So sánh thực tế giữa máy biến dòng đo lường và máy biến dòng bảo vệ

Độ chính xác CT bảo vệĐộ chính xác của CT bảo vệ không liên quan đến việc tính toán chính xác mà là hiệu suất dự đoán được trong trường hợp xảy ra sự cố. Độ chính xác của nó được xác định bởi "sai số tổng hợp" ở một bội số cụ thể của dòng điện định mức. Một lớp bảo vệ phổ biến là5P10.Tên gọi này được chia nhỏ như sau:

• 5: Sai số tổng hợp sẽ không vượt quá 5% ở giới hạn độ chính xác.
• P: Lá thư này chỉ định đây là loại bảo vệ CT.
• 10: Đây là Hệ số giới hạn độ chính xác (ALF). Điều này có nghĩa là CT sẽ duy trì độ chính xác được chỉ định lên đến 10 lần dòng điện sơ cấp định mức.

Nói tóm lại, CT 5P10 đảm bảo rằng khi dòng điện chính gấp 10 lần định mức bình thường, tín hiệu gửi đến rơ le vẫn nằm trong phạm vi 5% giá trị lý tưởng, đảm bảo rơ le đưa ra quyết định ngắt chính xác.

Gánh nặng và Xếp hạng VA

Gánh nặnglà tổng tải điện được kết nối với các đầu cực thứ cấp của CT, được đo bằng Vôn-Ampe (VA) hoặc Ôm (Ω). Mọi thiết bị và dây dẫn được kết nối với CT đều góp phần tạo nên tải này. Vượt quá tải định mức của CT sẽ làm giảm độ chính xác của nó.

Tổng gánh nặng làtổng trở kháng của tất cả các thành phầntrong mạch thứ cấp:

• Điện trở cuộn dây thứ cấp của CT.
• Điện trở của dây dẫn kết nối CT với thiết bị.
• Trở kháng bên trong của thiết bị được kết nối (đồng hồ đo hoặc rơle).

Tính toán tổng gánh nặng:Một kỹ sư có thể tính toán tổng gánh nặng bằng công thức:Tổng gánh nặng (Ω) = Cuộn dây CT R (Ω) + Dây R (Ω) + Thiết bị Z (Ω)Ví dụ, nếu điện trở cuộn dây thứ cấp của CT là 0,08 Ω, dây nối có điện trở 0,3 Ω và rơle có trở kháng 0,02 Ω, thì tổng tải mạch là 0,4 Ω. Giá trị này phải nhỏ hơn tải định mức của CT để nó hoạt động chính xác.

CT đo lường thường có định mức VA thấp (ví dụ: 2,5 VA, 5 VA) vì chúng được kết nối với các thiết bị đo lường có trở kháng cao, mức tiêu thụ điện năng thấp trong khoảng cách ngắn. CT bảo vệ yêu cầu định mức VA cao hơn nhiều (ví dụ: 15 VA, 30 VA) vì chúng phải cung cấp đủ điện năng để vận hành các cuộn dây có trở kháng thấp hơn, mức tiêu thụ điện năng cao hơn của rơle bảo vệ, thường là trên các tuyến cáp dài hơn nhiều. Việc không khớp định mức tải của CT với tải thực tế của mạch là một nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi trong cả sơ đồ đo lường và bảo vệ.

Hiểu về điện áp điểm đầu gối

Điện áp điểm đầu gối (KPV) là một thông số quan trọng chỉ có ở CT bảo vệ. Nó xác định giới hạn trên của dải hoạt động hữu ích của CT trước khi lõi của nó bắt đầu bão hòa. Giá trị này rất cần thiết để đảm bảo rơle bảo vệ nhận được tín hiệu đáng tin cậy trong trường hợp sự cố dòng điện cao.

Các kỹ sư xác định KPV từ đường cong kích thích của CT, biểu diễn điện áp kích thích thứ cấp so với dòng điện kích thích thứ cấp. "Knee" là điểm trên đường cong này, nơi các tính chất từ ​​của lõi thay đổi đáng kể.

