Een praktische vergelijking van stroomtransformatoren voor meting versus bescherming

Bescherming CT-nauwkeurigheidDe nauwkeurigheid van een CT-beveiliging gaat niet zozeer over nauwkeurige facturering, maar over voorspelbare prestaties tijdens een storing. De nauwkeurigheid wordt gedefinieerd door een "samengestelde fout" bij een bepaald veelvoud van de nominale stroom. Een veelgebruikte beschermingsklasse is5P10.Deze aanduiding is als volgt onderverdeeld:

• 5: De samengestelde fout zal bij de nauwkeurigheidslimiet niet meer dan 5% bedragen.
• P: Deze letter geeft aan dat het om een ​​CT van beschermingsklasse gaat.
• 10:Dit is de nauwkeurigheidslimietfactor (ALF). Dit betekent dat de CT de opgegeven nauwkeurigheid behoudt tot 10 keer de nominale primaire stroom.

Kortom, een 5P10 CT garandeert dat wanneer de primaire stroom 10 keer de normale waarde bedraagt, het signaal dat naar het relais wordt gestuurd nog steeds binnen 5% van de ideale waarde ligt. Zo weet u zeker dat het relais de juiste tripbeslissing neemt.

Last en VA-classificatie

LastDe totale elektrische belasting die is aangesloten op de secundaire aansluitingen van de CT, gemeten in volt-ampère (VA) of ohm (Ω). Elk apparaat en elke draad die op de CT is aangesloten, draagt ​​bij aan deze belasting. Overschrijding van de nominale belasting van een CT zal de nauwkeurigheid ervan verminderen.

De totale last is desom van de impedanties van alle componentenin het secundaire circuit:

• De weerstand van de secundaire wikkeling van de CT.
• De weerstand van de aansluitdraden die de CT met het apparaat verbinden.
• De interne impedantie van het aangesloten apparaat (meter of relais).

Berekening van de totale last:Een ingenieur kan de totale last berekenen met behulp van de formule:Totale belasting (Ω) = CT-wikkeling R (Ω) + draad R (Ω) + apparaat Z (Ω)Als de weerstand van de secundaire wikkeling van een CT bijvoorbeeld 0,08 Ω is, de aansluitdraden een weerstand van 0,3 Ω hebben en het relais een impedantie van 0,02 Ω heeft, bedraagt ​​de totale belasting van het circuit 0,4 Ω. Deze waarde moet lager zijn dan de nominale belasting van de CT om correct te kunnen functioneren.

Meet-CT's hebben doorgaans een lage VA-waarde (bijv. 2,5 VA, 5 VA) omdat ze over korte afstanden worden aangesloten op hoogohmige meetapparatuur met een laag stroomverbruik. Beveiligings-CT's vereisen veel hogere VA-waarden (bijv. 15 VA, 30 VA) omdat ze voldoende vermogen moeten leveren om de spoelen van een beveiligingsrelais met een lagere impedantie en een hoger stroomverbruik te laten werken, vaak over veel langere kabellengtes. Het onjuist afstemmen van de belastingswaarde van de CT op de werkelijke circuitbelasting is een veelvoorkomende bron van fouten in zowel meet- als beveiligingssystemen.

De kniepuntspanning begrijpen

De kniepuntspanning (KPV) is een kritische parameter die exclusief is voor beveiligings-CT's. Deze definieert de bovengrens van het bruikbare werkbereik van een CT voordat de kern verzadigd raakt. Deze waarde is essentieel om ervoor te zorgen dat een beveiligingsrelais een betrouwbaar signaal ontvangt tijdens een storing met hoge stroomsterkte.

Ingenieurs bepalen de KPV aan de hand van de excitatiecurve van de CT, die de secundaire excitatiespanning afzet tegen de secundaire excitatiestroom. De "knie" is het punt op deze curve waar de magnetische eigenschappen van de kern drastisch veranderen.

DeIEEE C57.13-standaardgeeft een precieze definitie voor dit punt. Bij een CT-scan zonder gapende kern is het kniepunt de plek waar een raaklijn aan de curve een hoek van 45 graden vormt met de horizontale as. Bij een CT-scan met gapende kern is deze hoek 30 graden. Dit specifieke punt markeert het begin van de verzadiging.

