O comparație practică a transformatoarelor de curent pentru măsurare vs. protecție

Precizie CT de protecțiePrecizia CT de protecție nu se referă la facturarea precisă, ci la performanța previzibilă în timpul unui defect. Precizia sa este definită de o „eroare compusă” la un multiplu specificat al curentului său nominal. O clasă de protecție comună este5P10.Această denumire se descompune după cum urmează:

• 5Eroarea compozită nu va depăși 5% la limita de precizie.
• PAceastă literă îl desemnează ca fiind un CT cu clasă de protecție.
• 10Acesta este factorul limită de precizie (ALF). Înseamnă că transformatorul de curent își va menține precizia specificată de până la 10 ori curentul primar nominal.

Pe scurt, un CT 5P10 garantează că, atunci când curentul primar este de 10 ori mai mare decât valoarea sa nominală, semnalul trimis către releu se află încă în limita a 5% din valoarea ideală, asigurând că releul ia o decizie corectă de declanșare.

Sarcina și ratingul VA

Povarăeste sarcina electrică totală conectată la bornele secundare ale CT-ului, măsurată în volți-amperi (VA) sau ohmi (Ω). Fiecare dispozitiv și fir conectat la CT contribuie la această sarcină. Depășirea sarcinii nominale a unui CT va degrada precizia acestuia.

Sarcina totală estesuma impedanțelor tuturor componentelorîn circuitul secundar:

• Rezistența proprie a înfășurării secundare a CT.
• Rezistența firelor care conectează CT-ul la dispozitiv.
• Impedanța internă a dispozitivului conectat (contor sau releu).

Calcularea sarcinii totale:Un inginer poate calcula sarcina totală folosind formula:Sarcina totală (Ω) = înfășurare CT R (Ω) + fir R (Ω) + dispozitiv Z (Ω)De exemplu, dacă rezistența înfășurării secundare a unui transformator de curent este de 0,08 Ω, firele de conectare au o rezistență de 0,3 Ω, iar releul are o impedanță de 0,02 Ω, sarcina totală a circuitului este de 0,4 Ω. Această valoare trebuie să fie mai mică decât sarcina nominală a transformatorului de curent pentru ca acesta să funcționeze corect.

CT-urile de măsurare au de obicei puteri nominale mici în VA (de exemplu, 2,5 VA, 5 VA) deoarece se conectează la dispozitive de măsurare cu impedanță mare și consum redus pe distanțe scurte. CT-urile de protecție necesită puteri nominale mult mai mari în VA (de exemplu, 15 VA, 30 VA) deoarece trebuie să furnizeze suficientă putere pentru a acționa bobinele cu impedanță mai mică și consum mai mare ale unui releu de protecție, adesea pe cabluri mult mai lungi. Potrivirea incorectă a sarcinii nominale a CT-ului cu sarcina reală a circuitului este o sursă comună de eroare atât în ​​schemele de măsurare, cât și în cele de protecție.

Înțelegerea tensiunii punctului de genunchi

Tensiunea la punctul de cot (KPV) este un parametru critic, specific CT-urilor de protecție. Aceasta definește limita superioară a intervalului util de funcționare al unui CT înainte ca miezul său să înceapă să se sature. Această valoare este esențială pentru a asigura că un releu de protecție primește un semnal fiabil în timpul unui defect de curent ridicat.

Inginerii determină KPV din curba de excitație a transformatorului de curent, care reprezintă grafic tensiunea de excitație secundară în funcție de curentul de excitație secundar. „Genunchiul” este punctul de pe această curbă în care proprietățile magnetice ale miezului se schimbă dramatic.

Cel/Cea/Cei/CeleStandardul IEEE C57.13oferă o definiție precisă pentru acest punct. Pentru un CT cu miez fără gol, punctul de cot este locul unde o tangentă la curbă formează un unghi de 45 de grade cu axa orizontală. Pentru un CT cu miez cu gol, acest unghi este de 30 de grade. Acest punct specific marchează începutul saturației.

