Az áramváltók gyakorlati összehasonlítása mérés és védelem céljából

Védelmi CT pontosságA védelmi áramváltó pontossága nem a precíziós számlázásról szól, hanem a hiba esetén kiszámítható teljesítményről. Pontosságát a névleges áram meghatározott többszörösénél mért „összetett hiba” határozza meg. Egy gyakori védelmi osztály a5P10.Ez a megnevezés a következőképpen oszlik meg:

• 5Az összetett hiba a pontossági határértéknél nem haladhatja meg az 5%-ot.
• PEz a betű CT védelmi osztályúként jelöli.
• 10Ez a pontossági határtényező (ALF). Ez azt jelenti, hogy az áramváltó a névleges primer áramának tízszereséig megőrzi a megadott pontosságát.

Röviden, egy 5P10 CT garantálja, hogy amikor a primer áram tízszerese a normál névleges áramnak, a relének küldött jel továbbra is az ideális érték 5%-án belül marad, biztosítva, hogy a relé helyes kioldási döntést hozzon.

Teherbírás és VA besorolás

Tehera CT szekunder kivezetéseire csatlakoztatott teljes elektromos terhelés volt-amperben (VA) vagy ohmban (Ω) mérve. A CT-hez csatlakoztatott minden eszköz és vezeték hozzájárul ehhez a terheléshez. A CT névleges terhelésének túllépése rontja a pontosságát.

A teljes teher aaz összes komponens impedanciájának összegea szekunder körben:

• A CT saját szekunder tekercsének ellenállása.
• A CT-t a készülékhez csatlakoztató vezetékek ellenállása.
• A csatlakoztatott eszköz (mérőműszer vagy relé) belső impedanciája.

A teljes teher kiszámítása:Egy mérnök a teljes terhelést a következő képlettel számíthatja ki:Teljes terhelés (Ω) = CT tekercs R (Ω) + R vezeték (Ω) + Z eszköz (Ω)Például, ha egy áramváltó szekunder tekercsének ellenállása 0,08 Ω, a csatlakozó vezetékek ellenállása 0,3 Ω, és a relé impedanciája 0,02 Ω, akkor a teljes áramkör terhelése 0,4 Ω. Ennek az értéknek kisebbnek kell lennie, mint az áramváltó névleges terhelése ahhoz, hogy megfelelően működjön.

A mérőáramváltók jellemzően alacsony VA-értékekkel rendelkeznek (pl. 2,5 VA, 5 VA), mivel nagy impedanciájú, kis fogyasztású mérőeszközökhöz csatlakoznak rövid távolságokon. A védelmi áramváltók sokkal magasabb VA-értékeket igényelnek (pl. 15 VA, 30 VA), mivel elegendő energiát kell szolgáltatniuk a védőrelé alacsonyabb impedanciájú, nagyobb fogyasztású tekercseinek működtetéséhez, gyakran sokkal hosszabb kábelszakaszokon. Az áramváltó terhelési értékének a tényleges áramkör terheléséhez való helytelen illesztése gyakori hibaforrás mind a mérési, mind a védelmi rendszerekben.

A térdfeszültség megértése

A térdfeszültség (KPV) egy kritikus paraméter, amely kizárólag a védelmi áramváltókra vonatkozik. Meghatározza az áramváltó hasznos működési tartományának felső határát, mielőtt a mag telítődni kezdene. Ez az érték elengedhetetlen ahhoz, hogy a védőrelé megbízható jelet kapjon nagyáramú zárlat esetén.

A mérnökök a KPV-t a CT gerjesztési görbéjéből határozzák meg, amely a szekunder gerjesztőfeszültséget a szekunder gerjesztőáram függvényében ábrázolja. A „térd” az a pont ezen a görbén, ahol a mag mágneses tulajdonságai drámaian megváltoznak.

AIEEE C57.13 szabványpontos definíciót ad erre a pontra. Egy nem réses maggal rendelkező CT esetében a könyökpont az, ahol a görbére mutató érintő 45 fokos szöget zár be a vízszintes tengellyel. Egy réses maggal rendelkező CT esetében ez a szög 30 fok. Ez a konkrét pont jelzi a telítés kezdetét.

