Trasformatori di corrente: dispositivo, principio di funzionamento e tipologie

I trasformatori di corrente sono ampiamente utilizzati nell'energia moderna come apparecchiature per modificare vari parametri elettrici in parametri simili mantenendo i valori di base. Il funzionamento dell'apparecchiatura si basa sulla legge dell'induzione, che è rilevante per i campi magnetici ed elettrici che cambiano in modo sinusoidale. Il trasformatore trasforma il valore primario della corrente in conformità con il modulo e la trasmissione dell'angolo in proporzione ai dati originali. È necessario scegliere le apparecchiature in base all'ambito di utilizzo dei dispositivi e al numero di utenti collegati.

Cos'è un trasformatore di corrente?

Questa apparecchiatura viene utilizzata nell'industria, nelle comunicazioni urbane e nelle reti di ingegneria, nella produzione e in altre aree per fornire corrente con determinati parametri fisici.La tensione viene applicata alle spire dell'avvolgimento primario, dove, a seguito dell'azione della radiazione magnetica, si forma una corrente alternata. La stessa radiazione passa attraverso le spire rimanenti, a causa delle quali le forze EMF si muovono, e quando le spire secondarie sono in cortocircuito o quando sono collegate a un circuito elettrico, nel sistema appare una corrente secondaria.

I moderni trasformatori di corrente consentono di convertire l'energia con parametri tali che il suo utilizzo non danneggi l'apparecchiatura che lavora su di essa. Inoltre, consentono di misurare carichi maggiori con la massima sicurezza per attrezzature e personale, poiché le spire della fila primaria e secondaria sono isolate in modo affidabile l'una dall'altra.

Scopo dei trasformatori

È abbastanza semplice determinare perché è necessario un trasformatore di corrente: l'ambito di applicazione comprende tutti i settori in cui vengono convertite quantità di energia. Questi dispositivi sono tra le apparecchiature ausiliarie utilizzate in parallelo con strumenti di misura e relè durante la creazione di un circuito CA. In questi casi, i trasformatori convertono l'energia per una più conveniente decodifica dei parametri o per collegare apparecchiature con caratteristiche diverse in un circuito.

Distingono anche la funzione di misura dei trasformatori: servono per avviare circuiti elettrici con tensione aumentata, a cui è necessario collegare strumenti di misura, ma non è possibile farlo direttamente. Il compito principale di tali trasformatori è trasferire le informazioni ricevute sui parametri di corrente agli strumenti per la misurazione delle manipolazioni, che sono collegati all'avvolgimento di tipo secondario.L'apparecchiatura consente inoltre di controllare la corrente nel circuito: quando si utilizza un relè e si raggiungono i parametri di corrente massima, viene attivata una protezione che spegne l'apparecchiatura per evitare burnout e danni al personale.

Principio di funzionamento

Il funzionamento di tali apparecchiature si basa sulla legge dell'induzione, secondo la quale la tensione entra nelle spire primarie e la corrente supera la resistenza dell'avvolgimento creata, causando la formazione di un flusso magnetico trasmesso al circuito magnetico. Il flusso va in direzione perpendicolare rispetto alla corrente, riducendo al minimo le perdite e quando attraversa le spire dell'avvolgimento secondario, viene attivata la forza EMF. Come risultato della sua influenza, nel sistema appare una corrente, che è più forte della resistenza della bobina, mentre la tensione all'uscita delle spire secondarie diminuisce.

Il progetto più semplice di un trasformatore consiste quindi in un nucleo di metallo e una coppia di avvolgimenti non collegati tra loro e realizzati come filo con isolamento. In alcuni casi, il carico passa solo alle spire primarie e non secondarie: questa è la cosiddetta modalità idle. Se invece all'avvolgimento secondario sono collegate apparecchiature che consumano energia, una corrente passa attraverso le spire, che crea una forza elettromotrice. I parametri EMF sono determinati dal numero di giri. Il rapporto tra la forza elettromotrice per le spire primarie e secondarie è noto come rapporto di trasformazione, calcolato dal rapporto del loro numero. È possibile regolare la tensione per il consumatore finale di energia modificando il numero di giri dell'avvolgimento primario o secondario.

