Praktična usporedba strujnih transformatora za mjerenje i zaštitu

Tačnost zaštitnog CT-aTačnost zaštitnog strujnog transformatora ne odnosi se na precizno fakturisanje, već na predvidljive performanse tokom kvara. Njegova tačnost je definisana "kompozitnom greškom" pri određenom višekratniku njegove nazivne struje. Uobičajena klasa zaštite je5P10.Ova oznaka se raščlanjuje na sljedeći način:

• 5Kompozitna greška neće prelaziti 5% na granici tačnosti.
• POvo slovo ga označava kao CT klasu zaštite.
• 10Ovo je faktor granice tačnosti (ALF). To znači da će strujni transformator održati svoju specificiranu tačnost do 10 puta veće od svoje nazivne primarne struje.

Ukratko, 5P10 CT garantuje da kada je primarna struja 10 puta veća od normalne nazivne vrijednosti, signal poslan releju je i dalje unutar 5% idealne vrijednosti, osiguravajući da relej donese ispravnu odluku o isključenju.

Teret i ocjena VA

Teretje ukupno električno opterećenje spojeno na sekundarne terminale strujnog transformatora, mjereno u volt-amperima (VA) ili omima (Ω). Svaki uređaj i žica spojeni na strujni transformator doprinose ovom opterećenju. Prekoračenje nazivnog opterećenja strujnog transformatora smanjit će njegovu tačnost.

Ukupni teret jezbir impedancija svih komponentiu sekundarnom krugu:

• Otpor sekundarnog namotaja samog strujnog transformatora.
• Otpor žica koje povezuju CT s uređajem.
• Unutrašnja impedancija povezanog uređaja (mjerilo ili relej).

Izračunavanje ukupnog opterećenja:Inženjer može izračunati ukupno opterećenje koristeći formulu:Ukupno opterećenje (Ω) = CT namotaj R (Ω) + žica R (Ω) + uređaj Z (Ω)Na primjer, ako je otpor sekundarnog namotaja strujnog transformatora 0,08 Ω, spojne žice imaju otpor od 0,3 Ω, a impedancija releja je 0,02 Ω, ukupno opterećenje strujnog kola je 0,4 Ω. Ova vrijednost mora biti manja od nazivnog opterećenja strujnog transformatora da bi ispravno radio.

Mjerni strujni transformatori obično imaju niske VA nazivne vrijednosti (npr. 2,5 VA, 5 VA) jer se spajaju na mjerne uređaje s visokom impedancijom i niskom potrošnjom na kratkim udaljenostima. Zaštitni strujni transformatori zahtijevaju mnogo veće VA nazivne vrijednosti (npr. 15 VA, 30 VA) jer moraju osigurati dovoljno snage za rad zavojnica zaštitnog releja s nižom impedancijom i većom potrošnjom, često na mnogo dužim kabelskim dionicama. Nepravilno usklađivanje nazivne vrijednosti opterećenja strujnog transformatora sa stvarnim opterećenjem kola čest je izvor grešaka i u mjernim i u zaštitnim shemama.

Razumijevanje napona u tački koljena

Napon prelomne tačke (KPV) je kritični parametar koji se odnosi isključivo na zaštitne strujne transformatore. On definiše gornju granicu korisnog radnog opsega strujnog transformatora prije nego što se njegova jezgra počne zasititi. Ova vrijednost je ključna za osiguranje da zaštitni relej prima pouzdan signal tokom kvara visoke struje.

Inženjeri određuju KPV iz krive pobude strujnog transformatora (CT), koja prikazuje sekundarni pobudni napon u odnosu na sekundarnu pobudnu struju. "Koljeno" je tačka na ovoj krivulji gdje se magnetna svojstva jezgra dramatično mijenjaju.

TheIEEE C57.13 standardpruža preciznu definiciju za ovu tačku. Za CT bez procjepa, tačka preloma je mjesto gdje tangenta na krivulju formira ugao od 45 stepeni sa horizontalnom osom. Za CT sa procjepom, ovaj ugao je 30 stepeni. Ova specifična tačka označava početak zasićenja.

