Практично поређење струјних трансформатора за мерење и заштиту

Тачност заштитног CT-аТачност заштитног струјног трансформатора није ствар прецизног обрачуна, већ предвидљивих перформанси током квара. Његова тачност је дефинисана „композитном грешком“ при одређеном вишекратнику његове номиналне струје. Уобичајена класа заштите је5П10.Ова ознака се рашчлањује на следећи начин:

• 5Композитна грешка неће прећи 5% на граници тачности.
• PОво слово га означава као заштитну класу CT.
• 10Ово је фактор ограничења тачности (ALF). То значи да ће струјени трансформатор одржати своју наведену тачност до 10 пута веће од своје номиналне примарне струје.

Укратко, 5P10 струје гарантује да када је примарна струја 10 пута већа од нормалне вредности, сигнал послат релеју је и даље унутар 5% идеалне вредности, осигуравајући да релеј донесе исправну одлуку о искључивању.

Оцена оптерећења и ВА

Теретје укупно електрично оптерећење повезано са секундарним терминалима струју, мерено у волт-амперима (VA) или омима (Ω). Сваки уређај и жица повезани на струју доприносе овом оптерећењу. Прекорачење номиналног оптерећења струје ће смањити њену тачност.

Укупно оптерећење језбир импеданси свих компонентиу секундарном колу:

• Отпор секундарног намотаја самог струјног трансформатора.
• Отпор жица које повезују ЦТ са уређајем.
• Унутрашња импеданса повезаног уређаја (мерача или релеја).

Израчунавање укупног оптерећења:Инжењер може израчунати укупно оптерећење користећи формулу:Укупно оптерећење (Ω) = ЦТ намотај Р (Ω) + жица Р (Ω) + уређај З (Ω)На пример, ако је отпор секундарног намотаја струје 0,08 Ω, спојне жице имају отпор од 0,3 Ω, а релеј има импедансу од 0,02 Ω, укупно оптерећење кола је 0,4 Ω. Ова вредност мора бити мања од номиналног оптерећења струје да би исправно радила.

Мерни стројни трансформатори обично имају ниске VA номиналне снаге (нпр. 2,5 VA, 5 VA) јер се повезују са мерним уређајима високе импедансе и мале потрошње на кратким растојањима. Заштитни стројни трансформатори захтевају много веће VA номиналне снаге (нпр. 15 VA, 30 VA) јер морају да обезбеде довољно снаге за рад калемова заштитног релеја са нижом импедансом и већом потрошњом, често на много дужим кабловским дужинама. Неправилно подударање номиналне снаге струје са стварним оптерећењем кола је чест извор грешака и у мерним и у заштитним шемама.

Разумевање напона тачке колена

Напон тачке прегиба (KPV) је критични параметар који је карактеристичан искључиво за заштитне струје. Он дефинише горњу границу корисног радног опсега струје пре него што њено језгро почне да се засићује. Ова вредност је неопходна за осигуравање да заштитни релеј прими поуздан сигнал током квара велике струје.

Инжењери одређују KPV из криве побуде CT-а, која приказује секундарни побудни напон у односу на секундарну побудну струју. „Колено“ је тачка на овој кривој где се магнетна својства језгра драматично мењају.

TheСтандард IEEE C57.13пружа прецизну дефиницију за ову тачку. За ЦТ снимак без размака, тачка прегиба је место где тангента на криву заклапа угао од 45 степени са хоризонталном осом. За ЦТ снимак са размаком, овај угао је 30 степени. Ова специфична тачка означава почетак засићења.

Када струјевни трансформатор ради испод напона тачке прелома, његово језгро је у линеарном магнетном стању. То му омогућава да прецизно репродукује струју квара за повезани релеј. Међутим, када секундарни напон пређе KPV, језгро улази у засићење. Засићење, често изазвано великим наизменичним струјама и једносмерним помацима током квара, узрокује да струје струју...импеданса магнетизације значајно опадаТрансформатор више не може верно да рефлектује примарну струју на своју секундарну страну.

Веза између КПВ-а и поузданости заштите је директна и кључна:

• Испод тачке колена:CT језгро ради линеарно. Оно пружа тачну репрезентацију струје квара заштитном релеју.
• Изнад тачке колена:Језгро се засићује. То доводи до великог повећања струје магнетизације и нелинеарног рада, што значи да струјени струјни трансформатор више не одражава тачно праву струју квара.
• Рад релеја:Заштитним релејима је потребан тачан сигнал да би правилно функционисали. Ако се стројни трансформатор засити пре него што релеј може да донесе одлуку, релеј можда неће моћи да детектује праву величину квара, што доводи до одложеног искључивања или потпуног отказа у раду.
• Безбедност система:Стога, напон на прегибној тачки струје токовног трансформатора мора бити довољно виши од максималног секундарног напона који се очекује током квара. Ово осигурава да релеј прима поуздан сигнал за заштиту скупе опреме.

