Практическо сравнение на токови трансформатори за измерване спрямо защита

Точност на защитния CTТочността на защитната токова трансформаторна трансформаторна система не е свързана с прецизно таксуване, а с предвидима производителност по време на повреда. Точността ѝ се определя от „съставна грешка“ при определено кратно на номиналния ѝ ток. Често срещан клас на защита е5P10.Това обозначение се разделя, както следва:

• 5Съставната грешка няма да надвишава 5% при границата на точност.
• PТази буква го обозначава като CT от клас на защита.
• 10Това е коефициентът на гранична точност (ALF). Това означава, че токовият трансформатор ще поддържа зададената си точност до 10 пъти номиналния си първичен ток.

Накратко, 5P10 токов трансформатор гарантира, че когато първичният ток е 10 пъти по-голям от нормалния си номинал, сигналът, изпратен към релето, все още е в рамките на 5% от идеалната стойност, което гарантира, че релето ще вземе правилно решение за изключване.

Оценка на тежестта и VA

Тежесте общото електрическо натоварване, свързано към вторичните клеми на токовия трансформатор, измерено във волт-ампери (VA) или омове (Ω). Всяко устройство и проводник, свързани към токовия трансформатор, допринасят за това натоварване. Превишаването на номиналното натоварване на токовия трансформатор ще влоши неговата точност.

Общата тежест есума от импедансите на всички компонентивъв вторичната верига:

• Съпротивлението на вторичната намотка на токовия трансформатор.
• Съпротивлението на проводниците, свързващи токовия трансформатор с устройството.
• Вътрешният импеданс на свързаното устройство (измервателен уред или реле).

Изчисляване на общото натоварване:Инженерът може да изчисли общото натоварване, използвайки формулата:Общо натоварване (Ω) = CT намотка R (Ω) + проводник R (Ω) + устройство Z (Ω)Например, ако съпротивлението на вторичната намотка на токовия трансформатор е 0,08 Ω, свързващите проводници имат съпротивление 0,3 Ω и релето има импеданс 0,02 Ω, общото натоварване на веригата е 0,4 Ω. Тази стойност трябва да е по-малка от номиналното натоварване на токовия трансформатор, за да работи той правилно.

Измервателните токови трансформатори обикновено имат ниски VA номинални стойности (напр. 2,5 VA, 5 VA), защото се свързват с измервателни устройства с висок импеданс и ниска консумация на къси разстояния. Защитните токови трансформатори изискват много по-високи VA номинални стойности (напр. 15 VA, 30 VA), защото трябва да осигуряват достатъчно мощност, за да работят с бобините на защитно реле с по-нисък импеданс и по-висока консумация, често по много по-дълги кабелни трасета. Неправилното съпоставяне на номиналното натоварване на токовия трансформатор с действителното натоварване на веригата е често срещан източник на грешки както в схемите за измерване, така и в схемите за защита.

Разбиране на напрежението в точката на коляното

Напрежението на точката на пречупване (KPV) е критичен параметър, характерен само за защитните токови трансформатори. То определя горната граница на полезния работен диапазон на токовия трансформатор, преди сърцевината му да започне да се насища. Тази стойност е от съществено значение за гарантиране, че защитното реле получава надежден сигнал по време на повреда с висок ток.

Инженерите определят KPV от кривата на възбуждане на токовия трансформатор, която изобразява зависимостта на вторичното възбуждащо напрежение спрямо вторичния възбуждащ ток. „Коляното“ е точката на тази крива, където магнитните свойства на ядрото се променят драстично.

TheСтандарт IEEE C57.13предоставя точно определение за тази точка. За КТ без празнина, точката на пречупване е мястото, където допирателна към кривата образува ъгъл от 45 градуса с хоризонталната ос. За КТ с празнина този ъгъл е 30 градуса. Тази специфична точка отбелязва началото на насищане.

Когато токовият трансформатор работи под напрежението на точката на извиване, неговото ядро ​​е в линейно магнитно състояние. Това му позволява точно да възпроизведе тока на повреда за свързаното реле. След като обаче вторичното напрежение надвиши KPV, ядрото навлиза в насищане. Насищането, често предизвикано от големи променливи токове и постоянни отмествания по време на повреда, кара токовия трансформатор да...импедансът на намагнитване спада значителноТрансформаторът вече не може точно да отразява първичния ток към вторичната си намотка.

