Практична споредба на струјни трансформатори за мерење наспроти заштита

Заштита на CT ТочностТочноста на заштитниот CT не е за прецизно фактурирање, туку за предвидливи перформанси за време на дефект. Неговата точност е дефинирана со „композитна грешка“ при одреден множител од нејзината номинална струја. Вообичаена класа на заштита е5P10.Оваа ознака се распаѓа на следниов начин:

• 5Композитната грешка нема да надмине 5% при границата на точност.
• PОваа буква го означува како класа на заштита CT.
• 10Ова е граничен фактор на точност (ALF). Тоа значи дека трансформаторот ќе ја одржи својата специфицирана точност до 10 пати поголема од неговата номинална примарна струја.

Накратко, 5P10 СТ гарантира дека кога примарната струја е 10 пати поголема од нејзината нормална номинална вредност, сигналот испратен до релето е сè уште во рамките на 5% од идеалната вредност, осигурувајќи дека релето донесува правилна одлука за исклучување.

Оценка на оптоварување и VA

Товаре вкупното електрично оптоварување поврзано со секундарните терминали на трансформаторот, мерено во волт-ампери (VA) или оми (Ω). Секој уред и жица поврзани на трансформаторот придонесува за ова оптоварување. Надминувањето на номиналното оптоварување на трансформаторот ќе ја намали неговата точност.

Вкупниот товар езбир од импедансите на сите компонентиво секундарното коло:

• Отпорност на сопствената секундарна намотка на трансформаторот.
• Отпорноста на водните жици што го поврзуваат трансформаторот со уредот.
• Внатрешната импеданса на поврзаниот уред (метар или реле).

Пресметување на вкупниот товар:Инженерот може да го пресмета вкупниот товар користејќи ја формулата:Вкупно оптоварување (Ω) = CT Намотување R (Ω) + Жица R (Ω) + Уред Z (Ω)На пример, ако отпорот на секундарната намотка на трансформаторот е 0,08 Ω, приклучните жици имаат отпор од 0,3 Ω, а релето има импеданса од 0,02 Ω, вкупното оптоварување на колото е 0,4 Ω. Оваа вредност мора да биде помала од номиналното оптоварување на трансформаторот за да работи правилно.

Мерните трансформатори обично имаат ниски VA номинални вредности (на пр., 2,5 VA, 5 VA) бидејќи се поврзуваат со мерни уреди со висока импеданса и ниска потрошувачка на кратки растојанија. Заштитните трансформатори бараат многу повисоки VA номинални вредности (на пр., 15 VA, 30 VA) бидејќи мора да обезбедат доволно енергија за да ги работат намотките со помала импеданса и поголема потрошувачка на заштитното реле, честопати преку многу подолги кабли. Неправилното споредување на номиналната вредност на оптоварувањето на трансформаторот со вистинското оптоварување на колото е чест извор на грешки и во шемите за мерење и во шемите за заштита.

Разбирање на напонот на точката на коленото

Напонот во точката на коленото (KPV) е критичен параметар ексклузивен за заштитните СТ. Тој ја дефинира горната граница на корисниот работен опсег на СТ пред неговото јадро да почне да се заситува. Оваа вредност е од суштинско значење за да се обезбеди заштитното реле да прими сигурен сигнал за време на дефект со висока струја.

Инженерите го одредуваат KPV од кривата на возбудување на СТ, која го прикажува секундарниот возбуден напон во однос на секундарната возбудна струја. „Коленото“ е точката на оваа крива каде што магнетните својства на јадрото драматично се менуваат.

НаIEEE C57.13 стандарддава прецизна дефиниција за оваа точка. За компјутерски томографски скен без празнина, точката на коленото е местото каде што тангентата на кривата формира агол од 45 степени со хоризонталната оска. За компјутерски скен со празнина, овој агол е 30 степени. Оваа специфична точка го означува почетокот на сатурација.

