Ölçüm ve Koruma İçin Akım Trafolarının Pratik Bir Karşılaştırması

Koruma CT DoğruluğuKoruma CT doğruluğu, hassas faturalandırma ile ilgili değil, bir arıza sırasında öngörülebilir performansla ilgilidir. Doğruluğu, nominal akımının belirli bir katındaki "bileşik hata" ile tanımlanır. Yaygın bir koruma sınıfı:5P10.Bu tanımlama aşağıdaki şekilde dağılmaktadır::

• 5:Bileşik hata doğruluk sınırında %5'i geçmeyecektir.
• P: Bu mektupta Koruma sınıfı CT olarak belirtilmektedir.
• 10: Bu, Doğruluk Sınır Faktörü'dür (ALF). Bu, akım trafosunun belirtilen doğruluğunu nominal primer akımının 10 katına kadar koruyacağı anlamına gelir.

Kısacası, 5P10 CT, primer akımın normal değerinin 10 katına ulaştığında röleye gönderilen sinyalin hala ideal değerin %5'i içinde kalmasını garanti ederek, rölenin doğru bir açma kararı vermesini sağlar.

Yük ve VA Derecelendirmesi

YükCT'nin sekonder terminallerine bağlı toplam elektrik yüküdür ve Volt-Amper (VA) veya ohm (Ω) cinsinden ölçülür. CT'ye bağlı her cihaz ve kablo bu yüke katkıda bulunur. Bir CT'nin nominal yükünün aşılması, doğruluğunu azaltır.

Toplam yük şu şekildedir:tüm bileşenlerin empedanslarının toplamıikincil devrede:

• CT'nin kendi sekonder sargı direnci.
• BT cihazını cihaza bağlayan kabloların direnci.
• Bağlı cihazın (metre veya röle) iç empedansı.

Toplam Yükün Hesaplanması:Bir mühendis toplam yükü şu formülü kullanarak hesaplayabilir:Toplam Yük (Ω) = CT Sargısı R (Ω) + Tel R (Ω) + Cihaz Z (Ω)Örneğin, bir akım trafosunun sekonder sargı direnci 0,08 Ω, bağlantı kabloları 0,3 Ω ve rölenin empedansı 0,02 Ω ise, toplam devre yükü 0,4 Ω olur. Bu değer, akım trafosunun doğru çalışması için nominal yük değerinden az olmalıdır.

Ölçüm CT'leri, kısa mesafelerde yüksek empedanslı, düşük tüketimli ölçüm cihazlarına bağlandıkları için genellikle düşük VA değerlerine (örneğin 2,5 VA, 5 VA) sahiptir. Koruma CT'leri ise çok daha yüksek VA değerlerine (örneğin 15 VA, 30 VA) ihtiyaç duyarlar çünkü genellikle çok daha uzun kablo mesafelerinde, koruyucu bir rölenin düşük empedanslı, yüksek tüketimli bobinlerini çalıştırmak için yeterli güç sağlamaları gerekir. CT'nin yük değerinin gerçek devre yüküyle yanlış eşleştirilmesi, hem ölçüm hem de koruma şemalarında yaygın bir hata kaynağıdır.

Diz Noktası Voltajını Anlamak

Diz Noktası Gerilimi (KPV), koruma akım trafolarına özel kritik bir parametredir. Bir akım trafosunun çekirdeği doymaya başlamadan önceki faydalı çalışma aralığının üst sınırını tanımlar. Bu değer, yüksek akım arızası sırasında koruma rölesinin güvenilir bir sinyal almasını sağlamak için önemlidir.

Mühendisler, KPV'yi, ikincil uyarma voltajını ikincil uyarma akımına göre çizen CT'nin uyarma eğrisinden belirler. "Diz", bu eğri üzerinde çekirdeğin manyetik özelliklerinin önemli ölçüde değiştiği noktadır.

TheIEEE C57.13 standardıBu nokta için kesin bir tanım sağlar. Aralıksız bir çekirdek BT ​​için, diz noktası, eğriye teğetin yatay eksenle 45 derecelik bir açı oluşturduğu noktadır. Aralıklı bir çekirdek BT ​​için bu açı 30 derecedir. Bu belirli nokta, doygunluğun başlangıcını işaret eder.

Bir akım trafosu diz noktası voltajının altında çalıştığında, çekirdeği doğrusal manyetik durumdadır. Bu, bağlı röle için arıza akımını doğru bir şekilde yeniden üretmesini sağlar. Ancak, sekonder voltaj KPV'yi aştığında çekirdek doygunluğa girer. Genellikle bir arıza sırasında büyük AC akımları ve DC ofsetleri tarafından tetiklenen doygunluk, akım trafosununmıknatıslanma empedansının önemli ölçüde düşmesiTransformatör artık birincil akımı ikincil tarafına doğru şekilde yansıtamıyor.