Wanneer een CT onder de kniepuntspanning werkt, bevindt de kern zich in een lineaire magnetische toestand. Dit stelt hem in staat de foutstroom voor het aangesloten relais nauwkeurig te reproduceren. Zodra de secundaire spanning echter de KPV overschrijdt, raakt de kern verzadigd. Verzadiging, vaak veroorzaakt door grote wisselstromen en gelijkstroomafwijkingen tijdens een storing, zorgt ervoor dat de CTmagnetiserende impedantie aanzienlijk dalenDe transformator kan de primaire stroom niet langer getrouw naar de secundaire zijde reflecteren.

De relatie tussen KPV en de betrouwbaarheid van de bescherming is direct en cruciaal:

• Onder het kniepunt:De CT-kern werkt lineair en geeft een nauwkeurige weergave van de foutstroom naar het beveiligingsrelais.
• Boven de knie punt:De kern raakt verzadigd. Dit leidt tot een sterke toename van de magnetiseringsstroom en een niet-lineaire werking, waardoor de CT de werkelijke foutstroom niet langer nauwkeurig weergeeft.
• Relaiswerking:Beveiligingsrelais hebben een nauwkeurig signaal nodig om correct te kunnen functioneren. Als een CT verzadigd raakt voordat het relais een beslissing kan nemen, kan het relais de werkelijke omvang van de storing niet detecteren, wat kan leiden tot een vertraagde uitschakeling of zelfs een volledige storing.
• Systeemveiligheid:Daarom moet de kniepuntspanning van de CT voldoende hoger zijn dan de maximale secundaire spanning die tijdens een storing wordt verwacht. Dit zorgt ervoor dat het relais een betrouwbaar signaal ontvangt om dure apparatuur te beschermen.

Ingenieurs berekenen de benodigde KPV om ervoor te zorgen dat de CT onverzadigd blijft onder de meest ongunstige storingsomstandigheden. Een vereenvoudigde formule voor deze berekening is:

Vereiste KPV ≥ Als × (Rct + Rb)

Waar:

• If= Maximale secundaire foutstroom (Ampère)
• Rct= Weerstand van de secundaire wikkeling van de CT (Ohm)
• Rb= Totale belasting van het relais, de bedrading en de aansluitingen (Ohm)

Uiteindelijk is de kniespanning de belangrijkste indicator voor het vermogen van een beschermings-CT om zijn veiligheidsfunctie uit te voeren onder extreme elektrische belasting.

Decodering van de typeplaatjes van stroomtransformatoren

Het typeplaatje van een stroomtransformator bevat een compacte code die de prestatiemogelijkheden definieert. Deze alfanumerieke aanduiding is een verkorte taal voor technici en specificeert de nauwkeurigheid, toepassing en operationele limieten van het onderdeel. Het begrijpen van deze codes is essentieel voor de selectie van het juiste apparaat.

Interpretatie van CT-meetklassen (bijv. 0,2, 0,5S, 1)

Meet-CT-klassen worden gedefinieerd door een getal dat de maximaal toegestane procentuele fout bij de nominale stroom aangeeft. Een lager getal geeft een hogere nauwkeurigheid aan.

• Klasse 1:Geschikt voor algemene paneelmeting waarbij een hoge precisie niet van cruciaal belang is.
• Klasse 0.5:Wordt gebruikt voor commerciële en industriële factureringstoepassingen.
• Klasse 0.2:Vereist voor zeer nauwkeurige opbrengstmeting.

Sommige klassen bevatten de letter 'S'. De 'S'-aanduiding in IEC-meet-CT-klassen, zoals 0,2S en 0,5S, staat voor een hoge nauwkeurigheid. Deze specifieke classificatie wordt over het algemeen gebruikt in tariefmetingstoepassingen waar nauwkeurige metingen cruciaal zijn, vooral aan de onderkant van het stroombereik.

Interpretatie van beschermings-CT-klassen (bijv. 5P10, 10P20)

Beschermings-CT-klassen gebruiken een driedelige code die hun gedrag tijdens een storing beschrijft. Een veelvoorkomend voorbeeld is5P10.

De 5P10-code ontleden:

• 5:Dit eerste getal is de maximale samengestelde fout in procenten (5%) bij de nauwkeurigheidslimiet.
• PDe letter 'P' in een classificatie zoals 5P10 staat voor 'Beschermingsklasse'. Dit geeft aan dat de CT primair is ontworpen voor beveiligingsrelaistoepassingen en niet voor nauwkeurige metingen.
• 10: Dit laatste getal is de Accuracy Limit Factor (ALF). Dit betekent dat de CT zijn gespecificeerde nauwkeurigheid behoudt tot een foutstroom die 10 keer de nominale waarde bedraagt.

