Uvod
Izravno mjerenje visoke električne struje može biti teško i nesigurno jer su mnoga električna brojila i uređaji za nadzor dizajnirani da prihvate samo relativno male ulazne struje. Strujni transformator (CT) rješava ovaj problem pretvaranjem visoke primarne struje u nižu sekundarnu struju koja se može sigurno mjeriti standardnim električnim instrumentima.
Strujni transformatori naširoko se koriste u distribuciji električne energije, industrijskim električnim sustavima, razvodnim uređajima, mjerenju energije, generatorima i zaštitnim sustavima. Korištenjem elektromagnetske indukcije i pažljivo odabranog omjera transformacije, CT daje proporcionalnu reprezentaciju primarne struje bez potrebe da mjerni instrument nosi punu struju sustava.
Razumijevanje načina na koji strujni transformator smanjuje jaku struju važno je pri odabiru CT-a za mjerne aplikacije.
Kako strujni transformator smanjuje struju?
Strujni transformator smanjuje struju putem elektromagnetske indukcije.
Primarni namot CT-a nosi struju koju je potrebno izmjeriti. Ova struja stvara magnetsko polje u jezgri CT-a. Promjenjivi magnetski tok tada inducira struju u sekundarnom namotu.
Sekundarni namot sadrži različit broj zavoja od primarne strane. Ovaj odnos zavoja određuje CT omjer i omogućuje da velika primarna struja bude predstavljena manjom sekundarnom strujom.
Na primjer, razmotrite CT s nazivnim omjerom od 500/5A.
Kada je primarna struja 500 A, sekundarna struja je približno 5 A pod nazivnim uvjetima. Ako je primarna struja 250 A, sekundarna struja bit će približno 2,5 A, pod pretpostavkom da CT radi unutar navedenog raspona.
Mjerni instrument stoga prima puno manji strujni signal umjesto izravnog primanja primarne struje od 500 A.
Razumijevanje CT omjera
CT omjer je jedna od najvažnijih specifikacija za smanjenje struje.
Omjer se općenito izražava kao:
Primarna struja : Sekundarna struja
Za 500/5A CT:
* Primarna nazivna struja=500A
* Sekundarna nazivna struja=5A
* CT omjer=100:1
To znači da je sekundarna struja približno 1/100 primarne struje pod odgovarajućim radnim uvjetima.
Ostali uobičajeni primjeri mogu uključivati:
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
Točan omjer ovisi o očekivanoj primarnoj struji i zahtjevima priključene mjerne opreme.
Zašto jaka struja nije spojena izravno na mjerač?
Standardna električna brojila općenito nisu dizajnirana za neprekinuti protok stotina ili tisuća ampera.
Izravno spajanje mjernog instrumenta na -krug jake struje može zahtijevati vrlo velike vodiče, specijaliziranu opremu i dodatne sigurnosne mjere. To bi također učinilo mjerni sustav složenijim.
CT pruža praktičnu alternativu.
Vodič jake-struje prolazi kroz primarnu stranu CT-a ili se spaja na nju, dok je mjerač spojen na sekundarnu stranu-niže struje.
Na primjer, umjesto izravnog spajanja mjerača energije na strujni krug od 500 A, CT od 500/5 A može mjeraču osigurati maksimalnu nazivnu sekundarnu struju od 5 A.
To čini mjerni sustav praktičnijim i omogućuje upotrebu standardiziranih mjerača u aplikacijama s visokom{0}}strujom.
Uloga elektromagnetske indukcije
Elektromagnetska indukcija osnovno je fizikalno načelo koje CT-u omogućuje transformaciju struje.
Kada struja teče kroz primarni vodič, ona proizvodi magnetski tok u CT jezgri. Ovaj magnetski tok inducira sekundarnu struju.
Odnos između primarne i sekundarne struje određen je konfiguracijom namota i dizajnom CT-a.
Za pojednostavljeni idealni CT, odnos se može predstaviti približno kao:
Ip / Is ≈ Ns / Np
gdje:
* Ip=primarna struja
* Je=sekundarna struja
* Np=broj primarnih zavoja
* Ns=broj sekundarnih zavoja
U mnogim praktičnim CT-ovima, posebno prozorskim i prstenastim-izvedbama, primarni se može zapravo sastojati od vodiča koji prolazi kroz jezgru, dok sekundarni namot sadrži mnogo zavoja.
Ovaj raspored omogućuje da velika primarna struja bude predstavljena mnogo manjom sekundarnom strujom.
Primjer smanjenja struje
Pretpostavimo da industrijski dovod obično nosi približno 800 A, a mjerač energije je dizajniran za primanje 5 A CT ulaza.
Odgovarajući CT mogao bi imati omjer od 800/5A.
Kada je primarna struja 800A:
Sekundarna struja ≈ 5A
Ako se opterećenje smanji na 400A:
Sekundarna struja ≈ 2,5A
Ako se opterećenje poveća na 600A:
Sekundarna struja ≈ 3,75A
Mjerač stoga prima signal proporcionalne struje dok stvarna struja napajanja ostaje mnogo veća.
Mjerni sustav tada može koristiti CT omjer za izračunavanje ili prikaz stvarne primarne struje.
CT-ovi ne samo "ograničavaju" struju
Važno je razumjeti da strujni transformator ne radi kao uobičajeni uređaj-ograničenja struje.
CT ne smanjuje struju koja teče kroz primarni krug. Električna oprema i opterećenje još uvijek primaju stvarnu primarnu struju potrebnu sustavu.
