Praktična usporedba strujnih transformatora za mjerenje i zaštitu

Točnost zaštitnog CT-aTočnost zaštitnog strujnog transformatora ne odnosi se na precizno fakturiranje, već na predvidljive performanse tijekom kvara. Njegova točnost definirana je "kompozitnom pogreškom" pri određenom višekratniku njegove nazivne struje. Uobičajena klasa zaštite je5P10.Ova oznaka se raščlanjuje na sljedeći način:

• 5Kompozitna pogreška neće prelaziti 5% na granici točnosti.
• POvo slovo označava ga kao CT klase zaštite.
• 10: Ovo je faktor ograničenja točnosti (ALF). To znači da će strujni transformator održavati svoju specificiranu točnost do 10 puta veće od svoje nazivne primarne struje.

Ukratko, 5P10 CT jamči da kada je primarna struja 10 puta veća od normalne nazivne vrijednosti, signal poslan releju i dalje je unutar 5% idealne vrijednosti, osiguravajući da relej donese ispravnu odluku o isključenju.

Teret i ocjena VA

Teretje ukupno električno opterećenje spojeno na sekundarne terminale strujnog transformatora, mjereno u volt-amperima (VA) ili omima (Ω). Svaki uređaj i žica spojeni na strujni transformator doprinose ovom opterećenju. Prekoračenje nazivnog opterećenja strujnog transformatora smanjit će njegovu točnost.

Ukupni teret jezbroj impedancija svih komponentiu sekundarnom krugu:

• Otpor sekundarnog namota strujnog transformatora.
• Otpor žica koje spajaju CT s uređajem.
• Unutarnja impedancija spojenog uređaja (mjerilo ili relej).

Izračun ukupnog opterećenja:Inženjer može izračunati ukupno opterećenje pomoću formule:Ukupno opterećenje (Ω) = CT namot R (Ω) + žica R (Ω) + uređaj Z (Ω)Na primjer, ako je otpor sekundarnog namota strujnog transformatora 0,08 Ω, spojne žice imaju otpor od 0,3 Ω, a impedancija releja od 0,02 Ω, ukupno opterećenje strujnog kruga je 0,4 Ω. Ova vrijednost mora biti manja od nazivnog opterećenja strujnog transformatora da bi ispravno radio.

Mjerni strujni transformatori obično imaju niske VA nazivne vrijednosti (npr. 2,5 VA, 5 VA) jer se spajaju na mjerne uređaje visoke impedancije i niske potrošnje na kratkim udaljenostima. Zaštitni strujni transformatori zahtijevaju mnogo veće VA nazivne vrijednosti (npr. 15 VA, 30 VA) jer moraju osigurati dovoljno snage za rad zavojnica zaštitnog releja niže impedancije i veće potrošnje, često na mnogo duljim kabelskim dionicama. Netočno usklađivanje nazivne vrijednosti opterećenja strujnog transformatora sa stvarnim opterećenjem strujnog kruga čest je izvor pogrešaka u mjernim i zaštitnim shemama.

Razumijevanje napona točke koljena

Napon prelomne točke (KPV) je ključni parametar isključivo za zaštitne strujne transformatore. Definira gornju granicu korisnog radnog raspona strujnog transformatora prije nego što se njegova jezgra počne zasititi. Ova vrijednost je bitna za osiguranje da zaštitni relej prima pouzdan signal tijekom kvara visoke struje.

Inženjeri određuju KPV iz krivulje pobude strujnog transformatora, koja prikazuje sekundarni pobudni napon u odnosu na sekundarnu pobudnu struju. "Koljeno" je točka na ovoj krivulji gdje se magnetska svojstva jezgre dramatično mijenjaju.

TheIEEE C57.13 standardpruža preciznu definiciju za ovu točku. Za CT snimku bez procjepa, točka preloma je mjesto gdje tangenta krivulje tvori kut od 45 stupnjeva s horizontalnom osi. Za CT s procjepom, taj kut je 30 stupnjeva. Ova specifična točka označava početak zasićenja.