Când un transformator de curent funcționează sub tensiunea sa de genunchi, miezul său se află într-o stare magnetică liniară. Acest lucru îi permite să reproducă cu acuratețe curentul de defect pentru releul conectat. Cu toate acestea, odată ce tensiunea secundară depășește KPV, miezul intră în saturație. Saturația, adesea determinată de curenți mari de curent alternativ și decalaje de curent continuu în timpul unui defect, provoacă defectarea transformatorului de curent.impedanța de magnetizare să scadă semnificativTransformatorul nu mai poate reflecta cu fidelitate curentul primar către partea sa secundară.

Relația dintre KPV și fiabilitatea protecției este directă și crucială:

• Sub punctul genunchiului:Miezul transformatorului de curent funcționează liniar. Acesta oferă o reprezentare precisă a curentului de defect către releul de protecție.
• Deasupra genunchiului:Miezul se saturează. Aceasta duce la o creștere semnificativă a curentului de magnetizare și la o funcționare neliniară, ceea ce înseamnă că transformatorul de curent nu mai reflectă cu acuratețe curentul real de defect.
• Funcționarea releului:Releele de protecție au nevoie de un semnal precis pentru a funcționa corect. Dacă un transformator de curent se saturează înainte ca releul să poată lua o decizie, este posibil ca acesta să nu detecteze magnitudinea reală a defecțiunii, ceea ce duce la o declanșare întârziată sau la o defecțiune completă.
• Siguranța sistemului:Prin urmare, tensiunea la punctul de cot al transformatorului de curent trebuie să fie suficient de mare decât tensiunea secundară maximă așteptată în timpul unui defect. Acest lucru asigură că releul primește un semnal fiabil pentru a proteja echipamentele scumpe.

Inginerii calculează KPV necesar pentru a se asigura că transformatorul de curent rămâne nesaturat în cele mai grave condiții de defect. O formulă simplificată pentru acest calcul este:

KPV necesar ≥ Dacă × (Rct + Rb)

Unde:

• If= Curent maxim de defect secundar (Amperi)
• RCT= Rezistența înfășurării secundare a CT (Ohmi)
• Rb= Sarcina totală a releului, cablajului și conexiunilor (Ohmi)

În cele din urmă, tensiunea la punctul de genunchi servește ca indicator principal al capacității unui CT de protecție de a-și îndeplini funcția de siguranță în condiții de stres electric extrem.

Decodificarea denumirilor de pe plăcuța de identificare a transformatoarelor de curent

O plăcuță de identificare a unui transformator de curent conține un cod compact care definește capacitățile sale de performanță. Această denumire alfanumerică este un limbaj prescurtat pentru ingineri, specificând precizia, aplicația și limitele operaționale ale componentei. Înțelegerea acestor coduri este esențială pentru selectarea dispozitivului corect.

Interpretarea claselor CT de măsurare (de exemplu, 0,2, 0,5S, 1)

Clasele de CT de măsurare sunt definite printr-un număr care reprezintă eroarea procentuală maximă admisă la curentul nominal. Un număr mai mic indică un grad mai mare de precizie.

• Clasa 1:Potrivit pentru contorizarea generală a panourilor, unde precizia ridicată nu este critică.
• Clasa 0.5:Folosit pentru aplicații de facturare comerciale și industriale.
• Clasa 0.2:Necesar pentru măsurarea veniturilor de înaltă precizie.

Unele clase includ litera „S”. Denumirea „S” în clasele CT de măsurare IEC, cum ar fi 0,2S și 0,5S, semnifică o precizie ridicată. Această clasificare particulară este în general utilizată în aplicațiile de măsurare tarifară unde măsurătorile precise sunt critice, în special la capătul inferior al intervalului de curent.

Interpretarea claselor de protecție CT (de exemplu, 5P10, 10P20)

Clasele de CT de protecție utilizează un cod în trei părți care descrie comportamentul lor în timpul unui defect. Un exemplu comun este5P10.

Descifrarea codului 5P10:

• 5Acest prim număr reprezintă eroarea compozită maximă în procente (5%) la limita de precizie.
• PLitera „P” într-o clasificare precum 5P10 semnifică „Clasa de protecție”. Aceasta indică faptul că transformatorul de curent este conceput în principal pentru aplicații de relee de protecție, mai degrabă decât pentru măsurători precise.
• 10Acest ultim număr este factorul limită de precizie (ALF). Aceasta înseamnă că transformatorul de curent își va menține precizia specificată până la un curent de defect de 10 ori mai mare decât valoarea sa nominală.

