Przekładniki prądowe stosuje się wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba pomiaru wysokich prądów. Ich zadaniem jest przekształcenie dużych wartości prądu na mniejsze, które można bezpiecznie wykorzystać do celów pomiarowych lub do uruchamiania urządzeń zabezpieczających. Przekładniki prądowe znajdują zastosowanie między innymi w licznikach energii elektrycznej, miernikach mocy oraz wyłącznikach różnicowoprądowych montowanych w rozdzielnicach, aparaturze łączeniowej i pulpitach sterowniczych.
W naszym poradniku wyjaśniamy, jak działają przekładniki prądowe oraz na co zwrócić uwagę podczas ich doboru i eksploatacji.
Przekładnik prądowy to rodzaj transformatora stosowanego do zmniejszania lub zwiększania wartości prądu przemiennego. Jego zadaniem jest wytworzenie po stronie wtórnej prądu proporcjonalnego do prądu płynącego w obwodzie pierwotnym.
Przekładniki prądowe, obok przekładników napięciowych, należą do grupy przekładników pomiarowych. Urządzenia te przekształcają wysokie wartości elektryczne na niższe, znormalizowane parametry, które umożliwiają bezpieczną współpracę z aparaturą pomiarową oraz zabezpieczeniową. Dzięki temu mierniki i przekaźniki ochronne mogą pracować w sposób precyzyjny i niezawodny.
Przekładniki pomiarowe zapewniają również galwaniczne oddzielenie układów pomiarowych i zabezpieczających od wysokiego napięcia występującego w obwodzie pierwotnym. Przekładnik prądowy dostarcza więc po stronie wtórnej prąd dokładnie proporcjonalny do prądu pierwotnego, pozostając jednocześnie praktycznie niezauważalnym obciążeniem dla głównego obwodu elektrycznego.
Klasyczne transformatory posiadają uzwojenie pierwotne, rdzeń lub szczelinę powietrzną oraz uzwojenie wtórne. Chociaż zasady fizyczne pozostają takie same, szczegóły dotyczące przekładnika prądowego różnią się od transformatora napięciowego ze względu na odmienne wymagania pracy. Przekładnik prądowy projektuje się w taki sposób, aby utrzymywał dokładną proporcję między prądem w obwodzie pierwotnym i wtórnym w określonym zakresie pracy.
Prąd przemienny w obwodzie pierwotnym wytwarza w rdzeniu zmienne pole magnetyczne, które następnie indukuje prąd przemienny w obwodzie wtórnym. Obwód pierwotny pozostaje w dużej mierze niezmieniony po zastosowaniu przekładnika. Precyzyjne przekładniki wymagają ścisłego sprzężenia między stroną pierwotną i wtórną, aby zapewnić proporcjonalność prądu wtórnego względem prądu pierwotnego w szerokim zakresie natężenia.
Przekładniki określa się na podstawie stosunku prądu strony pierwotnej do wtórnej. Znamionowy prąd wtórny jest zwykle standaryzowany do wartości 1 A lub 5 A. Przykładowo uzwojenie wtórne o przekładni 4000:5 dostarcza prąd wyjściowy 5 A, gdy prąd wejściowy po stronie pierwotnej wynosi 4000 A.
Typowe zakresy pomiarowe obejmują 100 A prądu przemiennego po stronie pierwotnej, natomiast po stronie wtórnej dostępne jest około 20 mA prądu stałego.
Przekładniki prądowe nakładkowe
Urządzenia te posiadają otwór okienkowy, przez który przeprowadza się mierzony przewód. Ponieważ podczas montażu konieczne jest przerwanie obwodu przewodu pierwotnego, ten typ konstrukcji stosuje się głównie przy nowych instalacjach elektrycznych. Montaż możliwy jest zarówno na przewodach, jak i na szynach prądowych.
Przekładniki prądowe z dzielonym rdzeniem
Przekładniki prądowe z dzielonym rdzeniem posiadają rozłączne połówki rdzenia i najczęściej znajdują zastosowanie tam, gdzie przerwanie toru prądowego wiązałoby się z dużym nakładem pracy. Przekładnik montuje się bezpośrednio wokół przewodu. Takie rozwiązanie umożliwia łatwą modernizację instalacji, a sam przekładnik można również bez problemu zdemontować.
Wielobiegunowe przekładniki prądowe
Wielobiegunowe przekładniki prądowe (określane również jako wielofazowe) posiadają dodatkowe lub rozszerzone otwory. Dzięki temu przez każdy otwór wewnętrzny rdzenia pierścieniowego można przeprowadzić osobny przewód. Przekładniki tego typu sumują prądy poszczególnych przewodów, co stanowi korzystne rozwiązanie w pomiarach prądu różnicowego oraz w układach zabezpieczeń.
Przekładniki prądowe uzwojeniowe
Przekładniki prądowe uzwojeniowe posiadają zaciski po obu stronach i znajdują zastosowanie przy niewielkich natężeniach prądu, poniżej 20 A.
Przekładniki pomiarowe są szeroko stosowane do pomiaru prądu oraz monitorowania pracy sieci elektroenergetycznej. W połączeniu z przewodami napięciowymi zasilają między innymi licznik energii elektrycznej dostawcy energii.
Często montuje się kilka urządzeń w układzie „stosowym”, aby realizować różne funkcje pomiarowe i zabezpieczające.
Przykładowo instalacje zabezpieczające oraz systemy pomiaru uzysku mogą korzystać z oddzielnych urządzeń pomiarowych, co zapewnia separację pomiędzy obwodami pomiarowymi a zabezpieczającymi.