Op dezelfde manier is een10P20klasse CT heeft een samengestelde foutlimiet van 10% en een nauwkeurigheidslimietfactor van20In een aanduiding zoals 10P20 geeft het getal '20' de nauwkeurigheidslimietfactor aan. Deze factor geeft aan dat de fout van de transformator binnen acceptabele grenzen blijft wanneer de stroom 20 keer de nominale waarde bedraagt. Deze mogelijkheid is cruciaal om ervoor te zorgen dat beveiligingsrelais correct functioneren tijdens ernstige kortsluitstromen.

Toepassingsgids: CT afstemmen op de taak

Het selecteren van de juiste stroomtransformator is geen kwestie van voorkeur, maar een vereiste die wordt bepaald door de toepassing. Een meettransformator biedt de precisie die nodig is voor financiële transacties, terwijl een beschermingstransformator de betrouwbaarheid biedt die nodig is voor de veiligheid van activa. Begrijpen waar elk type moet worden toegepast, is essentieel voor een goed ontwerp en de juiste werking van elektrische systemen.

Wanneer een meet-CT gebruiken

Ingenieurs zouden een meet-CT moeten gebruiken in elke toepassing waar nauwkeurige registratie van het elektriciteitsverbruik het primaire doel is. Deze apparaten vormen de basis voor nauwkeurige facturering en energiebeheer. Hun ontwerp is gericht op hoge nauwkeurigheid onder normale belasting.

Belangrijke toepassingen voor meet-CT's zijn:

• Inkomsten- en tariefmetingNutsbedrijven gebruiken zeer nauwkeurige CT's (bijv. klasse 0,2S, 0,5S) voor de facturering van particuliere, zakelijke en industriële klanten. De nauwkeurigheid garandeert eerlijke en correcte financiële transacties.
• Energiemanagementsystemen (EMS): Faciliteiten gebruiken deze CT's om het energieverbruik van verschillende afdelingen of apparaten te monitoren. Deze gegevens helpen inefficiënties te identificeren en het energieverbruik te optimaliseren.
• Analyse van de stroomkwaliteit: Power Quality Analyzers vereisen nauwkeurige input om problemen zoals harmonischen en spanningsdips te diagnosticeren. Voor deze metingen, met name in middenspanningssystemen, is de frequentierespons van de instrumenttransformator cruciaal. Moderne analyzers kunnen betrouwbare gegevens nodig hebben.tot 9 kHz, waarbij frequentie-geoptimaliseerde transformatoren een volledig harmonisch spectrum moeten vastleggen.

Opmerking over selectie:Bij de keuze van een CT voor een vermogensmeter of -analysator zijn verschillende factoren van cruciaal belang.

• Uitvoercompatibiliteit:De uitvoer van de CT (bijv. 333 mV, 5 A) moet overeenkomen met de invoervereisten van de meter.
• Laadgrootte:Het ampèragebereik van de CT moet overeenkomen met de verwachte belasting om de nauwkeurigheid te behouden.
• Fysieke fitheid: De CT moet fysiek rond de geleider passen. Flexibele Rogowski-spoelen zijn een praktische oplossing voor grote busbars of krappe ruimtes.
• Nauwkeurigheid: Voor facturering is een nauwkeurigheid van 0,5% of beter standaard. Voor algemene monitoring kan 1% voldoende zijn.

Wanneer moet u een beschermings-CT gebruiken?

Ingenieurs moeten een beveiligings-CT gebruiken wanneer het primaire doel is om personeel en apparatuur te beschermen tegen overstroom en storingen. Deze CT's zijn ontworpen om operationeel te blijven tijdens extreme elektrische gebeurtenissen en een betrouwbaar signaal te leveren aan een beveiligingsrelais.