KPV ile koruma güvenilirliği arasındaki ilişki doğrudan ve kritiktir:

• Diz altı noktası:CT çekirdeği doğrusal olarak çalışır. Arıza akımının koruma rölesine doğru bir şekilde iletilmesini sağlar.
• Diz üstü noktası:Çekirdek doygunluğa ulaşır. Bu durum, mıknatıslanma akımında ve doğrusal olmayan çalışmada büyük bir artışa yol açar; bu da akım trafosunun artık gerçek arıza akımını doğru bir şekilde yansıtmaması anlamına gelir.
• Röle İşlemi:Koruyucu rölelerin doğru çalışması için doğru bir sinyale ihtiyaç vardır. Bir akım trafosu, röle karar veremeden doygunluğa ulaşırsa, röle arızanın gerçek büyüklüğünü tespit edemeyebilir ve bu da gecikmeli bir açmaya veya tamamen devre dışı kalmasına neden olabilir.
• Sistem Güvenliği:Bu nedenle, akım trafosunun diz noktası gerilimi, bir arıza sırasında beklenen maksimum sekonder gerilimden yeterince yüksek olmalıdır. Bu, rölenin pahalı ekipmanları korumak için güvenilir bir sinyal almasını sağlar.

Mühendisler, en kötü arıza koşullarında bile akım trafosunun doymamış kalmasını sağlamak için gereken KPV'yi hesaplar. Bu hesaplama için basitleştirilmiş bir formül şöyledir:

Gerekli KPV ≥ Eğer × (Rct + Rb)

Nerede:

• If= Maksimum ikincil arıza akımı (Amper)
• Rct= CT sekonder sargı direnci (Ohm)
• Rb= Röle, kablolama ve bağlantıların toplam yükü (Ohm)

Sonuç olarak Diz Noktası Gerilimi, bir koruma CT'sinin aşırı elektriksel stres altında güvenlik fonksiyonunu yerine getirme yeteneğinin birincil göstergesi olarak hizmet eder.

Akım Trafosu Etiket Tanımlarının Kodunu Çözme

Akım Trafosu isim plakası, performans özelliklerini tanımlayan kompakt bir kod içerir. Bu alfanümerik tanımlama, mühendisler için bileşenin doğruluğunu, uygulama alanını ve çalışma sınırlarını belirten bir kısaltmadır. Doğru cihazı seçmek için bu kodları anlamak çok önemlidir.

Ölçüm CT Sınıflarının Yorumlanması (örneğin, 0.2, 0.5S, 1)

Ölçüm CT sınıfları, nominal akımda izin verilen maksimum yüzdelik hatayı temsil eden bir sayı ile tanımlanır. Daha küçük bir sayı, daha yüksek bir hassasiyet derecesini gösterir.

• Sınıf 1:Yüksek hassasiyetin kritik olmadığı genel panel ölçümü için uygundur.
• Sınıf 0.5:Ticari ve endüstriyel faturalama uygulamalarında kullanılır.
• Sınıf 0.2:Yüksek doğrulukta gelir ölçümü için gereklidir.

Bazı sınıflar 'S' harfini içerir. IEC ölçüm CT sınıflarındaki 0,2S ve 0,5S gibi 'S' işareti, yüksek doğruluğu ifade eder. Bu özel sınıflandırma genellikle, özellikle akım aralığının alt ucunda, hassas ölçümlerin kritik önem taşıdığı tarife ölçüm uygulamalarında kullanılır.

Koruma CT Sınıflarının Yorumlanması (örneğin, 5P10, 10P20)

Koruma CT sınıfları, bir arıza sırasında davranışlarını tanımlayan üç parçalı bir kod kullanır. Yaygın bir örnek:5P10.

5P10 Kodunu Parçalara Ayıralım:

• 5: Bu ilk sayı doğruluk sınırında yüzde olarak maksimum bileşik hatayı (%5) göstermektedir.
• P5P10 gibi bir sınıflandırmada 'P' harfi 'Koruma sınıfı' anlamına gelir. Bu, CT'nin hassas ölçümden ziyade öncelikle koruyucu röle uygulamaları için tasarlandığını gösterir.
• 10: Bu son sayı Doğruluk Sınır Faktörü'dür (ALF). Bu, akım trafosunun nominal değerinin 10 katı bir arıza akımına kadar belirtilen doğruluğunu koruyacağı anlamına gelir.