CácTiêu chuẩn IEEE C57.13cung cấp một định nghĩa chính xác cho điểm này. Đối với CT lõi không có khe hở, điểm đầu gối là nơi tiếp tuyến của đường cong tạo thành một góc 45 độ với trục ngang. Đối với CT lõi có khe hở, góc này là 30 độ. Điểm cụ thể này đánh dấu điểm bắt đầu bão hòa.

Khi CT hoạt động dưới điện áp điểm đầu gối, lõi của nó ở trạng thái từ tính tuyến tính. Điều này cho phép nó tái tạo chính xác dòng điện sự cố cho rơle được kết nối. Tuy nhiên, khi điện áp thứ cấp vượt quá KPV, lõi sẽ chuyển sang trạng thái bão hòa. Sự bão hòa, thường được gây ra bởi dòng điện AC lớn và độ lệch DC trong quá trình sự cố, khiến CT bị mất điện.trở kháng từ hóa giảm đáng kể. Máy biến áp không còn có thể phản xạ dòng điện sơ cấp một cách trung thực sang phía thứ cấp của nó.

Mối quan hệ giữa KPV và độ tin cậy bảo vệ là trực tiếp và quan trọng:

• Điểm dưới đầu gối:Lõi CT hoạt động tuyến tính. Nó cung cấp thông tin chính xác về dòng điện sự cố đến rơle bảo vệ.
• Điểm trên đầu gối:Lõi bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng điện từ hóa tăng mạnh và hoạt động phi tuyến tính, nghĩa là CT không còn phản ánh chính xác dòng điện sự cố thực tế.
• Hoạt động của rơle:Rơ le bảo vệ cần tín hiệu chính xác để hoạt động chính xác. Nếu CT bị bão hòa trước khi rơ le kịp đưa ra quyết định, rơ le có thể không phát hiện được độ lớn thực sự của sự cố, dẫn đến tác động trễ hoặc không hoạt động hoàn toàn.
• An toàn hệ thống:Do đó, điện áp điểm đầu gối của CT phải cao hơn điện áp thứ cấp tối đa dự kiến ​​khi xảy ra sự cố. Điều này đảm bảo rơle nhận được tín hiệu đáng tin cậy để bảo vệ các thiết bị đắt tiền.

Các kỹ sư tính toán KPV cần thiết để đảm bảo CT không bị bão hòa trong điều kiện lỗi xấu nhất. Công thức đơn giản cho phép tính này là:

KPV bắt buộc ≥ Nếu × (Rct + Rb)

Ở đâu:

• If= Dòng điện lỗi thứ cấp tối đa (Amps)
• Rct= Điện trở cuộn dây thứ cấp CT (Ohm)
• Rb= Tổng tải của rơ le, hệ thống dây điện và kết nối (Ohm)

Cuối cùng, điện áp điểm đầu gối đóng vai trò là chỉ số chính đánh giá khả năng thực hiện chức năng an toàn của CT bảo vệ dưới áp lực điện cực lớn.

Giải mã ký hiệu tên máy biến dòng

Nhãn máy biến dòng chứa một mã ngắn gọn xác định khả năng hoạt động của nó. Ký hiệu chữ và số này là một ngôn ngữ viết tắt dành cho kỹ sư, chỉ định độ chính xác, ứng dụng và giới hạn vận hành của linh kiện. Việc hiểu các mã này là điều cần thiết để lựa chọn đúng thiết bị.

Diễn giải các lớp CT đo lường (ví dụ: 0,2, 0,5S, 1)

Cấp đo CT được xác định bằng một con số biểu thị sai số phần trăm tối đa cho phép ở dòng điện định mức. Con số càng nhỏ thì độ chính xác càng cao.

• Lớp 1:Phù hợp cho việc đo lường bảng điều khiển thông thường khi độ chính xác cao không phải là yếu tố quan trọng.
• Lớp 0.5:Được sử dụng cho các ứng dụng thanh toán thương mại và công nghiệp.
• Lớp 0.2:Cần thiết để đo lường doanh thu có độ chính xác cao.

