変流器 — 動作原理と応用

エネルギー システムを扱う場合、多くの場合、特定の電気量を、値が比例して変化する類似のアナログに変換する必要があります。これにより、電気設備内の特定のプロセスをシミュレートし、安全に測定を行うことができます。

変流器 (CT) の動作は次のことに基づいています。 電磁誘導の法則正弦波の大きさが交互に変化する高調波の形で変化する電場と磁場の中で動作します。

電力回路に流れる電流ベクトルの一次値を、係数の比例性と正確な角度伝達を考慮して二次的な換算値に変換します。

変流器の動作原理

変圧器内で電気エネルギーが変換される過程を図で説明します。

電流 I1 は、そのインピーダンス Z1 を克服して、巻数 w1 で電源一次巻線を流れます。このコイルの周囲には磁束 F1 が形成され、ベクトル I1 の方向に対して垂直に配置された磁気回路によって捕捉されます。この向きにより、電気エネルギーが磁気エネルギーに変換される際の損失が最小限に抑えられます。

垂直に配置された巻線w2の巻線を横切る磁束F1は起電力E2を誘導し、その影響で二次巻線に電流I2が発生し、コイルZ2と接続された出力負荷Znのインピーダンスを克服します。この場合、電圧降下 U2 が二次回路の端子に形成されます。

量 K1 は、ベクトル I1 / I2 変換係数の比によって決定され、デバイスの設計中に設定され、既製の構造で測定されます。実際のモデルの指標と計算値の違いは、変流器の計測特性、つまり精度クラスによって評価されます。

実際の動作では、コイルに流れる電流の値は一定の値ではありません。したがって、変換係数は通常公称値で示されます。たとえば、彼の式 1000/5 は、一次動作電流が 1 キロアンペアの場合、二次巻線に 5 アンペアの負荷が作用することを意味します。これらの値は、この変流器の長期的な性能を計算するために使用されます。

二次電流 I2 による磁束 F2 により、磁気回路内の磁束 F1 の値が減少します。この場合、その中で作成される変圧器 Ф からの磁束は、ベクトル Ф1 と Ф2 の幾何学的和によって決まります。

変流器の動作中の危険要因

絶縁不良の場合に高電圧電位の影響を受ける可能性

TT の磁気回路は金属でできており、導電率が高く、絶縁された巻線 (一次巻線と二次巻線) が互いに磁気的に接続されているため、絶縁層が破損した場合、人体への感電や機器の損傷の危険性が高まります。

このような状況を防ぐために、変圧器の二次端子の 1 つを接地して、事故の場合にその両端の高電圧電位を排出します。

この端子は常にデバイスのハウジングにマークされており、接続図にも示されています。

二次回路故障時に高電圧電位の影響を受ける可能性

二次巻線の結論は«I1»と«I2»でマークされているため、流れる電流の方向は極性であり、すべての巻線で一致します。変圧器が動作しているときは、常に負荷に接続する必要があります。

これは、一次巻線を流れる電流には高電位電力 (S = UI) があり、低損失の二次回路に変換され、遮断されると電流成分が次の値まで急激に減少するという事実によって説明されます。環境を通した漏れの影響を軽減しますが、同時に落下により破損部分の応力が大幅に増加します。

一次ループに電流が流れている間、二次巻線の開いた接点の電位は数キロボルトに達する可能性があり、非常に危険です。

したがって、変流器のすべての二次回路は常に安全に組み立てられ、使用を停止した巻線またはコアには分路短絡回路が常に取り付けられている必要があります。

変流器回路で使用される設計ソリューション

各変流器は、電気装置として、電気設備の動作中に特定の問題を解決するように設計されています。業界では、さまざまな種類の製品が製造されています。しかし、構造を改善する場合には、新たに設計し直して製造するよりも、実績のある技術を備えた既製モデルを使用する方が簡単な場合があります。

シングルターン TT (一次回路内) を作成する原理は基本的なもので、左の写真に示されています。

ここで、絶縁体で覆われた一次巻線は、変圧器の磁気回路を通過する直線母線 L1-L2 で構成され、二次巻線はその周りに巻かれて負荷に接続されます。

2 つのコアを備えたマルチターン CT を作成する原理を右に示します。ここでは、2 つの単巻トランスが二次回路とともに使用され、特定の巻数の電力巻線が磁気回路を通過します。これにより、電力が増加するだけでなく、出力接続回路数もさらに増加し​​ます。

これら 3 つの原則はさまざまな方法で変更できます。たとえば、単一の磁気回路の周囲に複数の同一のコイルを使用して、自律的に動作する個別の独立した二次回路を作成することが広く行われています。これらは原子核と呼ばれます。このようにして、異なる目的を持つスイッチまたはライン (変圧器) の保護が 1 つの変流器の電流回路に接続されます。

