Unha comparación práctica de transformadores de corrente para medición fronte a protección

Precisión do CT de protecciónA precisión do TC de protección non se trata dunha facturación precisa, senón dun rendemento predicible durante un fallo. A súa precisión defínese por un "erro composto" a un múltiplo especificado da súa corrente nominal. Unha clase de protección común é5P10.Esta designación divídese do seguinte xeito:

• 5O erro composto non superará o 5 % no límite de precisión.
• PEsta letra desígnao como un CT de clase de protección.
• 10Este é o factor límite de precisión (ALF). Significa que o TC manterá a súa precisión especificada ata 10 veces a súa corrente primaria nominal.

En resumo, un TC 5P10 garante que cando a corrente primaria é 10 veces a súa clasificación normal, o sinal enviado ao relé aínda está dentro do 5 % do valor ideal, o que garante que o relé tome unha decisión de disparo correcta.

Carga e clasificación VA

Cargaé a carga eléctrica total conectada aos terminais secundarios do TC, medida en voltamperios (VA) ou ohmios (Ω). Todos os dispositivos e cables conectados ao TC contribúen a esta carga. Superar a carga nominal dun TC degradará a súa precisión.

A carga total é asuma das impedancias de todos os compoñentesno circuíto secundario:

• A propia resistencia do enrolamento secundario do TC.
• A resistencia dos cables que conectan o CT ao dispositivo.
• A impedancia interna do dispositivo conectado (medidor ou relé).

Cálculo da carga total:Un enxeñeiro pode calcular a carga total usando a fórmula:Carga total (Ω) = devanado CT R (Ω) + cable R (Ω) + dispositivo Z (Ω)Por exemplo, se a resistencia do enrolamento secundario dun TC é de 0,08 Ω, os cables de conexión teñen unha resistencia de 0,3 Ω e o relé ten unha impedancia de 0,02 Ω, a carga total do circuíto é de 0,4 Ω. Este valor debe ser inferior á carga nominal do TC para que funcione correctamente.

Os TC de medición adoitan ter potencias nominales en VA baixas (por exemplo, 2,5 VA, 5 VA) porque se conectan a dispositivos de medición de alta impedancia e baixo consumo a curtas distancias. Os TC de protección requiren potencias nominales en VA moito maiores (por exemplo, 15 VA, 30 VA) porque deben subministrar potencia suficiente para facer funcionar as bobinas de baixa impedancia e maior consumo dun relé de protección, a miúdo en tramos de cable moito máis longos. Axustar incorrectamente a carga nominal do TC á carga real do circuíto é unha fonte común de erro tanto nos esquemas de medición como de protección.

Comprender a tensión do punto de xeonllo

A tensión de punto de xeonllo (KPV) é un parámetro crítico exclusivo dos TC de protección. Define o límite superior do rango de funcionamento útil dun TC antes de que o seu núcleo comece a saturarse. Este valor é esencial para garantir que un relé de protección reciba un sinal fiable durante un fallo de alta corrente.

Os enxeñeiros determinan a KPV a partir da curva de excitación do transformador de corrente, que representa a tensión de excitación secundaria fronte á corrente de excitación secundaria. O "xeonllo" é o punto desta curva onde as propiedades magnéticas do núcleo cambian drasticamente.

O/AEstándar IEEE C57.13proporciona unha definición precisa para este punto. Para un TC de núcleo sen espazo entre si, o punto de xeonllo é onde unha tanxente á curva forma un ángulo de 45 graos co eixe horizontal. Para un TC de núcleo con espazo entre si, este ángulo é de 30 graos. Este punto específico marca o inicio da saturación.

Cando un TC funciona por debaixo da súa tensión de punto de inflexión, o seu núcleo está nun estado magnético lineal. Isto permítelle reproducir con precisión a corrente de falla para o relé conectado. Non obstante, unha vez que a tensión secundaria supera o KPV, o núcleo entra en saturación. A saturación, a miúdo impulsada por grandes correntes CA e desprazamentos CC durante unha falla, fai que o TC...a impedancia de magnetización diminúe significativamenteO transformador xa non pode reflectir fielmente a corrente primaria cara ao seu lado secundario.

A relación entre KPV e a fiabilidade da protección é directa e crucial:

• Punto por debaixo do xeonllo:O núcleo do CT funciona de forma lineal. Ofrece unha representación precisa da corrente de falla ao relé de protección.
• Punto por riba do xeonllo:O núcleo satúrase. Isto leva a un grande aumento da corrente de magnetización e a un funcionamento non lineal, o que significa que o CT xa non reflicte con precisión a verdadeira corrente de falla.
• Funcionamento do relé:Os relés de protección precisan un sinal preciso para funcionar correctamente. Se un TC se satura antes de que o relé poida tomar unha decisión, é posible que este non detecte a verdadeira magnitude do fallo, o que provocará un atraso no disparo ou un fallo total de funcionamento.
• Seguridade do sistema:Polo tanto, a tensión do punto de inflexión do transformador de corrente debe ser suficientemente maior que a tensión secundaria máxima esperada durante un fallo. Isto garante que o relé reciba un sinal fiable para protexer equipos caros.

