System zasilania działa jak wielka orkiestra symfoniczna, w której różne komponenty współpracują ze sobą w harmonii, aby dostarczać energię. Jednak tak jak orkiestra może napotkać dysonujące dźwięki, systemy elektryczne stają w obliczu zakłócających awarii. Kiedy w sieciach energetycznych występują zwarcia lub zwarcia doziemne - niczym drażniące dźwięki przerywające występ muzyczny - mogą one zakłócać działanie, uszkadzać sprzęt i stwarzać zagrożenia dla bezpieczeństwa. Aby szybko wykrywać i eliminować te zakłócenia, opracowano systemy ochrony różnicowej, a ich krytycznymi komponentami są dzielone transformatory prądowe.

Dzielone transformatory prądowe to specjalistyczne instrumenty używane głównie w ochronie różnicowej systemów zasilania. W przeciwieństwie do konwencjonalnych transformatorów prądowych, posiadają one dwa niezależne uzwojenia lub cewki, z których każde odbiera sygnały prądowe z jednej fazy systemu zasilania. Porównując prądy z tych uzwojeń, system może wykrywać nieprawidłowości, w tym zwarcia doziemne, zwarcia międzyfazowe lub pogorszenie wydajności. Po wykryciu anomalii system ochrony natychmiast aktywuje się, aby odizolować uszkodzony obwód, chroniąc zarówno sprzęt, jak i personel.

Dzielony transformator prądowy działa w oparciu o prawo prądowe Kirchhoffa. W normalnych warunkach prądy płynące przez oba uzwojenia pozostają równe co do wartości, ale przeciwne w kierunku, co skutkuje zerowym prądem różnicowym. Kiedy występują awarie wewnętrzne - takie jak zwarcia doziemne - równowaga prądowa między uzwojeniami zostaje przerwana, generując mierzalny prąd różnicowy. System ochrony analizuje wartość i kierunek tego prądu, aby określić rodzaj i lokalizację uszkodzenia, a następnie wydaje polecenia wyzwolenia w celu odłączenia uszkodzonego obwodu.

W szczególności transformatory te współpracują z przekaźnikami różnicowymi, które aktywują się, gdy prąd różnicowy przekracza zdefiniowane progi, uruchamiając wyłączniki. Aby zwiększyć czułość i niezawodność, często stosuje się dodatkowe środki, takie jak przekaźniki różnicowe procentowe, uwzględniające błędy przekładni transformatora i prądy rozruchowe.

Dzielone transformatory prądowe występują w dwóch podstawowych konfiguracjach:

• Typ Okienkowy: Posiadają okrągłą lub prostokątną konstrukcję z centralnym otworem, co pozwala na bezpośrednie przejście kabli zasilających lub szyn zbiorczych. Ich kompaktowa, prosta konstrukcja ułatwia instalację i konserwację na różnych poziomach napięcia i zakresach prądu.
• Typ Szynowy: Zawierają szynę przewodzącą jako uzwojenie pierwotne, konstrukcja ta zwiększa prąd znamionowy transformatora i zdolność do wytrzymywania krótkotrwałych obciążeń, co czyni go odpowiednim do zastosowań wysokoprądowych.

Transformatory te pełnią kluczowe role w sieciach energetycznych, w tym:

• Ochrona Generatora: Zabezpieczanie przed uszkodzeniami uzwojeń, w tym zwarciami międzyfazowymi, zwarciami międzyzwojowymi i zwarciami doziemnymi
• Ochrona Transformatora: Wykrywanie uszkodzeń uzwojeń i uszkodzeń zbiornika
• Ochrona Szyn Zbiorczych: Identyfikacja zwarć i zwarć doziemnych na szynach zbiorczych
• Ochrona Silnika: Zapobieganie uszkodzeniom spowodowanym awariami wewnętrznymi uzwojeń

Projektowanie, produkcja i testowanie dzielonych transformatorów prądowych musi być zgodne z normami międzynarodowymi i krajowymi, aby zapewnić wydajność i bezpieczeństwo. Kluczowe normy obejmują:

• CSA (Canadian Standards Association)
• IEC (International Electrotechnical Commission)
• NEMA (National Electrical Manufacturers Association)
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

Specyfikacje te regulują krytyczne parametry, w tym napięcie/prąd znamionowy, klasę dokładności, prąd wytrzymywany krótkotrwale, wytrzymałość izolacji i wzrost temperatury, wraz z odpowiednimi metodami testowania.

Wybór odpowiednich dzielonych transformatorów prądowych wymaga uwzględnienia wielu czynników:

• Napięcie i prąd znamionowy systemu
• Wymagana klasa dokładności dla schematów ochrony
• Zdolność do wytrzymywania zwarć odpowiadająca wymaganiom systemu
• Ograniczenia instalacyjne i konfiguracja fizyczna
• Specjalne potrzeby środowiskowe (wysoka temperatura, wilgotność, atmosfery wybuchowe)

Wielu producentów stosuje technologię enkapsulacji żywicą epoksydową dla tych transformatorów, oferując:

• Doskonałe właściwości izolacyjne zapobiegające przebiciom wysokiego napięcia
• Zwiększoną wytrzymałość mechaniczną chroniącą elementy wewnętrzne
• Skuteczną odporność na wilgoć i kurz poprawiającą niezawodność
• Właściwości ognioodporne w wybranych formułach

Starzejąca się infrastruktura energetyczna często wymaga modernizacji transformatorów ze względu na pogorszenie wydajności lub zmieniające się potrzeby w zakresie ochrony. Kluczowe kwestie obejmują:

• Zgodność z istniejącymi systemami ochrony w zakresie przełożenia, dokładności i okablowania
• Niezawodność i stabilność operacyjna
• Opłacalność przy jednoczesnym spełnieniu wymagań technicznych

Wraz z rozwojem inteligentnych sieci i cyfrowych podstacji, dzielone transformatory prądowe stają w obliczu nowych możliwości i wyzwań. Pojawiające się trendy obejmują:

• Konwersję sygnału cyfrowego w celu ulepszenia przetwarzania danych
• Inteligentne funkcje, takie jak autodiagnostyka i adaptacyjna kalibracja
• Kompaktowe konstrukcje wykorzystujące zaawansowane materiały
• Zintegrowane rozwiązania ochronne łączące wiele funkcji

Jako podstawowe elementy systemów ochrony różnicowej, dzielone transformatory prądowe odgrywają niezbędną rolę w utrzymaniu stabilności i bezpieczeństwa sieci. Postęp technologiczny będzie nadal napędzał ich ewolucję w kierunku cyfrowych, inteligentnych, kompaktowych i zintegrowanych rozwiązań, zapewniając niezawodne działanie systemu zasilania przez wiele lat.