Кога струјниот трансформатор работи под напонот на точката на колено, неговото јадро е во линеарна магнетна состојба. Ова му овозможува прецизно да ја репродуцира струјата на дефект за поврзаното реле. Меѓутоа, откако секундарниот напон ќе го надмине KPV, јадрото влегува во состојба на сатурација. Заситеноста, често предизвикана од големи AC струи и DC поместувања за време на дефект, предизвикува стрес на струјниот трансформатор.магнетизирачката импеданса значително да се намалиТрансформаторот повеќе не може верно да ја одразува примарната струја на својата секундарна страна.

Врската помеѓу KPV и сигурноста на заштитата е директна и клучна:

• Под точката на коленото:Јадрото на СТ работи линеарно. Тоа обезбедува точна претстава на струјата на грешка до заштитното реле.
• Над точката на коленото:Јадрото се заситува. Ова води до големо зголемување на магнетизирачката струја и нелинеарно работење, што значи дека трансформаторскиот трансформатор повеќе не ја одразува точно вистинската струја на дефект.
• Работа на релето:Заштитните релеи имаат потреба од точен сигнал за правилно работење. Ако трансформаторот се засити пред релето да може да донесе одлука, релето може да не успее да ја детектира вистинската големина на дефектот, што доведува до одложено исклучување или целосен дефект во работењето.
• Безбедност на системот:Затоа, напонот во точката на колено на трансформаторот мора да биде доволно повисок од максималниот секундарен напон што се очекува за време на дефект. Ова осигурува дека релето прима сигурен сигнал за заштита на скапа опрема.

Инженерите ја пресметуваат потребната KPV за да се осигурат дека CT останува незаситен во најлошите услови на дефект. Поедноставена формула за оваа пресметка е:

Потребен KPV ≥ Ако × (Rct + Rb)

Каде:

• If= Максимална секундарна струја на грешка (ампери)
• Rct= Отпорност на секундарната намотка на CT (Оми)
• Rb= Вкупно оптоварување на релето, жиците и врските (Оми)

На крајот на краиштата, напонот во точката на коленото служи како примарен индикатор за способноста на заштитниот трансформатор да ја извршува својата безбедносна функција под екстремен електричен стрес.

Декодирање на ознаките на плочката со имиња на струјниот трансформатор

Именската плочка на струјниот трансформатор содржи компактен код што ги дефинира неговите перформанси. Оваа алфанумеричка ознака е скратен јазик за инженерите, кој ги специфицира точноста, примената и оперативните ограничувања на компонентата. Разбирањето на овие кодови е од суштинско значење за избор на точниот уред.

Интерпретација на класи на мерење на CT (на пр., 0,2, 0,5S, 1)

Класите на мерење на CT се дефинирани со број што ја претставува максималната дозволена процентуална грешка при номиналната струја. Помал број означува повисок степен на прецизност.

• Класа 1:Погодно за општо мерење на панели каде што високата прецизност не е критична.
• Класа 0.5:Се користи за комерцијални и индустриски апликации за фактурирање.
• Класа 0.2:Потребно за мерење на приходите со висока прецизност.

Некои класи ја вклучуваат буквата „S“. Ознаката „S“ во IEC класите на мерни CT, како што се 0,2S и 0,5S, означува висока точност. Оваа посебна класификација генерално се користи во апликации за мерење на тарифи каде што прецизните мерења се критични, особено на долниот крај од опсегот на струја.

Толкување на класи на заштита од CT (на пр., 5P10, 10P20)

Класите за заштита на CT користат триделен код што го опишува нивното однесување за време на дефект. Чест пример е5P10.

Разложување на кодот 5P10:

• 5Овој прв број е максималната сложена грешка во проценти (5%) при границата на точност.
• PБуквата „P“ во класификација како 5P10 означува „Класа на заштита“. Ова укажува дека трансформаторот е првенствено дизајниран за апликации за заштитно релејирање, а не за прецизно мерење.
• 10Овој последен број е Граничниот фактор на точност (ALF). Тоа значи дека трансформаторот ќе ја одржи својата специфицирана точност до струја на грешка што е 10 пати поголема од нејзината номинална вредност.