Os enxeñeiros calculan a KPV necesaria para garantir que o CT permaneza insaturado nas peores condicións de falla. Unha fórmula simplificada para este cálculo é:

KPV requirido ≥ Se × (Rct + Rb)

Onde:

• If= Corrente máxima de falla secundaria (Amperios)
• RCT= Resistencia do enrolamento secundario do TC (ohmios)
• Rb= Carga total do relé, cableado e conexións (ohmios)

En definitiva, a tensión do punto de xeonllo serve como o indicador principal da capacidade dun TC de protección para realizar a súa función de seguridade baixo unha tensión eléctrica extrema.

Descodificación das designacións da placa de identificación dos transformadores de corrente

A placa de identificación dun transformador de corrente contén un código compacto que define as súas capacidades de rendemento. Esta designación alfanumérica é unha linguaxe abreviada para os enxeñeiros, que especifica a precisión, a aplicación e os límites operativos do compoñente. Comprender estes códigos é esencial para seleccionar o dispositivo correcto.

Interpretación das clases de TC de medición (por exemplo, 0,2, 0,5S, 1)

As clases de TC de medición defínense cun número que representa a porcentaxe de erro máxima admisible na corrente nominal. Un número menor indica un maior grao de precisión.

• Clase 1:Adecuado para a medición xeral de paneis onde a alta precisión non é fundamental.
• Clase 0.5:Usado para aplicacións de facturación comerciais e industriais.
• Clase 0.2:Necesario para a medición de ingresos de alta precisión.

Algunhas clases inclúen a letra "S". A designación "S" nas clases de TC de medición IEC, como 0,2S e 0,5S, significa alta precisión. Esta clasificación particular úsase xeralmente en aplicacións de medición de tarifas onde as medicións precisas son fundamentais, especialmente no extremo inferior do rango de corrente.

Interpretación das clases de protección por TC (por exemplo, 5P10, 10P20)

As clases de TC de protección empregan un código de tres partes que describe o seu comportamento durante un fallo. Un exemplo común é5P10.

Desglosando o código 5P10:

• 5Este primeiro número é o erro composto máximo en porcentaxe (5 %) no límite de precisión.
• PA letra «P» nunha clasificación como a 5P10 significa «clase de protección». Isto indica que o CT está deseñado principalmente para aplicacións de relés de protección en lugar de para medicións precisas.
• 10Este último número é o factor límite de precisión (ALF). Significa que o TC manterá a súa precisión especificada ata unha corrente de falla que sexa 10 veces a súa capacidade nominal.

Do mesmo xeito, unha10P20A clase CT ten un límite de erro composto do 10 % e un factor límite de precisión de20Nunha designación como 10P20, o número «20» significa o factor límite de precisión. Este factor indica que o erro do transformador permanecerá dentro dos límites aceptables cando a corrente sexa 20 veces o seu valor nominal. Esta capacidade é crucial para garantir que os relés de protección funcionen correctamente durante condicións de curtocircuíto graves.

Guía de aplicación: Adaptación do CT á tarefa

A selección do transformador de corrente axeitado non é unha cuestión de preferencia, senón un requisito ditado pola aplicación. Un TC de medición proporciona a precisión necesaria para as transaccións financeiras, mentres que un TC de protección ofrece a fiabilidade requirida para a seguridade dos activos. Comprender onde aplicar cada tipo é fundamental para un bo deseño e funcionamento do sistema eléctrico.

Cando usar unha TC de medición

Os enxeñeiros deberían usar un CT de medición en calquera aplicación onde o obxectivo principal sexa o seguimento preciso do consumo eléctrico. Estes dispositivos son a base dunha facturación e xestión enerxética precisas. O seu deseño prioriza a alta precisión en condicións de carga normais.

As aplicacións clave para os TC de medición inclúen:

• Medición de ingresos e tarifasAs empresas de servizos públicos empregan TC de alta precisión (por exemplo, clase 0,2S, 0,5S) para facturar a clientes residenciais, comerciais e industriais. A precisión garante transaccións financeiras xustas e correctas.
• Sistemas de xestión de enerxía (EMS)As instalacións empregan estes CT para monitorizar o consumo de enerxía en diferentes departamentos ou equipos. Estes datos axudan a identificar ineficiencias e optimizar o uso da enerxía.
• Análise da calidade da enerxíaOs analizadores de calidade de enerxía requiren entradas precisas para diagnosticar problemas como harmónicos e caídas de tensión. Para estas medicións, especialmente en sistemas de media tensión, a resposta de frecuencia do transformador de instrumentos é fundamental. Os analizadores modernos poden precisar datos fiables.ata 9 kHz, esixentes transformadores optimizados en frecuencia para capturar un espectro harmónico completo.

