Uvod
Neposredno merjenje visokega električnega toka je lahko težavno in nevarno, ker je veliko električnih števcev in nadzornih naprav zasnovanih tako, da sprejemajo le razmeroma majhne vhode toka. Tokovni transformator (CT) rešuje ta problem s pretvorbo visokega primarnega toka v nižji sekundarni tok, ki ga je mogoče varno izmeriti s standardnimi električnimi instrumenti.
Tokovni transformatorji se pogosto uporabljajo v distribuciji električne energije, industrijskih električnih sistemih, stikalnih napravah, merjenju energije, generatorjih in zaščitnih sistemih. Z uporabo elektromagnetne indukcije in skrbno izbranega transformacijskega razmerja CT zagotavlja sorazmerno predstavitev primarnega toka, ne da bi moral merilni instrument prenašati celoten sistemski tok.
Pri izbiri CT za merilne aplikacije je pomembno razumeti, kako tokovni transformator zmanjša visok tok.
Kako tokovni transformator zmanjša tok?
Tokovni transformator zmanjša tok z elektromagnetno indukcijo.
Primarno navitje CT prenaša tok, ki ga je treba izmeriti. Ta tok ustvari magnetno polje v jedru CT. Spreminjajoči se magnetni tok nato inducira tok v sekundarnem navitju.
Sekundarno navitje vsebuje različno število ovojev od primarne strani. To razmerje obratov določa razmerje CT in omogoča, da je velik primarni tok predstavljen z manjšim sekundarnim tokom.
Na primer, upoštevajte CT z nazivnim razmerjem 500/5A.
Ko je primarni tok 500 A, je sekundarni tok približno 5 A pri nazivnih pogojih. Če je primarni tok 250 A, bo sekundarni tok približno 2,5 A, ob predpostavki, da CT deluje v določenem območju.
Merilni instrument torej prejme precej manjši tokovni signal namesto neposrednega prejema primarnega toka 500 A.
Razumevanje razmerja CT
Razmerje CT je ena najpomembnejših specifikacij za zmanjšanje toka.
Razmerje je na splošno izraženo kot:
Primarni tok : Sekundarni tok
Za 500/5A CT:
* Primarni nazivni tok=500A
* Sekundarni nazivni tok=5A
* CT razmerje=100:1
To pomeni, da je sekundarni tok približno 1/100 primarnega toka v ustreznih delovnih pogojih.
Drugi pogosti primeri lahko vključujejo:
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
Pravilno razmerje je odvisno od pričakovanega primarnega toka in zahtev priključene merilne opreme.
Zakaj visok tok ni priključen neposredno na merilnik?
Standardni električni števci na splošno niso zasnovani za neprekinjeno prenašanje na stotine ali tisoče amperov.
Neposredna povezava merilnega instrumenta z -tokokrogom visokega toka lahko zahteva zelo velike prevodnike, posebno opremo in dodatne varnostne ukrepe. Prav tako bi bil sistem merjenja bolj zapleten.
CT je praktična alternativa.
Visok{0}}tokovni vodnik poteka skozi primarno stran CT ali je povezan z njo, medtem ko je merilnik priključen na nižjo{1}}tokovno sekundarno stran.
Na primer, namesto priključitve števca energije neposredno na tokokrog 500 A, lahko CT 500/5 A zagotovi merilniku največji nazivni sekundarni tok 5 A.
Zaradi tega je merilni sistem bolj praktičen in omogoča uporabo standardiziranih števcev v-aplikacijah z visokim tokom.
Vloga elektromagnetne indukcije
Elektromagnetna indukcija je osnovni fizikalni princip, ki omogoča CT transformacijo toka.
Ko tok teče skozi primarni prevodnik, proizvaja magnetni tok v jedru CT. Ta magnetni tok inducira sekundarni tok.
Razmerje med primarnim in sekundarnim tokom je določeno s konfiguracijo navitja in zasnovo CT.
Za poenostavljeno idealno CT je razmerje mogoče predstaviti približno kot:
Ip / Is ≈ Ns / Np
kjer:
* Ip=primarni tok
* Je=sekundarni tok
* Np=število primarnih obratov
* Ns=število sekundarnih obratov
V mnogih praktičnih CT-jih, zlasti pri okenskih in obročastih-izvedbah, je lahko primarni dejansko sestavljen iz prevodnika, ki poteka skozi jedro, medtem ko sekundarno navitje vsebuje veliko ovojev.
Ta ureditev omogoča, da je visok primarni tok predstavljen z veliko manjšim sekundarnim tokom.
Primer zmanjšanja toka
Recimo, da industrijski napajalnik običajno prenaša približno 800 A, merilnik energije pa je zasnovan tako, da sprejme vhod 5 A CT.
Ustrezen CT bi lahko imel razmerje 800/5A.
Ko je primarni tok 800 A:
Sekundarni tok ≈ 5A
Če se obremenitev zmanjša na 400 A:
Sekundarni tok ≈ 2,5 A
Če se obremenitev poveča na 600 A:
Sekundarni tok ≈ 3,75 A
Merilnik torej prejme sorazmeren tokovni signal, medtem ko dejanski napajalni tok ostaja veliko višji.
Merilni sistem lahko nato uporabi razmerje CT za izračun ali prikaz dejanskega primarnega toka.
CT-ji ne samo "omejujejo" toka
Pomembno je razumeti, da tokovni transformator ne deluje kot običajna naprava-za omejevanje toka.
CT ne zmanjša toka, ki teče skozi primarni krog. Električna oprema in obremenitev še vedno prejemata dejanski primarni tok, ki ga zahteva sistem.