Инжењери израчунавају потребну KPV вредност како би осигурали да CT остане незасићен у најгорим условима квара. Поједностављена формула за овај прорачун је:

Потребан KPV ≥ Ако × (Rct + Rb)

Где:

• If= Максимална секундарна струја квара (Ампери)
• Ркт= Отпор секундарног намотаја CT (Оми)
• Rb= Укупно оптерећење релеја, ожичења и прикључака (Оми)

На крају крајева, напон тачке колена служи као примарни индикатор способности заштитног струјног трансформатора да обавља своју безбедносну функцију под екстремним електричним напрезањем.

Декодирање ознака на натписној плочици струјног трансформатора

Натписна плочица струјног трансформатора садржи компактан код који дефинише његове перформансе. Ова алфанумеричка ознака је скраћеница за инжењере, која одређује тачност, примену и оперативна ограничења компоненте. Разумевање ових кодова је неопходно за избор исправног уређаја.

Тумачење CT класа мерења (нпр. 0,2, 0,5S, 1)

Класе мерних струје су дефинисане бројем који представља максималну дозвољену процентуалну грешку при номиналној струји. Мањи број означава већи степен прецизности.

• Класа 1:Погодно за опште мерење на панелима где висока прецизност није критична.
• Класа 0.5:Користи се за комерцијалне и индустријске примене наплате.
• Класа 0.2:Потребно за мерење прихода високе прецизности.

Неке класе укључују слово „S“. Ознака „S“ у IEC класама мерног струјног трансформатора, као што су 0,2S и 0,5S, означава високу тачност. Ова посебна класификација се генерално користи у применама тарифног мерења где су прецизна мерења критична, посебно на доњој граници опсега струје.

Тумачење CT класа заштите (нпр. 5P10, 10P20)

Класе заштитног CT-а користе троделни код који описује њихово понашање током квара. Уобичајени пример је5П10.

Разлагање 5П10 кода:

• 5Овај први број је максимална сложена грешка у процентима (5%) на граници тачности.
• PСлово „P“ у класификацији као што је 5P10 означава „класу заштите“. Ово указује да је стројни трансформатор првенствено дизајниран за примене заштитних релеја, а не за прецизно мерење.
• 10Овај последњи број је гранични фактор тачности (ALF). То значи да ће струјени струјни трансформатор одржати своју наведену тачност до струје квара која је 10 пута већа од његове номиналне вредности.

Слично томе, а10П20Класа CT има композитну границу грешке од 10% и фактор границе тачности20У ознаци као што је 10P20, број „20“ означава гранични фактор тачности. Овај фактор показује да ће грешка трансформатора остати у прихватљивим границама када је струја 20 пута већа од номиналне вредности. Ова могућност је кључна за осигуравање да заштитни релеји исправно функционишу током јаких услова кратког споја.

Водич за примену: Усклађивање КТ-а са задатком

Избор одговарајућег струјног трансформатора није ствар преференције, већ захтев који диктира апликација. Мерни струјни трансформатор пружа прецизност потребну за финансијске трансакције, док заштитни струјни трансформатор пружа поузданост потребну за безбедност имовине. Разумевање где применити сваки тип је од суштинског значаја за исправан дизајн и рад електричног система.

Када користити ЦТ мерење

Инжењери би требало да користе мерни струјни трансформатор у свакој примени где је прецизно праћење потрошње електричне енергије примарни циљ. Ови уређаји су основа тачног обрачуна и управљања енергијом. Њихов дизајн даје приоритет високој тачности под нормалним условима оптерећења.

Кључне примене за мерне КТ укључују:

• Мерење прихода и тарифаКомунална предузећа користе високопрецизне струјуће трансформаторе (нпр. класе 0.2S, 0.5S) за наплату стамбеним, комерцијалним и индустријским корисницима. Тачност обезбеђује фер и исправне финансијске трансакције.
• Системи за управљање енергијом (EMS)Објекти користе ове КТ-ове за праћење потрошње енергије у различитим одељењима или деловима опреме. Ови подаци помажу у идентификацији неефикасности и оптимизацији коришћења енергије.
• Анализа квалитета електричне енергијеАнализатори квалитета електричне енергије захтевају прецизне улазне податке за дијагностиковање проблема попут хармоника и падова напона. За ова мерења, посебно у средњонапонским системима, фреквентни одзив мерног трансформатора је критичан. Модерним анализаторима могу бити потребни поуздани подаци.до 9 kHz, захтевајући трансформаторе оптимизоване за фреквенцију да би ухватили пуни хармонијски спектар.