Veelvoorkomende toepassingen voor beschermings-CT's zijn onder meer:

• Overstroom- en aardfoutbeveiliging: Deze CT's sturen signalen naar relais (zoals ANSI Device 50/51) die fase- of aardfouten detecteren. Het relais schakelt vervolgens een stroomonderbreker uit om de fout te isoleren. In middenspanningsschakelapparatuur wordt hiervoor een specialenulsequentie CTvoor aardlekbeveiliging wordt vaak aanbevolen boven een restverbinding vandriefase-CT'sEen restverbinding kan leiden tot onjuiste uitschakelingen als gevolg van ongelijke verzadiging tijdens het starten van de motor of fasefouten.
• Differentiële bescherming: Dit systeem beschermt belangrijke activa zoals transformatoren en generatoren door de stromen die de beschermde zone in- en uitgaan te vergelijken. Hiervoor zijn op elkaar afgestemde sets van beveiligingstransformatoren nodig.Moderne digitale relaiskan compenseren voor verschillende CT-verbindingen (Wye of Delta) en faseverschuivingen via software-instellingen, wat aanzienlijke flexibiliteit biedt in deze complexe schema's.
• Afstandsbeveiliging: Dit schema, dat wordt gebruikt in transmissielijnen, maakt gebruik van beschermings-CT's om de impedantie van een storing te meten. Verzadiging van de CT kan deze meting verstoren, waardoor het relais de locatie van de storing verkeerd inschat. Daarom moet de CT zo worden ontworpen dat verzadiging gedurende de meting wordt voorkomen.

Volgens ANSI C57.13 moet een standaard beschermende CT bestand zijn tegen:20 keerde nominale stroom tijdens een storing. Dit zorgt ervoor dat er een bruikbaar signaal naar het relais kan worden gestuurd wanneer dat het meest nodig is.

De hoge kosten van een verkeerde selectie

Het gebruik van het verkeerde type CT is een ernstige fout met ernstige gevolgen. De functionele verschillen tussen meet- en beschermings-CT's zijn niet onderling uitwisselbaar en een mismatch kan tot gevaarlijke en kostbare gevolgen leiden.

• Het gebruik van een meet-CT voor bescherming: Dit is de gevaarlijkste fout. Een meet-CT is ontworpen om te verzadigen bij lage overstromen om de meter te beschermen. Tijdens een grote storing zal deze vrijwel onmiddellijk verzadigen. De verzadigde CT zal de hoge foutstroom niet kunnen reproduceren en het beveiligingsrelais zal de werkelijke omvang van de gebeurtenis niet waarnemen. Dit kan leiden tot een vertraagde uitschakeling of een volledige uitval, met catastrofale schade aan de apparatuur, brand en risico's voor personeel tot gevolg. Verzadiging van de CT kan er bijvoorbeeld toe leiden dat een differentieelbeveiligingsrelais van een transformator uitschakelt.mishandelen, wat kan leiden tot een ongewenste trip tijdens een externe storing.
• Het gebruik van een beschermings-CT voor metingen: Deze keuze leidt tot financiële onnauwkeurigheid. Een beveiligings-CT is niet ontworpen voor precisie bij normale bedrijfsstromen. De nauwkeurigheidsklasse (bijv. 5P10) garandeert prestaties bij hoge veelvouden van de nominale waarde, niet bij de lage schaal waarop de meeste systemen werken. Het gebruiken ervan voor facturering zou zijn als het meten van een zandkorrel met een meetlat. De resulterende energierekeningen zouden onnauwkeurig zijn, wat zou leiden tot inkomstenverlies voor het nutsbedrijf of te hoge kosten voor de consument.

Een kritisch falingsscenario:Bij afstandsbeveiligingssystemen zorgt CT-verzadiging ervoor dat het relais eenhogere impedantiedan de werkelijke waarde. Dit verkort effectief het beschermende bereik van het relais. Een storing die direct verholpen zou moeten worden, kan worden gezien als een storing die verder weg ligt, wat een vertraagde uitschakeling veroorzaakt. Deze vertraging verlengt de belasting van het elektrische systeem en vergroot de kans op wijdverspreide schade.

Uiteindelijk gaan de kosten van een verkeerde CT-selectie veel verder dan de prijs van het onderdeel zelf. Ze uiten zich in apparatuurvernietiging, operationele downtime, onnauwkeurige financiële administratie en een verminderde veiligheid.

Kan één CT-scan zowel meting als bescherming bieden?

Hoewel meet- en beveiligings-CT's verschillende ontwerpen hebben, hebben ingenieurs soms één apparaat nodig om beide functies uit te voeren. Deze behoefte heeft geleid tot de ontwikkeling van gespecialiseerde transformatoren met een dubbele functie, maar deze brengen specifieke nadelen met zich mee.

De Dual-Purpose (Klasse X) CT

Een speciale categorie, bekend als deKlasse X of PS klasse stroomtransformator, kunnen zowel meet- als beveiligingsfuncties vervullen. Deze apparaten worden niet gedefinieerd door standaardnauwkeurigheidsklassen zoals 5P10. In plaats daarvan worden hun prestaties bepaald door een reeks belangrijke parameters die een ingenieur gebruikt om hun geschiktheid voor een specifiek beveiligingsschema te verifiëren.