Kada strujni transformator radi ispod napona prelomne točke, njegova jezgra je u linearnom magnetskom stanju. To mu omogućuje točnu reprodukciju struje kvara za spojeni relej. Međutim, kada sekundarni napon premaši KPV, jezgra ulazi u zasićenje. Zasićenje, često uzrokovano velikim izmjeničnim strujama i istosmjernim pomacima tijekom kvara, uzrokuje da strujni transformator...značajno pada impedancija magnetizacijeTransformator više ne može vjerno odražavati primarnu struju na svoju sekundarnu stranu.

Veza između KPV-a i pouzdanosti zaštite je izravna i ključna:

• Ispod točke koljena:Jezgra strujnog transformatora radi linearno. Pruža točan prikaz struje kvara zaštitnom releju.
• Iznad točke koljena:Jezgra se zasiti. To dovodi do velikog povećanja struje magnetiziranja i nelinearnog rada, što znači da strujni transformator više ne odražava točno stvarnu struju kvara.
• Rad releja:Zaštitnim relejima potreban je točan signal za ispravan rad. Ako strujni transformator dođe u zasićenje prije nego što relej može donijeti odluku, relej možda neće uspjeti detektirati stvarnu veličinu kvara, što dovodi do odgođenog isključenja ili potpunog prekida rada.
• Sigurnost sustava:Stoga napon u pregibnoj točki strujnog transformatora mora biti dovoljno viši od maksimalnog sekundarnog napona koji se očekuje tijekom kvara. To osigurava da relej prima pouzdan signal za zaštitu skupe opreme.

Inženjeri izračunavaju potreban KPV kako bi osigurali da strujni transformator ostane nezasićen u najgorim uvjetima kvara. Pojednostavljena formula za ovaj izračun je:

Potrebna KPV ≥ Ako × (Rct + Rb)

Gdje:

• If= Maksimalna sekundarna struja kvara (Amperi)
• Pravo= otpor sekundarnog namota strujnog transformatora (Omi)
• Rb= Ukupno opterećenje releja, ožičenja i spojeva (Omi)

U konačnici, napon prelomne točke služi kao primarni pokazatelj sposobnosti zaštitnog strujnog transformatora da obavlja svoju sigurnosnu funkciju pod ekstremnim električnim naprezanjem.

Dekodiranje oznaka na natpisnoj pločici strujnog transformatora

Natpisna pločica strujnog transformatora sadrži kompaktni kod koji definira njegove performanse. Ova alfanumerička oznaka je skraćenica za inženjere koja specificira točnost, primjenu i radna ograničenja komponente. Razumijevanje ovih kodova ključno je za odabir ispravnog uređaja.

Tumačenje mjernih CT klasa (npr. 0,2, 0,5S, 1)

Klase mjerenja strujnog transformatora definirane su brojem koji predstavlja maksimalnu dopuštenu postotnu pogrešku pri nazivnoj struji. Manji broj označava veći stupanj preciznosti.

• Razred 1:Pogodno za opće mjerenje na panelima gdje visoka preciznost nije kritična.
• Klasa 0.5:Koristi se za komercijalne i industrijske naplatne primjene.
• Klasa 0.2:Potrebno za visokoprecizno mjerenje prihoda.

Neke klase uključuju slovo 'S'. Oznaka 'S' u IEC klasama mjernog strujnog transformatora, kao što su 0,2S i 0,5S, označava visoku točnost. Ova posebna klasifikacija se općenito koristi u primjenama tarifnog mjerenja gdje su precizna mjerenja kritična, posebno na donjoj granici raspona struje.

Tumačenje CT klasa zaštite (npr. 5P10, 10P20)

Klase zaštite CT-a koriste trodijelni kod koji opisuje njihovo ponašanje tijekom kvara. Uobičajeni primjer je5P10.

Razlaganje 5P10 koda:

• 5Ovaj prvi broj predstavlja maksimalnu složenu pogrešku u postocima (5%) na granici točnosti.
• PSlovo 'P' u klasifikaciji poput 5P10 označava 'klasu zaštite'. To ukazuje na to da je strujni transformator prvenstveno dizajniran za primjenu u zaštitnim relejima, a ne za precizno mjerenje.
• 10Ovaj posljednji broj je faktor ograničenja točnosti (ALF). To znači da će strujni transformator održati svoju specificiranu točnost do struje kratkog spoja koja je 10 puta veća od njegove nominalne vrijednosti.