Amikor egy áramváltó a törésponti feszültsége alatt működik, a magja lineáris mágneses állapotban van. Ez lehetővé teszi számára, hogy pontosan reprodukálja a csatlakoztatott relé zárlati áramát. Azonban, amint a szekunder feszültség meghaladja a KPV-t, a mag telítési állapotba kerül. A telítést, amelyet gyakran a nagy váltakozó áramok és az egyenáramú eltolódások okoznak zárlat esetén, az áramváltók...a mágnesező impedancia jelentősen csökkenA transzformátor már nem tudja hűen visszaverni a primer áramot a szekunder oldalára.

A KPV és a védelem megbízhatósága közötti kapcsolat közvetlen és döntő fontosságú:

• Térd alatti pont:A CT-mag lineárisan működik. A védőrelének pontos képet ad a zárlati áramról.
• Térd feletti pont:A mag telítődik. Ez a mágnesező áram jelentős növekedéséhez és nemlineáris működéshez vezet, ami azt jelenti, hogy az áramváltó már nem tükrözi pontosan a valódi zárlati áramot.
• Relé működése:A védőreléknek pontos jelre van szükségük a megfelelő működéshez. Ha egy áramváltó (CT) telítődik, mielőtt a relé döntést hozhatna, előfordulhat, hogy a relé nem érzékeli a hiba valódi nagyságát, ami késleltetett kioldáshoz vagy a működés teljes leállásához vezethet.
• Rendszerbiztonság:Ezért a CT törési feszültségének kellően magasabbnak kell lennie, mint a zárlat esetén várható maximális szekunder feszültség. Ez biztosítja, hogy a relé megbízható jelet kapjon a drága berendezések védelme érdekében.

A mérnökök kiszámítják a szükséges KPV-t, hogy a CT a legrosszabb hibahelyzet esetén is telítetlen maradjon. A számítás egyszerűsített képlete a következő:

Szükséges KPV ≥ Ha × (Rct + Rb)

Ahol:

• If= Maximális másodlagos hibaáram (amper)
• Rct= CT szekunder tekercs ellenállása (ohm)
• Rb= A relé, a vezetékezés és a csatlakozások teljes terhelése (ohm)

Végső soron a térdfeszültség a védelmi áramváltó (CT) biztonsági funkciójának extrém elektromos terhelés alatti ellátására való képességének elsődleges mutatója.

Az áramváltó adattáblájának megnevezésének dekódolása

Az áramváltó adattáblája egy tömör kódot tartalmaz, amely meghatározza a teljesítményképességeit. Ez az alfanumerikus jelölés egy rövidített nyelv a mérnökök számára, amely meghatározza az alkatrész pontosságát, alkalmazását és működési korlátait. Ezen kódok megértése elengedhetetlen a megfelelő eszköz kiválasztásához.

Mérési CT osztályok értelmezése (pl. 0,2, 0,5S, 1)

A mérési CT-osztályokat egy szám határozza meg, amely a névleges áramnál megengedett maximális százalékos hibát jelöli. A kisebb szám nagyobb pontosságot jelöl.

• 1. osztály:Általános panelméréshez alkalmas, ahol a nagy pontosság nem kritikus fontosságú.
• 0.5 osztály:Kereskedelmi és ipari számlázási alkalmazásokhoz használják.
• 0.2 osztály:Nagy pontosságú bevételméréshez szükséges.

Néhány osztály tartalmazza az „S” betűt. Az IEC mérési CT-osztályokban az „S” jelölés, mint például a 0,2S és a 0,5S, nagy pontosságot jelent. Ezt a besorolást általában tarifális mérési alkalmazásokban alkalmazzák, ahol a pontos mérések kritikusak, különösen az áramtartomány alsó végén.

Védelmi CT osztályok tolmácsolása (pl. 5P10, 10P20)

A védelmi áramváltó osztályok egy háromrészes kódot használnak, amely leírja a viselkedésüket hiba esetén. Egy gyakori példa:5P10.

Az 5P10 kód lebontása:

• 5Ez az első szám a maximális összetett hiba százalékban (5%) a pontossági határnál.
• PAz olyan osztályozásokban, mint az 5P10, a „P” betű a „védelmi osztályt” jelöli. Ez azt jelzi, hogy az áramváltót elsősorban védőrelékhez tervezték, nem pedig precíz méréshez.
• 10Ez az utolsó szám a pontossági határtényező (ALF). Ez azt jelenti, hogy az áramváltó a névleges értékének tízszereséig megőrzi a megadott pontosságát.