Một số lớp có chữ cái 'S'. Ký hiệu 'S' trong các lớp đo lường CT của IEC, chẳng hạn như 0,2S và 0,5S, biểu thị độ chính xác cao. Phân loại cụ thể này thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường biểu giá, nơi các phép đo chính xác là rất quan trọng, đặc biệt là ở đầu dưới của dải dòng điện.

Giải thích các lớp CT bảo vệ (ví dụ: 5P10, 10P20)

Các lớp CT bảo vệ sử dụng mã ba phần mô tả hành vi của chúng trong quá trình xảy ra lỗi. Một ví dụ phổ biến là5P10.

Phân tích mã 5P10:

• 5: Con số đầu tiên này là lỗi tổng hợp tối đa tính theo phần trăm (5%) ở giới hạn độ chính xác.
• P: Chữ 'P' trong phân loại như 5P10 có nghĩa là 'Cấp bảo vệ'. Điều này cho thấy CT chủ yếu được thiết kế cho các ứng dụng rơle bảo vệ hơn là đo lường chính xác.
• 10: Con số cuối cùng này là Hệ số Giới hạn Độ chính xác (ALF). Nó có nghĩa là CT sẽ duy trì độ chính xác được chỉ định cho đến khi dòng điện sự cố gấp 10 lần định mức danh định của nó.

Tương tự như vậy, một10P20lớp CT có giới hạn lỗi tổng hợp là 10% và Hệ số giới hạn độ chính xác là20Trong ký hiệu như 10P20, số '20' biểu thị hệ số giới hạn độ chính xác. Hệ số này cho biết sai số của máy biến áp sẽ nằm trong giới hạn cho phép khi dòng điện gấp 20 lần giá trị định mức. Khả năng này rất quan trọng để đảm bảo rơle bảo vệ hoạt động chính xác trong điều kiện ngắn mạch nghiêm trọng.

Hướng dẫn ứng dụng: Kết hợp CT với nhiệm vụ

Việc lựa chọn máy biến dòng phù hợp không phải là vấn đề sở thích mà là yêu cầu của ứng dụng. Máy biến dòng đo lường cung cấp độ chính xác cần thiết cho các giao dịch tài chính, trong khi máy biến dòng bảo vệ mang lại độ tin cậy cần thiết cho an toàn tài sản. Việc hiểu rõ vị trí lắp đặt từng loại là nền tảng cho thiết kế và vận hành hệ thống điện hiệu quả.

Khi nào nên sử dụng CT đo lường

Các kỹ sư nên sử dụng CT đo lường trong bất kỳ ứng dụng nào mà mục tiêu chính là theo dõi chính xác mức tiêu thụ điện. Những thiết bị này là nền tảng cho việc lập hóa đơn và quản lý năng lượng chính xác. Thiết kế của chúng ưu tiên độ chính xác cao trong điều kiện tải bình thường.

Các ứng dụng chính của CT đo lường bao gồm:

• Đo lường doanh thu và thuế quan: Các công ty điện lực sử dụng CT có độ chính xác cao (ví dụ: Class 0.2S, 0.5S) để lập hóa đơn cho khách hàng dân dụng, thương mại và công nghiệp. Độ chính xác này đảm bảo các giao dịch tài chính công bằng và chính xác.
• Hệ thống quản lý năng lượng (EMS): Các cơ sở sử dụng các CT này để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của các phòng ban hoặc thiết bị khác nhau. Dữ liệu này giúp xác định các điểm kém hiệu quả và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
• Phân tích chất lượng điện năng: Máy phân tích chất lượng điện năng yêu cầu dữ liệu đầu vào chính xác để chẩn đoán các vấn đề như sóng hài và sụt áp. Đối với các phép đo này, đặc biệt là trong các hệ thống điện trung thế, đáp ứng tần số của máy biến áp đo lường là rất quan trọng. Các máy phân tích hiện đại có thể cần dữ liệu đáng tin cậy.lên đến 9 kHz, yêu cầu máy biến áp được tối ưu hóa tần số để thu được toàn bộ phổ sóng hài.