În mod similar, o10P20clasa CT are o limită de eroare compozită de 10% și un factor limită de precizie de20Într-o denumire precum 10P20, numărul „20” semnifică factorul limită de precizie. Acest factor indică faptul că eroarea transformatorului va rămâne în limite acceptabile atunci când curentul este de 20 de ori mai mare decât valoarea sa nominală. Această capacitate este crucială pentru a asigura funcționarea corectă a releelor ​​de protecție în condiții de scurtcircuit sever.

Ghid de aplicare: Potrivirea CT-ului cu sarcina

Alegerea transformatorului de curent adecvat nu este o chestiune de preferință, ci o cerință dictată de aplicație. Un transformator de curent de măsurare oferă precizia necesară pentru tranzacțiile financiare, în timp ce un transformator de curent de protecție oferă fiabilitatea necesară pentru siguranța activelor. Înțelegerea locului în care se aplică fiecare tip este fundamentală pentru o proiectare și o funcționare solidă a sistemului electric.

Când se utilizează un CT de măsurare

Inginerii ar trebui să utilizeze un CT de măsurare în orice aplicație în care urmărirea precisă a consumului de energie electrică este obiectivul principal. Aceste dispozitive reprezintă fundamentul unei facturări precise și al managementului energiei. Designul lor prioritizează precizia ridicată în condiții normale de sarcină.

Aplicațiile cheie pentru CT-urile de măsurare includ:

• Măsurarea veniturilor și a tarifelorCompaniile de utilități utilizează CT-uri de înaltă precizie (de exemplu, clasa 0.2S, 0.5S) pentru facturarea clienților rezidențiali, comerciali și industriali. Precizia asigură tranzacții financiare corecte și corecte.
• Sisteme de Management al Energiei (EMS)Facilitățile utilizează aceste CT-uri pentru a monitoriza consumul de energie în diferite departamente sau echipamente. Aceste date ajută la identificarea ineficiențelor și la optimizarea utilizării energiei.
• Analiza calității energiei electriceAnalizoarele de calitate a energiei necesită date de intrare precise pentru a diagnostica probleme precum armonicele și căderile de tensiune. Pentru aceste măsurători, în special în sistemele de medie tensiune, răspunsul în frecvență al transformatorului de măsură este esențial. Analizoarele moderne pot necesita date fiabile.până la 9 kHz, necesitând transformatoare optimizate în frecvență pentru a capta un spectru armonic complet.

Notă privind selecția:Atunci când alegeți un CT pentru un contor sau analizor de putere, mai mulți factori sunt cruciali.

• Compatibilitate de ieșireIeșirea CT-ului (de exemplu, 333mV, 5A) trebuie să corespundă cerințelor de intrare ale contorului.
• Dimensiunea încărcăturiiIntervalul de amperaj al transformatorului de curent trebuie să se alinieze cu sarcina așteptată pentru a menține precizia.
• Condiție fizicăCT-ul trebuie să se potrivească fizic în jurul conductorului. Bobinele flexibile Rogowski reprezintă o soluție practică pentru bare colectoare mari sau spații înguste.
• PreciziePentru facturare, o precizie de 0,5% sau mai mare este standard. Pentru monitorizare generală, 1% poate fi suficient.

Când se utilizează un CT de protecție

Inginerii trebuie să utilizeze un transformator de curent de protecție oriunde obiectivul principal este protejarea personalului și a echipamentelor de supracurenți și defecțiuni. Aceste transformatoare de curent sunt proiectate să rămână operaționale în timpul evenimentelor electrice extreme, furnizând un semnal fiabil unui releu de protecție.