Слично на тоа,10P20класата CT има ограничување на сложена грешка од 10% и граничен фактор на точност од20Во ознака како 10P20, бројот „20“ го означува граничниот фактор на точност. Овој фактор покажува дека грешката на трансформаторот ќе остане во прифатливи граници кога струјата е 20 пати поголема од нејзината номинална вредност. Оваа можност е клучна за да се обезбеди правилно функционирање на заштитните релеи за време на тешки услови на краток спој.

Водич за апликација: Усогласување на CT со задачата

Изборот на соодветен струен трансформатор не е прашање на преференција, туку услов диктиран од апликацијата. Мерниот трансформатор на струја ја обезбедува прецизноста потребна за финансиски трансакции, додека заштитниот трансформатор ја обезбедува сигурноста потребна за безбедноста на средствата. Разбирањето каде да се примени секој тип е фундаментално за солиден дизајн и работа на електричниот систем.

Кога да се користи компјутерска томографија за мерење

Инженерите треба да користат мерен CT во секоја апликација каде што прецизното следење на потрошувачката на електрична енергија е примарна цел. Овие уреди се основа за точно фактурирање и управување со енергијата. Нивниот дизајн дава приоритет на висока точност при нормални услови на оптоварување.

Клучните примени за мерните компјутерски томови вклучуваат:

• Мерење на приходи и тарифиКомуналните претпријатија користат високопрецизни CT (на пр., класа 0.2S, 0.5S) за фактурирање на станбени, комерцијални и индустриски клиенти. Точноста обезбедува фер и точни финансиски трансакции.
• Системи за управување со енергија (EMS)Објектите ги користат овие СТ за следење на потрошувачката на енергија во различни оддели или делови од опремата. Овие податоци помагаат да се идентификуваат неефикасностите и да се оптимизира користењето на енергијата.
• Анализа на квалитетот на електричната енергијаАнализаторите на квалитет на електрична енергија бараат точни влезни податоци за да дијагностицираат проблеми како што се хармоници и падови на напонот. За овие мерења, особено во среднонапонските системи, фреквенцискиот одзив на мерниот трансформатор е клучен. Современите анализатори може да имаат потреба од сигурни податоци.до 9 kHz, барајќи трансформатори со оптимизирана фреквенција за да се опфати целиот хармоничен спектар.

Забелешка за изборот:При избор на компјутерски томограф за мерач на моќност или анализатор, неколку фактори се клучни.

• Излезна компатибилностИзлезот на трансформаторот (на пр., 333mV, 5A) мора да одговара на влезните барања на броилото.
• Големина на товарОпсегот на ампеража на трансформаторот треба да се усогласи со очекуваното оптоварување за да се одржи точноста.
• Физичка подготвеностСТ мора физички да се вклопи околу проводникот. Флексибилните намотки на Роговски се практично решение за големи собирници или тесни простори.
• ТочностЗа фактурирање, стандардна е точност од 0,5% или поголема. За општо следење, 1% може да биде доволно.

Кога да се користи заштитен компјутерски тонер

Инженерите мора да користат заштитен СТ секогаш кога примарна цел е да се заштитат персоналот и опремата од прекумерни струи и дефекти. Овие СТ се дизајнирани да останат оперативни за време на екстремни електрични настани, обезбедувајќи сигурен сигнал до заштитното реле.