Hasonlóképpen, egy10P20A CT osztályú kompozit hibahatár 10%, pontossági határtényezője pedig20Egy olyan jelölésben, mint a 10P20, a „20” szám a pontossági határtényezőt jelöli. Ez a tényező azt jelzi, hogy a transzformátor hibája az elfogadható határokon belül marad, ha az áram a névleges értékének 20-szorosa. Ez a képesség kulcsfontosságú annak biztosításához, hogy a védőrelék megfelelően működjenek súlyos rövidzárlati körülmények között.

Alkalmazási útmutató: A CT feladathoz illesztése

A megfelelő áramváltó kiválasztása nem preferencia kérdése, hanem az alkalmazás által diktált követelmény. A mérőáramváltó biztosítja a pénzügyi tranzakciókhoz szükséges pontosságot, míg a védelmi áramváltó az eszközök biztonságához szükséges megbízhatóságot. Az egyes típusok alkalmazási helyének ismerete alapvető fontosságú a villamos rendszerek megfelelő tervezéséhez és üzemeltetéséhez.

Mikor használjunk mérő CT-t?

A mérnököknek mérő CT-t kell használniuk minden olyan alkalmazásban, ahol az elektromos fogyasztás pontos nyomon követése az elsődleges cél. Ezek az eszközök a pontos számlázás és energiagazdálkodás alapját képezik. Tervezésük a normál terhelési körülmények között mért nagy pontosságot helyezi előtérbe.

A mérő CT-k főbb alkalmazásai a következők:

• Bevétel- és tarifamérésA közművek nagy pontosságú áramváltókat (pl. 0.2S, 0.5S osztályú) használnak lakossági, kereskedelmi és ipari ügyfelek számlázásához. A pontosság biztosítja a tisztességes és helyes pénzügyi tranzakciókat.
• Energiagazdálkodási rendszerek (EMS)Az intézmények ezeket a CT-ket használják az energiafogyasztás monitorozására a különböző részlegek vagy berendezések esetében. Ezek az adatok segítenek azonosítani a hatékonyság hiányosságait és optimalizálni az energiafelhasználást.
• Energiaminőség-elemzésA teljesítményminőség-analizátoroknak pontos bemeneti adatokra van szükségük olyan problémák diagnosztizálásához, mint a harmonikusok és a feszültségesések. Ezeknél a méréseknél, különösen középfeszültségű rendszereknél, a műszertranszformátor frekvenciaátvitele kritikus fontosságú. A modern analizátoroknak megbízható adatokra lehet szükségük.akár 9 kHz-ig, frekvenciaoptimalizált transzformátorokat igényelve a teljes harmonikus spektrum rögzítésére.

Megjegyzés a kiválasztáshoz:Teljesítménymérőhöz vagy analizátorhoz való CT kiválasztásakor számos tényezőt kell figyelembe venni.

• Kimeneti kompatibilitásA CT kimenetének (pl. 333 mV, 5 A) meg kell egyeznie a mérő bemeneti követelményeivel.
• Töltet méreteA pontosság megőrzése érdekében a CT áramerősség-tartományának összhangban kell lennie a várható terheléssel.
• Fizikai alkalmasságAz áramváltónak fizikailag illeszkednie kell a vezető köré. A rugalmas Rogowski-tekercsek praktikus megoldást jelentenek nagy gyűjtősínek vagy szűk helyek esetén.
• PontosságSzámlázáshoz a 0,5%-os vagy annál jobb pontosság az alapértelmezett. Általános monitorozáshoz az 1% elegendő lehet.

Mikor kell védő CT-t használni?

A mérnököknek védőáramú áramváltót (CT) kell használniuk minden olyan helyen, ahol az elsődleges cél a személyzet és a berendezések túláramok és hibák elleni védelme. Ezeket az áramváltókat úgy tervezték, hogy szélsőséges elektromos események esetén is működőképesek maradjanak, megbízható jelet biztosítva a védőrelének.

A védelmi CT-k gyakori alkalmazásai a következők:

• Túláram- és földzárlatvédelemEzek az áramváltók jeleket továbbítanak relékhez (mint például az ANSI 50/51-es eszköz), amelyek fázis- vagy földzárlati hibákat észlelnek. A relé ezután kiold egy megszakítót, hogy izolálja a hibát. Középfeszültségű kapcsolóberendezésekben egy erre a célra szolgálónulla szekvenciájú CTföldzárlatvédelem esetén gyakran ajánlott a maradékcsatlakozás helyettháromfázisú CT-kA maradék csatlakozás téves kioldásokhoz vezethet a motorindítás során fellépő egyenlőtlen telítés vagy fázishibák miatt.
• DifferenciálvédelemEz a rendszer a védett zónába belépő és onnan kilépő áramok összehasonlításával védi a nagyobb eszközöket, például a transzformátorokat és a generátorokat. Ehhez illesztett védelmi áramváltókra van szükség.Modern digitális relékszoftverbeállításokon keresztül képes kompenzálni a különböző CT-csatlakozásokat (csillag vagy delta) és fáziseltolódásokat, jelentős rugalmasságot biztosítva ezekben az összetett sémákban.
• TávolságvédelemAz átviteli vezetékekben használt rendszer védelmi áramváltókra (CT) támaszkodik a hiba impedanciájának mérésére. Az áramváltó telítettsége torzíthatja ezt a mérést, aminek következtében a relé rosszul ítéli meg a hiba helyét. Ezért az áramváltót úgy kell megtervezni, hogy a mérés időtartama alatt elkerülje a telítettséget.

Az ANSI C57.13 szabvány szerint egy szabványos védőáramkörű áramváltónak el kell viselnie a következőket:20 alkalommalnévleges áramát hiba esetén. Ez biztosítja, hogy használható jelet tudjon küldeni a relének, amikor az a leginkább számít.

A helytelen választás magas költsége

A rossz típusú áramváltó használata kritikus hiba, súlyos következményekkel. A mérő- és védelmi áramváltók közötti funkcionális különbségek nem felcserélhetők, és az eltérés veszélyes és költséges eredményekhez vezethet.

• Mérő CT használata védelemhezEz a legveszélyesebb hiba. A mérőáramváltó úgy van kialakítva, hogy alacsony túláramok esetén telítődjön a mérő védelme érdekében. Nagyobb hiba esetén szinte azonnal telítődik. A telített áramváltó nem tudja reprodukálni a nagy zárlati áramot, és a védőrelé nem érzékeli az esemény valódi nagyságát. Ez késleltetett kioldáshoz vagy a működés teljes leállásához vezethet, ami katasztrofális berendezéskárosodást, tüzet és személyi sérülést okozhat. Például a áramváltó telítődése a transzformátor differenciálvédelmi reléjének leállását okozhatja.rosszul működik, ami külső hiba esetén nem kívánt kioldáshoz vezethet.
• Védő CT használata méréshezEz a választás pénzügyi pontatlansághoz vezet. A védelmi áramváltót nem normál üzemi áramok melletti pontosságra tervezték. Pontossági osztálya (pl. 5P10) a névleges értékének magas többszörösein garantálja a teljesítményt, nem pedig a skála alsó végén, ahol a legtöbb rendszer működik. Számlázáshoz használni olyan lenne, mintha egy homokszemet mérnénk egy mércével. Az így létrejövő energiaszámlák pontatlanok lennének, ami bevételkieséshez vezethet a szolgáltatónak, vagy túlszámlázáshoz a fogyasztónak.

Kritikus hiba forgatókönyv:Távolságvédelmi rendszerekben a CT telítése a relé mérését okozza.nagyobb impedanciamint a tényleges érték. Ez gyakorlatilag lerövidíti a relé védelmi hatótávolságát. Egy olyan hibát, amelyet azonnal el kellene hárítani, távolabbi hibának tekinthetünk, ami késleltetett kioldást okozhat. Ez a késleltetés meghosszabbítja az elektromos rendszer terhelését, és növeli a széleskörű károsodás lehetőségét.

Végső soron a helytelen CT-választás költsége messze meghaladja magának az alkatrésznek az árát. Berendezések károsodásában, üzemleállásban, pontatlan pénzügyi nyilvántartásokban és a biztonság veszélyeztetésében nyilvánul meg.

Lehet egyetlen CT mérésre és védelemre is alkalmas?

Bár a mérő- és védelmi áramváltók eltérő kialakításúak, a mérnököknek néha egyetlen eszközre van szükségük mindkét funkció ellátásához. Ez az igény speciális, kettős célú transzformátorok kifejlesztéséhez vezetett, de ezekhez sajátos kompromisszumokra van szükség.

A kettős célú (X osztályú) CT

Egy különleges kategória, az ún.X osztályú vagy PS osztályú áramváltó, mind mérési, mind védelmi szerepet betölthetnek. Ezeket az eszközöket nem szabványos pontossági osztályok határozzák meg, mint például az 5P10. Ehelyett a teljesítményüket egy kulcsfontosságú paraméterkészlet határozza meg, amelyet a mérnök egy adott védelmi sémához való alkalmasságuk ellenőrzésére használ.