Namesto tega CT ustvari sorazmeren sekundarni tok za namene merjenja in zaščite.
Na primer, CT 1000/5A ne zmanjša obremenitve 1000A na 5A. Tok 1000 A še naprej teče v primarnem krogu. CT proizvede približno sorazmeren sekundarni signal 5 A pri nazivnih pogojih.
Ta razlika je pomembna pri razlagi delovanja CT.
Pomen natančnosti
Zmanjšani sekundarni tok mora natančno predstavljati primarni tok, da lahko merilni sistem pravilno deluje.
Na natančnost CT lahko vpliva:
* CT razmerje
* Razred točnosti
* Sekundarna obremenitev
* Glavne značilnosti
* Delovni tok
* Temperatura
* Pogostost
* Nasičenost
* Odpornost ožičenja
Pri merjenju energije je natančnost meritev še posebej pomembna, saj lahko napake CT vplivajo na izračunano porabo energije.
Pri zaščitnih sistemih mora CT vzdrževati ustrezno delovanje tudi v nenormalnih tokovnih pogojih.
Breme in trenutna transformacija
Sekundarni krog CT ima določeno obremenitev. Obremenitev vključuje obremenitev, ki jo povzročijo povezani števci, releji, kabli in druge komponente.
Če je obremenitev previsoka, CT morda ne bo ohranil svoje določene zmogljivosti.
Na primer, CT ima lahko določeno sekundarno obremenitev 5 VA ali 10 VA, odvisno od njegove zasnove. Dejansko priključeno sekundarno vezje mora ostati znotraj veljavne nazivne vrednosti.
Dolgi kabli lahko povečajo sekundarni upor in s tem povečajo obremenitev.
Pravilno dimenzioniranje sekundarnega ožičenja pomaga CT vzdrževati natančno transformacijo toka.
Kaj se zgodi med visokim okvarnim tokom?
Med kratkim stikom ali drugo napako lahko primarni tok postane veliko višji od običajnega delovnega toka.
CT je treba izbrati glede na aplikacijo, ker se lahko magnetno jedro pri visokih-tokovnih pogojih približa nasičenosti.
Ko se CT nasiči, njegov sekundarni tok morda ne bo več natančno reproduciral valovne oblike primarnega toka.
Pri merilnih aplikacijah lahko to povzroči netočne odčitke. Pri zaščitnih aplikacijah lahko vpliva na signal, ki je na voljo zaščitnim relejem.
Zaščitni CT so zato zasnovani in izbrani z ustreznimi značilnostmi za pričakovane pogoje napake.
Zakaj so CT-ji uporabni za merilnike energije
Merilniki energije pogosto zahtevajo podatke o toku in napetosti za izračun električne moči in energije.
V visoko{0}}tokovnih sistemih CT-ji omogočajo, da merilnik energije prejme ustrezen nizko{1}}tokovni signal, namesto da bi bil neposredno povezan z velikim primarnim tokom.
Zaradi tega je merjenje-na osnovi CT praktično za:
* Industrijski obrati
* Poslovne zgradbe
* Razdelilne plošče
* Generatorji
* Veliki motorji
* Sistemi za distribucijo električne energije
* Sistemi obnovljivih virov energije
Merilnik uporablja razmerje CT za pretvorbo izmerjenega sekundarnega toka nazaj v ustrezni primarni tok za izračun in prikaz.
Izbira pravilnega razmerja CT
Pomembna je izbira pravilnega razmerja.
CT je treba izbrati glede na pričakovani običajni obremenitveni tok, največji obratovalni tok, merilno območje in zahteve priključenega števca ali nadzornega sistema.
Na primer, če sistem običajno deluje okoli 400 A, lahko uporaba CT z veliko višjim razmerjem povzroči, da CT deluje pri relativno nizkem odstotku svojega nazivnega toka.
Po drugi strani pa CT ne bi smel redno delovati nad nazivnim primarnim tokom, razen če to dopušča posebna zasnova.
Najboljše razmerje je odvisno od celotne aplikacije in ne le od izbire največjega razpoložljivega CT.
Varnostni vidiki
CT-je je treba namestiti in upravljati previdno.
Najpomembneje je, da napajanega sekundarja CT ne smete pustiti odprtega-kroga, medtem ko teče primarni tok. Na sekundarnih sponkah se lahko razvije nevarna napetost.
Preden odklopite sekundarno ožičenje CT, je treba upoštevati ustrezne postopke, vključno s proizvajalčevimi metodami kratkega stika in izolacije, kjer je primerno.
Namestitev mora upoštevati tudi veljavne električne varnostne zahteve in navodila proizvajalca.
Zaključek
Tokovni transformator zmanjša visok tok za merjenje z uporabo elektromagnetne indukcije za proizvodnjo sorazmernega, vendar veliko manjšega sekundarnega toka.
Na primer, CT 500/5A predstavlja primarni tok 500 A s sekundarnim tokom približno 5 A pri nazivnih pogojih. Sam visok primarni tok se ne zmanjša; namesto tega CT zagotavlja nižji-tokovni signal, ki ga je mogoče varno povezati z ustreznimi števci in zaščitno opremo.
Razmerje CT, razred točnosti, obremenitev, značilnosti jedra, delovni tok, obnašanje nasičenosti, ožičenje in okoljski pogoji vplivajo na kakovost transformacije toka.
Z izbiro pravilnega razmerja CT in pravilno namestitvijo transformatorja lahko -električne sisteme visokega toka merite in nadzorujete varno in učinkovito.