Nota sobre a selección:Ao elixir un CT para un medidor ou analizador de potencia, varios factores son cruciais.

• Compatibilidade de saídaA saída do TC (por exemplo, 333 mV, 5 A) debe coincidir cos requisitos de entrada do contador.
• Tamaño da cargaO rango de amperaxe do TC debe aliñarse coa carga prevista para manter a precisión.
• Aptitude físicaO TC debe axustarse fisicamente arredor do condutor. As bobinas flexibles de Rogowski son unha solución práctica para barras grandes ou espazos reducidos.
• PrecisiónPara a facturación, unha precisión do 0,5 % ou superior é o estándar. Para a monitorización xeral, o 1 % pode ser suficiente.

Cando usar un CT de protección

Os enxeñeiros deben usar un CT de protección sempre que o obxectivo principal sexa protexer o persoal e os equipos de sobrecorrentes e fallos. Estes CT están deseñados para permanecer operativos durante eventos eléctricos extremos, proporcionando un sinal fiable a un relé de protección.

As aplicacións comúns para os TC de protección inclúen:

• Protección contra sobrecorrentes e fallas a terraEstes TC alimentan sinais a relés (como o dispositivo ANSI 50/51) que detectan fallos de fase ou de terra. O relé entón dispara un disyuntor para illar o fallo. Nos interruptores de media tensión, o uso dun interruptor dedicadoTC de secuencia ceropara a protección contra fallas a terra recoméndase a miúdo sobre unha conexión residual deTC trifásicosUnha conexión residual pode provocar fallos de disparo debido a unha saturación desigual durante o arranque do motor ou a fallos de fase.
• Protección diferencialEste esquema protexe os principais activos como transformadores e xeradores comparando as correntes que entran e saen da zona protexida. Require conxuntos coincidentes de TC de protección.Relés dixitais modernospode compensar diferentes conexións de TC (estrella ou delta) e cambios de fase mediante configuracións de software, o que ofrece unha flexibilidade significativa nestes esquemas complexos.
• Protección a distanciaUsado en liñas de transmisión, este esquema baséase en TC de protección para medir a impedancia dun fallo. A saturación do TC pode distorsionar esta medición, facendo que o relé calcule mal a localización do fallo. Polo tanto, o TC debe estar deseñado para evitar a saturación mentres dura a medición.

Segundo a norma ANSI C57.13, un transformador de corrente de protección estándar debe soportar ata20 vecesa súa corrente nominal durante un fallo. Isto garante que poida entregar un sinal utilizable ao relé cando máis importa.

O alto custo da selección incorrecta

Empregar o tipo incorrecto de TC é un erro crítico con consecuencias graves. As diferenzas funcionais entre os TC de medición e os de protección non son intercambiables e unha discrepancia pode levar a resultados perigosos e custosos.

• Uso dun CT de medición para protecciónEste é o erro máis perigoso. Un TC de medición está deseñado para saturarse con baixas sobrecorrentes para protexer o contador. Durante un fallo importante, saturarase case instantaneamente. O TC saturado non reproducirá a alta corrente de fallo e o relé de protección non verá a verdadeira magnitude do evento. Isto pode levar a un disparo atrasado ou a un fallo completo de funcionamento, o que resultará en danos catastróficos no equipo, incendios e riscos para o persoal. Por exemplo, a saturación do TC pode facer que un relé de protección diferencial de transformador...mal operar, o que provoca un disparo non desexado durante un fallo externo.
• Uso dun CT de protección para a mediciónEsta elección leva a inexactitudes financeiras. Un TC de protección non está deseñado para ter precisión a correntes de funcionamento normais. A súa clase de precisión (por exemplo, 5P10) garante o rendemento en múltiplos altos da súa clasificación, non no extremo inferior da escala onde funcionan a maioría dos sistemas. Usalo para a facturación sería como medir un gran de area cun metro. As facturas de enerxía resultantes serían inexactas, o que levaría a unha perda de ingresos para a empresa de servizos públicos ou a un cobro excesivo para o consumidor.

Un escenario de fallo crítico:Nos esquemas de protección a distancia, a saturación do TC fai que o relé mida unmaior impedanciaque o valor real. Isto acurta eficazmente o alcance de protección do relé. Un fallo que debería eliminarse instantaneamente podería considerarse un fallo máis distante, o que provocaría un disparo atrasado. Este atraso prolonga a tensión no sistema eléctrico e aumenta a posibilidade de danos xeneralizados.