Връзката между KPV и надеждността на защитата е пряка и решаваща:

• Под точката на коляното:Ядрото на токовия трансформатор работи линейно. То осигурява точно представяне на тока на повреда към защитното реле.
• Над точката на коляното:Ядрото се насища. Това води до голямо увеличение на тока на намагнитване и нелинейна работа, което означава, че токовият трансформатор вече не отразява точно истинския ток на повреда.
• Работа на релето:Защитните релета се нуждаят от точен сигнал, за да работят правилно. Ако токов трансформатор се насити, преди релето да може да вземе решение, то може да не успее да открие истинската величина на повредата, което води до забавено изключване или пълна неизправност.
• Безопасност на системата:Следователно, напрежението в точката на пречупване на токовия трансформатор трябва да бъде достатъчно по-високо от максималното вторично напрежение, очаквано по време на повреда. Това гарантира, че релето получава надежден сигнал за защита на скъпо оборудване.

Инженерите изчисляват необходимата KPV, за да гарантират, че токовият трансформатор остава ненаситен при най-лошите условия на повреда. Опростена формула за това изчисление е:

Необходима KPV ≥ Ако × (Rct + Rb)

Къде:

• If= Максимален вторичен ток на повреда (Ампери)
• Ркт= Съпротивление на вторичната намотка на CT (омове)
• Rb= Общо натоварване на релето, окабеляването и връзките (омове)

В крайна сметка, напрежението на точката на пречупване служи като основен индикатор за способността на защитната токова трансформаторна трансформаторна система да изпълнява своята функция за безопасност при екстремно електрическо натоварване.

Декодиране на обозначенията на табелата с данни на токовия трансформатор

Табелката с данни на токовия трансформатор съдържа компактен код, който определя неговите експлоатационни възможности. Това буквено-цифрово обозначение е съкратен език за инженерите, който определя точността, приложението и експлоатационните граници на компонента. Разбирането на тези кодове е от съществено значение за избора на правилното устройство.

Интерпретиране на класове CT на измерванията (напр. 0.2, 0.5S, 1)

Класовете на измервателните токови трансформатори се определят от число, което представлява максимално допустимата процентна грешка при номиналния ток. По-малкото число показва по-висока степен на прецизност.

• Клас 1:Подходящ за общо панелно измерване, където високата прецизност не е критична.
• Клас 0.5:Използва се за търговски и промишлени приложения за фактуриране.
• Клас 0.2:Необходимо за високоточно измерване на приходите.

Някои класове включват буквата „S“. Обозначението „S“ в класовете за измерване на токови трансформатори по IEC, като например 0.2S и 0.5S, означава висока точност. Тази конкретна класификация обикновено се използва в приложения за тарифно измерване, където прецизните измервания са от решаващо значение, особено в долния край на токовия диапазон.

Тълкуване на класовете CT за защита (напр. 5P10, 10P20)

Класовете на защитни токови трансформатори използват тричастен код, който описва поведението им по време на повреда. Често срещан пример е5P10.

Разбивка на 5P10 кода:

• 5: Това първо число е максималната съставна грешка в проценти (5%) при границата на точност.
• PБуквата „P“ в класификация като 5P10 означава „Клас на защита“. Това показва, че токовият трансформатор е предназначен предимно за приложения за защитно реле, а не за прецизно измерване.
• 10: Последното число е коефициентът на гранична точност (ALF). Това означава, че токовият трансформатор ще поддържа зададената си точност до ток на повреда, който е 10 пъти номиналния му капацитет.

По подобен начин, a10P20Клас CT има сборна граница на грешка от 10% и коефициент на гранична точност20В обозначение като 10P20, числото „20“ означава коефициент на гранична точност. Този коефициент показва, че грешката на трансформатора ще остане в приемливи граници, когато токът е 20 пъти номиналната му стойност. Тази способност е от решаващо значение за гарантиране на правилното функциониране на защитните релета при условия на тежко късо съединение.

Ръководство за приложение: Съчетаване на КТ със задачата

Изборът на подходящ токов трансформатор не е въпрос на предпочитание, а изискване, продиктувано от приложението. Измервателният токов трансформатор осигурява прецизността, необходима за финансови транзакции, докато защитният токов трансформатор осигурява надеждността, необходима за безопасността на активите. Разбирането къде да се приложи всеки тип е от основно значение за правилното проектиране и експлоатация на електрическата система.

Кога да се използва измервателна компютърна томография

Инженерите трябва да използват измервателна токова трансформаторна система (CT) във всяко приложение, където прецизното проследяване на потреблението на електроенергия е основната цел. Тези устройства са в основата на точното фактуриране и управление на енергията. Тяхната конструкция дава приоритет на високата точност при нормални условия на натоварване.

