Co to jest przekładnik prądowy i jak działa?

Przekładnik prądowy to urządzenie, które pobiera duży, potencjalnie niebezpieczny prąd elektryczny przepływający przez linię energetyczną i wytwarza mniejszy, proporcjonalny prąd — zwykle 1 amper lub 5 amperów — który jest bezpieczny i kompatybilny z przyrządami pomiarowymi, przekaźnikami zabezpieczającymi i sprzętem monitorującym. Działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, wykorzystując rdzeń magnetyczny i uzwojenie wtórne do przesyłania informacji prądowych bez bezpośredniego połączenia elektrycznego pomiędzy obwodem pierwotnym a przyrządami pomiarowymi.

Kiedy obwód wtórny przekładnika prądowego pod napięciem jest otwarty, nie ma prądu wtórnego, który mógłby wytworzyć przeciwną siłę magnetomotoryczną. Strumień rdzenia wzrasta do poziomu nasycenia co pół cyklu, generując bardzo wysokie skoki napięcia na zaciskach wtórnych – czasami przekraczające kilka tysięcy woltów. Stwarza to poważne ryzyko porażenia prądem elektrycznym personelu, uszkodzenia izolacji wtórnej i trwałej degradacji materiału rdzenia w wyniku przeciążenia magnetycznego. Zawsze zwieraj obwód wtórny lub utrzymuj podłączone obciążenie, gdy przekładnik prądowy jest zasilany.

Przekładnik prądowy pomiarowy został zaprojektowany z myślą o dużej dokładności przy normalnych prądach roboczych — zwykle w zakresie od 1% do 120% prądu znamionowego — i jest zbudowany tak, aby szybko nasycał się w przypadku wystąpienia prądów zwarciowych, chroniąc podłączone mierniki przed uszkodzeniem. Przekładnik prądowy zabezpieczający został zaprojektowany tak, aby pozostawał liniowy i dokładny nawet przy bardzo dużych wielokrotnościach prądu znamionowego (np. 10 do 20-krotności prądu znamionowego), dzięki czemu przekaźniki zabezpieczające mogą prawidłowo wykrywać błędy i reagować na nie. Te dwa typy pełnią uzupełniające się role i generalnie nie można ich stosować zamiennie w krytycznych zastosowaniach.

Stosunek 400/5 oznacza, że ​​gdy przez obwód pierwotny przepływa 400 amperów, uzwojenie wtórne wytworzy 5 amperów. Stosunek wynosi 80:1. To wyjście 5-amperowe jest kompatybilne ze standardowymi przekaźnikami zabezpieczeniowymi i licznikami energii zaprojektowanymi dla wejścia 5 A. Jeśli prąd pierwotny wynosi 200 amperów, prąd wtórny będzie wynosił 2,5 ampera. Współczynnik z tabliczki znamionowej określa proporcjonalną zależność w całym zakresie pomiarowym, z zastrzeżeniem ograniczeń klasy dokładności.

Standardowe przekładniki prądowe działają na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, która wymaga prądu przemiennego (zmiennego) do indukowania napięcia w uzwojeniu wtórnym. Nie mogą mierzyć prądu stałego (DC), ponieważ prąd stały nie wytwarza zmieniającego się strumienia magnetycznego. Do pomiaru prądu stałego stosuje się alternatywne technologie, takie jak przetworniki prądu z efektem Halla, czujniki fluxgate lub cewki Rogowskiego z elektroniką integrującą. Istnieją wyspecjalizowane przekładniki prądowe odporne na prąd stały lub przekładniki prądowe o zerowym strumieniu do zastosowań obejmujących polaryzację prądu stałego, ale są to odrębne kategorie produktów od standardowych przekładników prądowych prądu przemiennego.

Wybór pomiędzy wartościami znamionowymi 1 A i 5 A zależy przede wszystkim od długości kabla wtórnego pomiędzy przekładnikiem prądowym a podłączonymi przyrządami. Uzwojenie wtórne o natężeniu 5 A przewodzi pięć razy większy prąd niż uzwojenie wtórne o natężeniu 1 A, co oznacza, że ​​moc rozproszona w rezystancji kabla jest 25 razy większa (ponieważ moc równa się prądowi kwadratowemu razy rezystancja). W przypadku długich kabli — zwykle dłuższych niż 30–40 metrów — preferowany jest przewód wtórny 1 A, aby utrzymać niskie obciążenie i wysoką dokładność. W przypadku krótkich serii w rozdzielnicach kompaktowych standardem są uzwojenia wtórne 5 A, które zmniejszają liczbę zwojów wymaganych w uzwojeniu wtórnym, upraszczając produkcję.

Napięcie punktu kolanowego jest krytycznym parametrem dla przekładników prądowych klasy zabezpieczeniowej, szczególnie tych stosowanych w systemach zabezpieczeń różnicowych i ograniczonych przed zwarciami doziemnymi. Definiuje się je jako sinusoidalne napięcie wtórne, przy którym wzrost tego napięcia o 10% powoduje wzrost prądu wzbudzenia o 50%. W praktyce reprezentuje granicę między liniowym obszarem operacyjnym a początkiem nasycenia magnetycznego. Zabezpieczające przekładniki prądowe muszą mieć napięcie w punkcie przegięcia wystarczająco wysokie, aby przepuścić wymagany prąd przekaźnika przez impedancję obwodu wtórnego w najgorszych warunkach awaryjnych, zapewniając niezawodne działanie przekaźnika przed nasyceniem rdzenia.