Benzer şekilde, bir10P20CT sınıfının bileşik hata sınırı %10 ve Doğruluk Sınır Faktörü2010P20 gibi bir tanımlamada, '20' sayısı doğruluk sınır faktörünü belirtir. Bu faktör, akım nominal değerinin 20 katına ulaştığında transformatörün hatasının kabul edilebilir sınırlar içinde kalacağını gösterir. Bu özellik, koruma rölelerinin ciddi kısa devre koşullarında doğru şekilde çalışmasını sağlamak için çok önemlidir.

Uygulama Kılavuzu: CT'yi Göreve Eşleştirme

Uygun Akım Trafosu seçimi bir tercih meselesi değil, uygulama tarafından belirlenen bir gerekliliktir. Bir ölçüm CT'si finansal işlemler için gereken hassasiyeti sağlarken, bir koruma CT'si varlık güvenliği için gereken güvenilirliği sağlar. Her türün nerede uygulanacağını anlamak, sağlam bir elektrik sistemi tasarımı ve işletimi için temel önem taşır.

Ölçüm BT'si Ne Zaman Kullanılır?

Mühendisler, elektrik tüketiminin hassas bir şekilde izlenmesinin öncelikli amaç olduğu her uygulamada ölçüm CT'si kullanmalıdır. Bu cihazlar, doğru faturalandırma ve enerji yönetiminin temelini oluşturur. Tasarımları, normal yük koşullarında yüksek doğruluğu ön planda tutar.

Ölçüm CT'lerinin temel uygulamaları şunlardır:

• Gelir ve Tarife Ölçümü: Kamu hizmetleri, konut, ticari ve endüstriyel müşterilere fatura kesmek için yüksek doğruluklu CT'ler (örneğin, Sınıf 0.2S, 0.5S) kullanır. Doğruluk, adil ve doğru finansal işlemleri garanti eder.
• Enerji Yönetim Sistemleri (EMS)Tesisler, farklı departmanlar veya ekipman parçaları arasındaki enerji tüketimini izlemek için bu BT'leri kullanır. Bu veriler, verimsizlikleri belirlemeye ve enerji kullanımını optimize etmeye yardımcı olur.
• Güç Kalitesi Analizi: Güç kalitesi analizörleri, harmonikler ve gerilim düşüşleri gibi sorunları teşhis etmek için doğru girdilere ihtiyaç duyar. Bu ölçümler için, özellikle orta gerilim sistemlerinde, cihaz trafosunun frekans tepkisi kritik öneme sahiptir. Modern analizörler güvenilir verilere ihtiyaç duyabilir.9 kHz'e kadar, tam harmonik spektrumu yakalamak için frekans optimizasyonlu transformatörler talep ediyor.

Seçim Notu:Bir güç ölçer veya analizörü için CT seçerken, birkaç faktör kritik öneme sahiptir.

• Çıktı Uyumluluğu: CT'nin çıkışı (örneğin, 333mV, 5A) ölçüm cihazının giriş gereksinimleriyle eşleşmelidir.
• Yük Boyutu: CT'nin amperaj aralığı, doğruluğun korunması için beklenen yük ile uyumlu olmalıdır.
• Fiziksel Uygunluk: CT iletkenin etrafına fiziksel olarak oturmalıdır. Esnek Rogowski bobinleri büyük baralar veya dar alanlar için pratik bir çözümdür.
• KesinlikFaturalandırma için %0,5 veya daha yüksek bir doğruluk standarttır. Genel izleme için %1 yeterli olabilir.

Koruma BT'si Ne Zaman Kullanılmalıdır?

Mühendisler, öncelikli amacın personeli ve ekipmanı aşırı akımlardan ve arızalardan korumak olduğu her yerde koruma akım trafosu kullanmalıdır. Bu akım trafoları, aşırı elektrik olayları sırasında çalışır durumda kalacak ve koruyucu röleye güvenilir bir sinyal sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

Koruma CT'lerinin yaygın uygulamaları şunlardır:

• Aşırı Akım ve Toprak Kaçak Koruması: Bu akım trafoları, faz veya toprak arızalarını tespit eden rölelere (ANSI Cihazı 50/51 gibi) sinyaller gönderir. Röle daha sonra arızayı izole etmek için bir devre kesiciyi devreye sokar. Orta gerilim şalt cihazlarında, özel birsıfır sekanslı BTtopraklama hatası koruması için genellikle kalıntı bağlantısı üzerinden önerilirüç fazlı CT'ler. Artık bağlantı, motor çalıştırma sırasında eşit olmayan doygunluk veya faz hataları nedeniyle hatalı tetiklemelere yol açabilir.
• Diferansiyel Koruma: Bu şema, korunan bölgeye giren ve çıkan akımları karşılaştırarak trafo ve jeneratör gibi önemli varlıkları korur. Eşleştirilmiş koruma akım trafosu setleri gerektirir.Modern dijital rölelerYazılım ayarları aracılığıyla farklı CT bağlantıları (Y veya Delta) ve faz kaymalarını telafi edebilir ve bu karmaşık şemalarda önemli esneklik sunar.
• Mesafe Koruması: İletim hatlarında kullanılan bu şema, bir arızaya ait empedansı ölçmek için koruma akım trafolarına (CT) dayanır. Akım trafosunun doygunluğu bu ölçümü bozabilir ve rölenin arızanın yerini yanlış değerlendirmesine neden olabilir. Bu nedenle, akım trafosu, ölçüm süresince doygunluğu önleyecek şekilde tasarlanmalıdır.

ANSI C57.13'e göre, standart bir koruyucu CT'nin en fazla20 kezArıza sırasında nominal akımını korur. Bu sayede, röleye en önemli anda kullanılabilir bir sinyal iletebilir.

Yanlış Seçimin Yüksek Maliyeti

Yanlış BT tipinin kullanılması, ciddi sonuçları olan kritik bir hatadır. Ölçüm ve koruma BT'leri arasındaki işlevsel farklılıklar birbirinin yerine kullanılamaz ve uyumsuzluk tehlikeli ve maliyetli sonuçlara yol açabilir.

• Koruma İçin Ölçüm CT Kullanımı: Bu en tehlikeli hatadır. Bir ölçüm akım trafosu, sayacı korumak için düşük aşırı akımlarda doygunluğa ulaşacak şekilde tasarlanmıştır. Büyük bir arıza sırasında neredeyse anında doygunluğa ulaşır. Doygunluğa ulaşan akım trafosu, yüksek arıza akımını yeniden üretemez ve koruma rölesi olayın gerçek büyüklüğünü göremez. Bu durum, gecikmeli bir devreye girmeye veya tamamen devre dışı kalmaya yol açarak felaket boyutunda ekipman hasarına, yangına ve personel riskine neden olabilir. Örneğin, akım trafosu doygunluğu, bir trafo diferansiyel koruma rölesinin arızalanmasına neden olabilir.kötü çalışmakharici bir arıza sırasında istenmeyen bir yolculuğa yol açar.
• Ölçüm İçin Koruma CT Kullanımı: Bu seçim finansal hatalara yol açar. Bir koruma akım trafosu, normal çalışma akımlarında hassasiyet için tasarlanmamıştır. Doğruluk sınıfı (örneğin, 5P10), çoğu sistemin çalıştığı ölçeğin düşük ucunda değil, derecesinin yüksek katlarında performans sağlar. Faturalama için kullanmak, bir kum tanesini bir metreyle ölçmek gibi olacaktır. Ortaya çıkan enerji faturaları hatalı olacak ve bu da elektrik şirketi için gelir kaybına veya tüketici için fazla ücretlendirmeye neden olacaktır.

Kritik Bir Başarısızlık Senaryosu:Mesafe koruma şemalarında, CT doygunluğu rölenin birdaha yüksek empedansGerçek değerden daha fazla. Bu durum, rölenin koruma menzilini etkili bir şekilde kısaltır. Anında giderilmesi gereken bir arıza, daha uzak bir arıza olarak algılanabilir ve gecikmeli bir devreye girmeye neden olabilir. Bu gecikme, elektrik sistemi üzerindeki yükü uzatır ve yaygın hasar olasılığını artırır.

Sonuç olarak, hatalı bir CT seçiminin maliyeti, bileşenin fiyatının çok ötesine geçer. Ekipman tahribatı, operasyonel aksama, hatalı mali kayıtlar ve güvenliğin tehlikeye girmesiyle kendini gösterir.

Tek Bir BT Hem Ölçüm Hem de Koruma Sağlayabilir mi?

Ölçüm ve koruma akım trafoları farklı tasarımlara sahip olsa da, mühendisler bazen her iki işlevi de tek bir cihazda yerine getirmek zorunda kalırlar. Bu ihtiyaç, özel çift amaçlı trafoların geliştirilmesine yol açmış olsa da, bunlar belirli dezavantajlara sahiptir.

