Úvod
Priame meranie vysokého elektrického prúdu môže byť náročné a nebezpečné, pretože mnohé elektromery a monitorovacie zariadenia sú navrhnuté tak, aby akceptovali iba relatívne malé prúdové vstupy. Prúdový transformátor (CT) rieši tento problém premenou vysokého primárneho prúdu na nižší sekundárny prúd, ktorý možno bezpečne merať štandardnými elektrickými prístrojmi.
Prúdové transformátory sa široko používajú v distribúcii energie, priemyselných elektrických systémoch, rozvádzačoch, meraní energie, generátoroch a ochranných systémoch. Použitím elektromagnetickej indukcie a starostlivo zvoleného transformačného pomeru poskytuje CT proporcionálnu reprezentáciu primárneho prúdu bez toho, aby merací prístroj preniesol celý systémový prúd.
Pochopenie toho, ako prúdový transformátor znižuje vysoký prúd, je dôležité pri výbere CT pre meracie aplikácie.
Ako prúdový transformátor znižuje prúd?
Prúdový transformátor znižuje prúd prostredníctvom elektromagnetickej indukcie.
Primárne vinutie CT prenáša prúd, ktorý je potrebné merať. Tento prúd vytvára magnetické pole v jadre CT. Meniaci sa magnetický tok potom indukuje prúd v sekundárnom vinutí.
Sekundárne vinutie obsahuje iný počet závitov od primárnej strany. Tento vzťah otáčok určuje pomer CT a umožňuje, aby bol veľký primárny prúd reprezentovaný menším sekundárnym prúdom.
Zvážte napríklad CT s menovitým pomerom 500/5A.
Keď je primárny prúd 500A, sekundárny prúd je pri menovitých podmienkach približne 5A. Ak je primárny prúd 250 A, sekundárny prúd bude približne 2,5 A za predpokladu, že CT pracuje v rámci špecifikovaného rozsahu.
Merací prístroj preto prijíma oveľa menší prúdový signál namiesto priameho príjmu primárneho prúdu 500 A.
Pochopenie pomeru CT
Pomer CT je jednou z najdôležitejších špecifikácií na zníženie prúdu.
Pomer sa vo všeobecnosti vyjadruje takto:
Primárny prúd: Sekundárny prúd
Pre CT 500/5A:
* Primárny menovitý prúd=500A
* Sekundárny menovitý prúd=5A
* Pomer CT=100:1
To znamená, že sekundárny prúd je približne 1/100 primárneho prúdu za príslušných prevádzkových podmienok.
Ďalšie bežné príklady môžu zahŕňať:
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
Správny pomer závisí od očakávaného primárneho prúdu a požiadaviek pripojeného meracieho zariadenia.
Prečo nie je vysoký prúd pripojený priamo k meraču?
Štandardné elektromery vo všeobecnosti nie sú navrhnuté tak, aby nepretržite prenášali stovky alebo tisíce ampérov.
Priame pripojenie meracieho prístroja k vysokoprúdovému obvodu- môže vyžadovať veľmi veľké vodiče, špecializované vybavenie a ďalšie bezpečnostné opatrenia. Tiež by to skomplikovalo systém merania.
CT poskytuje praktickú alternatívu.
Vysokoprúdový vodič prechádza cez primárnu stranu CT alebo sa k nej pripája, zatiaľ čo merací prístroj je pripojený k spodnej-sekundárnej strane prúdu.
Napríklad namiesto priameho pripojenia merača energie k obvodu 500A môže CT 500/5A poskytnúť meraču maximálny menovitý sekundárny prúd 5A.
Vďaka tomu je systém merania praktickejší a umožňuje použitie štandardizovaných meračov vo vysoko{0}}prúdových aplikáciách.
Úloha elektromagnetickej indukcie
Elektromagnetická indukcia je základným fyzikálnym princípom, ktorý umožňuje CT transformovať prúd.
Keď prúd preteká primárnym vodičom, vytvára magnetický tok v jadre CT. Tento magnetický tok indukuje sekundárny prúd.
Vzťah medzi primárnym a sekundárnym prúdom je určený konfiguráciou vinutia a konštrukciou CT.
Pre zjednodušené ideálne CT môže byť vzťah reprezentovaný približne ako:
Ip / Is ≈ Ns / Np
kde:
* Primárny prúd IP =
* Je=sekundárny prúd
* Np=počet primárnych závitov
* Počet sekundárnych závitov Ns =
V mnohých praktických CT, najmä v konštrukciách okenného a kruhového -typu, môže primárne pozostávať z vodiča prechádzajúceho jadrom, zatiaľ čo sekundárne vinutie obsahuje veľa závitov.
Toto usporiadanie umožňuje, aby bol vysoký primárny prúd reprezentovaný oveľa menším sekundárnym prúdom.
Príklad redukcie prúdu
Predpokladajme, že priemyselný napájač bežne nesie približne 800 A a merač energie je navrhnutý tak, aby prijímal 5A vstup CT.
Vhodné CT by mohlo mať pomer 800/5A.
Keď je primárny prúd 800 A:
Sekundárny prúd ≈ 5A
Ak zaťaženie klesne na 400 A:
Sekundárny prúd ≈ 2,5A
Ak sa zaťaženie zvýši na 600 A:
Sekundárny prúd ≈ 3,75A
Merač preto prijíma proporcionálny prúdový signál, zatiaľ čo skutočný napájací prúd zostáva oveľa vyšší.