Slično tome, a10P20Klasa CT ima složenu granicu pogreške od 10% i faktor granice točnosti20U oznaci poput 10P20, broj '20' označava faktor granice točnosti. Ovaj faktor označava da će pogreška transformatora ostati unutar prihvatljivih granica kada je struja 20 puta veća od nazivne vrijednosti. Ova sposobnost je ključna za osiguravanje ispravnog funkcioniranja zaštitnih releja tijekom teških uvjeta kratkog spoja.

Vodič za primjenu: Usklađivanje CT-a sa zadatkom

Odabir odgovarajućeg strujnog transformatora nije stvar preferencije, već zahtjev koji diktira primjena. Mjerni strujni transformator pruža preciznost potrebnu za financijske transakcije, dok zaštitni strujni transformator pruža pouzdanost potrebnu za sigurnost imovine. Razumijevanje gdje primijeniti svaku vrstu temeljno je za dobar dizajn i rad električnog sustava.

Kada koristiti CT za mjerenje

Inženjeri bi trebali koristiti mjerni strujni transformator u svakoj primjeni gdje je primarni cilj precizno praćenje potrošnje električne energije. Ovi uređaji su temelj točnog obračuna i upravljanja energijom. Njihov dizajn daje prioritet visokoj točnosti pod normalnim uvjetima opterećenja.

Ključne primjene mjernih CT-ova uključuju:

• Mjerenje prihoda i tarifaKomunalna poduzeća koriste visokoprecizne strujne transformatore (npr. klase 0.2S, 0.5S) za naplatu stambenim, komercijalnim i industrijskim korisnicima. Točnost osigurava poštene i ispravne financijske transakcije.
• Sustavi za upravljanje energijom (EMS): Objekti koriste ove CT-ove za praćenje potrošnje energije u različitim odjelima ili dijelovima opreme. Ovi podaci pomažu u prepoznavanju neučinkovitosti i optimizaciji korištenja energije.
• Analiza kvalitete električne energijeAnalizatori kvalitete električne energije zahtijevaju točne ulazne podatke za dijagnosticiranje problema poput harmonika i padova napona. Za ova mjerenja, posebno u sustavima srednjeg napona, frekvencijski odziv mjernog transformatora je ključan. Modernim analizatorima mogu biti potrebni pouzdani podaci.do 9 kHz, što zahtijeva frekvencijski optimizirane transformatore za hvatanje punog harmonijskog spektra.

Napomena o odabiru:Prilikom odabira CT-a za mjerač snage ili analizator, nekoliko je čimbenika ključno.

• Kompatibilnost izlazaIzlaz strujnog transformatora (npr. 333 mV, 5 A) mora odgovarati ulaznim zahtjevima brojila.
• Veličina opterećenjaRaspon amperaže strujnog transformatora trebao bi se uskladiti s očekivanim opterećenjem kako bi se održala točnost.
• Fizička spremnostCT mora fizički pristajati oko vodiča. Fleksibilne Rogowskijeve zavojnice praktično su rješenje za velike sabirnice ili uske prostore.
• TočnostZa naplatu je standardna točnost od 0,5% ili bolja. Za opći nadzor, 1% može biti dovoljno.

Kada koristiti zaštitni CT

Inženjeri moraju koristiti zaštitni strujni transformator gdje god je primarni cilj zaštita osoblja i opreme od prekomjernih struja i kvarova. Ovi strujni transformatori dizajnirani su da ostanu operativni tijekom ekstremnih električnih događaja, pružajući pouzdan signal zaštitnom releju.

Uobičajene primjene zaštitnih CT-ova uključuju:

