V rozvodnách a výrobnách elektřiny je důležité sledovat proud a napětí, které dosahují vysokých hodnot. Ve stejnosměrných obvodech je snadné měřit velké proudy přidáním vhodných bočníků k ampérmetrům s nízkým rozsahem.
Zatímco u střídavého napájení je měření velkých proudů obtížné a při práci se systémem, kterým protékají velké proudy (více než 100 A), je pro obsluhu i nebezpečné.
K tomuto účelu se pro měření velkých proudů používá přístroj zvaný „proudový transformátor“. Proudový transformátor se také nazývá přístrojový transformátor s přesným poměrem proudu primárního a sekundárního vinutí. Podívejme se na konstrukci transformátoru proudu.
Konstrukce transformátoru proudu
Velké střídavé proudy, které nelze měřit přímo běžnými ampérmetry nebo wattmetry proudové cívky pro měření výkonu, lze měřit pomocí transformátoru proudu. Většina konstrukční části transformátoru proudu je podobná normálnímu transformátoru.
V podstatě se jedná o transformátor se snižujícím stupněm (vzhledem k proudu), který se skládá ze dvou vinutí, primárního a sekundárního bez jakéhokoli elektrického spojení mezi nimi. Magnetické jádro tvořené vrstvami křemíkové oceli spojuje obě vinutí a zajišťuje nízkou reluktanci, jak je znázorněno na obr. 1.
Primární vinutí proudového transformátoru je vinuto několika závity (jedním nebo více) vodiče se silným průřezem. Sekundární vinutí je vinuto větším počtem závitů vodiče malého průřezu. Primární vinutí je zapojeno do série s vedením, kde se má měřit proud, a sekundární vinutí je připojeno přes ampérmetr s nízkým rozsahem (rozsah 0-5 A).
Obecně platí, že většina sekundárních proudů proudových transformátorů je dimenzována na 5 A. V závislosti na konstrukci existují dva typy proudových transformátorů používaných pro měření velkých proudů.
Transformátor proudu vinutého typu
Jak již název napovídá, v transformátorech proudu vinutého typu je primární i sekundární vinutí vinuté s příslušným počtem závitů. Materiál jádra může mít tvar obdélníku nebo prstence ze slitiny niklu nebo oceli, jak je znázorněno na obr. 2.
U struktury jádra prstencového typu je sekundární vinutí navinuto na vnitřní jádro bakelitového formeru. Přes sekundární vinutí je na vnějším jádře navinuto primární vinutí s vhodnou izolací mezi oběma vinutími.
Proudový transformátor tyčového typu
U konstrukce s tyčovým jádrem nemá primární vinutí žádné závity. Primár je tvořen tyčovým vodičem vhodného průřezu. Sekundární vinutí je navinuto na kruhovém jádře, které obklopuje primární tyčový vodič, jak je znázorněno na obr. 3. Papírová izolace zůstává na tyči, tj. mezi primárním a sekundárním vodičem.
Vzdálenost mezi oběma vinutími je velmi malá, aby se snížil únik proudu. Naměřené hodnoty se tak získávají s vysokou přesností. Proudový transformátor připojený k systému malého síťového napětí používá jako izolaci pásku nebo lak. V systémech vysokého síťového napětí se používají olejové transformátory proudu.
Činnost transformátoru proudu
Činnost nebo provoz transformátoru proudu je podobný jako u běžného dvouvinutého transformátoru. Když primárním vinutím prochází velký proud, indukuje v sekundárním vinutí malé proudy (v závislosti na poměru závitů). Tyto malé proudy v sekundárním vinutí se pak měří nízkorozsahovým ampérmetrem připojeným napříč. V transformátoru proudu existuje inverzní poměr mezi proudem a počtem závitů v primárním a sekundárním vinutí.
Pokud jde o jmenovité napětí, proudový transformátor indukuje na sekundáru velké napětí ve srovnání s primárním vinutím. Proto se chová jako zvyšovací transformátor s ohledem na napětí.
Pro transformátor je transformační poměr dán jako: I1/I2 = N2/N1
Kde:
- N1 = počet závitů primárního vinutí
- N2 = počet sekundárních závitů
- I1 = primární proud
- I2 = sekundární proud
Jakmile tedy známe proudový poměr transformátoru proudu, můžeme měřením proudu na sekundární straně určit proud vedení na primární straně.
Proč by sekundární vinutí nemělo být otevřené?
Sekundární obvod proudového transformátoru nesmí být otevřený v žádném okamžiku, kdy je primární obvod pod napětím. V transformátoru proudu závisí proud v primáru na proudu vedení nebo proudu zátěže, ke které je primár připojen, ale na zátěži připojené k sekundárnímu vnutí proudového transformátoru.
Pokud je tedy sekundár otevřen, není v sekundárním vinutí žádný protipól magnetomotorické síly, který by byl protipólem primární magnetomotorické síly. Nyní celý primární proud působí jako magnetizační proud a indukuje v sekundáru velké napětí. To způsobuje nadměrné ztráty v jádře a produkuje nadměrné teplo. Tato velmi vysoká nebezpečná napětí poškodí izolaci vinutí a mohou způsobit obsluze smrtelný úraz elektrickým proudem. Proto se proudový transformátor nesmí v pracovním stavu otevírat, musí být vždy uzemněn.