Lưu ý về lựa chọn:Khi chọn CT cho máy đo công suất hoặc máy phân tích, có một số yếu tố rất quan trọng.

• Khả năng tương thích đầu ra: Đầu ra của CT (ví dụ: 333mV, 5A) phải phù hợp với yêu cầu đầu vào của đồng hồ đo.
• Kích thước tải:Dải ampe của CT phải phù hợp với tải dự kiến ​​để duy trì độ chính xác.
• Thể lực: CT phải vừa khít với dây dẫn. Cuộn dây Rogowski mềm dẻo là giải pháp thiết thực cho thanh cái lớn hoặc không gian chật hẹp.
• Sự chính xác: Đối với việc lập hóa đơn, độ chính xác tiêu chuẩn là 0,5% hoặc cao hơn. Đối với việc giám sát chung, 1% có thể là đủ.

Khi nào nên sử dụng CT bảo vệ

Các kỹ sư phải sử dụng CT bảo vệ bất cứ khi nào mục tiêu chính là bảo vệ nhân viên và thiết bị khỏi quá dòng và sự cố. Các CT này được thiết kế để duy trì hoạt động trong các sự kiện điện cực đoan, cung cấp tín hiệu đáng tin cậy cho rơ le bảo vệ.

Các ứng dụng phổ biến của CT bảo vệ bao gồm:

• Bảo vệ quá dòng và chạm đất: Các CT này cung cấp tín hiệu cho các rơle (như Thiết bị ANSI 50/51) để phát hiện lỗi pha hoặc lỗi tiếp địa. Sau đó, rơle sẽ kích hoạt một máy cắt để cô lập lỗi. Trong thiết bị đóng cắt trung thế, sử dụng mộtCT chuỗi số khôngđể bảo vệ chống lỗi tiếp đất thường được khuyến nghị qua kết nối còn lại củaCT ba pha. Kết nối còn lại có thể dẫn đến ngắt điện sai do độ bão hòa không đều trong quá trình khởi động động cơ hoặc lỗi pha.
• Bảo vệ vi sai: Sơ đồ này bảo vệ các tài sản quan trọng như máy biến áp và máy phát điện bằng cách so sánh dòng điện đi vào và ra khỏi vùng được bảo vệ. Sơ đồ này yêu cầu các bộ biến dòng (CT) bảo vệ phù hợp.Rơ le kỹ thuật số hiện đạicó thể bù cho các kết nối CT khác nhau (Wye hoặc Delta) và độ lệch pha thông qua cài đặt phần mềm, mang lại sự linh hoạt đáng kể trong các chương trình phức tạp này.
• Bảo vệ khoảng cách: Được sử dụng trong đường dây truyền tải, sơ đồ này dựa vào CT bảo vệ để đo trở kháng tại điểm sự cố. Độ bão hòa CT có thể làm sai lệch phép đo này, khiến rơle đánh giá sai vị trí sự cố. Do đó, CT phải được thiết kế để tránh bị bão hòa trong suốt quá trình đo.

Theo ANSI C57.13, một CT bảo vệ tiêu chuẩn phải chịu được tới20 lầnDòng điện định mức của nó khi có sự cố. Điều này đảm bảo nó có thể cung cấp tín hiệu hữu ích cho rơle khi cần thiết nhất.

Cái giá đắt của việc lựa chọn sai lầm

Sử dụng sai loại CT là một sai lầm nghiêm trọng, gây hậu quả nghiêm trọng. Sự khác biệt về chức năng giữa CT đo lường và CT bảo vệ không thể thay thế cho nhau, và sự không tương thích có thể dẫn đến hậu quả nguy hiểm và tốn kém.

