En praktisk sammenligning af strømtransformatorer til måling vs. beskyttelse

Beskyttelses-CT-nøjagtighedBeskyttelses-CT-nøjagtighed handler ikke om præcisionsfakturering, men om forudsigelig ydeevne under en fejl. Dens nøjagtighed er defineret af en "sammensat fejl" ved et bestemt multiplum af dens nominelle strøm. En almindelig beskyttelsesklasse er5P10.Denne betegnelse opdeles som følger:

• 5Den sammensatte fejl vil ikke overstige 5% ved nøjagtighedsgrænsen.
• PDette bogstav betegner den som en beskyttelsesklasse CT.
• 10Dette er nøjagtighedsgrænsefaktoren (ALF). Det betyder, at CT'en vil opretholde sin specificerede nøjagtighed op til 10 gange sin nominelle primære strøm.

Kort sagt garanterer en 5P10 CT, at når primærstrømmen er 10 gange den normale nominelle værdi, er signalet, der sendes til relæet, stadig inden for 5% af den ideelle værdi, hvilket sikrer, at relæet træffer en korrekt beslutning om udløsning.

Byrde og VA-vurdering

Byrdeer den samlede elektriske belastning, der er forbundet til CT'ens sekundære terminaler, målt i volt-ampere (VA) eller ohm (Ω). Enhver enhed og ledning, der er tilsluttet CT'en, bidrager til denne belastning. Overskridelse af en CT's nominelle belastning vil forringe dens nøjagtighed.

Den samlede byrde ersummen af ​​impedanserne for alle komponenteri sekundærkredsløbet:

• CT'ens egen sekundære viklingsmodstand.
• Modstanden i de ledninger, der forbinder CT'en til enheden.
• Den interne impedans af den tilsluttede enhed (måler eller relæ).

Beregning af den samlede byrde:En ingeniør kan beregne den samlede belastning ved hjælp af formlen:Total belastning (Ω) = CT-vikling R (Ω) + ledning R (Ω) + enhed Z (Ω)Hvis f.eks. en CT's sekundære viklingsmodstand er 0,08 Ω, forbindelsesledningerne har en modstand på 0,3 Ω, og relæet har en impedans på 0,02 Ω, er den samlede kredsløbsbelastning 0,4 Ω. Denne værdi skal være mindre end CT'ens nominelle belastning for at den kan fungere korrekt.

Måle-CT'er har typisk lave VA-klassificeringer (f.eks. 2,5 VA, 5 VA), fordi de tilsluttes højohmede måleenheder med lavt forbrug over korte afstande. Beskyttelses-CT'er kræver meget højere VA-klassificeringer (f.eks. 15 VA, 30 VA), fordi de skal levere nok strøm til at drive spolerne med lav ohm og højt forbrug i et beskyttelsesrelæ, ofte over meget længere kabelstrækninger. Forkert matchning af CT'ens belastningsklassificering med den faktiske kredsløbsbelastning er en almindelig fejlkilde i både måle- og beskyttelsesskemaer.

Forståelse af knæpunktspændingen

Knæspændingen (KPV) er en kritisk parameter, der kun gælder for beskyttelses-CT'er. Den definerer den øvre grænse for en CT's nyttige driftsområde, før dens kerne begynder at mætte. Denne værdi er afgørende for at sikre, at et beskyttelsesrelæ modtager et pålideligt signal under en højstrømsfejl.

Ingeniører bestemmer KPV'en ud fra CT'ens excitationskurve, som afbilder den sekundære excitationsspænding mod den sekundære excitationsstrøm. "Knæet" er det punkt på denne kurve, hvor kernens magnetiske egenskaber ændrer sig dramatisk.

DeIEEE C57.13-standardengiver en præcis definition af dette punkt. For en kerne-CT uden mellemrum er knæpunktet der, hvor en tangent til kurven danner en 45-graders vinkel med den vandrette akse. For en kerne-CT med mellemrum er denne vinkel 30 grader. Dette specifikke punkt markerer starten på mætningen.