Volgens IEC-normenDe prestaties van een klasse X CT worden bepaald door:

• Nominale primaire stroom
• Omwentelingsverhouding
• Kniepuntspanning (KPV)
• Magnetiserende stroom bij de opgegeven spanning
• Weerstand van de secundaire wikkeling bij 75°C

Deze eigenschappen zorgen ervoor dat het apparaat een hoge meetnauwkeurigheid biedt onder normale omstandigheden en tegelijkertijd een voorspelbare kniepuntspanning levert voor een betrouwbare werking van het relais tijdens storingen. Ze worden vaak gebruikt in differentiële beveiligingssystemen met hoge impedantie, waarbij de prestaties nauwkeurig bekend moeten zijn.

Praktische beperkingen en afwegingen

Ondanks het bestaan ​​van klasse X CT's wordt het gebruik van één apparaat voor zowel meting als beveiliging vaak vermeden. De twee functies stellen fundamenteel tegenstrijdige eisen.

Een meet-CT is ontworpen om vroegtijdig te verzadigen om gevoelige meters te beschermen.bescherming CT is ontworpenOm verzadiging te voorkomen en ervoor te zorgen dat een relais een storing kan detecteren. Een CT met een dubbele functie moet een compromis vinden tussen deze twee tegengestelde doelen.

Dit compromis betekent dat een CT met dubbele functie beide taken mogelijk niet zo goed uitvoert als een aparte CT. Het ontwerp wordt complexer en duurder. Voor de meeste toepassingen is de installatie van twee afzonderlijke, gespecialiseerde CT's – één voor meting en één voor beveiliging – de betrouwbaardere en kosteneffectievere oplossing. Deze aanpak garandeert dat zowel defactureringssysteemen het veiligheidssysteem functioneert zonder compromissen.

---

De keuze tussenmeet- en beschermings-CT'sis een duidelijke beslissing gebaseerd op operationele prioriteit. De ene zorgt voor nauwkeurigheid bij facturering, terwijl de andere de betrouwbaarheid tijdens een storing garandeert. De keuze van het juiste type is niet onderhandelbaar voor de veiligheid van het systeem, de financiële nauwkeurigheid en de levensduur van de apparatuur. Engineers moeten altijd de specificaties van de CT vergelijken met de behoeften van het aangesloten apparaat.

Adefinitieve verificatie checklistomvat:

1. Bepaal de primaire stroom: Zorg dat de CT-verhouding overeenkomt met de maximale belasting.
2. Bereken de last: Tel de belasting van alle aangesloten componenten bij elkaar op.
3. Controleer nauwkeurigheidsklasse: Selecteer de juiste klasse voor meting of beveiliging.

Veelgestelde vragen

Wat gebeurt er als het secundaire circuit van een CT open blijft?

Een open secundair circuit creëert een gevaarlijke hoge spanning. De primaire stroom wordt magnetiserende stroom, waardoor de kern verzadigd raakt. Deze situatie kan de CT beschadigen en een ernstig schokrisico vormen.

Veiligheid voorop:Sluit altijd eerst de secundaire aansluitingen kort voordat u een instrument van het circuit loskoppelt.

Hoe selecteren ingenieurs de juiste CT-verhouding?

Ingenieurs kiezen een verhouding waarbij de normale maximale stroomsterkte van het systeem dicht bij de primaire nominale waarde van de CT ligt. Deze keuze zorgt ervoor dat de CT binnen het meest nauwkeurige bereik werkt. Een belasting van 90 A werkt bijvoorbeeld goed met een CT van 100:5 A.

Waarom is een meting-CT onveilig voor bescherming?

Een meet-CT raakt snel verzadigd tijdens een storing. Hij kan de werkelijke foutstroom niet doorgeven aan het beveiligingsrelais. Het relais schakelt de stroomonderbreker vervolgens niet uit, wat leidt tot apparatuurvernietiging en ernstige veiligheidsrisico's.

Kan één CT zowel voor meting als voor beveiliging dienen?

Speciale klasse X CT's kunnen beide functies vervullen, maar hun ontwerp is een compromis. Voor optimale veiligheid en nauwkeurigheid installeren technici doorgaans twee afzonderlijke, speciale CT's: één voor de meting en één voor de beveiliging.