En definitiva, o custo dunha selección incorrecta dun CT vai moito máis alá do prezo do propio compoñente. Maniféstase na destrución do equipo, tempo de inactividade operativo, rexistros financeiros inexactos e seguridade comprometida.

Pode un CT servir tanto para medición como para protección?

Aínda que os TC de medición e protección teñen deseños distintos, os enxeñeiros ás veces requiren un único dispositivo para realizar ambas as funcións. Esta necesidade levou ao desenvolvemento de transformadores especializados de dobre propósito, pero estes veñen con compensacións específicas.

O TC de dobre propósito (Clase X)

Unha categoría especial, coñecida como aTransformador de corrente de clase X ou PS, poden desempeñar funcións tanto de medición como de protección. Estes dispositivos non se definen mediante clases de precisión estándar como as 5P10. En cambio, o seu rendemento especifícase mediante un conxunto de parámetros clave que un enxeñeiro utiliza para verificar a súa idoneidade para un esquema de protección específico.

Segundo as normas IEC, o rendemento dun TC de Clase X defínese por:

• corrente primaria nominal
• Relación de xiros
• Tensión do punto de xeonllo (KPV)
• Corrente de magnetización á tensión especificada
• Resistencia do enrolamento secundario a 75 °C

Estas características permiten que o dispositivo ofreza unha alta precisión para a medición en condicións normais, ao tempo que proporciona unha tensión de punto de inflexión predicible para un funcionamento fiable do relé durante fallos. Adoitan usarse en esquemas de protección diferencial de alta impedancia onde o rendemento debe coñecerse con precisión.

Limitacións prácticas e compensacións

Malia a existencia de TC de clase X, a miúdo evítase o uso dun único dispositivo tanto para a medición como para a protección. As dúas funcións teñen requisitos fundamentalmente contraditorios.

Un TC de medición está deseñado para saturarse cedo para protexer os medidores sensibles.O CT de protección está deseñadopara resistir a saturación para garantir que un relé poida detectar un fallo. Un TC de dobre propósito debe establecer un compromiso entre estes dous obxectivos opostos.

Este compromiso significa que un CT de dobre propósito pode non realizar ningunha das dúas tarefas tan ben como unha unidade dedicada. O deseño vólvese máis complexo e caro. Para a maioría das aplicacións, instalar dous CT especializados e separados (un para medición e outro para protección) é a solución máis fiable e rendible. Esta estratexia garante que ambos...sistema de facturacióne o sistema de seguridade funciona sen compromiso.

---

A elección entreCT de medición e proteccióné unha decisión clara baseada na prioridade operativa. Unha proporciona precisión para a facturación, mentres que a outra garante a fiabilidade durante un fallo. A selección do tipo correcto non é negociable para a seguridade do sistema, a precisión financeira e a lonxevidade do equipo. Os enxeñeiros sempre deben comparar as especificacións do CT coas necesidades do dispositivo conectado.

Unhalista de verificación finalinclúe:

1. Determinar a corrente primaria: Axuste a relación do TC á carga máxima.
2. Calcular a carga: Suma a carga de todos os compoñentes conectados.
3. Verificar a clase de precisión: Seleccione a clase correcta para a medición ou a protección.

Preguntas frecuentes

Que ocorre se o circuíto secundario dun TC queda aberto?

Un circuíto secundario aberto crea unha alta tensión perigosa. A corrente primaria convértese en corrente magnetizante, saturando o núcleo. Esta condición pode destruír o transformador de corrente e supón un risco grave de descarga eléctrica.

Seguridade primeiro:Curtocircuite sempre os terminais secundarios antes de desconectar calquera instrumento do circuíto.

Como seleccionan os enxeñeiros a relación de TC correcta?

Os enxeñeiros seleccionan unha relación onde a corrente máxima normal do sistema estea preto da clasificación primaria do TC. Esta escolla garante que o TC funcione dentro do seu rango máis preciso. Por exemplo, unha carga de 90 A funciona ben cun TC de 100:5 A.

Por que un TC de medición non é seguro para a protección?

Un TC de medición satúrase rapidamente durante un fallo. Non pode informar da corrente de fallo real ao relé de protección. O relé entón non consegue disparar o disxuntor, o que provoca a destrución do equipo e graves riscos de seguridade.

Pode un TC servir tanto de medición como de protección?

Os TC de clase especial X poden desempeñar ambas funcións, pero o seu deseño é un compromiso. Para unha seguridade e precisión óptimas, os enxeñeiros adoitan instalar dous TC dedicados e separados: un para a medición e outro para a protección.