Напомена о избору:Приликом избора CT-а за мерач снаге или анализатор, неколико фактора је кључно.

• Компатибилност излазаИзлазни напон струје (нпр. 333mV, 5A) мора одговарати улазним захтевима бројила.
• Величина оптерећењаОпсег ампераже струјног трансформатора треба да буде усклађен са очекиваним оптерећењем како би се одржала тачност.
• Физичка спремностСтрујни трансформатор мора физички да се уклопи око проводника. Флексибилни Роговски калемови су практично решење за велике сабирнице или уске просторе.
• ТачностЗа обрачун, тачност од 0,5% или боља је стандардна. За опште праћење, 1% може бити довољно.

Када користити заштитни ЦТ

Инжењери морају да користе заштитни струје где год је примарни циљ заштита особља и опреме од прекомерних струја и кварова. Ови струје су пројектоване да остану оперативне током екстремних електричних догађаја, пружајући поуздан сигнал заштитном релеју.

Уобичајене примене заштитних КТ укључују:

• Заштита од прекомерне струје и заштита од земљоспојаОви стројни трансформатори доводе сигнале до релеја (као што је ANSI Device 50/51) који детектују фазне или земљокове. Релеј затим искључује прекидач да би изоловао квар. У средњенапонским расклопним постројењима, коришћење наменскогКТ нулте секвенцеза заштиту од уземљења се често препоручује уместо преостале везетрофазни струјеПреостала веза може довести до лажних искључивања због неједнаке засићености током покретања мотора или фазних кварова.
• Диференцијална заштитаОва шема штити главну имовину попут трансформатора и генератора упоређујући струје које улазе и излазе из заштићене зоне. Захтева усклађене сетове заштитних струје.Модерни дигитални релејиможе да компензује различите CT везе (Wye или Delta) и фазне помаке путем софтверских подешавања, нудећи значајну флексибилност у овим сложеним шемама.
• Заштита од даљинеКоришћена у далеководима, ова шема се ослања на заштитне струју за мерење импедансе квара. Засићење струје може да искриви ово мерење, што доводи до тога да релеј погрешно процени локацију квара. Стога, струју мора бити пројектована тако да се избегне засићење током трајања мерења.

Према ANSI C57.13, стандардни заштитни CT мора да издржи до20 путањегову номиналну струју током квара. Ово осигурава да може да испоручи употребљив сигнал релеју када је то најпотребније.

Висока цена погрешног избора

Коришћење погрешног типа струје је критична грешка са озбиљним последицама. Функционалне разлике између мерних и заштитних струје нису заменљиве, а неусклађеност може довести до опасних и скупих исхода.

• Коришћење мерног CT-а за заштитуОво је најопаснија грешка. Мерни струјени трансформатор је пројектован да се засити при малим прекомерним струјама како би заштитио бројило. Током већег квара, заситиће се готово тренутно. Засићени струјени трансформатор неће успети да репродукује високу струју квара, а заштитни релеј неће видети праву величину догађаја. Ово може довести до одложеног искључивања или потпуног квара у раду, што може довести до катастрофалног оштећења опреме, пожара и ризика по особље. На пример, засићење струјени трансформатора може проузроковати да се диференцијални заштитни релеј трансформатора...неправилно функционисати, што доводи до нежељеног искључивања током спољашњег квара.
• Коришћење заштитног CT-а за мерењеОвај избор доводи до финансијске нетачности. Заштитни струјени трансформатор није пројектован за прецизност при нормалним радним струјама. Његова класа тачности (нпр. 5P10) гарантује перформансе при високим вишеструким вредностима своје номиналне вредности, а не на доњем крају скале где већина система ради. Његово коришћење за наплату било би као мерење зрна песка метром. Добијени рачуни за енергију били би нетачни, што би довело до губитка прихода за комунално предузеће или прекомерног наплаћивања за потрошача.

Сценарио критичног квара:У шемама дистанцне заштите, засићење струјног трансформатора узрокује да релеј меривећа импедансанего стварна вредност. Ово ефикасно скраћује заштитни домет релеја. Квар који би требало одмах отклонити може се посматрати као удаљенији квар, што узрокује одложено искључивање. Ово кашњење продужава оптерећење електричног система и повећава потенцијал за широко распрострањена оштећења.