機器の緊急モードで使用される強力な磁気回路を備えた複合変流器と、公称ネットワークパラメータでの測定用に設計された通常の変流器は、電力機器デバイスで動作します。鉄筋に巻かれたコイルは保護装置の動作に使用されますが、従来のコイルは電流または電力/抵抗の測定に使用されます。

それらは次のように呼ばれます。

• 保護コイルにはインデックス«P»（リレー）のマークが付いています。

• 測定値は、計測精度クラス TT の数値、たとえば «0.5» で示されます。

変流器の通常動作中の保護巻線により、10% の精度で一次電流ベクトルが測定されます。この値を「10 パーセント」と呼びます。

測定誤差

トランスの精度を決定する原理により、写真に示す等価回路を評価できます。その中で、一次量のすべての値は条件付きで二次ループのアクションに還元されます。

等価回路は、電流 I によるコアの磁化に費やされるエネルギーを考慮して、巻線内で動作するすべてのプロセスを記述します。

それに基づいて構築されたベクトル図（三角形SB0）は、電流I2がI'1の値とは異なり、私たちに向かうIの値（磁化）が異なることを示しています。

これらの偏差が大きいほど、変流器の精度は低くなりますが、CT 測定誤差を考慮するために、次の概念が導入されています。

• パーセントで表される相対電流誤差。

• 円弧長 AB から計算された角度誤差 (ラジアン単位)。

一次電流ベクトルと二次電流ベクトルの偏差の絶対値は、AC セグメントによって決まります。

変流器の一般的な工業設計は、0.2 の特性によって定義される精度クラスで動作するように製造されています。 0.5; 1.0; 3と10％。

変流器の実用化

小型のケースに収まる小型の電子機器から、数メートルに及ぶ大きな寸法を占めるエネルギー機器まで、そのモデルは多岐にわたり、動作特性に応じて分類されています。

変流器の分類

合意により、それらは次のように分割されます。

• 測定、測定器への電流の伝達。
• 保護されており、電流保護回路に接続されています。
• 実験室用、高クラスの精度。
• 再変換に使用される中間体。

施設を運用する場合、TT が使用されます。

• 屋外屋外設置。

• 密閉型設備の場合。

• 内蔵機器。

• 上から - スリーブを挿入します。

• ポータブルなので、さまざまな場所で測定できます。

TT 機器の動作電圧の値により、次のようになります。

• 高電圧（1000ボルト以上）。

• 公称電圧値は最大 1 キロボルトです。

また、変流器は絶縁材料の方式や変圧段数などの特徴によって分類されます。

完了したタスク

外部測定変流器は、電気エネルギーの測定、送電線や単巻変圧器の測定および保護のための電気回路の動作に使用されます。

下の写真は、線路の各相の位置と、単巻変圧器用の 110 kV 開閉装置の端子箱への二次回路の設置を示しています。

同じタスクが外部開閉装置 - 330 kV の変流器によって実行されますが、高電圧機器の複雑さを考慮すると、その寸法ははるかに大きくなります。

電力機器では、変流器の埋め込み設計がよく使用され、発電所のケーシングに直接配置されます。

密閉ハウジング内の高電圧ブッシングの周囲にリード線が配置された二次巻線を備えています。 CTクランプからのケーブルはここに取り付けられた端子箱に配線されます。

内部高圧変流器では、ほとんどの場合、絶縁体として特殊な変圧器油が使用されます。このような設計の例は、35 kV で動作するように設計された TFZM シリーズの変流器の写真に示されています。

10 kV までは、ボックスの製造時に巻線間の絶縁に固体誘電体材料が使用されます。

KRUN、密閉開閉装置およびその他のタイプの開閉装置で使用される変流器 TPL-10 の例。

110 kV 回路ブレーカー用の REL 511 保護コアの 1 つの二次電流回路の接続例を簡略図で示します。

変流器の故障とその発見方法

負荷に接続された変流器は、熱過熱、偶発的な機械的影響、または不適切な設置の影響により、巻線の絶縁の電気抵抗または導電率を破壊する可能性があります。

稼働中の機器では、絶縁が損傷することが最も多く、その結果、巻線のターン間短絡 (伝送電力の減少) や、ランダムに作成された短絡回路による漏れ電流の発生が発生します。

電源回路の設置品質が低い場所を特定するために、サーマルイメージャーを使用した動作回路の検査が定期的に実行されます。それらに基づいて、壊れた接点の欠陥はすぐに取り除かれ、機器の過熱が軽減されます。

リレー保護および自動化研究室の専門家が、ターンごとに閉まっていないことをチェックします。

• 電流電圧特性を取得します。

• 外部電源から変圧器を充電する。

• 作業スキームの主要パラメータの測定。

また、変換係数の値も分析します。

すべての研究において、一次電流ベクトルと二次電流ベクトルの比は大きさによって推定されます。計量研究所で変流器を検査するために使用される高精度の位相測定装置が不足しているため、それらの角度偏差は実行されません。

誘電特性の高電圧試験は、絶縁サービス研究所の専門家に割り当てられます。