Når en CT opererer under sin knepunktspænding, er dens kerne i en lineær magnetisk tilstand. Dette gør det muligt for den nøjagtigt at reproducere fejlstrømmen for det tilsluttede relæ. Men når sekundærspændingen overstiger KPV, går kernen i mætning. Mætning, ofte drevet af store AC-strømme og DC-forskydninger under en fejl, forårsager CT'ensmagnetiseringsimpedansen falder betydeligtTransformeren kan ikke længere trofast reflektere primærstrømmen til sin sekundærside.

Forholdet mellem KPV og beskyttelsespålidelighed er direkte og afgørende:

• Punktet under knæet:CT-kernen fungerer lineært. Den giver en nøjagtig repræsentation af fejlstrømmen til beskyttelsesrelæet.
• Punkt over knæet:Kernen mættes. Dette fører til en stor stigning i magnetiseringsstrømmen og ikke-lineær drift, hvilket betyder, at CT'en ikke længere nøjagtigt afspejler den sande fejlstrøm.
• Relædrift:Beskyttelsesrelæer har brug for et præcist signal for at fungere korrekt. Hvis en CT mættes, før relæet kan træffe en beslutning, kan relæet muligvis ikke registrere fejlens sande størrelse, hvilket kan føre til en forsinket udløsning eller en fuldstændig funktionsfejl.
• Systemsikkerhed:Derfor skal CT'ens knæspænding være tilstrækkeligt højere end den maksimale sekundære spænding, der forventes under en fejl. Dette sikrer, at relæet modtager et pålideligt signal for at beskytte dyrt udstyr.

Ingeniører beregner den nødvendige KPV for at sikre, at CT'en forbliver umættet under de værst tænkelige fejlforhold. En forenklet formel til denne beregning er:

Krævet KPV ≥ Hvis × (Rct + Rb)

Hvor:

• If= Maksimal sekundær fejlstrøm (ampere)
• Rct= CT sekundærviklingsmodstand (ohm)
• Rb= Samlet belastning af relæ, ledninger og forbindelser (ohm)

I sidste ende tjener knæpunktspændingen som den primære indikator for en beskyttelses-CT's evne til at udføre sin sikkerhedsfunktion under ekstrem elektrisk belastning.

Afkodning af strømtransformatorens navneskiltbetegnelser

En strømtransformators navneplade indeholder en kompakt kode, der definerer dens ydeevne. Denne alfanumeriske betegnelse er et kortfattet sprog for ingeniører, der specificerer komponentens nøjagtighed, anvendelse og driftsgrænser. Forståelse af disse koder er afgørende for at vælge den korrekte enhed.

Fortolkning af måle-CT-klasser (f.eks. 0,2, 0,5S, 1)

Måle-CT-klasser er defineret af et tal, der repræsenterer den maksimalt tilladte procentvise fejl ved nominel strøm. Et mindre tal angiver en højere grad af præcision.

• Klasse 1:Velegnet til generel panelmåling, hvor høj præcision ikke er kritisk.
• Klasse 0.5:Anvendes til kommercielle og industrielle faktureringsapplikationer.
• Klasse 0.2:Krævet for meget nøjagtig indtægtsmåling.

Nogle klasser indeholder bogstavet 'S'. Betegnelsen 'S' i IEC-måle-CT-klasser, såsom 0,2S og 0,5S, angiver høj nøjagtighed. Denne særlige klassificering anvendes generelt i tarifmålingsapplikationer, hvor præcise målinger er kritiske, især i den nedre ende af strømområdet.

Fortolkning af beskyttelses-CT-klasser (f.eks. 5P10, 10P20)

Beskyttelses-CT-klasser bruger en tredelt kode, der beskriver deres adfærd under en fejl. Et almindeligt eksempel er5P10.

En gennemgang af 5P10-koden:

• 5Dette første tal er den maksimale sammensatte fejl i procent (5%) ved nøjagtighedsgrænsen.
• PBogstavet 'P' i en klassificering som 5P10 betyder 'Beskyttelsesklasse'. Dette indikerer, at CT'en primært er designet til beskyttelsesrelæapplikationer snarere end præcis måling.
• 10Dette sidste tal er nøjagtighedsgrænsefaktoren (ALF). Det betyder, at CT'en vil opretholde sin specificerede nøjagtighed op til en fejlstrøm, der er 10 gange dens nominelle kapacitet.