Вообичаени примени за заштитни CT вклучуваат:

• Заштита од прекумерна струја и заземјувањеОвие трансформатори доставуваат сигнали до релеи (како ANSI уред 50/51) кои детектираат фазни или заземјувачки грешки. Потоа релето го активира прекинувачот за да го изолира дефектот. Во среднонапонска расклопна опрема, користејќи наменскинулта секвенца на КТза заштита од заземјување често се препорачува преку преостаната врска одтрифазни CTПреостанатата врска може да доведе до лажни испади поради нееднаква сатурација за време на стартувањето на моторот или фазни грешки.
• Диференцијална заштитаОваа шема ги заштитува големите средства како што се трансформатори и генератори со споредување на струите што влегуваат и излегуваат од заштитената зона. Потребни се соодветни сетови на заштитни трансформатори.Современи дигитални релеиможе да компензира за различни CT врски (Wye или Delta) и фазни поместувања преку софтверските поставки, нудејќи значителна флексибилност во овие сложени шеми.
• Заштита од далечинаКористена во далноводи, оваа шема се потпира на заштитни трансформатори за мерење на импедансата на дефект. Заситеноста на трансформаторот може да го наруши ова мерење, предизвикувајќи релето погрешно да ја процени локацијата на дефектот. Затоа, трансформаторот мора да биде дизајниран да избегне сатурација за време на мерењето.

Според ANSI C57.13, стандардниот заштитен СТ мора да издржи до20 патинеговата номинална струја за време на дефект. Ова осигурува дека може да достави употреблив сигнал до релето кога е најпотребно.

Високата цена на погрешен избор

Користењето на погрешен тип на CT е критична грешка со сериозни последици. Функционалните разлики помеѓу мерните и заштитните CT не се заменливи, а несовпаѓањето може да доведе до опасни и скапи исходи.

• Користење на мерна CT за заштитаОва е најопасната грешка. Мерниот СТ е дизајниран да се засити при ниски прекумерни струи за да го заштити мерачот. За време на голем дефект, тој ќе се засити речиси моментално. Заситениот СТ нема да може да ја репродуцира високата струја на дефектот, а заштитното реле нема да ја види вистинската големина на настанот. Ова може да доведе до одложено исклучување или целосен дефект во работењето, што резултира со катастрофално оштетување на опремата, пожар и ризик за персоналот. На пример, заситеноста на СТ може да предизвика реле за диференцијална заштита на трансформаторот да се засити.неправилно функционира, што доведува до несакано исклучување за време на надворешен дефект.
• Користење на заштитен CT за мерењеОвој избор води до финансиска неточност. Заштитниот СТ не е дизајниран за прецизност при нормални работни струи. Неговата класа на точност (на пр., 5P10) гарантира перформанси при високи множители од неговата номинална вредност, а не на долниот крај од скалата каде што работат повеќето системи. Неговото користење за фактурирање би било како мерење зрно песок со мерило. Резултантните сметки за енергија би биле неточни, што би довело до губење на приходи за комуналната компанија или пренаплаќање за потрошувачот.

Критично сценарио за неуспех:Во шемите за заштита од далечина, заситеноста на CT предизвикува релето да мерипоголема импедансаод вистинската вредност. Ова ефикасно го скратува заштитниот дострел на релето. Дефект што треба веднаш да се отстрани може да се смета за подалечен дефект, предизвикувајќи одложено исклучување. Ова одложување го продолжува оптоварувањето на електричниот систем и го зголемува потенцијалот за широко распространето оштетување.

На крајот на краиштата, цената на неправилниот избор на СТ оди многу подалеку од цената на самата компонента. Се манифестира во уништување на опремата, застој во работењето, неточни финансиски евиденции и нарушена безбедност.

Може ли еден CT да служи и за мерење и за заштита?

Иако мерните и заштитните трансформатори имаат различни дизајни, на инженерите понекогаш им е потребен еден уред за да ги извршуваат обете функции. Оваа потреба доведе до развој на специјализирани трансформатори со двојна намена, но тие доаѓаат со специфични компромиси.