Kada strujni transformator radi ispod napona prelomne tačke, njegova jezgra je u linearnom magnetskom stanju. To mu omogućava da precizno reprodukuje struju kvara za priključeni relej. Međutim, kada sekundarni napon premaši KPV, jezgra ulazi u zasićenje. Zasićenje, često uzrokovano velikim AC strujama i DC pomacima tokom kvara, uzrokuje da strujni transformator radi...impedancija magnetizacije značajno opadaTransformator više ne može vjerno odražavati primarnu struju na svoju sekundarnu stranu.

Veza između KPV-a i pouzdanosti zaštite je direktna i ključna:

• Ispod tačke koljena:CT jezgro radi linearno. Ono pruža tačan prikaz struje kvara zaštitnom releju.
• Iznad tačke koljena:Jezgro se zasiti. To dovodi do velikog povećanja struje magnetiziranja i nelinearnog rada, što znači da strujni transformator više ne odražava tačno stvarnu struju kvara.
• Rad releja:Zaštitnim relejima je potreban tačan signal da bi ispravno radili. Ako strujni transformator dođe u zasićenje prije nego što relej može donijeti odluku, relej možda neće detektovati stvarnu veličinu kvara, što dovodi do odgođenog isključenja ili potpunog prekida rada.
• Sigurnost sistema:Stoga, napon u prelomnoj tački strujnog transformatora mora biti dovoljno viši od maksimalnog sekundarnog napona koji se očekuje tokom kvara. Ovo osigurava da relej prima pouzdan signal za zaštitu skupe opreme.

Inženjeri izračunavaju potrebnu KPV vrijednost kako bi osigurali da strujni transformator ostane nezasićen u najgorim uslovima kvara. Pojednostavljena formula za ovaj proračun je:

Potrebna KPV ≥ Ako × (Rct + Rb)

Gdje:

• If= Maksimalna sekundarna struja kvara (Amperi)
• Pravo= Otpor sekundarnog namotaja strujnog transformatora (Omi)
• Rb= Ukupno opterećenje releja, ožičenja i priključaka (Omi)

U konačnici, napon prelomne tačke služi kao primarni pokazatelj sposobnosti zaštitnog strujnog transformatora da obavlja svoju sigurnosnu funkciju pod ekstremnim električnim naprezanjem.

Dekodiranje oznaka na natpisnoj pločici strujnog transformatora

Natpisna pločica strujnog transformatora sadrži kompaktni kod koji definira njegove performanse. Ova alfanumerička oznaka je skraćenica za inženjere, koja specificira tačnost, primjenu i operativna ograničenja komponente. Razumijevanje ovih kodova je ključno za odabir ispravnog uređaja.

Interpretacija CT klasa mjerenja (npr. 0,2, 0,5S, 1)

Klase mjerenja strujnog transformatora definirane su brojem koji predstavlja maksimalnu dozvoljenu procentualnu grešku pri nazivnoj struji. Manji broj označava veći stepen preciznosti.

• Razred 1:Pogodno za opšte mjerenje na panelima gdje visoka preciznost nije kritična.
• Klasa 0.5:Koristi se za komercijalne i industrijske aplikacije naplate.
• Klasa 0.2:Potrebno za visokoprecizno mjerenje prihoda.

Neke klase uključuju slovo 'S'. Oznaka 'S' u IEC klasama mjernog strujnog transformatora, kao što su 0,2S i 0,5S, označava visoku tačnost. Ova posebna klasifikacija se uglavnom koristi u primjenama tarifnog mjerenja gdje su precizna mjerenja kritična, posebno na donjoj granici raspona struje.

Tumačenje CT klasa zaštite (npr. 5P10, 10P20)

Klase zaštite CT koriste trodijelni kod koji opisuje njihovo ponašanje tokom kvara. Uobičajen primjer je5P10.

Razlaganje 5P10 koda:

• 5Ovaj prvi broj predstavlja maksimalnu složenu grešku u procentima (5%) na granici tačnosti.
• PSlovo 'P' u klasifikaciji kao što je 5P10 označava 'klasu zaštite'. Ovo ukazuje na to da je strujni transformator prvenstveno dizajniran za primjenu u zaštitnim relejima, a ne za precizno mjerenje.
• 10Ovaj posljednji broj je faktor ograničenja tačnosti (ALF). To znači da će strujni transformator održati svoju specificiranu tačnost do struje kratkog spoja koja je 10 puta veća od njegove nominalne vrijednosti.