På samme måde en22:00Klasse CT har en sammensat fejlgrænse på 10 % og en nøjagtighedsgrænsefaktor på20I en betegnelse som 10P20 angiver tallet '20' nøjagtighedsgrænsefaktoren. Denne faktor angiver, at transformerens fejl forbliver inden for acceptable grænser, når strømmen er 20 gange dens nominelle værdi. Denne funktion er afgørende for at sikre, at beskyttelsesrelæer fungerer korrekt under alvorlige kortslutningsforhold.

Applikationsvejledning: Matchning af CT'en til opgaven

Valg af den passende strømtransformer er ikke et spørgsmål om præference, men et krav dikteret af applikationen. En måle-CT giver den præcision, der er nødvendig for finansielle transaktioner, mens en beskyttelses-CT leverer den pålidelighed, der kræves for aktivsikkerhed. Forståelse af, hvor hver type skal anvendes, er grundlæggende for et godt design og drift af det elektriske system.

Hvornår skal man bruge en måle-CT

Ingeniører bør bruge en måle-CT i enhver applikation, hvor præcis sporing af elforbrug er det primære mål. Disse enheder er fundamentet for præcis fakturering og energistyring. Deres design prioriterer høj nøjagtighed under normale belastningsforhold.

Vigtige anvendelser for måle-CT'er inkluderer:

• Indtægts- og takstmålingForsyningsselskaber bruger meget nøjagtige CT'er (f.eks. klasse 0.2S, 0.5S) til fakturering af private, erhvervs- og industrikunder. Nøjagtigheden sikrer retfærdige og korrekte finansielle transaktioner.
• Energistyringssystemer (EMS)Faciliteter bruger disse CT'er til at overvåge energiforbruget på tværs af forskellige afdelinger eller udstyr. Disse data hjælper med at identificere ineffektivitet og optimere energiforbruget.
• Analyse af strømkvalitetEffektkvalitetsanalysatorer kræver nøjagtige input for at diagnosticere problemer som harmoniske svingninger og spændingsudsving. For disse målinger, især i mellemspændingssystemer, er frekvensresponsen fra instrumenttransformatoren afgørende. Moderne analysatorer kan have brug for pålidelige data.op til 9 kHz, hvilket kræver frekvensoptimerede transformere for at indfange et fuldt harmonisk spektrum.

Bemærkning om valg:Når man vælger en CT til en effektmåler eller analysator, er flere faktorer afgørende.

• OutputkompatibilitetCT'ens udgang (f.eks. 333 mV, 5 A) skal stemme overens med målerens indgangskrav.
• LaststørrelseCT'ens strømstyrkeområde skal stemme overens med den forventede belastning for at opretholde nøjagtigheden.
• Fysisk formCT'en skal fysisk passe rundt om lederen. Fleksible Rogowski-spoler er en praktisk løsning til store samleskinner eller trange rum.
• NøjagtighedTil fakturering er en nøjagtighed på 0,5 % eller bedre standard. Til generel overvågning kan 1 % være tilstrækkeligt.

Hvornår skal man bruge en beskyttelses-CT

Ingeniører skal bruge en beskyttelses-CT, hvor det primære formål er at beskytte personale og udstyr mod overstrømme og fejl. Disse CT'er er designet til at forblive funktionsdygtige under ekstreme elektriske hændelser og give et pålideligt signal til et beskyttelsesrelæ.

