Mi az áramváltó és hogyan működik?

Az áramváltó olyan eszköz, amely nagy, potenciálisan veszélyes elektromos áramot vesz fel egy távvezetéken keresztül, és kisebb, arányos áramot állít elő – jellemzően 1 amper vagy 5 amper –, amely biztonságos és kompatibilis a mérőműszerekkel, védelmi relékkel és felügyeleti berendezésekkel. Az elektromágneses indukció elvén működik, mágneses mag és szekunder tekercs segítségével áraminformációkat továbbít anélkül, hogy az elsődleges áramkör és a mérőműszerek között közvetlen elektromos kapcsolat lenne.

Amikor egy feszültség alatt álló áramváltó szekunder áramköre nyitva van, nincs szekunder áram, amely ellentétes mágneses erőt hozna létre. A magfluxus minden félciklusban telítési szintre emelkedik, és nagyon magas feszültségcsúcsokat generál a szekunder kapcsokon – néha több ezer voltot is meghaladóan. Ez nagy veszélyt jelent a személyzet számára áramütésre, a másodlagos szigetelés károsodására, valamint a mag anyagának a mágneses túlterhelés miatti tartós károsodására. Mindig zárja rövidre a másodlagos vezetéket, vagy tartsa fenn a csatlakoztatott terhelést, amikor a CT feszültség alatt van.

A mérő-CT-t nagy pontosságra tervezték normál üzemi áramok mellett – jellemzően a névleges áram 1%-a és 120%-a között –, és úgy készült, hogy hibaáram esetén gyorsan telítődjön, megvédve a csatlakoztatott mérőket a sérülésektől. A védelmi CT-t úgy tervezték, hogy lineáris és pontos maradjon még a névleges áram nagyon nagy többszöröse esetén is (pl. 10-20-szoros névleges áram), hogy a védőrelék megfelelően észleljék és reagáljanak a hibákra. A két típus kiegészíti egymást, és általában nem cserélhetők fel a kritikus alkalmazásokban.

A 400/5 arány azt jelenti, hogy amikor 400 amper áramlik át a primer áramkörön, a szekunder tekercs 5 ampert termel. Az arány 80:1. Ez az 5 amperes kimenet kompatibilis az 5 A-es bemenetre tervezett szabványos védelmi relékkel és energiamérőkkel. Ha a primer áram 200 amper, a szekunder áram 2,5 amper lesz. Az adattábla aránya határozza meg az arányos viszonyt a teljes mérési tartományban, a pontossági osztály határain belül.

A szabványos áramváltók az elektromágneses indukció elvén működnek, amely váltakozó (váltó) áramot igényel a szekunder feszültség indukálásához. Egyenáramot (DC) nem tudnak mérni, mert a DC nem hoz létre változó mágneses fluxust. Az egyenáram mérésére alternatív technológiákat, például Hall-effektus áramátalakítókat, fluxgate érzékelőket vagy integráló elektronikával ellátott Rogowski tekercseket használnak. Speciális egyenáramú immunrendszerű vagy nulla fluxusú CT-k léteznek az egyenáramú előfeszítést igénylő alkalmazásokhoz, de ezek a szabványos váltakozó áramú transzformátoroktól eltérő termékkategóriák.

Az 1 A és 5 A másodlagos névleges érték közötti választás elsősorban a CT és a csatlakoztatott műszerek közötti másodlagos kábel hosszától függ. Az 5 A-es szekunder ötször nagyobb áramot hordoz, mint az 1 A-es szekunder, ami azt jelenti, hogy a kábelellenállásban disszipált teljesítmény 25-ször nagyobb (mivel a teljesítmény egyenlő az áramerősség négyzetével és az ellenállással). Hosszú kábelhosszak esetén – jellemzően 30–40 méternél hosszabb – egy 1 A-es másodlagos előnyben részesítendő, hogy a terhelés alacsony és a pontosság magas legyen. A kompakt kapcsolóberendezések rövid futásaihoz az 5 A-es szekunderek alapfelszereltség, és csökkentik a szekunder tekercsben szükséges fordulatok számát, leegyszerűsítve a gyártást.

A térdponti feszültség kritikus paraméter a védelmi osztályú áramváltóknál, különösen a differenciális és korlátozott földzárlat-védelmi rendszerekben. Ez az a szinuszos szekunder feszültség, amelynél a feszültség 10%-os növekedése 50%-kal növeli a gerjesztőáramot. Gyakorlatilag ez a határ a lineáris működési tartomány és a mágneses telítés kezdete között. A védelmi CT-k térdponti feszültségének elég magasnak kell lennie ahhoz, hogy a szükséges reléáramot a szekunder áramkör impedanciáján keresztül vezesse a legrosszabb hibaállapotok esetén, biztosítva a relé megbízható működését, mielőtt a mag telítődne.