Çift Amaçlı (Sınıf X) CT

Özel bir kategori olarak bilinen,Sınıf X veya PS Sınıfı Akım Trafosu, hem ölçüm hem de koruma rollerini üstlenebilir. Bu cihazlar, 5P10 gibi standart doğruluk sınıflarıyla tanımlanmamıştır. Bunun yerine, performansları, bir mühendisin belirli bir koruma şemasına uygunluğunu doğrulamak için kullandığı bir dizi temel parametre tarafından belirlenir.

IEC standartlarına göreSınıf X CT'nin performansı şu şekilde tanımlanır:

• Anma birincil akımı
• Dönüş oranı
• Diz noktası gerilimi (KPV)
• Belirtilen voltajda mıknatıslama akımı
• 75°C'de ikincil sargı direnci

Bu özellikler, cihazın normal koşullar altında yüksek ölçüm doğruluğu sunmasını sağlarken, arızalar sırasında güvenilir röle çalışması için öngörülebilir bir diz noktası gerilimi de sağlar. Genellikle performansın kesin olarak bilinmesi gereken yüksek empedanslı diferansiyel koruma şemalarında kullanılırlar.

Pratik Sınırlamalar ve Ödünler

Sınıf X akım trafolarının varlığına rağmen, hem ölçüm hem de koruma için tek bir cihaz kullanmaktan genellikle kaçınılır. Bu iki fonksiyonun temelde çelişen gereksinimleri vardır.

Hassas ölçüm cihazlarını korumak için erken doygunluğa ulaşmak üzere bir ölçüm CT'si tasarlanmıştır.koruma CT tasarlanmıştırBir rölenin arızayı tespit edebilmesini sağlamak için doygunluğa karşı direnç göstermek. Çift amaçlı bir akım trafosu, bu iki karşıt hedef arasında bir denge kurmalıdır.

Bu uzlaşma, çift amaçlı bir CT'nin her iki görevi de özel bir ünite kadar iyi yerine getiremeyeceği anlamına gelir. Tasarım daha karmaşık ve pahalı hale gelir. Çoğu uygulama için, biri ölçüm, diğeri koruma için olmak üzere iki ayrı, özel CT kurmak daha güvenilir ve uygun maliyetli bir çözümdür. Bu yaklaşım, hemfaturalama sistemive güvenlik sistemi tavizsiz çalışır.

---

Seçim arasındaölçüm ve koruma CT'lerioperasyonel önceliğe dayalı net bir karardır. Biri faturalandırmada hassasiyet sağlarken, diğeri arıza sırasında güvenilirliği garanti eder. Doğru türün seçilmesi, sistem güvenliği, finansal doğruluk ve ekipman ömrü açısından tartışmasızdır. Mühendisler, CT'nin teknik özelliklerini her zaman bağlı cihazın ihtiyaçlarıyla çapraz referanslamalıdır.

Ason doğrulama kontrol listesiiçerir:

1. Birincil Akımı Belirleyin: CT oranını maksimum yüke göre ayarlayın.
2. Yükü Hesapla: Bağlı tüm bileşenlerin yükünü topla.
3. Doğruluk Sınıfını Doğrula: Ölçüm veya koruma için doğru sınıfı seçin.

SSS

BT'nin sekonder devresi açık bırakılırsa ne olur?

Açık bir sekonder devre, tehlikeli bir yüksek voltaj oluşturur. Birincil akım, mıknatıslanma akımına dönüşerek çekirdeği doyurur. Bu durum, akım trafosunu tahrip edebilir ve ciddi bir şok riski oluşturabilir.

Önce Güvenlik:Herhangi bir aleti devreden ayırmadan önce mutlaka ikincil terminalleri kısa devre yaptırın.

Mühendisler doğru CT oranını nasıl seçerler?

Mühendisler, sistemin normal maksimum akımının akım trafosunun birincil değerine yakın olduğu bir oran seçerler. Bu seçim, akım trafosunun en doğru aralıkta çalışmasını sağlar. Örneğin, 90 A'lik bir yük, 100:5 A'lik bir akım trafosuyla iyi çalışır.

Ölçüm BT'si koruma açısından neden güvenli değildir?

Bir ölçüm CT'si arıza sırasında hızla doygunluğa ulaşır. Gerçek arıza akımını koruma rölesine bildiremez. Röle daha sonra devre kesiciyi devre dışı bırakamaz ve bu da ekipman hasarına ve ciddi güvenlik tehlikelerine yol açar.

Bir CT hem ölçüm hem de koruma yapabilir mi?

Özel Sınıf X Akım Trafoları her iki işlevi de yerine getirebilir, ancak tasarımları bir uzlaşmadır. Optimum güvenlik ve doğruluk için, mühendisler genellikle biri ölçüm, diğeri koruma için olmak üzere iki ayrı, özel Akım Trafosu kurarlar.