Almindelige anvendelser af beskyttelses-CT'er omfatter:

• Overstrøms- og jordfejlsbeskyttelseDisse CT'er sender signaler til relæer (som ANSI Device 50/51), der registrerer fase- eller jordfejl. Relæet udløser derefter en afbryder for at isolere fejlen. I mellemspændingskoblingsudstyr, ved hjælp af en dedikeretnulsekvens-CTtil jordfejlsbeskyttelse anbefales ofte over en restforbindelse aftrefasede CT'erEn resterende forbindelse kan føre til falske udløsninger på grund af ulige mætning under motorstart eller fasefejl.
• DifferentialbeskyttelseDenne ordning beskytter vigtige aktiver som transformere og generatorer ved at sammenligne strømme, der kommer ind og ud af den beskyttede zone. Det kræver matchende sæt af beskyttelses-CT'er.Moderne digitale relæerkan kompensere for forskellige CT-forbindelser (Wye eller Delta) og faseforskydninger gennem softwareindstillinger, hvilket giver betydelig fleksibilitet i disse komplekse ordninger.
• AfstandsbeskyttelseDenne ordning, der bruges i transmissionslinjer, er afhængig af beskyttelses-CT'er til at måle impedansen til en fejl. CT-mætning kan forvrænge denne måling, hvilket får relæet til at fejlvurdere fejlens placering. Derfor skal CT'en være designet til at undgå mætning i løbet af målingen.

I henhold til ANSI C57.13 skal en standard beskyttende CT modstå op til20 gangedens nominelle strøm under en fejl. Dette sikrer, at den kan levere et brugbart signal til relæet, når det er mest relevant.

De høje omkostninger ved forkert valg

Brug af den forkerte type CT er en kritisk fejl med alvorlige konsekvenser. De funktionelle forskelle mellem måle- og beskyttelses-CT'er er ikke udskiftelige, og en uoverensstemmelse kan føre til farlige og dyre resultater.

• Brug af en måle-CT til beskyttelseDette er den farligste fejl. En måle-CT er designet til at mætte ved lave overstrømme for at beskytte måleren. Under en større fejl vil den mætte næsten øjeblikkeligt. Den mættede CT vil ikke være i stand til at gengive den høje fejlstrøm, og beskyttelsesrelæet vil ikke se den sande størrelse af hændelsen. Dette kan føre til en forsinket udløsning eller en fuldstændig funktionsfejl, hvilket resulterer i katastrofale udstyrsskader, brand og risiko for personale. For eksempel kan CT-mætning forårsage, at et transformerdifferentialbeskyttelsesrelæ går i stykker.fejlfungerende, hvilket fører til en uønsket udløsning under en ekstern fejl.
• Brug af en beskyttelses-CT til målingDette valg fører til økonomisk unøjagtighed. En beskyttelses-CT er ikke designet til præcision ved normale driftsstrømme. Dens nøjagtighedsklasse (f.eks. 5P10) garanterer ydeevne ved høje multipla af dens klassificering, ikke i den lave ende af skalaen, hvor de fleste systemer fungerer. At bruge den til fakturering ville være som at måle et sandkorn med en målestok. De resulterende energiregninger ville være unøjagtige, hvilket ville føre til indtægtstab for forsyningsselskabet eller overopkrævning for forbrugeren.

Et kritisk fejlscenarie:I afstandsbeskyttelsessystemer får CT-mætning relæet til at måle enhøjere impedansend den faktiske værdi. Dette forkorter effektivt relæets beskyttende rækkevidde. En fejl, der bør afhjælpes øjeblikkeligt, kan opfattes som en mere fjern fejl, hvilket forårsager en forsinket udløsning. Denne forsinkelse forlænger belastningen på det elektriske system og øger potentialet for omfattende skader.

I sidste ende går omkostningerne ved et forkert valg af CT langt ud over prisen på selve komponenten. Det manifesterer sig i udstyrsødelæggelse, driftsnedbrud, unøjagtige økonomiske optegnelser og kompromitteret sikkerhed.

Kan én CT tjene både måling og beskyttelse?

Selvom måle- og beskyttelses-CT'er har forskellige designs, kræver ingeniører nogle gange en enkelt enhed til at udføre begge funktioner. Dette behov førte til udviklingen af ​​specialiserede transformere med dobbelt formål, men de kommer med specifikke kompromiser.