Classificazione dei trasformatori di corrente

Esistono diversi tipi di tali apparecchiature, che sono divise in base a una serie di criteri, tra cui scopo, metodo di installazione, numero di fasi di conversione e altri fattori. Prima di scegliere un trasformatore di corrente, è necessario considerare questi parametri:

• Appuntamento. Secondo questo criterio si distinguono i modelli di misura, intermedi e di protezione. Pertanto, i dispositivi di tipo intermedio vengono utilizzati quando si collegano dispositivi per il calcolo delle azioni nei sistemi di protezione dei relè e altri circuiti. Separatamente, si distinguono i trasformatori di laboratorio, che forniscono una maggiore precisione degli indicatori, hanno un gran numero di fattori di conversione.
• Metodo di installazione. Esistono trasformatori per l'installazione esterna e interna: non solo hanno un aspetto diverso, ma hanno anche diversi indicatori di resistenza alle influenze esterne (ad esempio, i dispositivi per uso esterno sono protetti dalle precipitazioni e dagli sbalzi di temperatura). Si distinguono anche trasformatori aerei e portatili; questi ultimi hanno una massa e dimensioni relativamente piccole.
• Tipo di avvolgimento. I trasformatori sono monogiro e multigiro, bobina, asta, sbarra. Sia l'avvolgimento primario che quello secondario possono differire e le differenze riguardano anche l'isolamento (a secco, porcellanato, bachelite, olio, compound, ecc.).
• Il livello delle fasi di trasformazione. L'apparecchiatura può essere a uno e due stadi (a cascata), il limite di tensione di 1000 V può essere minimo o, al contrario, massimo.
• Disegno. Secondo questo criterio si distinguono due tipi di trasformatori di corrente: olio e secco.Nel primo caso, le spire degli avvolgimenti e il circuito magnetico si trovano in un contenitore contenente uno speciale liquido oleoso: svolge la funzione di isolante e consente di controllare la temperatura di esercizio del fluido. Nel secondo caso, il raffreddamento avviene ad aria, tali sistemi sono utilizzati negli edifici industriali e residenziali, poiché i trasformatori in olio non possono essere installati all'interno a causa dell'aumento del rischio di incendio.
• Tipo di tensione. I trasformatori possono essere step-down e step-up: nel primo caso si riduce la tensione sulle spire primarie e nel secondo viene aumentata.
• Un'altra opzione di classificazione è la scelta del trasformatore di corrente per potenza. Questo parametro dipende dallo scopo dell'apparecchiatura, dal numero di consumatori collegati, dalle loro proprietà.

Parametri e caratteristiche

Nella scelta di tali apparecchiature, è necessario tenere conto dei principali parametri tecnici che influiscono sulla gamma di applicazioni e sui costi. Principali qualità:

• Carico nominale o potenza: la selezione in base a questo criterio può essere effettuata utilizzando una tabella comparativa delle caratteristiche del trasformatore. Il valore del parametro determina altre caratteristiche della corrente, poiché è strettamente normalizzato e serve a determinare il normale funzionamento dell'apparecchiatura nella classe di precisione selezionata.
• Corrente nominale. Questo indicatore determina il periodo durante il quale il dispositivo può funzionare senza surriscaldarsi a temperature critiche. Nelle apparecchiature del trasformatore, di norma, esiste una solida riserva in termini di livello di riscaldamento, con un sovraccarico fino al 18-20%, il funzionamento avviene in modalità normale.
• Voltaggio.L'indicatore è importante per la qualità dell'isolamento dell'avvolgimento, garantisce il buon funzionamento dell'apparecchiatura.
• Errore. Questo fenomeno si verifica a causa dell'influenza del flusso magnetico, il tasso di errore è la differenza tra i dati esatti della corrente primaria e secondaria. L'aumento del flusso magnetico nel nucleo del trasformatore contribuisce ad un aumento proporzionale dell'errore.
• Il rapporto di trasformazione, che è il rapporto tra la corrente nelle spire primarie e secondarie. Il valore reale del coefficiente differisce dal valore nominale di un importo pari al grado di perdita durante la conversione dell'energia.
• La molteplicità limite, espressa in relazione alla corrente primaria in forma reale, al valore nominale.
• La molteplicità della corrente che si verifica nelle spire dell'avvolgimento di tipo secondario.

I dati chiave del trasformatore di corrente sono determinati dal circuito equivalente: consente di studiare le caratteristiche dell'apparecchiatura in diverse modalità, dal minimo al pieno carico.

Gli indicatori principali sono indicati sul corpo del dispositivo sotto forma di una marcatura speciale. Può anche contenere dati sul metodo di sollevamento e montaggio dell'attrezzatura, informazioni di avviso sull'aumento della tensione sulle spire secondarie (oltre 350 Volt), informazioni sulla presenza di un pad di messa a terra. La marcatura del convertitore di energia viene applicata sotto forma di adesivo o con vernice.

