השוואה מעשית של שנאים זרם למדידה לעומת הגנה

דיוק CT להגנהדיוק CT של הגנה אינו עוסק בחיוב מדויק אלא בביצועים צפויים במהלך תקלה. הדיוק שלו מוגדר על ידי "שגיאה מורכבת" בכפולה מוגדרת של הזרם המדורג שלו. דרגת הגנה נפוצה היא5P10.ייעוד זה מתחלק באופן הבא:

• 5השגיאה המשולבת לא תעלה על 5% בגבול הדיוק.
• Pאות זו מציינת אותו כדרגת הגנה CT.
• 10זהו מקדם גבול הדיוק (ALF). משמעות הדבר היא שה-CT ישמור על דיוק שצוין עד פי 10 מהזרם העיקרי המדורג שלו.

בקיצור, CT 5P10 מבטיח שכאשר הזרם העיקרי הוא פי 10 מהדירוג הרגיל שלו, האות הנשלח לממסר עדיין יהיה בטווח של 5% מהערך האידיאלי, מה שמבטיח שהממסר יקבל החלטה נכונה לגבי כיבוי.

נטל ודירוג VA

עוֹלהוא העומס החשמלי הכולל המחובר להדקים המשניים של ה-CT, הנמדד בוולט-אמפר (VA) או אוהם (Ω). כל מכשיר וחוט המחוברים ל-CT תורמים לעומס זה. חריגה מהעומס המדורג של ה-CT תפגע בדיוקו.

הנטל הכולל הואסכום העכבות של כל הרכיביםבמעגל המשני:

• התנגדות הסליל המשנית של ה-CT עצמו.
• ההתנגדות של חוטי ההליכה המחברים את ה-CT למכשיר.
• העכבה הפנימית של המכשיר המחובר (מד או ממסר).

חישוב הנטל הכולל:מהנדס יכול לחשב את הנטל הכולל באמצעות הנוסחה:נטל כולל (Ω) = CT Winding R (Ω) + Wire R (Ω) + Device Z (Ω)לדוגמה, אם התנגדות הסליל המשני של ה-CT היא 0.08 Ω, לחוטי החיבור יש התנגדות של 0.3 Ω, ולממסר יש עכבה של 0.02 Ω, עומס המעגל הכולל הוא 0.4 Ω. ערך זה חייב להיות נמוך מעומס המעגל המדורג של ה-CT כדי שיפעל כראוי.

לממסרי CT למדידה יש ​​בדרך כלל דירוגי VA נמוכים (למשל, 2.5 VA, 5 VA) מכיוון שהם מתחברים למתקני מדידה בעלי עכבה גבוהה וצריכה נמוכה על פני מרחקים קצרים. לממסרי CT הגנה יש דירוגי VA גבוהים בהרבה (למשל, 15 VA, 30 VA) מכיוון שעליהם לספק מספיק חשמל כדי להפעיל את הסלילים בעלי העכבה הנמוכה והצריכה הגבוהה יותר של ממסר הגנה, לעתים קרובות על פני כבלים ארוכים בהרבה. התאמה שגויה של דירוג העומס של הממסר ה-CT לעומס המעגל בפועל היא מקור נפוץ לטעויות הן בתוכניות מדידה והן בתוכניות הגנה.

הבנת מתח נקודת הברך

מתח נקודת הברך (KPV) הוא פרמטר קריטי בלעדי למעגלי CT מגנים. הוא מגדיר את הגבול העליון של טווח הפעולה השימושי של מעגל CT לפני שהליבה שלו מתחילה להרוות. ערך זה חיוני להבטחת קבלת אות אמין של ממסר הגנה במהלך תקלה בזרם גבוה.

מהנדסים קובעים את ה-KPV מעקומת העירור של ה-CT, אשר משרטטת את מתח העירור המשני כנגד זרם העירור המשני. ה"ברך" היא הנקודה על עקומה זו שבה התכונות המגנטיות של הליבה משתנות באופן דרמטי.

התקן IEEE C57.13מספק הגדרה מדויקת לנקודה זו. עבור CT ליבה ללא פער, נקודת הברך היא המקום שבו משיק לעקומה יוצר זווית של 45 מעלות עם הציר האופקי. עבור CT ליבה עם פער, זווית זו היא 30 מעלות. נקודה ספציפית זו מסמנת את תחילת הרוויה.