Двојнонаменски (класа X) CT

Посебна категорија, позната какоСтруен трансформатор од класа X или PS, може да служи и за мерење и за заштита. Овие уреди не се дефинирани со стандардни класи на точност како 5P10. Наместо тоа, нивните перформанси се специфицираат со збир на клучни параметри што инженерот ги користи за да ја потврди нивната соодветност за одредена шема на заштита.

Според IEC стандардите, перформансите на CT од класа X се дефинирани со:

• Номинална примарна струја
• Сооднос на вртења
• Напон во точката на коленото (KPV)
• Струја на магнетизирање при наведениот напон
• Отпорност на секундарната намотка на 75°C

Овие карактеристики му овозможуваат на уредот да понуди висока точност за мерење под нормални услови, а воедно обезбедува и предвидлив напон на точката на колено за сигурно работење на релето за време на грешки. Тие често се користат во шеми за диференцијална заштита со висока импеданса каде што перформансите мора прецизно да се знаат.

Практични ограничувања и компромиси

И покрај постоењето на СТ од класа X, често се избегнува користењето на еден уред и за мерење и за заштита. Двете функции имаат фундаментално спротивставени барања.

Мерниот CT е дизајниран да засити рано за да ги заштити чувствителните мерачи. AЗаштитниот CT е дизајниранда се спротивстави на сатурацијата за да се осигури дека релето може да детектира грешка. Двојнонаменскиот СТ мора да биде компромис помеѓу овие две спротивставени цели.

Овој компромис значи дека двонаменскиот трансформатор може да не ја извршува ниту едната задача толку добро како наменска единица. Дизајнот станува посложен и поскап. За повеќето апликации, инсталирањето на два одделни, специјализирани трансформатори - еден за мерење и еден за заштита - е посигурно и поекономично решение. Овој пристап гарантира дека и дветесистем за наплатаи безбедносниот систем работи без компромис.

---

Изборот помеѓумерење и заштита на CTе јасна одлука заснована на оперативен приоритет. Едната обезбедува прецизност за фактурирање, додека другата обезбедува сигурност за време на дефект. Изборот на точниот тип не е преговарачки за безбедноста на системот, финансиската точност и долговечноста на опремата. Инженерите секогаш мора да ги споредат спецификациите на трансформаторот со потребите на поврзаниот уред.

Аконтролна листа за конечна верификацијавклучува:

1. Определете ја примарна струјаУсогласете го односот на CT со максималното оптоварување.
2. Пресметај го товарот: Сумирајте го оптоварувањето на сите поврзани компоненти.
3. Потврди ја класата на точностИзберете ја точната класа за мерење или заштита.

Најчесто поставувани прашања

Што се случува ако секундарното коло на трансформаторот е оставено отворено?

Отворено секундарно коло создава опасен висок напон. Примарната струја станува магнетизирачка струја, заситувајќи го јадрото. Оваа состојба може да го уништи трансформаторскиот трансформатор и претставува сериозен ризик од шок.

Безбедноста на прво место:Секогаш кратко спојувајте ги секундарните терминали пред да исклучите кој било инструмент од колото.

Како инженерите го избираат точниот CT сооднос?

Инженерите избираат сооднос каде што нормалната максимална струја на системот е близу до примарната номинална вредност на трансформаторот. Овој избор гарантира дека трансформаторот работи во својот најточен опсег. На пример, оптоварување од 90A работи добро со трансформатор од 100:5A.

Зошто мерењето на компјутерската томографија е небезбедно за заштита?

Мерниот CT брзо се заситува за време на дефект. Не може да ја пријави вистинската струја на дефект до заштитното реле. Потоа релето не успева да го исклучи прекинувачот, што доведува до уништување на опремата и сериозни безбедносни опасности.

Може ли еден трансформаторски трансформатор да служи и за мерење и за заштита?

Специјалните трансформатори од класа X можат да ги извршуваат обете улоги, но нивниот дизајн е компромис. За оптимална безбедност и точност, инженерите обично инсталираат два одделни, наменски трансформатори - еден за мерење и еден за заштита.