• Sử dụng CT đo lường để bảo vệ: Đây là sai lầm nguy hiểm nhất. CT đo lường được thiết kế để bão hòa ở mức quá dòng thấp để bảo vệ đồng hồ. Trong trường hợp sự cố lớn, nó sẽ bão hòa gần như ngay lập tức. CT bão hòa sẽ không thể tái tạo dòng sự cố cao, và rơle bảo vệ sẽ không nhận thấy được cường độ thực sự của sự cố. Điều này có thể dẫn đến việc ngắt trễ hoặc mất hoàn toàn hoạt động, gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị, hỏa hoạn và nguy hiểm cho nhân viên. Ví dụ, CT bão hòa có thể khiến rơle bảo vệ vi sai máy biến áp bị quá tải.hoạt động sai trái, dẫn đến một chuyến đi không mong muốn trong một lỗi bên ngoài.
• Sử dụng CT bảo vệ để đo lường: Lựa chọn này dẫn đến sai số tài chính. CT bảo vệ không được thiết kế để đạt độ chính xác ở dòng điện vận hành bình thường. Cấp chính xác của nó (ví dụ: 5P10) đảm bảo hiệu suất ở bội số cao của định mức, chứ không phải ở mức thấp của thang đo mà hầu hết các hệ thống vận hành. Việc sử dụng nó để tính hóa đơn cũng giống như đo một hạt cát bằng thước đo. Hóa đơn tiền điện thu được sẽ không chính xác, dẫn đến thất thoát doanh thu cho công ty điện lực hoặc tính phí quá cao cho người tiêu dùng.

Một tình huống lỗi nghiêm trọng:Trong các chương trình bảo vệ khoảng cách, bão hòa CT khiến rơle đo mộttrở kháng cao hơnhơn giá trị thực tế. Điều này làm giảm đáng kể phạm vi bảo vệ của rơle. Một sự cố cần được xử lý ngay lập tức có thể bị xem là sự cố ở xa hơn, gây ra hiện tượng trễ tác động. Sự chậm trễ này kéo dài áp lực lên hệ thống điện và làm tăng nguy cơ hư hỏng trên diện rộng.

Cuối cùng, chi phí của việc lựa chọn CT không chính xác còn vượt xa giá thành của chính linh kiện. Nó thể hiện ở việc thiết bị bị phá hủy, thời gian ngừng hoạt động, hồ sơ tài chính không chính xác và an toàn bị xâm phạm.

Một CT có thể vừa đo lường vừa bảo vệ được không?

Mặc dù CT đo lường và CT bảo vệ có thiết kế riêng biệt, nhưng đôi khi các kỹ sư cần một thiết bị duy nhất để thực hiện cả hai chức năng. Nhu cầu này đã dẫn đến sự phát triển của các máy biến áp kép chuyên dụng, nhưng chúng đi kèm với những đánh đổi cụ thể.

Máy chụp CT đa năng (Loại X)

Một danh mục đặc biệt, được gọi làMáy biến dòng loại X hoặc loại PS, có thể đảm nhiệm cả chức năng đo lường và bảo vệ. Các thiết bị này không được xác định bởi các cấp chính xác tiêu chuẩn như 5P10. Thay vào đó, hiệu suất của chúng được xác định bởi một tập hợp các thông số chính mà kỹ sư sử dụng để xác minh tính phù hợp của chúng với một sơ đồ bảo vệ cụ thể.

Theo tiêu chuẩn IEC, hiệu suất của CT loại X được xác định bởi:

• Dòng điện sơ cấp định mức
• Tỷ lệ vòng quay
• Điện áp điểm đầu gối (KPV)
• Dòng điện từ hóa ở điện áp xác định
• Điện trở cuộn dây thứ cấp ở 75°C

Những đặc tính này cho phép thiết bị cung cấp độ chính xác cao khi đo lường trong điều kiện bình thường, đồng thời cung cấp điện áp điểm đầu gối có thể dự đoán được để rơle hoạt động đáng tin cậy khi có sự cố. Chúng thường được sử dụng trong các sơ đồ bảo vệ vi sai trở kháng cao, nơi hiệu suất cần được biết chính xác.