Ключовите приложения на измервателните токови трансформатори включват:

• Приходи и тарифно измерванеКомуналните дружества използват високоточни токови трансформатори (напр. клас 0.2S, 0.5S) за фактуриране на жилищни, търговски и промишлени клиенти. Точността гарантира честни и коректни финансови транзакции.
• Системи за управление на енергията (СУЕ): Заведенията използват тези КТ, за да наблюдават потреблението на енергия в различните отдели или оборудване. Тези данни помагат за идентифициране на неефективност и оптимизиране на потреблението на енергия.
• Анализ на качеството на електроенергиятаАнализаторите на качеството на електроенергията изискват точни входни данни за диагностициране на проблеми като хармоници и спадове на напрежението. За тези измервания, особено в системи със средно напрежение, честотната характеристика на измервателния трансформатор е от решаващо значение. Съвременните анализатори може да се нуждаят от надеждни данни.до 9 kHz, изискващи честотно оптимизирани трансформатори за улавяне на пълен хармоничен спектър.

Забележка относно избора:При избора на токов трансформатор за измервател на мощност или анализатор, няколко фактора са от решаващо значение.

• Съвместимост на изходаИзходът на токовия трансформатор (напр. 333mV, 5A) трябва да съответства на входните изисквания на измервателния уред.
• Размер на товараДиапазонът на ампеража на токовия трансформатор трябва да съответства на очакваното натоварване, за да се поддържа точност.
• Физическа годност: КТ трябва физически да пасва около проводника. Гъвкавите бобини на Роговски са практично решение за големи шини или тесни пространства.
• ТочностЗа фактуриране стандартната точност е 0,5% или по-добра. За общо наблюдение 1% може да е достатъчна.

Кога да използвате защитен КТ

Инженерите трябва да използват защитен токов трансформатор (ТТ) винаги, когато основната цел е да предпазят персонала и оборудването от свръхтокове и повреди. Тези ТТ са проектирани да останат работещи по време на екстремни електрически събития, осигурявайки надежден сигнал към защитно реле.

Често срещани приложения за защитни токови трансформатори включват:

• Защита от свръхток и земно съединениеТези токови трансформатори подават сигнали към релета (като ANSI Device 50/51), които откриват фазови или заземителни повреди. След това релето изключва прекъсвач, за да изолира повредата. В разпределителни устройства със средно напрежение, използването на специален...КТ с нулева последователностза защита от земно съединение често се препоръчва пред остатъчна връзка натрифазни токови трансформаториОстатъчна връзка може да доведе до фалшиви изключвания поради неравномерно насищане по време на стартиране на двигателя или фазови повреди.
• Диференциална защитаТази схема защитава основни активи като трансформатори и генератори, като сравнява токовете, влизащи и излизащи от защитената зона. Тя изисква съчетани комплекти защитни токови трансформатори.Съвременни цифрови релетаможе да компенсира различни токови връзки (Wye или Delta) и фазови отмествания чрез софтуерни настройки, предлагайки значителна гъвкавост в тези сложни схеми.
• Защита от разстояниеИзползвана в преносни линии, тази схема разчита на защитни токови трансформатори за измерване на импеданса към повреда. Насищането на токовия трансформатор може да изкриви това измерване, което води до погрешна преценка на местоположението на повредата от страна на релето. Следователно, токовият трансформатор трябва да бъде проектиран така, че да избягва насищане по време на измерването.

Съгласно ANSI C57.13, стандартният защитен токов трансформатор трябва да издържа до20 пътиноминалния си ток по време на повреда. Това гарантира, че може да подаде използваем сигнал към релето, когато е най-важно.

Високата цена на неправилния избор

Използването на грешен тип токов трансформатор е критична грешка със сериозни последици. Функционалните разлики между измервателните и защитните токови трансформатори не са взаимозаменяеми и несъответствието може да доведе до опасни и скъпоструващи последици.

• Използване на измервателен CT за защитаТова е най-опасната грешка. Измервателният токов трансформатор е проектиран да се насища при ниски свръхтокове, за да предпази измервателния уред. По време на голяма повреда, той ще се насити почти мигновено. Наситеният токов трансформатор няма да успее да възпроизведе високия ток на повреда и защитното реле няма да види истинската величина на събитието. Това може да доведе до забавено изключване или пълен отказ на работа, което води до катастрофални повреди на оборудването, пожар и риск за персонала. Например, насищането на токовия трансформатор може да доведе до прекъсване на диференциалната защита на трансформатора.неправилно функциониране, което води до нежелано изключване по време на външна повреда.
• Използване на защитен CT за измерванеТози избор води до финансова неточност. Защитната токова трансформаторна трансформаторна система не е проектирана за прецизност при нормални работни токове. Нейният клас на точност (напр. 5P10) гарантира работа при високи кратни на номиналната ѝ стойност, а не в долния край на скалата, където работят повечето системи. Използването ѝ за фактуриране би било като измерване на песъчинка с метър. Получените сметки за енергия биха били неточни, което би довело до загуба на приходи за комуналната компания или презареждане за потребителя.