כאשר מעגל משולב (CT) פועל מתחת למתח נקודת הברך שלו, הליבה שלו נמצאת במצב מגנטי ליניארי. זה מאפשר לו לשחזר במדויק את זרם התקלה עבור הממסר המחובר. עם זאת, ברגע שהמתח המשני עולה על מתח נקודת התקלה (KPV), הליבה נכנסת לרוויה. רוויה, המונעת לעתים קרובות על ידי זרמי AC גדולים וקיזוזי DC במהלך תקלה, גורמת ל-CT...עכבת המגנטיזציה לרדת באופן משמעותיהשנאי אינו יכול עוד לשקף בנאמנות את הזרם הראשוני לצד המשני שלו.

הקשר בין KPV לבין אמינות ההגנה הוא ישיר ומכריע:

• נקודת מתחת לברך:ליבת ה-CT פועלת באופן ליניארי. היא מספקת ייצוג מדויק של זרם התקלה לממסר המגן.
• נקודת מעל הברך:הליבה רוויה. זה מוביל לעלייה גדולה בזרם המגנטיזציה ולפעולה לא ליניארית, כלומר ה-CT כבר לא משקף במדויק את זרם התקלה האמיתי.
• פעולת ממסר:ממסרי הגנה זקוקים לאות מדויק כדי לפעול כראוי. אם מעגל CT רווי לפני שהממסר יכול לקבל החלטה, הממסר עלול לא לזהות את גודל התקלה האמיתי, מה שיוביל לעיכוב בהפעלה או לכשל מוחלט בפעולה.
• בטיחות המערכת:לכן, מתח נקודת הברך של ה-CT חייב להיות גבוה מספיק מהמתח המשני המקסימלי הצפוי במהלך תקלה. זה מבטיח שהממסר יקבל אות אמין כדי להגן על ציוד יקר.

מהנדסים מחשבים את ה-KPV הנדרש כדי להבטיח שה-CT יישאר בלתי רווי בתנאי התקלה הגרועים ביותר. נוסחה פשוטה לחישוב זה היא:

KPV נדרש ≥ אם × (Rct + Rb)

אֵיפֹה:

• If= זרם תקלה משני מקסימלי (אמפר)
• רקט= התנגדות סליל משני CT (אוהם)
• Rb= עומס כולל של הממסר, החיווט והחיבורים (אוהם)

בסופו של דבר, מתח נקודת הברך משמש כאינדיקטור העיקרי ליכולתו של מנוע CT לביצוע תפקידו הבטיחותי תחת עומס חשמלי קיצוני.

פענוח ייעודי לוחית השם של שנאי הזרם

לוחית השם של שנאי זרם מכילה קוד קומפקטי המגדיר את יכולות הביצועים שלו. ייעוד אלפאנומרי זה הוא שפת קיצור למהנדסים, המציינת את דיוק הרכיב, את היישום שלו ואת מגבלות התפעול שלו. הבנת קודים אלה חיונית לבחירת ההתקן הנכון.

פירוש קבוצות CT של מדידה (למשל, 0.2, 0.5S, 1)

קטגוריות CT למדידה מוגדרות על ידי מספר המייצג את שגיאת האחוז המרבית המותרת בזרם המדורג. מספר קטן יותר מציין רמת דיוק גבוהה יותר.

• כיתה 1:מתאים למדידת פאנלים כללית שבה דיוק גבוה אינו קריטי.
• כיתה 0.5:משמש עבור יישומי חיוב מסחריים ותעשייתיים.
• כיתה 0.2:נדרש למדידת הכנסות מדויקת ביותר.

חלק מהקטגוריות כוללות את האות 'S'. הכינוי 'S' בקטגוריות CT של IEC, כגון 0.2S ו-0.5S, מסמל דיוק גבוה. סיווג מסוים זה משמש בדרך כלל ביישומי מדידת תעריפים שבהם מדידות מדויקות הן קריטיות, במיוחד בקצה התחתון של טווח הזרם.

פירוש קטגוריות CT להגנה (למשל, 5P10, 10P20)

קבוצות CT של הגנה משתמשות בקוד בן שלושה חלקים המתאר את התנהגותן במהלך תקלה. דוגמה נפוצה היא5P10.

פירוט קוד 5P10:

• 5מספר ראשון זה הוא השגיאה המצטברת המקסימלית באחוזים (5%) בגבול הדיוק.
• Pהאות 'P' בסיווג כמו 5P10 מסמלת 'דרגת הגנה'. משמעות הדבר היא שה-CT מיועד בעיקר ליישומי ממסר הגנה ולא למדידה מדויקת.
• 10מספר אחרון זה הוא מקדם גבול הדיוק (ALF). משמעות הדבר היא שה-CT ישמור על הדיוק שצוין עד לזרם תקלה שהוא פי 10 מהדירוג הנומינלי שלו.