На крају крајева, цена погрешног избора струјног трансформатора далеко превазилази цену саме компоненте. Манифестује се уништењем опреме, застојем у раду, нетачним финансијским евиденцијама и угроженом безбедношћу.

Да ли један CT може служити и за мерење и за заштиту?

Иако мерни и заштитни стројни трансформатори имају различите дизајне, инжењерима је понекад потребан један уређај за обављање обе функције. Ова потреба је довела до развоја специјализованих трансформатора са двоструком наменом, али они долазе са специфичним компромисима.

Двострука намена (класа X) CT

Посебна категорија, позната каоСтрујни трансформатор класе X или класе PS, могу служити и у улози мерења и заштите. Ови уређаји нису дефинисани стандардним класама тачности као што је 5P10. Уместо тога, њихове перформансе су одређене скупом кључних параметара које инжењер користи да би проверио њихову подобност за одређену шему заштите.

Према IEC стандардима, перформансе CT претварача класе X дефинисане су са:

• Називна примарна струја
• Однос обртаја
• Напон тачке колена (KPV)
• Струја магнетизације при наведеном напону
• Отпор секундарног намотаја на 75°C

Ове карактеристике омогућавају уређају да понуди високу тачност мерења под нормалним условима, а истовремено обезбеђује предвидљив напон прегибне тачке за поуздан рад релеја током кварова. Често се користе у шемама диференцијалне заштите високе импедансе где перформансе морају бити прецизно познате.

Практична ограничења и компромиси

Упркос постојању струје класе X, коришћење једног уређаја за мерење и заштиту се често избегава. Ове две функције имају фундаментално супротстављене захтеве.

Мерни стројни трансформатор је дизајниран да рано дође до засићења како би заштитио осетљиве бројиле.заштитни CT је дизајниранда се одупре засићењу како би се осигурало да релеј може да детектује квар. Струјни трансформатор са двоструком наменом мора да направи компромис између ова два супротстављена циља.

Овај компромис значи да двоструки струјни трансформатор можда неће обављати ниједан задатак тако добро као посебна јединица. Дизајн постаје сложенији и скупљи. За већину примена, инсталирање два одвојена, специјализована струјна трансформатора - једног за мерење и једног за заштиту - је поузданије и исплативије решење. Овај приступ осигурава да оба...систем наплатеи безбедносни систем ради без компромиса.

---

Избор измеђуструјни трансформатори за мерење и заштитује јасна одлука заснована на оперативном приоритету. Једна пружа прецизност за обрачун, док друга осигурава поузданост током квара. Избор исправног типа је неоспорив за безбедност система, финансијску тачност и дуговечност опреме. Инжењери морају увек упоредити спецификације струјног трансформатора са потребама повезаног уређаја.

Азавршна контролна листа за верификацијуукључује:

1. Одређивање примарне струјеУскладите однос струје са максималним оптерећењем.
2. Израчунај теретСаберите оптерећење свих повезаних компоненти.
3. Проверите класу тачностиИзаберите исправну класу за мерење или заштиту.

Честа питања

Шта се дешава ако секундарно коло токопроводног трансформатора остане отворено?

Отворено секундарно коло ствара опасан високи напон. Примарна струја постаје струја магнетизације, засићујући језгро. Ово стање може уништити струју струје и представља озбиљан ризик од струјног удара.

Безбедност на првом месту:Увек кратко спојите секундарне терминале пре него што искључите било који инструмент из кола.

Како инжењери бирају исправан однос CT-а?

Инжењери бирају однос где је нормална максимална струја система близу примарне вредности струје струје. Овај избор осигурава да струје раде унутар свог најтачнијег опсега. На пример, оптерећење од 90 А добро функционише са струју од 100:5 А.

Зашто је мерни ЦТ небезбедан за заштиту?

Мерни струјени трансформатор се брзо засићује током квара. Не може да пријави стварну струју квара заштитном релеју. Релеј тада не успева да искључи прекидач, што доводи до уништења опреме и озбиљних безбедносних опасности.

Да ли један струјни претварач може служити и за мерење и за заштиту?

Специјални стројни трансформатори класе X могу да обављају обе улоге, али њихов дизајн је компромис. За оптималну безбедност и тачност, инжењери обично инсталирају два одвојена, наменска стројна трансформатора - један за мерење и један за заштиту.