Umjesto toga, CT stvara proporcionalnu sekundarnu struju za potrebe mjerenja i zaštite.
Na primjer, CT od 1000/5A ne smanjuje opterećenje od 1000A na 5A. Struja od 1000 A nastavlja teći u primarnom krugu. CT proizvodi približno proporcionalan sekundarni signal od 5 A pod navedenim uvjetima.
Ova je razlika važna kada se objašnjava kako CT rade.
Važnost točnosti
Smanjena sekundarna struja mora točno predstavljati primarnu struju kako bi mjerni sustav ispravno radio.
Na točnost CT-a može utjecati:
* CT omjer
* Klasa točnosti
* Sekundarno opterećenje
* Temeljne karakteristike
* Radna struja
* Temperatura
* Učestalost
* Zasićenost
* Otpor ožičenja
Za mjerenje energije posebno je važna točnost mjerenja jer pogreške CT-a mogu utjecati na izračunatu potrošnju energije.
Za sustave zaštite, CT također mora održavati odgovarajuće performanse tijekom nenormalnih strujnih uvjeta.
Teret i trenutna transformacija
Sekundarni krug CT-a ima određeno opterećenje. Opterećenje uključuje opterećenje koje nameću priključena brojila, releji, kabeli i druge komponente.
Ako je opterećenje previsoko, CT možda neće održati specificirane performanse.
Na primjer, CT može imati određeno sekundarno opterećenje od 5 VA ili 10 VA, ovisno o dizajnu. Stvarno spojeni sekundarni krug trebao bi ostati unutar primjenjive ocjene.
Dugi kabeli mogu povećati sekundarni otpor i time povećati opterećenje.
Ispravno dimenzioniranje sekundarnog ožičenja pomaže CT-u da održi točnu transformaciju struje.
Što se događa tijekom visoke struje kvara?
Tijekom kratkog spoja ili drugog kvara, primarna struja može postati puno veća od normalne radne struje.
CT se mora odabrati u skladu s primjenom jer se magnetska jezgra može približiti zasićenju u uvjetima visoke-struje.
Kada se CT zasiti, njegova sekundarna struja možda više neće točno reproducirati valni oblik primarne struje.
Za primjene mjerenja, to može proizvesti netočna očitanja. Za zaštitne primjene, može utjecati na signal dostupan zaštitnim relejima.
Zaštitni CT-ovi su stoga dizajnirani i odabrani s odgovarajućim karakteristikama za očekivane uvjete kvara.
Zašto su CT-ovi korisni za mjerače energije
Mjerila energije često zahtijevaju informacije o struji i naponu za izračun električne snage i energije.
U sustavima visoke -struje, CT-ovi omogućuju mjeraču energije da primi odgovarajući signal niske-struje umjesto da bude izravno spojen na veliku primarnu struju.
Zbog toga je CT-mjerenje praktično za:
* Industrijska postrojenja
* Poslovne zgrade
* Distribucijske ploče
* Generatori
* Veliki motori
* Sustavi distribucije električne energije
* Sustavi obnovljive energije
Mjerač koristi CT omjer za pretvaranje izmjerene sekundarne struje natrag u odgovarajuću primarnu struju za izračun i prikaz.
Odabir ispravnog CT omjera
Bitan je odabir ispravnog omjera.
CT treba odabrati u skladu s očekivanom normalnom strujom opterećenja, maksimalnom radnom strujom, rasponom mjerenja i zahtjevima priključenog mjerača ili sustava za nadzor.
Na primjer, ako sustav normalno radi oko 400 A, korištenje CT-a s mnogo većim omjerom može rezultirati radom CT-a na relativno niskom postotku njegove nazivne struje.
S druge strane, CT ne bi trebao rutinski raditi iznad nazivne primarne struje osim ako to ne dopušta specifičan dizajn.
Najbolji omjer ovisi o kompletnoj aplikaciji, a ne o jednostavnom odabiru najvećeg dostupnog CT-a.
Sigurnosna razmatranja
CT-ovi se moraju pažljivo instalirati i rukovati njima.
Ono što je najvažnije, sekundar CT-a pod naponom ne smije ostati otvoren-u strujnom krugu dok teče primarna struja. Na sekundarnim stezaljkama može se razviti opasan napon.
Prije odspajanja sekundarnog ožičenja CT-a, potrebno je slijediti odgovarajuće postupke, uključujući metode kratkog spajanja i izolacije prema navodima proizvođača, gdje je primjenjivo.
Instalacija također treba slijediti važeće zahtjeve električne sigurnosti i upute proizvođača.
Zaključak
Strujni transformator smanjuje veliku struju za mjerenje korištenjem elektromagnetske indukcije za proizvodnju proporcionalne, ali mnogo manje sekundarne struje.
Na primjer, 500/5A CT predstavlja primarnu struju od 500A sa sekundarnom strujom od približno 5A pod nazivnim uvjetima. Sama visoka primarna struja nije smanjena; umjesto toga, CT daje signal niže-struje koji se može sigurno spojiti na odgovarajuća mjerača i zaštitnu opremu.
CT omjer, klasa točnosti, opterećenje, karakteristike jezgre, radna struja, ponašanje zasićenja, ožičenje i uvjeti okoline utječu na kvalitetu strujne transformacije.
Odabirom ispravnog CT omjera i ispravnom ugradnjom transformatora, električni-sustavi jake struje mogu se mjeriti i nadzirati sigurno i učinkovito.