באופן דומה, א10P20ל-CT מסוג ‎מגבלה מורכבת של 10% וגורם מגבלת דיוק של20בייעוד כמו 10P20, המספר '20' מסמל את גורם גבול הדיוק. גורם זה מציין ששגיאת השנאי תישאר בגבולות המקובלים כאשר הזרם גדול פי 20 מערכו המדורג. יכולת זו חיונית להבטחת תפקוד תקין של ממסרי הגנה במהלך תנאי קצר חשמלי חמורים.

מדריך יישום: התאמת ה-CT למשימה

בחירת שנאי הזרם המתאים אינה עניין של העדפה אלא דרישה המוכתבת על ידי היישום. שנאי CT למדידה מספק את הדיוק הדרוש לעסקאות פיננסיות, בעוד שנאי CT הגנה מספק את האמינות הנדרשת לבטיחות הנכס. הבנת היכן ליישם כל סוג היא בסיסית לתכנון ותפעול נאותים של מערכת חשמל.

מתי להשתמש ב-CT מדידה

מהנדסים צריכים להשתמש במכשיר מדידה CT בכל יישום שבו מעקב מדויק אחר צריכת החשמל הוא המטרה העיקרית. מכשירים אלה הם הבסיס לחיוב מדויק וניהול אנרגיה. התכנון שלהם נותן עדיפות לדיוק גבוה בתנאי עומס רגילים.

יישומים עיקריים עבור מכשירי CT למדידה כוללים:

• מדידת הכנסות ותעריפיםחברות שירות משתמשות במכשירי CT בעלי דיוק גבוה (למשל, Class 0.2S, 0.5S) לחיוב לקוחות פרטיים, מסחריים ותעשייתיים. הדיוק מבטיח עסקאות פיננסיות הוגנות ונכונות.
• מערכות ניהול אנרגיה (EMS)מתקנים משתמשים במערכות שליטה אלו כדי לנטר את צריכת האנרגיה במחלקות או בציוד שונים. נתונים אלה מסייעים בזיהוי חוסר יעילות ובאופטימיזציה של צריכת האנרגיה.
• ניתוח איכות החשמלמנתחי איכות חשמל דורשים קלט מדויק כדי לאבחן בעיות כמו הרמוניות וירידות מתח. עבור מדידות אלו, במיוחד במערכות מתח בינוני, תגובת התדר של שנאי המכשיר היא קריטית. מנתחים מודרניים עשויים להזדקק לנתונים אמינים.עד 9 קילוהרץ, הדורשים שנאים מותאמים לתדר כדי ללכוד ספקטרום הרמוני מלא.

הערה על הבחירה:בעת בחירת CT עבור מד הספק או מנתח, מספר גורמים הם מכריעים.

• תאימות פלטפלט ה-CT (למשל, 333mV, 5A) חייב להתאים לדרישות הקלט של המונה.
• גודל טעינהטווח הזרם של ה-CT צריך להתאים לעומס הצפוי כדי לשמור על דיוק.
• כושר גופניה-CT חייב להתאים פיזית סביב המוליך. סלילי רוגובסקי גמישים הם פתרון מעשי עבור פסי אספקה ​​גדולים או חללים צרים.
• דִיוּקעבור חיוב, דיוק של 0.5% או יותר הוא סטנדרטי. עבור ניטור כללי, 1% עשוי להספיק.

מתי להשתמש במכשיר CT להגנה

מהנדסים חייבים להשתמש במערכת CT להגנה בכל מקום בו המטרה העיקרית היא להגן על אנשי צוות וציוד מפני זרמי יתר ותקלות. מערכות CT אלו מתוכננות להישאר פעילות במהלך אירועים חשמליים קיצוניים, ולספק אות אמין לממסר הגנה.

יישומים נפוצים עבור CTs הגנה כוללים:

• הגנה מפני זרם יתר ותקלות אדמהמעגלים משולבים אלה מזינים אותות לממסרים (כמו ANSI Device 50/51) המזהים תקלות פאזה או הארקה. לאחר מכן הממסר מפעיל מפסק זרם כדי לבודד את התקלה. בציוד מתגים במתח בינוני, באמצעות מפסק ייעודיCT רצף אפסלהגנה מפני תקלות הארקה מומלץ לעתים קרובות על פני חיבור שיורי שלCT תלת פאזיחיבור שיורי יכול להוביל לניתוקים כוזבים עקב רוויה לא שווה במהלך הפעלת המנוע או תקלות פאזה.
• הגנה דיפרנציאליתתוכנית זו מגנה על נכסים עיקריים כמו שנאים וגנרטורים על ידי השוואת זרמים הנכנסים ויוצאים מהאזור המוגן. היא דורשת סטים תואמים של מעגלי מתח הגנה.ממסרים דיגיטליים מודרנייםיכול לפצות על חיבורי CT שונים (Way או Delta) והזזות פאזה באמצעות הגדרות תוכנה, ומציע גמישות משמעותית בתוכניות מורכבות אלו.
• הגנה מרחוקתוכנית זו, המשמשת בקווי תמסורת, מסתמכת על מעגלי CT הגנה למדידת עכבה לתקלה. רוויה במעגל ה-CT עלולה לעוות מדידה זו, ולגרום לממסר לשפוט באופן שגוי את מיקום התקלה. לכן, יש לתכנן את ה-CT כך שימנע רוויה למשך המדידה.

לפי ANSI C57.13, CT מגן סטנדרטי חייב לעמוד בעד20 פעמיםהזרם המדורג שלו במהלך תקלה. זה מבטיח שהוא יוכל לספק אות שמיש לממסר כשזה הכי חשוב.

המחיר הגבוה של בחירה שגויה

שימוש בסוג CT שגוי הוא שגיאה קריטית עם השלכות חמורות. ההבדלים התפקודיים בין CT למדידה ל-CT להגנה אינם ניתנים להחלפה, וחוסר התאמה עלול להוביל לתוצאות מסוכנות ויקרות.

• שימוש במכשיר CT מדידה להגנהזוהי הטעות המסוכנת ביותר. מכשיר מדידה מסוג CT נועד להרוות בזרמי יתר נמוכים כדי להגן על המונה. במהלך תקלה משמעותית, הוא יתרוות כמעט באופן מיידי. ה-CT הרווי לא יצליח לשחזר את זרם התקלה הגבוה, וממסר ההגנה לא יראה את העוצמה האמיתית של האירוע. דבר זה עלול להוביל לעיכוב בהפעלה או לכשל מוחלט בפעולה, וכתוצאה מכך נזק קטסטרופלי לציוד, שריפה וסיכון לצוות. לדוגמה, רוויה ב-CT עלולה לגרום לממסר הגנה דיפרנציאלי של שנאי להפסיק לפעול.לפעול בצורה לא נכונה, מה שמוביל לניתוק לא רצוי במהלך תקלה חיצונית.
• שימוש ב-CT הגנה למדידהבחירה זו מובילה לאי דיוק פיננסי. CT הגנה אינו מיועד לדיוק בזרמי פעולה רגילים. דרגת הדיוק שלו (למשל, 5P10) מבטיחה ביצועים בכפולות גבוהות של הדירוג שלו, לא בקצה הנמוך של הסקאלה שבה פועלות רוב המערכות. שימוש בו לחיוב יהיה כמו מדידת גרגר חול בעזרת קנה מידה. חשבונות האנרגיה שיתקבלו יהיו לא מדויקים, מה שיוביל לאובדן הכנסות עבור חברת החשמל או לחיוב יתר עבור הצרכן.

תרחיש כשל קריטי:בתוכניות הגנה מרחוק, רוויה של CT גורמת לממסר למדודעכבה גבוהה יותרמהערך בפועל. זה למעשה מקצר את טווח ההגנה של הממסר. תקלה שיש לתקן באופן מיידי עלולה להיתפס כתקלה מרוחקת יותר, מה שיגרום לעיכוב בהפעלה. עיכוב זה מאריך את העומס על המערכת החשמלית ומגביר את הפוטנציאל לנזק נרחב.

בסופו של דבר, העלות של בחירה שגויה של מערכת CT חורגת בהרבה ממחיר הרכיב עצמו. היא מתבטאת בהרס ציוד, השבתה תפעולית, רישומים פיננסיים לא מדויקים ופגיעה בבטיחות.

האם CT אחד יכול לשמש גם למדידה וגם להגנה?

בעוד שלמכלי CT למדידה והגנה יש עיצובים שונים, מהנדסים זקוקים לעיתים למכשיר יחיד כדי לבצע את שתי הפונקציות. צורך זה הוביל לפיתוח שנאים דו-תכליתיים ייעודיים, אך הם מגיעים עם פשרות ספציפיות.