Dodatkowo zastosowanie przekładników prądowych umożliwia wykorzystanie różnych metod pomiarowych, między innymi w zakresie dokładności przepływu prądu oraz zachowania układu podczas przeciążeń.
Na dokładność przekładnika prądowego wpływa wiele czynników, między innymi zewnętrzne pola elektromagnetyczne, temperatura oraz rezystancja strony pierwotnej i wtórnej. Standardowe klasy dokładności dla różnych typów pomiarów oraz przy standardowych obciążeniach w obwodzie wtórnym zostały zdefiniowane w normie IEC 61869-1 jako klasy: 0,1; 0,2s; 0,2; 0,5; 0,5s; 1 oraz 3.
Oznaczenie klasy stanowi przybliżony wskaźnik dokładności przekładnika prądowego. Błąd przekładni między prądem pierwotnym a wtórnym dla przekładnika klasy 1 wynosi 1% przy prądzie znamionowym, natomiast dla przekładnika klasy 0,5 osiąga wartość 0,5% lub mniej. Istotne znaczenie mają również błędy fazowe, szczególnie w obwodach pomiaru mocy. Każda klasa określa dopuszczalny maksymalny błąd fazowy dla konkretnej impedancji obciążenia.
Przekładniki prądowe stosowane we współpracy z przekaźnikami zabezpieczeniowymi muszą spełniać wymagania dotyczące dokładności także przy prądach przeciążeniowych, przekraczających standardowe wartości znamionowe. Dzięki temu zapewniają prawidłowe działanie przekaźników podczas wystąpienia awarii w systemie.
Przed montażem instalację należy odłączyć od zasilania i zabezpieczyć przed ponownym włączeniem. Ponieważ podczas stosowania przekładników prądowych przepływają bardzo wysokie, a tym samym zagrażające życiu prądy, montaż mogą wykonywać wyłącznie wykwalifikowani elektrycy.
Przekładniki prądowe posiadają różne rodzaje przyłączy po stronie wtórnej. Oprócz modeli z przyłączem kablowym i śrubowym dostępne są również przekładniki podłączane za pomocą zacisków sprężynowych, śrubowych lub wtykowych. Wybór odpowiedniego rodzaju przyłącza zależy od zastosowania. Jeśli urządzenia pomiarowe lub przewody pomiarowe trzeba często podłączać i odłączać, najlepiej sprawdzają się zaciski sprężynowe i wtykowe. W przypadku stałego podłączenia do urządzeń zabezpieczających zaleca się przyłącza śrubowe.
Obwód wtórny przekładnika prądowego nie powinien pozostawać otwarty, gdy po stronie pierwotnej nadal płynie prąd. W takim stanie pracy na zaciskach wtórnych powstają wysokie napięcia indukowane. Przekładnik prądowy staje się wtedy źródłem napięcia, co stanowi zagrożenie dla ludzi oraz dla bezpieczeństwa działania urządzenia. Z tego względu przekładnik musi zawsze pracować pod obciążeniem lub zostać zwarty.
Przekładniki prądowe posiadają jeden lub kilka otworów okienkowych (przekładniki wielobiegunowe). Otwory te mają kształt okrągły, kwadratowy lub mieszany i określa się je również jako przepust przewodowy. Standardowe rozmiary mieszczą się w zakresie od 18 mm do 50 mm. Odpowiedni rozmiar otworu zależy od średnicy przewodu elektrycznego lub wymiarów szyny prądowej. W razie wątpliwości szczegółowe dane przyłączeniowe można znaleźć w dokumentacji technicznej producenta.
Dla dokładności pomiarów istotna jest klasa dokładności przekładnika prądowego. Klasa określa procentowy błąd pomiaru. Przykładowo klasa 0,5 oznacza maksymalny dopuszczalny błąd na poziomie 0,5 procent. Wartości te odnoszą się do zakresu od 100 do 120 procent znamionowego prądu pierwotnego. Jeżeli przepływający prąd jest znacznie mniejszy od prądu pierwotnego, prowadzi to do dużej niepewności pomiarowej, dlatego należy unikać takiej sytuacji. Prąd znamionowy często określa się po stronie pierwotnej jako prąd wejściowy, a po stronie wtórnej jako prąd wyjściowy lub podaje się go w formie przekładni. Prąd nominalny oznacza prąd przemienny, który może przepływać w sposób ciągły i zazwyczaj odpowiada wartości prądu znamionowego.
Większość przekładników prądowych posiada tylko jedno uzwojenie pierwotne, które tworzy przewód przeprowadzony przez przekładnik. Obowiązuje przy tym zasada: im większa liczba uzwojeń wtórnych, tym mniejszy prąd wtórny. Dokładne zależności można znaleźć w dokumentacji technicznej, która często zawiera również zestawienia wartości w formie tabel.
Podsumowanie
Wybór odpowiednich przekładników prądowych zależy zasadniczo od konkretnego zastosowania: podczas nowej installacji instalacji elektrycznej często stosuje się przekładniki nasadkowe. W przypadku modernizacji stosuje się przekładniki kablowe z dzielonymi połówkami rdzenia.
Decydujące znaczenie dla doboru mają natężenie prądu po stronie pierwotnej, właściwości elektryczne przyłączonych po stronie wtórnej przyrządów pomiarowych lub elementów, a także klasy dokładności. Ponadto przed zakupem należy sprawdzić, czy rozmiar otworu okiennego jest wystarczający dla przewodu lub szyny.