Slično tome, a10P20Klasa CT ima granicu složene greške od 10% i faktor granice tačnosti od20U oznaci kao što je 10P20, broj '20' označava faktor granice tačnosti. Ovaj faktor pokazuje da će greška transformatora ostati unutar prihvatljivih granica kada je struja 20 puta veća od nazivne vrijednosti. Ova sposobnost je ključna za osiguranje ispravnog funkcionisanja zaštitnih releja tokom teških uslova kratkog spoja.

Vodič za primjenu: Usklađivanje CT-a sa zadatkom

Odabir odgovarajućeg strujnog transformatora nije stvar preferencije, već zahtjev koji diktira primjena. Mjerni strujni transformator pruža preciznost potrebnu za finansijske transakcije, dok zaštitni strujni transformator pruža pouzdanost potrebnu za sigurnost imovine. Razumijevanje gdje primijeniti svaki tip je fundamentalno za dobar dizajn i rad električnog sistema.

Kada koristiti CT za mjerenje

Inženjeri bi trebali koristiti mjerni strujni transformator (CT) u svakoj primjeni gdje je precizno praćenje potrošnje električne energije primarni cilj. Ovi uređaji su osnova preciznog fakturiranja i upravljanja energijom. Njihov dizajn daje prioritet visokoj tačnosti pod normalnim uslovima opterećenja.

Ključne primjene mjernih CT-ova uključuju:

• Mjerenje prihoda i tarifaKomunalna preduzeća koriste visokoprecizne strujne transformatore (npr. klase 0.2S, 0.5S) za naplatu stambenim, komercijalnim i industrijskim korisnicima. Tačnost osigurava poštene i ispravne finansijske transakcije.
• Sistemi za upravljanje energijom (EMS)Objekti koriste ove CT-ove za praćenje potrošnje energije u različitim odjeljenjima ili dijelovima opreme. Ovi podaci pomažu u identifikaciji neefikasnosti i optimizaciji korištenja energije.
• Analiza kvalitete električne energijeAnalizatori kvalitete električne energije zahtijevaju precizne ulazne podatke za dijagnosticiranje problema poput harmonika i padova napona. Za ova mjerenja, posebno u sistemima srednjeg napona, frekventni odziv mjernog transformatora je ključan. Modernim analizatorima mogu biti potrebni pouzdani podaci.do 9 kHz, što zahtijeva frekventno optimizirane transformatore za snimanje punog harmonijskog spektra.

Napomena o odabiru:Prilikom odabira CT-a za mjerač snage ili analizator, nekoliko faktora je ključno.

• Kompatibilnost izlazaIzlaz strujnog transformatora (npr. 333mV, 5A) mora odgovarati ulaznim zahtjevima brojila.
• Veličina opterećenjaRaspon amperaže strujnog transformatora treba da bude usklađen sa očekivanim opterećenjem kako bi se održala tačnost.
• Fizička spremnostCT mora fizički odgovarati provodniku. Fleksibilne Rogowski zavojnice su praktično rješenje za velike sabirnice ili uske prostore.
• TačnostZa naplatu, standardna tačnost od 0,5% ili bolja je. Za opći nadzor, 1% može biti dovoljno.

Kada koristiti zaštitni CT

Inženjeri moraju koristiti zaštitni strujni transformator (CT) gdje god je primarni cilj zaštita osoblja i opreme od prekomjernih struja i kvarova. Ovi strujni transformatori su dizajnirani da ostanu operativni tokom ekstremnih električnih događaja, pružajući pouzdan signal zaštitnom releju.

Uobičajene primjene zaštitnih CT-ova uključuju:

• Zaštita od prekostruje i zemljospojaOvi strujni transformatori dovode signale do releja (kao što je ANSI Device 50/51) koji detektuju fazne ili uzemljene kvarove. Relej zatim isključuje prekidač kako bi izolovao kvar. U srednjenaponskim razvodnim uređajima, korištenje namjenskogCT nulte sekvenceza zaštitu od uzemljenja se često preporučuje umjesto preostale vezetrofazni strujni transformatoriPreostala veza može dovesti do lažnih isključenja zbog nejednakog zasićenja tokom pokretanja motora ili faznih kvarova.
• Diferencijalna zaštitaOva shema štiti glavnu imovinu poput transformatora i generatora upoređivanjem struja koje ulaze i izlaze iz zaštićene zone. Zahtijeva usklađene setove zaštitnih strujnih transformatora.Moderni digitalni relejimože kompenzirati različite CT veze (Wye ili Delta) i fazne pomake putem softverskih postavki, nudeći značajnu fleksibilnost u ovim složenim shemama.
• Zaštita od udaljenostiKoristi se u dalekovodima i ova shema se oslanja na zaštitne strujne transformatore (CT) za mjerenje impedanse kvara. Zasićenje CT-a može iskriviti ovo mjerenje, uzrokujući da relej pogrešno procijeni lokaciju kvara. Stoga CT mora biti dizajniran tako da izbjegne zasićenje tokom trajanja mjerenja.

Prema ANSI C57.13, standardni zaštitni strujni transformator mora izdržati do20 putanjegovu nazivnu struju tokom kvara. Ovo osigurava da može isporučiti upotrebljiv signal releju kada je to najvažnije.

Visoka cijena pogrešnog odabira

Korištenje pogrešnog tipa strujnog transformatora (CT) je kritična greška s ozbiljnim posljedicama. Funkcionalne razlike između mjernih i zaštitnih strujnih transformatora nisu zamjenjive, a neusklađenost može dovesti do opasnih i skupih ishoda.

• Korištenje mjernog CT-a za zaštituOvo je najopasnija greška. Mjerni strujni transformator (CT) je dizajniran da se zasiti pri malim prekomjernim strujama kako bi zaštitio brojilo. Tokom većeg kvara, zasitit će se gotovo trenutno. Zasićeni strujni transformator neće uspjeti reproducirati visoku struju kvara, a zaštitni relej neće prepoznati stvarnu magnitudu događaja. To može dovesti do odgođenog isključenja ili potpunog kvara, što rezultira katastrofalnim oštećenjem opreme, požarom i rizikom za osoblje. Na primjer, zasićenje strujnog transformatora može uzrokovati da se diferencijalni zaštitni relej transformatora zasiti.loše funkcionirati, što dovodi do neželjenog isključenja tokom vanjskog kvara.
• Korištenje zaštitnog CT-a za mjerenjeOvaj izbor dovodi do finansijske netačnosti. Zaštitni strujni transformator nije dizajniran za preciznost pri normalnim radnim strujama. Njegova klasa tačnosti (npr. 5P10) garantuje performanse pri visokim višekratnicima svoje nazivne struje, a ne na donjem kraju skale gdje većina sistema radi. Korištenje za naplatu bilo bi kao mjerenje zrna pijeska metrom. Rezultirajući računi za energiju bili bi netačni, što bi dovelo do gubitka prihoda za komunalno preduzeće ili prekomjernog naplaćivanja za potrošača.

Scenarij kritičnog kvara:U shemama distantne zaštite, zasićenje strujnog transformatora uzrokuje da relej mjeriveća impedancijanego stvarna vrijednost. Ovo efektivno skraćuje zaštitni doseg releja. Kvar koji bi trebao biti odmah otklonjen može se smatrati udaljenijim kvarom, što uzrokuje odgođeno isključenje. Ovo kašnjenje produžava opterećenje električnog sistema i povećava potencijal za široko rasprostranjenu štetu.

U konačnici, cijena pogrešnog odabira strujnog transformatora daleko prevazilazi cijenu same komponente. Manifestira se uništavanjem opreme, zastojem u radu, netačnim finansijskim evidencijama i ugroženom sigurnošću.

Može li jedan CT služiti i za mjerenje i za zaštitu?

Iako mjerni i zaštitni strujni transformatori imaju različite dizajne, inženjerima je ponekad potreban jedan uređaj za obavljanje obje funkcije. Ova potreba dovela je do razvoja specijaliziranih transformatora dvojne namjene, ali oni dolaze sa specifičnim kompromisima.

CT dvostruke namjene (klasa X)

Posebna kategorija, poznata kaoStrujni transformator klase X ili klase PS, mogu služiti i za mjerenje i za zaštitu. Ovi uređaji nisu definirani standardnim klasama tačnosti poput 5P10. Umjesto toga, njihove performanse su određene skupom ključnih parametara koje inženjer koristi za provjeru njihove prikladnosti za određenu shemu zaštite.