Den dobbeltformåls (klasse X) CT

En særlig kategori, kendt somKlasse X eller PS klasse strømtransformer, kan tjene både måle- og beskyttelsesroller. Disse enheder er ikke defineret af standard nøjagtighedsklasser som 5P10. I stedet er deres ydeevne specificeret af et sæt nøgleparametre, som en ingeniør bruger til at verificere deres egnethed til en specifik beskyttelsesplan.

I henhold til IEC-standarder, ydeevnen af ​​en klasse X CT er defineret af:

• Nominel primærstrøm
• Drejningsforhold
• Knæpunktspænding (KPV)
• Magnetiseringsstrøm ved den specificerede spænding
• Sekundærviklingsmodstand ved 75°C

Disse egenskaber gør det muligt for enheden at tilbyde høj nøjagtighed ved måling under normale forhold, samtidig med at den giver en forudsigelig knæpunktspænding for pålidelig relædrift under fejl. De bruges ofte i højohmig differentialbeskyttelsessystemer, hvor ydeevnen skal kendes præcist.

Praktiske begrænsninger og afvejninger

Trods eksistensen af ​​klasse X CT'er undgås det ofte at bruge en enkelt enhed til både måling og beskyttelse. De to funktioner har fundamentalt modstridende krav.

En måle-CT er designet til at mætte tidligt for at beskytte følsomme målere.beskyttelses-CT er designetat modstå mætning for at sikre, at et relæ kan detektere en fejl. En dobbeltfunktionel CT skal gå på kompromis mellem disse to modsatrettede mål.

Dette kompromis betyder, at en dobbeltfunktionel CT muligvis ikke udfører nogen af ​​opgaverne lige så godt som en dedikeret enhed. Designet bliver mere komplekst og dyrt. For de fleste applikationer er installation af to separate, specialiserede CT'er - en til måling og en til beskyttelse - den mest pålidelige og omkostningseffektive løsning. Denne tilgang sikrer, at beggefaktureringssystemog sikkerhedssystemet fungerer uden kompromis.

---

Valget mellemmåle- og beskyttelses-CT'erer en klar beslutning baseret på driftsprioritet. Den ene giver præcision til fakturering, mens den anden sikrer pålidelighed under en fejl. Valg af den korrekte type er ufravigeligt af hensyn til systemsikkerhed, økonomisk nøjagtighed og udstyrets levetid. Ingeniører skal altid krydsreferere CT'ens specifikationer med den tilsluttede enheds behov.

ENtjekliste til endelig verifikationinkluderer:

1. Bestem primærstrømTilpas CT-forholdet til den maksimale belastning.
2. Beregn byrdeLæg belastningen af ​​alle tilsluttede komponenter sammen.
3. Bekræft nøjagtighedsklasseVælg den korrekte klasse til måling eller beskyttelse.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad sker der, hvis en CT's sekundære kredsløb forbliver åbent?

Et åbent sekundært kredsløb skaber en farlig høj spænding. Primærstrømmen bliver til magnetiserende strøm, der mætter kernen. Denne tilstand kan ødelægge CT'en og udgøre en alvorlig risiko for elektrisk stød.

Sikkerhed først:Kortslut altid de sekundære terminaler, før du frakobler et instrument fra kredsløbet.

Hvordan vælger ingeniører det korrekte CT-forhold?

Ingeniører vælger et forhold, hvor systemets normale maksimale strøm er tæt på CT'ens primære nominelle strømstyrke. Dette valg sikrer, at CT'en fungerer inden for sit mest nøjagtige område. For eksempel fungerer en 90A belastning godt med en 100:5A CT.

Hvorfor er en måle-CT usikker til beskyttelse?

En måle-CT mættes hurtigt under en fejl. Den kan ikke rapportere den sande fejlstrøm til beskyttelsesrelæet. Relæet udløser derefter ikke afbryderen, hvilket fører til ødelæggelse af udstyr og alvorlige sikkerhedsrisici.

Kan én CT tjene både måling og beskyttelse?

Specialklasse X-CT'er kan tjene begge roller, men deres design er et kompromis. For optimal sikkerhed og nøjagtighed installerer ingeniører typisk to separate, dedikerede CT'er - en til måling og en til beskyttelse.