Kisfeszültségű áramváltó

A kisfeszültségű áramváltó (angolul current transformer, vagy röviden CT) egy olyan árammérő transzformátor, melynek primer tekercsén folyik át a mérendő elektromos áram, szekunder tekercsét pedig a mérőműszer zárja rövidre. Nagy váltakozó áramok esetén (általában maximum 8000 A–10000 A-ig),Általában maximum 8000 A–10000 A-ig. vagy ha a mérőműszert galvanikusan le akarják választani a hálózatról,Az áramváltó primer és szekunder tekercse gondosan elszigetelt. Így a primer kör nincs galvanikus (fémes) kapcsolatban a szekunder körrel. Ezen túlmenően a szekunder kör egyik oldalát szokásos és kívánatos földpotenciálra kötni. áramváltó közvetítésével mérnek. Amikor az áramkörbe kötött áramváltót nem használják, szekunder kivezetéseit mindig rövidre zárják (ez alól kivételt képeznek az összegző áramváltók).

A kisfeszültségű áramváltók működési elvükben megegyeznek a nagy- és középfeszültségű áramváltókkal, ám azok szigetelése és kialakítása masszív, jellemzően kültéri elhelyezésre alkalmasak.

Működése Az áramváltó egy olyan árammérő transzformátor, melynek primer tekercsén folyik át a mérendő áram, szekunder tekercsét pedig a mérőműszer zárja rövidre. Az áramváltó működésének alapja a transzformátor gerjesztési egyenlete. Ha a mérendő áramnak nincs egyenáramú összetevője, akkor érvényes az

összefüggés, ahol és a primer és szekunder menetek száma, és a primer és a szekunder áram, pedig a vasmag üzemi átmágnesezéséhez szükséges primer áram. Ez utóbbi igen kicsi, ha a transzformátor rövidre van zárva. , tehát

Ebből következően

vagy

Fontos tudnivalók Az áramváltó használata során a szekunder kapcsoknak állandóan rövidre zárva kell lenniük. Ha a primer tekercsen áram folyik, és a szekunder rövidre zárást megszakítjuk, lesz, és az egész primer áram csak a vasmagot gerjeszti; rendkívüli indukció keletkezik a vasmagban, rendkívüli, esetleg életveszélyes feszültség a szekunder kapcsok között. Ha csak áramerősséget mérünk az áramváltóval, akkor a szekunder csatlakozás tetszés szerinti lehet. Teljesítmény, munka mérésekor ügyelni kell a helyes áramirányra a szekunder oldalakon. Nemzetközi megállapodás szerint P1 és P2 (régebben K és L) a két primer kapocs és S1, S2 (régebben k és l) a két szekunder kapocs. Ha valamely pillanatban az áram befolyik az P1 kapcson az áramváltóba, akkor az áram kifolyik az áramváltó S1 kapcsából. Az áramváltó vasa, hőkezelés után, már rendkívül érzékeny mindenféle mechanikai feszültségre. A vas tönkretehető mechanikai behatásokkal. Nem megengedhető például mereven szilárduló kiöntőanyag használata kiöntéshez, mert az áramváltó pontosságát nagymértékben rontja.

Kivitele E–I lemezekből összeállított áramváltó, U–I lemezekből összeállított áramváltó, M lemezekből összeállított áramváltó, Toroid transzformátor. A használat módja szerint: szerelvényre rögzíthető, nyomtatott áramkörbe ültethető, hordozható.

Fajtái Primer tekercses áramváltó. Megegyezik a fentiekben leírtakkal. Különösen ügyelni kell a primer- és szekunder tekercsek megfelelő elszigetelésére. (lásd: próbafeszültség)

Nagyobb áramokhoz az adott menetszámnak megfelelően elcsípik a primer tekercs minden X-edik (kiszámolt) menetét és a meneteket párhuzamosan kötik.