Aplicațiile comune pentru transformatoarele de curent de protecție includ:

• Protecție la supracurent și la defect la pământAceste transformatoare de curent transmit semnale către relee (cum ar fi ANSI Device 50/51) care detectează defecte de fază sau de masă. Releul declanșează apoi un întrerupător de circuit pentru a izola defectul. În tablourile de distribuție de medie tensiune, utilizarea unui dispozitiv dedicatCT cu secvență zeropentru protecția la defect la masă este adesea recomandată peste o conexiune reziduală aCT-uri trifazateO conexiune reziduală poate duce la declanșări false din cauza saturației inegale în timpul pornirii motorului sau a defectelor de fază.
• Protecție diferențialăAceastă schemă protejează activele majore, cum ar fi transformatoarele și generatoarele, prin compararea curenților care intră și ies din zona protejată. Necesită seturi potrivite de transformatoare de curent de protecție.Relee digitale modernepoate compensa diferite conexiuni CT (Wye sau Triangle) și schimbări de fază prin setări software, oferind o flexibilitate semnificativă în aceste scheme complexe.
• Protecție la distanțăUtilizată în liniile de transmisie, această schemă se bazează pe CT-uri de protecție pentru a măsura impedanța la un defect. Saturația CT-ului poate distorsiona această măsurare, determinând releul să aprecieze greșit locația defectului. Prin urmare, CT-ul trebuie proiectat pentru a evita saturația pe durata măsurătorii.

Conform ANSI C57.13, un transformator de curent de protecție standard trebuie să reziste până lade 20 de oricurentul său nominal în timpul unui defect. Acest lucru asigură că poate furniza un semnal utilizabil releului atunci când este cel mai important.

Costul ridicat al selecției incorecte

Utilizarea unui tip greșit de transformator de curent (CT) este o eroare critică cu consecințe grave. Diferențele funcționale dintre CT-urile de măsurare și cele de protecție nu sunt interschimbabile, iar o nepotrivire poate duce la rezultate periculoase și costisitoare.

• Utilizarea unui CT de măsurare pentru protecțieAceasta este cea mai periculoasă greșeală. Un transformator de curent (CT) de măsurare este proiectat să se sature la supracurenți mici pentru a proteja contorul. În timpul unui defect major, acesta se va satura aproape instantaneu. Transformatorul de curent saturat nu va reuși să reproducă curentul mare de defect, iar releul de protecție nu va vedea adevărata magnitudine a evenimentului. Acest lucru poate duce la o declanșare întârziată sau la o defecțiune completă, rezultând deteriorarea catastrofală a echipamentului, incendiu și riscuri pentru personal. De exemplu, saturația CT poate provoca defectarea unui releu de protecție diferențială a transformatorului.operațiune defectuoasă, ducând la o declanșare nedorită în timpul unei defecțiuni externe.
• Utilizarea unui CT de protecție pentru măsurareAceastă alegere duce la inexactități financiare. Un transformator de curent de protecție nu este proiectat pentru precizie la curenți normali de funcționare. Clasa sa de precizie (de exemplu, 5P10) garantează performanță la multipli mari ai valorii sale nominale, nu la capătul inferior al scalei, unde funcționează majoritatea sistemelor. Utilizarea sa pentru facturare ar fi ca și cum ai măsura un fir de nisip cu un etalon. Facturile de energie rezultate ar fi inexacte, ducând la pierderi de venituri pentru furnizorul de utilități sau la suprafacturarea consumatorului.

Un scenariu de defecțiune critică:În schemele de protecție la distanță, saturația CT determină releul să măsoare oimpedanță mai maredecât valoarea reală. Acest lucru scurtează efectiv raza de acțiune a releului. O defecțiune care ar trebui eliminată instantaneu ar putea fi percepută ca o defecțiune mai îndepărtată, provocând o declanșare întârziată. Această întârziere prelungește solicitarea asupra sistemului electric și crește potențialul de deteriorare pe scară largă.

În cele din urmă, costul unei selecții incorecte a unui CT depășește cu mult prețul componentei în sine. Se manifestă prin distrugerea echipamentelor, întreruperi operaționale, evidențe financiare inexacte și compromiterea siguranței.

Poate un CT să servească atât la măsurare, cât și la protecție?

Deși transformatoarele de curent pentru măsurare și protecție au designuri distincte, inginerii au nevoie uneori de un singur dispozitiv pentru a îndeplini ambele funcții. Această nevoie a dus la dezvoltarea unor transformatoare specializate cu dublă utilizare, dar acestea vin cu compromisuri specifice.