ה-CT הדו-תכליתי (מחלקה X)

קטגוריה מיוחדת, המכונהשנאי זרם מסוג X או PS, יכולים למלא גם תפקידי מדידה וגם תפקידי הגנה. התקנים אלה אינם מוגדרים על ידי קטגוריות דיוק סטנדרטיות כמו 5P10. במקום זאת, ביצועיהם מוגדרים על ידי קבוצת פרמטרים מרכזיים בהם משתמש מהנדס כדי לאמת את התאמתם לתכנית הגנה ספציפית.

לפי תקני IEC, הביצועים של מנוע CT מסוג Class X מוגדרים על ידי:

• זרם ראשוני מדורג
• יחס סיבובים
• מתח נקודת הברך (KPV)
• זרם מגנטי במתח שצוין
• התנגדות סליל משני ב-75°C

מאפיינים אלה מאפשרים למכשיר להציע דיוק גבוה למדידת מתח בתנאים רגילים, תוך מתן מתח נקודת ברך צפוי לפעולת ממסר אמינה במהלך תקלות. הם משמשים לעתים קרובות בתוכניות הגנה דיפרנציאליות בעלות עכבה גבוהה, בהן יש לדעת את הביצועים במדויק.

מגבלות מעשיות ופשרות

למרות קיומם של מעגלים משולבים מסוג X, לעתים קרובות נמנעים משימוש במכשיר יחיד הן למדידה והן להגנה. לשתי הפונקציות יש דרישות סותרות באופן מהותי.

מכשיר מדידה CT נועד להרוות מוקדם כדי להגן על מונים רגישים.CT הגנה מתוכנןכדי להתנגד לרוויה כדי להבטיח שממסר יוכל לזהות תקלה. מעגל משולב דו-תכליתי חייב להתפשר בין שתי מטרות מנוגדות אלה.

פשרה זו פירושה שייתכן שמערכת CT דו-תכליתית לא תבצע אף אחת מהמשימות באותה יעילות כמו יחידה ייעודית. התכנון הופך מורכב ויקר יותר. עבור רוב היישומים, התקנת שני מערכות CT נפרדות ומיוחדות - אחת למדידה ואחד להגנה - היא הפתרון האמין והחסכוני יותר. גישה זו מבטיחה שגם ה...מערכת חיובומערכת הבטיחות פועלת ללא פשרות.

---

הבחירה ביןCTs למדידה והגנהזוהי החלטה ברורה המבוססת על עדיפות תפעולית. אחת מספקת דיוק לחיוב, בעוד שהשנייה מבטיחה אמינות במהלך תקלה. בחירת הסוג הנכון אינה נתונה למשא ומתן מבחינת בטיחות המערכת, דיוק פיננסי ואורך חיים של הציוד. מהנדסים חייבים תמיד להשוות את מפרטי ה-CT עם צרכי המכשיר המחובר.

ארשימת בדיקה לאימות סופיכולל:

1. קביעת זרם ראשוניהתאם את יחס ה-CT לעומס המרבי.
2. חישוב נטל: סכום העומס של כל הרכיבים המחוברים.
3. אימות מחלקת דיוקבחר את המחלקה הנכונה למדידה או להגנה.

שאלות נפוצות

מה קורה אם המעגל המשני של CT נשאר פתוח?

מעגל משני פתוח יוצר מתח גבוה ומסוכן. הזרם הראשוני הופך לזרם מגנטי, ומרווה את הליבה. מצב זה עלול להרוס את ה-CT ומהווה סיכון חמור להתחשמלות.

בטיחות תחילה:יש לקצר תמיד את ההדקים המשניים לפני ניתוק כל מכשיר מהמעגל.

כיצד מהנדסים בוחרים את יחס ה-CT הנכון?

מהנדסים בוחרים יחס שבו הזרם המרבי הרגיל של המערכת קרוב לדירוג העיקרי של ה-CT. בחירה זו מבטיחה שה-CT יפעל בטווח המדויק ביותר שלו. לדוגמה, עומס של 90A עובד היטב עם CT של 100:5A.

מדוע מכשיר CT מדידה אינו בטוח להגנה?

מכשיר מדידה CT רווי במהירות במהלך תקלה. הוא אינו יכול לדווח על זרם התקלה האמיתי לממסר המגן. לאחר מכן הממסר אינו מצליח להפעיל את המפסק, מה שמוביל להרס הציוד ולסכנות בטיחות חמורות.

האם CT אחד יכול לשמש גם למדידה וגם להגנה?

מכשירי CT מסוג X מיוחדים יכולים למלא את שני התפקידים, אך התכנון שלהם הוא פשרה. לבטיחות ודיוק אופטימליים, מהנדסים בדרך כלל מתקינים שני מכשירי CT נפרדים וייעודיים - אחד למדידה ואחד להגנה.