Энергосистема работает как большой симфонический оркестр, где различные компоненты слаженно взаимодействуют для доставки энергии. Однако, как и в оркестре могут возникать диссонирующие ноты, в электрических системах возникают нарушения в виде неисправностей. Когда в электросетях происходят короткие замыкания или замыкания на землю — как резкие звуки, прерывающие музыкальное исполнение — они могут нарушить работу, повредить оборудование и создать угрозу безопасности. Для оперативного обнаружения и устранения этих нарушений были разработаны системы дифференциальной защиты, критическими компонентами которых являются расщепленные трансформаторы тока.

Расщепленные трансформаторы тока — это специализированные приборы, используемые в основном в дифференциальной защите энергосистем. В отличие от обычных трансформаторов тока, они имеют две независимые обмотки или катушки, каждая из которых получает сигналы тока от одной фазы энергосистемы. Сравнивая токи от этих обмоток, система может обнаруживать аномалии, включая замыкания на землю, межфазные короткие замыкания или ухудшение характеристик. При обнаружении аномалий система защиты немедленно активируется для изоляции неисправной цепи, обеспечивая безопасность оборудования и персонала.

Расщепленный трансформатор тока работает на основе закона Кирхгофа о токах. В нормальных условиях токи, протекающие через обе обмотки, остаются равными по величине, но противоположными по направлению, что приводит к нулевому дифференциальному току. Когда возникают внутренние неисправности — такие как замыкания на землю — баланс токов между обмотками нарушается, генерируя измеримый дифференциальный ток. Система защиты анализирует величину и направление этого тока, чтобы определить тип и местоположение неисправности, а затем выдает команды на отключение поврежденной цепи.

В частности, эти трансформаторы работают совместно с дифференциальными реле, которые срабатывают, когда дифференциальный ток превышает заданные пороги, вызывая срабатывание автоматических выключателей. Для повышения чувствительности и надежности часто используются дополнительные меры, такие как реле процентной дифференциальной защиты, учитывающие погрешности трансформаторов и токи включения.

Расщепленные трансформаторы тока выпускаются в двух основных конфигурациях:

• Оконного типа: Имеющие круглую или прямоугольную конструкцию с центральным отверстием, они позволяют силовым кабелям или шинам проходить непосредственно через них. Их компактная, простая структура облегчает установку и обслуживание на различных уровнях напряжения и токовых нагрузках.
• Стержневого типа: Включающие в себя токопроводящую шину в качестве первичной обмотки, эта конструкция увеличивает номинальный ток трансформатора и способность выдерживать кратковременные перегрузки, что делает его пригодным для применений с большими токами.

Эти трансформаторы играют решающую роль во всей энергосети, в том числе:

• Защита генераторов: Защита от повреждений обмоток, включая межфазные короткие замыкания, витковые замыкания и замыкания на землю
• Защита трансформаторов: Обнаружение повреждений обмоток и бака
• Защита шин: Выявление коротких замыканий и замыканий на землю на шинах
• Защита двигателей: Предотвращение повреждений от внутренних повреждений обмоток

Проектирование, изготовление и испытания расщепленных трансформаторов тока должны соответствовать международным и национальным стандартам для обеспечения производительности и безопасности. Основные стандарты включают:

• CSA (Канадская ассоциация стандартов)
• IEC (Международная электротехническая комиссия)
• NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования)
• IEEE (Институт инженеров электротехники и электроники)

Эти спецификации регулируют критические параметры, включая номинальное напряжение/ток, класс точности, ток термической стойкости, прочность изоляции и повышение температуры, а также соответствующие методики испытаний.

Выбор подходящих расщепленных трансформаторов тока требует учета нескольких факторов:

• Номинальные значения напряжения и тока системы
• Требуемый класс точности для схем защиты
• Способность выдерживать короткое замыкание, соответствующая требованиям системы
• Ограничения по установке и физическая конфигурация
• Особые экологические потребности (высокая температура, влажность, взрывоопасная среда)

Многие производители используют технологию эпоксидной заливки для этих трансформаторов, предлагающую:

• Превосходные изоляционные свойства, предотвращающие пробой высокого напряжения
• Повышенную механическую прочность, защищающую внутренние компоненты
• Эффективную защиту от влаги и пыли, повышающую надежность
• Огнестойкие свойства в отдельных составах

Устаревшая энергетическая инфраструктура часто требует модернизации трансформаторов из-за ухудшения характеристик или меняющихся потребностей в защите. Основные соображения включают:

• Совместимость с существующими системами защиты в отношении коэффициента трансформации, точности и проводки
• Надежность и стабильность работы
• Экономическая эффективность при соблюдении технических требований

По мере развития интеллектуальных сетей и цифровых подстанций расщепленные трансформаторы тока сталкиваются с новыми возможностями и вызовами. Возникающие тенденции включают:

• Преобразование цифровых сигналов для расширенной обработки данных
• Интеллектуальные функции, такие как самодиагностика и адаптивная калибровка
• Компактные конструкции с использованием передовых материалов
• Интегрированные решения защиты, сочетающие несколько функций

Являясь основными компонентами систем дифференциальной защиты, расщепленные трансформаторы тока играют незаменимую роль в поддержании стабильности и безопасности сети. Технологические достижения будут продолжать стимулировать их развитие в направлении цифровых, интеллектуальных, компактных и интегрированных решений, обеспечивая надежную работу энергосистемы на долгие годы.