Az IEC szabványok szerint, az X osztályú CT teljesítményét a következő határozza meg:

• Névleges primer áram
• Fordulatszám arány
• Könyökponti feszültség (KPV)
• Mágnesező áram a megadott feszültségen
• Szekunder tekercs ellenállása 75°C-on

Ezek a jellemzők lehetővé teszik, hogy az eszköz nagy pontosságú mérést biztosítson normál körülmények között, miközben kiszámítható törési feszültséget biztosít a relé megbízható működéséhez hibák esetén. Gyakran használják őket nagy impedanciájú differenciálvédelmi rendszerekben, ahol a teljesítményt pontosan ismerni kell.

Gyakorlati korlátok és kompromisszumok

Az X osztályú áramváltók létezése ellenére gyakran kerülik egyetlen eszköz használatát a méréshez és a védelemhez. A két funkció alapvetően ellentmondó követelményekkel rendelkezik.

A mérőáramköri áramváltó (CT) úgy van kialakítva, hogy korán telítődjön az érzékeny mérők védelme érdekében.A védelmi CT-t úgy tervezték,hogy ellenálljon a telítésnek, és biztosítsa a relé számára a hiba észlelését. Egy kettős célú áramváltónak kompromisszumot kell kötnie e két ellentétes cél között.

Ez a kompromisszum azt jelenti, hogy egy kettős célú áramváltó (CT) nem feltétlenül látja el mindkét feladatot olyan jól egy erre a célra szolgáló egység. A kialakítás bonyolultabbá és drágábbá válik. A legtöbb alkalmazás esetében két különálló, speciális áramváltó – egy a méréshez és egy a védelemhez – telepítése a megbízhatóbb és költséghatékonyabb megoldás. Ez a megközelítés biztosítja, hogy mind aszámlázási rendszerés a biztonsági rendszer kompromisszumok nélkül működik.

---

A választás a következők között:mérési és védelmi CT-kegy egyértelmű döntés, amely a működési prioritáson alapul. Az egyik a számlázás pontosságát biztosítja, míg a másik a megbízhatóságot biztosítja hiba esetén. A megfelelő típus kiválasztása nem képezheti vita tárgyát a rendszerbiztonság, a pénzügyi pontosság és a berendezések hosszú élettartama szempontjából. A mérnököknek mindig össze kell vetniük az áramváltó specifikációit a csatlakoztatott eszköz igényeivel.

Egyvégső ellenőrzőlistatartalmazza:

1. Elsődleges áram meghatározása: Igazítsa a CT-áttételt a maximális terheléshez.
2. Terhelés kiszámítása: Adja össze az összes csatlakoztatott komponens terhelését.
3. Pontossági osztály ellenőrzése: Válassza ki a megfelelő osztályt a méréshez vagy védelemhez.

GYIK

Mi történik, ha egy áramváltó szekunder áramköre nyitva marad?

Egy nyitott szekunder áramkör veszélyesen magas feszültséget hoz létre. A primer áram mágnesező árammá válik, telítve a magot. Ez az állapot tönkreteheti az áramváltót, és komoly áramütési kockázatot jelent.

Biztonság az első:Mindig zárja rövidre a szekunder kivezetéseket, mielőtt bármilyen műszert leválaszt az áramkörről.

Hogyan választják ki a mérnökök a megfelelő CT arányt?

A mérnökök olyan arányt választanak, ahol a rendszer normál maximális árama közel van az áramváltó primer névleges áramához. Ez a választás biztosítja, hogy az áramváltó a legpontosabb tartományon belül működjön. Például egy 90 A-es terhelés jól működik egy 100:5 A-es áramváltóval.

Miért nem biztonságos a mérő CT védelem szempontjából?

Egy mérőáramköri áramváltó (CT) hiba esetén gyorsan telítődik. Nem tudja jelenteni a valódi zárlati áramot a védőrelének. A relé ezután nem oldja ki a megszakítót, ami a berendezés károsodásához és súlyos biztonsági kockázatokhoz vezet.

Lehet egyetlen CT egyszerre mérési és védelmi funkciót is ellátni?

A speciális X osztályú áramváltók mindkét szerepet betölthetik, de a kialakításuk kompromisszumot igényel. Az optimális biztonság és pontosság érdekében a mérnökök jellemzően két különálló, dedikált áramváltót szerelnek be – egyet a méréshez, egyet pedig a védelemhez.