Univerzális kézi műszereknél szokás áramváltót (és csatoló kondenzátort) használni az egymásra szuperponált, egyenáramú és váltakozó áramú összetevők szétválasztására. Ezeket az áramváltókat általában U és I lemezekből összeállított vasmagon, két teljesen egyenértékű tekercseléssel készítik. A tekercsek az U lemez két szárán helyezkednek el oly módon, hogy gerjesztési irányuk megegyezzen. Mivel egymáshoz képest 180°-kal el vannak forgatva, a külső mágneses terek az egyik tekercs gerjesztését erősítik, de ugyanakkor a másikét gyengítik, és így a hatásuk kiegyenlítődik. Sínáramváltó. A primer tekercs a mérendő áramot vezető vezeték vagy sín. Ez tulajdonképpen egyetlen menetnek fogható fel. Kis áramok mérésére a kis gerjesztés miatt nem használható. A sínáramváltók kialakítása olyan, hogy a szabványos sínekhez igazodik a belső lyuk mérete. Nyitható sínáramváltó. Nagy áramok mérésénél a vezető rézből készült sín. Ha újabb áramváltót szükséges beszerelni a méréshez, a vezető sínt meg kell bontani. A nyitható sínáramváltó egy oldala és vele a benne elhelyezett vasmag szétszerelhető, a sínre feltehető, és összeszerelve a sín megbontása nélkül használható. Lakatfogó. Első változatai a Dietze-fogó, ami voltaképpen nyitható vasmagú áramváltó (olló vagy harapófogó módjára nyitható és csukható), a Reich-fogó,Engel Károly Alkatrészgyár N. V. MűszergyáraReich Ernő ami nyitott U alakú lemezekből összerakott villa, melyen a szekunder tekercs kapcsait egy egyenirányítós lengőtekercses műszer zárja rövidre. A lakatfogók nagy előnye, hogy az árammérésnél a vezető megbontása nélkül közvetlenül tudunk áramot mérni.Villamos méréstechnika A modern digitális lakatfogókkal az árammérésen kívül váltakozóáramú feszültséget hatásos teljesítményt, meddő teljesítményt, frekvenciát fáziseltolást és teljesítménytényezőt is lehet mérni. Ezek a lakatfogók nem áramváltóként működnek, hanem Hall-effektussal. Ezek a műszerek nem tartoznak ebbe a kategóriába. Sínáramváltó távadóval. Az áramtávadók, teljesítmény-távadók, teljesítménytényező távadók bemenete általában egy áramváltó. Kézenfekvő volt, hogy ennek meghajtására ne egy külön áramváltót használjanak, hanem a sínáramváltóba építsenek be egy távadót. A kimenet szabványos egységjel. A szabványos egységjelek: 0–5 V, 1–5 V, 0–10 V, 2–10 V, 4–20 mA, 0–20 mA. Sínáramváltó távadóval és beépített kapcsolóval.. Az áramtávadók bemenete általában egy áramváltó. Kézenfekvő volt, hogy ennek meghajtására ne egy külön áramváltót használjanak, hanem a sínáramváltóba építsenek be egy távadót. A kimenet szabványos egységjel. A beépített DIP kapcsoló lehetővé teszi, hogy a névleges primer áramot elektronikusan átkapcsoljuk. (A valóságban nem a primer áram kerül átkapcsolásra, hanem a távadó bemenetének érzékenységét változtatja meg.) Összegző áramváltó. Az összegző áramváltó több főáramváltó áramait összegzi. Ha a főáramváltók közül az egyik árammentes, akkor a megfelelő áramkört nem szabad rövidre zárni sem az összegző, sem a főáramváltó oldalán. A főáramváltók szekunder és az összegző áramváltó primer méréshatárainak megegyezőnek kell lennie. Védelmi áramváltó. Bizonytalan nagyságú áramcsúcsokat kell érzékelni, melyek kívül esnek az áramváltó 0–100%-án, de a 100% és a védelmi határtényező közé esnek. Értékét a védelmi áramváltó jelölését követő „P” jelzi (például 5P5, 5P10). Szabványos értékei: 5, 10, 15, 20, 30. Kombinált áramváltó A kombinált áramváltóknál egy vagy több szekunder tekercselés van általában a szabványos /1 A és/vagy /5 A méréshatárral. A primer tekercselése osztott kivitelű. A P1 primer kapocshoz képest vannak kialakítva az összes méréshatár kapcsai. A számítás módja megegyezik az áramváltókénál leírtakkal. A képen látható áramváltó 400 ampermenet gerjesztéssel van számolva (lásd rajz: Kombinált áramváltó kapcsolási rajza, kép: Kombinált, hordozható áramváltó). Az áttételi hiba csökkentésére a szekunder tekercsre 2x∅1 mm huzalból 80 menet és 1x∅ 0,63 mm huzalból 79 menet van feltekerve.