• Zaštita od prekostruje i zemljospojaOvi strujni transformatori šalju signale relejima (poput ANSI uređaja 50/51) koji detektiraju fazne ili zemljospojeve. Relej zatim isključuje prekidač kako bi izolirao kvar. U srednjenaponskim razvodnim uređajima, korištenjem namjenskogCT nulte sekvenceza zaštitu od uzemljenja često se preporučuje umjesto preostalog spojatrofazni strujni transformatoriPreostala veza može dovesti do lažnih isključenja zbog nejednakog zasićenja tijekom pokretanja motora ili faznih kvarova.
• Diferencijalna zaštitaOva shema štiti glavnu imovinu poput transformatora i generatora uspoređujući struje koje ulaze i izlaze iz zaštićene zone. Zahtijeva usklađene setove zaštitnih strujnih transformatora.Moderni digitalni relejimože kompenzirati različite CT spojeve (Wye ili Delta) i fazne pomake putem softverskih postavki, nudeći značajnu fleksibilnost u ovim složenim shemama.
• Zaštita od udaljenostiKoristi se u dalekovodima, ova shema se oslanja na zaštitne strujne transformatore za mjerenje impedancije do kvara. Zasićenje strujnog transformatora može iskriviti ovo mjerenje, uzrokujući da relej pogrešno procijeni lokaciju kvara. Stoga strujni transformator mora biti projektiran tako da se izbjegne zasićenje tijekom trajanja mjerenja.

Prema ANSI C57.13, standardni zaštitni strujni transformator mora izdržati do20 putanjegovu nazivnu struju tijekom kvara. To osigurava da može isporučiti upotrebljiv signal releju kada je to najvažnije.

Visoka cijena pogrešnog odabira

Korištenje pogrešne vrste strujnog transformatora je kritična pogreška s ozbiljnim posljedicama. Funkcionalne razlike između mjernih i zaštitnih strujnih transformatora nisu zamjenjive, a neusklađenost može dovesti do opasnih i skupih ishoda.

• Korištenje mjernog CT-a za zaštituOvo je najopasnija pogreška. Mjerni strujni transformator dizajniran je za zasićenje pri niskim prekomjernim strujama kako bi zaštitio brojilo. Tijekom većeg kvara, zasititi će se gotovo trenutno. Zasićeni strujni transformator neće reproducirati visoku struju kvara, a zaštitni relej neće prepoznati stvarnu magnitudu događaja. To može dovesti do odgođenog isključenja ili potpunog kvara, što rezultira katastrofalnim oštećenjem opreme, požarom i rizikom za osoblje. Na primjer, zasićenje strujnog transformatora može uzrokovati prestanak rada diferencijalnog zaštitnog releja transformatora.loše funkcionirati, što dovodi do neželjenog isključenja tijekom vanjskog kvara.
• Korištenje zaštitnog CT-a za mjerenje: Ovaj izbor dovodi do financijske netočnosti. Zaštitni strujni transformator nije dizajniran za preciznost pri normalnim radnim strujama. Njegova klasa točnosti (npr. 5P10) jamči performanse pri visokim višekratnicima svoje nazivne vrijednosti, a ne na donjem kraju ljestvice gdje većina sustava radi. Korištenje za naplatu bilo bi kao mjerenje zrna pijeska metrom. Rezultirajući računi za energiju bili bi netočni, što bi dovelo do gubitka prihoda za komunalno poduzeće ili prekomjernog naplaćivanja za potrošača.

Scenarij kritičnog kvara:U shemama distantne zaštite, zasićenje strujnog transformatora uzrokuje da relej mjeriveća impedancijanego stvarna vrijednost. To učinkovito skraćuje zaštitni doseg releja. Kvar koji bi se trebao odmah otkloniti mogao bi se smatrati udaljenijim kvarom, uzrokujući odgođeno isključenje. Ovo kašnjenje produljuje opterećenje električnog sustava i povećava potencijal za široko rasprostranjenu štetu.

U konačnici, trošak pogrešnog odabira strujnog transformatora daleko nadilazi cijenu same komponente. Manifestira se uništavanjem opreme, zastojem u radu, netočnim financijskim evidencijama i ugroženom sigurnošću.

Može li jedan CT služiti i za mjerenje i za zaštitu?

Iako mjerni i zaštitni strujni transformatori imaju različite dizajne, inženjerima je ponekad potreban jedan uređaj za obavljanje obje funkcije. Ta je potreba dovela do razvoja specijaliziranih transformatora s dvojnom namjenom, ali oni dolaze sa specifičnim kompromisima.

CT dvostruke namjene (klasa X)

Posebna kategorija, poznata kaoStrujni transformator klase X ili klase PS, mogu služiti i za mjerenje i za zaštitu. Ovi uređaji nisu definirani standardnim klasama točnosti poput 5P10. Umjesto toga, njihove performanse su određene skupom ključnih parametara koje inženjer koristi za provjeru njihove prikladnosti za određenu shemu zaštite.