Prema IEC standardima, performanse CT-a klase X definirane su sa:

• Nazivna primarna struja
• Omjer okretaja
• Napon tačke pregiba (KPV)
• Struja magnetiziranja pri navedenom naponu
• Otpor sekundarnog namotaja na 75°C

Ove karakteristike omogućavaju uređaju da ponudi visoku tačnost mjerenja u normalnim uslovima, a istovremeno pruža predvidljiv napon prelomne tačke za pouzdan rad releja tokom kvarova. Često se koriste u šemama diferencijalne zaštite visoke impedance gdje performanse moraju biti precizno poznate.

Praktična ograničenja i kompromisi

Uprkos postojanju strujnih transformatora klase X, često se izbjegava korištenje jednog uređaja za mjerenje i zaštitu. Ove dvije funkcije imaju fundamentalno suprotstavljene zahtjeve.

Mjerni strujni transformator je dizajniran da se rano zasiti kako bi zaštitio osjetljiva brojila.Zaštitni CT je dizajniranda se odupre zasićenju kako bi se osiguralo da relej može detektovati kvar. CT sa dvostrukom namjenom mora napraviti kompromis između ova dva suprotstavljena cilja.

Ovaj kompromis znači da strujni transformator s dvostrukom namjenom možda neće obavljati nijedan zadatak jednako dobro kao namjenska jedinica. Dizajn postaje složeniji i skuplji. Za većinu primjena, instaliranje dva odvojena, specijalizirana strujna transformatora - jednog za mjerenje i jednog za zaštitu - pouzdanije je i isplativije rješenje. Ovaj pristup osigurava da oba...sistem naplatei sigurnosni sistem funkcioniše bez kompromisa.

---

Izbor izmeđustrujni transformatori za mjerenje i zaštituje jasna odluka zasnovana na operativnom prioritetu. Jedan pruža preciznost za naplatu, dok drugi osigurava pouzdanost tokom kvara. Odabir ispravnog tipa je neizostavan za sigurnost sistema, finansijsku tačnost i dugovječnost opreme. Inženjeri moraju uvijek uporediti specifikacije strujnog transformatora sa potrebama povezanog uređaja.

Azavršna provjerauključuje:

1. Određivanje primarne strujeUskladite omjer strujnog transformatora s maksimalnim opterećenjem.
2. Izračunaj opterećenjeSumirajte opterećenje svih povezanih komponenti.
3. Provjerite klasu tačnostiOdaberite ispravnu klasu za mjerenje ili zaštitu.

Često postavljana pitanja

Šta se dešava ako sekundarno kolo strujnog transformatora ostane otvoreno?

Otvoreni sekundarni krug stvara opasan visoki napon. Primarna struja postaje struja magnetiziranja, zasićujući jezgro. Ovo stanje može uništiti strujni transformator i predstavlja ozbiljan rizik od strujnog udara.

Sigurnost na prvom mjestu:Uvijek kratko spojite sekundarne terminale prije isključivanja bilo kojeg instrumenta iz strujnog kola.

Kako inženjeri biraju ispravan omjer strujnog transformatora?

Inženjeri biraju omjer gdje je normalna maksimalna struja sistema blizu primarne nazivne struje strujnog transformatora. Ovaj izbor osigurava da strujni transformator radi unutar svog najtačnijeg raspona. Na primjer, opterećenje od 90 A dobro funkcionira sa strujnim transformatorom od 100:5 A.

Zašto je mjerni CT nesiguran za zaštitu?

Mjerni strujni transformator se brzo zasiti tokom kvara. Ne može prijaviti stvarnu struju kvara zaštitnom releju. Relej tada ne uspijeva isključiti prekidač, što dovodi do uništenja opreme i ozbiljnih sigurnosnih rizika.

Može li jedan strujni transformator služiti i za mjerenje i za zaštitu?

Specijalni strujni transformatori klase X mogu služiti obje uloge, ali njihov dizajn predstavlja kompromis. Za optimalnu sigurnost i tačnost, inženjeri obično instaliraju dva odvojena, namjenska strujna transformatora - jedan za mjerenje, a drugi za zaštitu.