A primer tekercs méretezése: A méretezést mindig a legnagyobb áram méréshatárnál kezdik. A 400 ampermenet gerjesztéshez az 50 A-es méréshatárhoz (400 ampermenet/5 A = 8 menet) a számított menetszám. A tekercseléshez használt ∅1,6 mm-es huzal keresztmetszete 2,01 mm². A párhuzamosan kötendő huzalok számát a legnagyobb megengedhető áramsűrűség határozza meg. Ez legyen maximum 5 A/mm². Az 50 A névleges áramhoz így öt párhuzamos szál adódik ki. (Ekkor az áramsűrűség = 50 A / 5 × 2,01 mm² = 50 A / 10,05 mm² = 4,975 A/mm² ≈ 5 A/mm²) Feltekernek 40 menetet, és minden nyolcadik menetnél elcsípve a szálakat párhuzamosan kötik. A 25 A méréshatárhoz 400 /25 A = 16 menet adódna, de mivel már 8 menet benne van az 50 A-es méréshatárhoz, további 8 menet szükséges (mivel ezt a 8 menetet az 50 A és a 25 A kapcsok közé vezetik ki, a csatlakozás viszont a P1 csatlakozóhoz értendő). A valóságban az egyszerűbb tekercselés miatt 80 menetet tekernek fel, és elcsípnek minden nyolcadik menetet, ebből öt huzalt a P1-50 A közé, másik öt huzalt az 50 A–25 A közé vezetik ki. Ezt a logikát folytatva a 10 A-hez 400/10 = 40–8–8=24 menet, az 5 A-hez 400/5 = 80–8–8–24= 40 menet, a 2,5 A-hez 400/2,5 = 160–8–8–24–40=80 menet adódik. A 2,5 A méréshatárnál az összes menet részt vesz a gerjesztésben, míg ennél kisebb méréshatárok esetében csak a P1 és a bekötött méréshatárok közötti részen folyik a mérendő áram, a többi huzal nyitott áramkör, melyen nem folyik áram. Természetesen a menetszámok meghatározása mellett itt is meghatározzák a szükséges keresztmetszetet.

Egyenáramú áramváltó bélyeg|jobb|150px|Egyenáramú áramváltó működése Igen nagy egyenáramokAkár A mérésére használható a Krämer-féle egyenáramú áramváltó. A mérendő egyenáram két, egymástól térben elkülönült, és így anyagilag független A és B lemezelt vasmagot, például gyűrűt, sínáramváltó módjára mágnesez. Mindkét vasmagra, a kerület mentén egyenletesen elosztva N2 és N2 azonos menetszámú menet van tekercselve szekunder mérőrendszerként. A két szekunder tekercs sorba van kapcsolva, és az Uv váltakozófeszültségről táplálva; sorba kapcsolásuk olyan, hogy amikor a bennük keringő váltakozó áram az egyik vasmagban ugyanolyan irányban mágnesez, mint az egyenáram, akkor a másik vasmagban a váltakozó áram gerjesztése szembe van fordítva az egyenáram gerjesztésével. Mivel a vasmag anyaga permalloy, mumetal, vagy hasonló anyag, rendkívül csekély gerjesztéssel a vasban mágneses telítettség érhető el. A gerjesztés további növelése gyakorlatilag nem változtatja meg a mágneses indukciót, tehát a gerjesztés (az áram) növelése nincs korlátozva. A vasmagok ezen tulajdonsága miatt a segédáramforrás váltakozó áramát az a vasmag befolyásolja, amelyikben a kétféle, az egyenáramú és a váltakozóáramú gerjesztés éppen egymás ellen működik. Ez a kölcsönhatás azt eredményezheti, hogy erre a vasmagra nézve az egyenáramú és a váltakozóáramú gerjesztés egymást éppen kompenzálja:

vagy

Ez a kompenzálás az segédfeszültség fél periódusa alatt az egyik, a következő fél periódusa alatt a másik vasmagon következik be. A váltakozó áram derékszögű négyszöghullámú görbével áramlik. Ha ezt a váltakozó áramot kétutasan egyenirányítják, az így keletkező egyenáram igen csekély eltéréssel a mérendő egyenáraméval azonos gerjesztésnek felel meg. Az eltérésnek részben a szerkezet üresjárási árama a magyarázata. Ha , akkor . Valami csekély gerjesztést a segédáramforrás ilyenkor is létesít, de ennek mértéke elhanyagolható.

Ha a vasmag mágnesezési görbéje a permalloytípusnak felel meg, az egyenlet érvényessége nem függ az segédfeszültségnek sem a nagyságától, sem frekvenciájától. Ez az erőátviteli frekvenciákon korlátlanul igaz addig, míg az áramkörben csak mágnesezésről van szó. Ha a szekunder körben teher is van (ami elkerülhetetlen), ennek teljesítményét a segédáramforrásnak kell fedeznie, amire már a feszültség ingadozása nem teljesen közömbös, ám az ezzel okozott hiba nagysága elhanyagolható.

Kisfeszültségű áramváltó

Źródło i licencja