túlmelegedésben nyilvánul meg. Ezért minden CT-áramkörrel kapcsolatos munkában szigorúan be kell tartani a "nyílt áramkör-megelőzést", mint eljárást.
Eközben az árammérőhöz csatlakoztatott áramváltó szekunder oldalát le kell földelni. Ez, valamint a "szakadt áramkörök szigorú tiltása a szekunder oldalon" a CT működésének és karbantartásának két alapvető szabálya. A földelést követően a beugró nagy feszültség a földelővezetéken keresztül gyorsan levezethető a földre, így elkerülhető a berendezés kiégése vagy a szekunder oldali potenciál hirtelen emelkedése okozta áramütéses baleset.