Những hạn chế thực tế và sự đánh đổi

Mặc dù có CT loại X, việc sử dụng một thiết bị duy nhất cho cả đo lường và bảo vệ thường bị tránh. Hai chức năng này có các yêu cầu xung đột cơ bản.

CT đo lường được thiết kế để bão hòa sớm nhằm bảo vệ các đồng hồ đo nhạy cảm.bảo vệ CT được thiết kếđể chống lại tình trạng bão hòa nhằm đảm bảo rơle có thể phát hiện lỗi. Một CT đa năng phải dung hòa được hai mục tiêu đối lập này.

Sự thỏa hiệp này đồng nghĩa với việc một máy CT đa năng có thể không thực hiện được cả hai nhiệm vụ tốt như một thiết bị chuyên dụng. Thiết kế trở nên phức tạp và tốn kém hơn. Đối với hầu hết các ứng dụng, việc lắp đặt hai máy CT chuyên dụng riêng biệt - một để đo lường và một để bảo vệ - là giải pháp đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí hơn. Cách tiếp cận này đảm bảo rằng cả haihệ thống thanh toánvà hệ thống an toàn hoạt động không có sự thỏa hiệp.

---

Sự lựa chọn giữaCT đo lường và bảo vệlà một quyết định rõ ràng dựa trên ưu tiên vận hành. Một bên đảm bảo độ chính xác cho việc lập hóa đơn, bên còn lại đảm bảo độ tin cậy khi xảy ra sự cố. Việc lựa chọn đúng loại là điều không thể thương lượng đối với an toàn hệ thống, độ chính xác về mặt tài chính và tuổi thọ thiết bị. Các kỹ sư phải luôn đối chiếu thông số kỹ thuật của CT với nhu cầu của thiết bị được kết nối.

MỘTdanh sách kiểm tra xác minh cuối cùngbao gồm:

1. Xác định dòng điện chính: Phù hợp tỷ lệ CT với tải trọng tối đa.
2. Tính toán gánh nặng: Tổng tải của tất cả các thành phần được kết nối.
3. Xác minh độ chính xác lớp: Chọn đúng lớp đo lường hoặc bảo vệ.

Câu hỏi thường gặp

Điều gì xảy ra nếu mạch thứ cấp của CT bị hở?

Mạch thứ cấp hở tạo ra điện áp cao nguy hiểm. Dòng điện sơ cấp trở thành dòng điện từ hóa, làm bão hòa lõi. Tình trạng này có thể phá hủy CT và gây ra nguy cơ sốc điện nghiêm trọng.

An toàn là trên hết:Luôn luôn ngắt mạch các đầu cực thứ cấp trước khi ngắt kết nối bất kỳ thiết bị nào khỏi mạch điện.

Các kỹ sư lựa chọn tỷ lệ CT chính xác như thế nào?

Các kỹ sư chọn tỷ lệ sao cho dòng điện cực đại bình thường của hệ thống gần với định mức chính của CT. Lựa chọn này đảm bảo CT hoạt động trong phạm vi chính xác nhất. Ví dụ, tải 90A hoạt động tốt với CT 100:5A.

Tại sao đo CT lại không an toàn để bảo vệ?

CT đo lường bị bão hòa nhanh chóng trong quá trình xảy ra sự cố. Nó không thể báo cáo dòng điện sự cố thực tế đến rơ le bảo vệ. Sau đó, rơ le không thể ngắt máy cắt, dẫn đến hư hỏng thiết bị và gây ra các nguy cơ an toàn nghiêm trọng.

Một CT có thể vừa đo lường vừa bảo vệ được không?

CT Class X đặc biệt có thể đảm nhiệm cả hai vai trò, nhưng thiết kế của chúng là một sự thỏa hiệp. Để đảm bảo an toàn và độ chính xác tối ưu, các kỹ sư thường lắp đặt hai CT chuyên dụng riêng biệt—một để đo lường và một để bảo vệ.