CT-ul cu dublă utilizare (clasa X)

O categorie specială, cunoscută sub numele deTransformator de curent clasa X sau clasa PS, pot îndeplini atât roluri de măsurare, cât și de protecție. Aceste dispozitive nu sunt definite de clase de precizie standard precum 5P10. În schimb, performanța lor este specificată de un set de parametri cheie pe care un inginer îi folosește pentru a verifica dacă sunt adecvate pentru o schemă de protecție specifică.

Conform standardelor IEC, performanța unui CT de Clasa X este definită de:

• Curent primar nominal
• Raport de transformare
• Tensiunea punctului de genunchi (KPV)
• Curent de magnetizare la tensiunea specificată
• Rezistența înfășurării secundare la 75°C

Aceste caracteristici permit dispozitivului să ofere o precizie ridicată pentru măsurare în condiții normale, oferind în același timp o tensiune de cot previzibilă pentru o funcționare fiabilă a releului în timpul defectelor. Acestea sunt adesea utilizate în scheme de protecție diferențială cu impedanță ridicată, unde performanța trebuie cunoscută cu precizie.

Limitări practice și compromisuri

În ciuda existenței CT-urilor din clasa X, utilizarea unui singur dispozitiv atât pentru măsurare, cât și pentru protecție este adesea evitată. Cele două funcții au cerințe fundamental contradictorii.

Un CT de măsurare este proiectat să se sature devreme pentru a proteja contoarele sensibile.CT-ul de protecție este proiectatsă reziste la saturație pentru a asigura că un releu poate detecta o defecțiune. Un transformator de curent cu dublă funcție trebuie să facă un compromis între aceste două obiective opuse.

Acest compromis înseamnă că un CT cu dublă funcție nu poate îndeplini niciuna dintre sarcini la fel de bine ca o unitate dedicată. Designul devine mai complex și mai scump. Pentru majoritatea aplicațiilor, instalarea a două CT-uri separate, specializate - unul pentru măsurare și unul pentru protecție - este soluția mai fiabilă și mai rentabilă. Această abordare asigură că ambelesistem de facturareiar sistemul de siguranță funcționează fără compromisuri.

---

Alegerea întreCT-uri de măsurare și protecțieeste o decizie clară, bazată pe prioritatea operațională. Una oferă precizie pentru facturare, în timp ce cealaltă asigură fiabilitatea în timpul unei defecțiuni. Selectarea tipului corect este indispensabilă pentru siguranța sistemului, acuratețea financiară și longevitatea echipamentului. Inginerii trebuie să compare întotdeauna specificațiile CT-ului cu nevoile dispozitivului conectat.

Olistă de verificare finalăinclude:

1. Determinarea curentului primarAdaptați raportul CT la sarcina maximă.
2. Calculați sarcinaÎnsumați sarcina tuturor componentelor conectate.
3. Verificați clasa de precizieSelectați clasa corectă pentru contorizare sau protecție.

FAQ

Ce se întâmplă dacă circuitul secundar al unui transformator de curent este lăsat deschis?

Un circuit secundar deschis creează o tensiune înaltă periculoasă. Curentul primar devine curent de magnetizare, saturând miezul. Această condiție poate distruge transformatorul de curent și prezintă un risc sever de electrocutare.

Siguranța pe primul loc:Întotdeauna scurtcircuitați bornele secundare înainte de a deconecta orice instrument de la circuit.

Cum selectează inginerii raportul corect al transformatorului de curent?

Inginerii selectează un raport în care curentul maxim normal al sistemului este aproape de curentul primar al transformatorului de curent. Această alegere asigură funcționarea transformatorului de curent în intervalul său cel mai precis. De exemplu, o sarcină de 90A funcționează bine cu un transformator de curent de 100:5A.

De ce este un CT de măsurare nesigur pentru protecție?

Un transformator de curent de măsurare se saturează rapid în timpul unui defect. Nu poate raporta curentul real de defect către releul de protecție. Releul nu reușește apoi să declanșeze întrerupătorul, ceea ce duce la distrugerea echipamentului și la pericole grave de siguranță.

Poate un CT să servească atât pentru măsurare, cât și pentru protecție?

CT-urile de clasă specială X pot îndeplini ambele roluri, dar designul lor este un compromis. Pentru siguranță și precizie optime, inginerii instalează de obicei două CT-uri separate, dedicate - unul pentru măsurare și unul pentru protecție.