Possibili malfunzionamenti

Come qualsiasi altra apparecchiatura, i trasformatori si rompono di tanto in tanto e richiedono un servizio qualificato con diagnostica. Prima di controllare il dispositivo, è necessario sapere quali sono i guasti, quali segni corrispondono ad essi:

• Rumore irregolare all'interno della custodia, crepitio.Questo fenomeno indica solitamente una rottura dell'elemento di messa a terra, una sovrapposizione sulla custodia delle spire degli avvolgimenti o un indebolimento della pressatura dei fogli utilizzati per il circuito magnetico.
• Troppo riscaldamento del case, aumento della forza di corrente lato consumi. Il problema può essere causato da un cortocircuito dell'avvolgimento dovuto ad usura o danneggiamento meccanico dello strato isolante, frequenti sovraccarichi derivanti da un cortocircuito.
• Crepe negli isolatori, scariche scorrevoli. Compaiono quando un difetto di fabbricazione non è stato identificato prima dell'inizio dell'attività, una colata di corpi estranei e una sovrapposizione tra l'immissione di fasi di valori diversi.
• Emissioni di olio durante le quali viene distrutta la membrana della struttura di scarico. Il problema è spiegato da un cortocircuito interfacciale dovuto all'usura dell'isolamento, una diminuzione del livello dell'olio, cadute di tensione o la comparsa di sovracorrenti in condizioni di cortocircuito di tipo passante.
• Perdite d'olio dalle guarnizioni o dai rubinetti del trasformatore. I motivi principali sono la saldatura di scarsa qualità dei nodi, la scarsa tenuta, la distruzione delle guarnizioni o gli otturatori delle valvole non lappati.
• Attivazione del relè di protezione gas. Questo fenomeno si verifica quando l'olio si decompone, cosa che si verifica a causa di un cortocircuito dell'avvolgimento, un circuito aperto, un esaurimento dei contatti del dispositivo di commutazione o in caso di cortocircuito nell'alloggiamento del trasformatore.
• Spegnimento del relè di protezione del gas. Il problema è causato dalla decomposizione attiva del liquido oleoso a seguito di chiusure interfacciali, sovratensioni della parte interna o esterna, oppure per il cosiddetto "incendio dell'acciaio".
• Protezione differenziale scattata. Questo malfunzionamento si verifica quando si verifica un guasto sull'alloggiamento di ingresso, quando si verifica una sovrapposizione tra le fasi o in altri casi.

Per massimizzare l'efficienza della funzionalità del dispositivo, è necessario eseguire regolarmente la verifica utilizzando una termocamera: l'apparecchiatura consente di diagnosticare una diminuzione della qualità dei contatti e una diminuzione della temperatura di esercizio. Durante la verifica, gli specialisti eseguono la seguente gamma di manipolazioni:

• 1. Effettuare letture di tensione e corrente.
  2. Controllo del carico utilizzando una sorgente esterna.
  3. Determinazione dei parametri nello schema di lavoro.
  4. Calcolo del rapporto di trasformazione, confronto e analisi di indicatori.

Calcolo del trasformatore

Il principio di base di funzionamento di questo dispositivo è determinato dalla formula U1/U2=n1/n2, i cui elementi sono decodificati come segue:

• U1 e U2 sono la tensione delle spire primarie e secondarie.
• n1 e n2 - il loro numero sugli avvolgimenti rispettivamente dei tipi primari e secondari.

Per determinare l'area della sezione trasversale del nucleo, viene utilizzata un'altra formula: S=1,15*√P, in cui la potenza è misurata in watt e l'area è misurata in centimetri quadrati. Se il nucleo utilizzato nell'attrezzatura ha la forma della lettera W, l'indice di sezione viene calcolato per l'asta centrale. Quando si determinano le spire nell'avvolgimento del livello primario, viene utilizzata la formula n=50*U1/S, mentre il componente 50 non è immutabile, nei calcoli per prevenire il verificarsi di interferenze elettromagnetiche, si consiglia di impostare al suo posto il valore 60. Un'altra formula è d=0,8*√I, in cui d è la sezione trasversale del filo e I è l'indicatore della forza attuale; serve per calcolare il diametro del cavo.

Le cifre ottenute durante i calcoli vengono adeguate a valori arrotondati (ad esempio, la potenza stimata di 37,5 W viene arrotondata a 40). L'arrotondamento è consentito solo per eccesso.Tutte queste formule vengono utilizzate per selezionare trasformatori operanti in una rete a 220 Volt; quando si costruiscono linee ad alta frequenza, vengono utilizzati altri parametri e metodi di calcolo.

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