Prema IEC standardima, performanse CT-a klase X definirane su sa:

• Nazivna primarna struja
• Omjer okretaja
• Napon točke koljena (KPV)
• Struja magnetiziranja pri navedenom naponu
• Otpor sekundarnog namota na 75°C

Ove karakteristike omogućuju uređaju visoku točnost mjerenja u normalnim uvjetima, a istovremeno osigurava predvidljiv napon prelomne točke za pouzdan rad releja tijekom kvarova. Često se koriste u shemama diferencijalne zaštite visoke impedancije gdje performanse moraju biti precizno poznate.

Praktična ograničenja i kompromisi

Unatoč postojanju strujnih transformatora klase X, često se izbjegava korištenje jednog uređaja za mjerenje i zaštitu. Te dvije funkcije imaju fundamentalno suprotstavljene zahtjeve.

Mjerni strujni transformator dizajniran je za rano zasićenje kako bi zaštitio osjetljiva brojila.Zaštitni CT je dizajniranoduprijeti se zasićenju kako bi se osiguralo da relej može detektirati kvar. CT s dvostrukom namjenom mora napraviti kompromis između ova dva suprotstavljena cilja.

Ovaj kompromis znači da strujni transformator s dvostrukom namjenom možda neće obavljati nijedan zadatak jednako dobro kao namjenska jedinica. Dizajn postaje složeniji i skuplji. Za većinu primjena, instaliranje dva odvojena, specijalizirana strujna transformatora - jednog za mjerenje i jednog za zaštitu - pouzdanije je i isplativije rješenje. Ovaj pristup osigurava da obasustav naplatei sigurnosni sustav radi bez kompromisa.

---

Izbor izmeđustrujni transformatori za mjerenje i zaštituje jasna odluka temeljena na operativnom prioritetu. Jedan osigurava preciznost naplate, dok drugi osigurava pouzdanost tijekom kvara. Odabir ispravne vrste nije predmet pregovora za sigurnost sustava, financijsku točnost i dugovječnost opreme. Inženjeri uvijek moraju usporediti specifikacije CT-a s potrebama spojenog uređaja.

Azavršna provjerauključuje:

1. Određivanje primarne strujeUskladite omjer strujnog transformatora s maksimalnim opterećenjem.
2. Izračunaj opterećenjeZbrojite opterećenje svih spojenih komponenti.
3. Provjerite klasu točnostiOdaberite ispravnu klasu za mjerenje ili zaštitu.

Često postavljana pitanja

Što se događa ako sekundarni krug strujnog transformatora ostane otvoren?

Otvoreni sekundarni krug stvara opasan visoki napon. Primarna struja postaje struja magnetiziranja, zasićujući jezgru. Ovo stanje može uništiti strujni transformator i predstavlja ozbiljan rizik od strujnog udara.

Sigurnost na prvom mjestu:Uvijek kratko spojite sekundarne terminale prije isključivanja bilo kojeg instrumenta iz strujnog kruga.

Kako inženjeri odabiru ispravan omjer strujnog transformatora?

Inženjeri odabiru omjer gdje je normalna maksimalna struja sustava blizu primarne nazivne struje strujnog transformatora. Ovaj izbor osigurava da strujni transformator radi unutar svog najtočnijeg raspona. Na primjer, opterećenje od 90 A dobro funkcionira s strujnim transformatorom od 100:5 A.

Zašto je mjerni CT nesiguran za zaštitu?

Mjerni strujni transformator se brzo zasiti tijekom kvara. Ne može prijaviti stvarnu struju kvara zaštitnom releju. Relej tada ne uspijeva isključiti prekidač, što dovodi do uništenja opreme i ozbiljnih sigurnosnih opasnosti.

Može li jedan strujni transformator služiti i za mjerenje i za zaštitu?

Specijalni strujni transformatori klase X mogu služiti objema ulogama, ali njihov dizajn je kompromis. Za optimalnu sigurnost i točnost, inženjeri obično instaliraju dva odvojena, namjenska strujna transformatora - jedan za mjerenje i jedan za zaštitu.