Сценарий на критична повреда:В схемите за дистанционна защита, насищането на токовия трансформатор кара релето да измервапо-висок импедансотколкото действителната стойност. Това ефективно скъсява защитния обхват на релето. Повреда, която трябва да бъде отстранена незабавно, може да се възприеме като по-отдалечена повреда, причинявайки забавено изключване. Това забавяне удължава натоварването на електрическата система и увеличава потенциала за широко разпространени повреди.

В крайна сметка, цената на неправилния избор на токов трансформатор далеч надхвърля цената на самия компонент. Това се проявява в унищожаване на оборудването, оперативни престои, неточни финансови отчети и компрометирана безопасност.

Може ли един токов трансформатор да служи едновременно за измерване и защита?

Въпреки че измервателните и защитните токови трансформатори имат различни конструкции, понякога инженерите се нуждаят от едно устройство, което да изпълнява и двете функции. Тази необходимост доведе до разработването на специализирани трансформатори с двойно предназначение, но те идват със специфични компромиси.

КТ с двойно предназначение (клас X)

Специална категория, известна катоТоков трансформатор клас X или клас PS, могат да изпълняват както измервателни, така и защитни функции. Тези устройства не са дефинирани от стандартни класове на точност като 5P10. Вместо това, тяхната производителност се определя от набор от ключови параметри, които инженерът използва, за да провери тяхната пригодност за конкретна схема за защита.

Съгласно стандартите на IEC, производителността на токов трансформатор от клас X се определя от:

• Номинален първичен ток
• Съотношение на оборотите
• Напрежение на точката на коляното (KPV)
• Намагнитващ ток при определеното напрежение
• Съпротивление на вторичната намотка при 75°C

Тези характеристики позволяват на устройството да предлага висока точност на измерване при нормални условия, като същевременно осигурява предвидимо напрежение в точката на пречупване за надеждна работа на релето по време на повреди. Те често се използват в схеми за диференциална защита с висок импеданс, където производителността трябва да бъде точно известна.

Практически ограничения и компромиси

Въпреки съществуването на токови трансформатори от клас X, използването на едно устройство както за измерване, така и за защита често се избягва. Двете функции имат фундаментално противоречиви изисквания.

Измервателният токов трансформатор е проектиран да се насища рано, за да предпази чувствителните измервателни уреди.Защитната токова томография е проектиранада устои на насищане, за да се гарантира, че релето може да открие повреда. Двуфункционалният токов трансформатор трябва да постигне компромис между тези две противоположни цели.

Този компромис означава, че двуфункционален токов трансформатор може да не изпълнява нито една от задачите толкова добре, колкото специализиран модул. Дизайнът става по-сложен и скъп. За повечето приложения, инсталирането на два отделни, специализирани токови трансформатора – един за измерване и един за защита – е по-надеждното и рентабилно решение. Този подход гарантира, че и двете...система за фактуриранеи системата за безопасност работи безкомпромисно.

---

Изборът междуизмервателни и защитни токови трансформаторие ясно решение, базирано на оперативен приоритет. Едното осигурява прецизност при фактуриране, а другото гарантира надеждност по време на повреда. Изборът на правилния тип е неоспорим за безопасността на системата, финансовата точност и дълготрайността на оборудването. Инженерите винаги трябва да сравняват спецификациите на токовия трансформатор с нуждите на свързаното устройство.

Аконтролен списък за окончателна проверкавключва:

1. Определете първичния токСъобразете коефициента на токовия трансформатор с максималното натоварване.
2. Изчислете тежесттаСумирайте натоварването на всички свързани компоненти.
3. Проверете класа на точностИзберете правилния клас за измерване или защита.

ЧЗВ

Какво се случва, ако вторичната верига на токовия трансформатор остане отворена?

Отворена вторична верига създава опасно високо напрежение. Първичният ток се превръща в намагнитващ ток, насищайки ядрото. Това състояние може да унищожи токовия трансформатор и представлява сериозен риск от токов удар.

Безопасността е на първо място:Винаги късо съединявайте вторичните клеми, преди да изключите който и да е инструмент от веригата.

Как инженерите избират правилното съотношение на токовия трансформатор?

Инженерите избират съотношение, при което нормалният максимален ток на системата е близо до първичната стойност на токовия трансформатор. Този избор гарантира, че той работи в най-точния си диапазон. Например, товар от 90 A работи добре с токов трансформатор 100:5 A.

Защо измервателната токова томография е опасна за защита?

Измервателният токов трансформатор се насища бързо по време на повреда. Той не може да докладва истинския ток на повредата на защитното реле. В такъв случай релето не успява да изключи прекъсвача, което води до разрушаване на оборудването и сериозни рискове за безопасността.

Може ли един токов трансформатор да служи както за измерване, така и за защита?

Специалните токови трансформатори клас X могат да изпълняват и двете роли, но техният дизайн е компромис. За оптимална безопасност и точност, инженерите обикновено инсталират два отделни, специализирани токови трансформатора – един за измерване и един за защита.