Merací systém potom môže použiť pomer CT na výpočet alebo zobrazenie skutočného primárneho prúdu.
CT jednoducho „obmedziť“ prúd
Je dôležité pochopiť, že prúdový transformátor nefunguje ako bežné zariadenie{0} obmedzujúce prúd.
CT neznižuje prúd pretekajúci primárnym okruhom. Elektrické zariadenie a záťaž stále dostávajú skutočný primárny prúd požadovaný systémom.
Namiesto toho CT vytvára proporcionálny sekundárny prúd na účely merania a ochrany.
Napríklad CT 1000/5A nezníži záťaž 1000A na 5A. Prúd 1000A ďalej preteká primárnym okruhom. CT vytvára pri menovitých podmienkach približne proporcionálny sekundárny signál 5A.
Toto rozlíšenie je dôležité pri vysvetľovaní toho, ako CT fungujú.
Dôležitosť presnosti
Aby merací systém správne fungoval, musí znížený sekundárny prúd presne reprezentovať primárny prúd.
Presnosť CT môže byť ovplyvnená:
* CT pomer
* Trieda presnosti
* Sekundárna záťaž
* Základné vlastnosti
* Prevádzkový prúd
* Teplota
* Frekvencia
* Sýtosť
* Odpor vedenia
Pre meranie energie je presnosť merania obzvlášť dôležitá, pretože chyby CT môžu ovplyvniť vypočítanú spotrebu energie.
Pre ochranné systémy musí CT udržiavať vhodný výkon aj počas abnormálnych aktuálnych podmienok.
Zaťaženie a transformácia prúdu
Sekundárny okruh CT má špecifikovanú záťaž. Záťaž zahŕňa zaťaženie spôsobené pripojenými meračmi, relé, káblami a inými komponentmi.
Ak je záťaž príliš vysoká, CT si nemusí udržať svoj špecifikovaný výkon.
Napríklad CT môže mať špecifikovanú sekundárnu záťaž 5 VA alebo 10 VA v závislosti od jeho konštrukcie. Skutočne pripojený sekundárny okruh by mal zostať v rámci platných hodnôt.
Dlhé káble môžu zvýšiť sekundárny odpor a tým zvýšiť záťaž.
Správne dimenzovanie sekundárneho vedenia pomáha CT udržiavať presnú transformáciu prúdu.
Čo sa stane pri vysokom poruchovom prúde?
Počas skratu alebo inej poruchy môže byť primárny prúd oveľa vyšší ako normálny prevádzkový prúd.
CT sa musí vybrať podľa aplikácie, pretože magnetické jadro sa môže pri vysoko{0}}prúde priblížiť k saturácii.
Keď sa CT saturuje, jeho sekundárny prúd už nemusí presne reprodukovať priebeh primárneho prúdu.
Pri meracích aplikáciách to môže viesť k nepresným údajom. Pre ochranné aplikácie môže ovplyvniť signál dostupný pre ochranné relé.
Ochranné CT sú preto navrhnuté a vybrané s vhodnými charakteristikami pre očakávané poruchové stavy.
Prečo sú CT užitočné pre merače energie
Elektromery často vyžadujú informácie o prúde a napätí na výpočet elektrickej energie a energie.
Vo vysoko{0}}prúdových systémoch umožňujú CT merač energie prijímať vhodný nízkoprúdový signál namiesto priameho pripojenia k veľkému primárnemu prúdu.
Vďaka tomu je meranie založené na CT-praktické pre:
* Priemyselné závody
* Obchodné budovy
* Distribučné panely
* Generátory
* Veľké motory
* Systémy distribúcie energie
* Systémy obnoviteľnej energie
Merač používa pomer CT na konverziu nameraného sekundárneho prúdu späť na zodpovedajúci primárny prúd na výpočet a zobrazenie.
Výber správneho pomeru CT
Je dôležité zvoliť správny pomer.
CT by sa mal vyberať podľa očakávaného normálneho zaťažovacieho prúdu, maximálneho prevádzkového prúdu, meracieho rozsahu a požiadaviek pripojeného merača alebo monitorovacieho systému.
Napríklad, ak systém normálne pracuje okolo 400 A, použitie CT s oveľa vyšším pomerom môže mať za následok, že CT bude pracovať pri relatívne nízkom percente svojho menovitého prúdu.
Na druhej strane, CT by sa nemalo bežne prevádzkovať nad jeho menovitý primárny prúd, pokiaľ to špecifická konštrukcia neumožňuje.
Najlepší pomer závisí skôr od celej aplikácie, než od jednoduchého výberu najväčšieho dostupného CT.
Bezpečnostné úvahy
CT musia byť inštalované a prevádzkované opatrne.
Najdôležitejšie je, že napájaný sekundárny CT by nemal zostať otvorený-v obvode, kým tečie primárny prúd. Na sekundárnych svorkách sa môže vyvinúť nebezpečné napätie.
Pred odpojením sekundárneho vedenia CT sa musia dodržať príslušné postupy vrátane výrobcom špecifikovaných metód skratovania a izolácie, ak je to vhodné.
Inštalácia by mala tiež dodržiavať príslušné požiadavky na elektrickú bezpečnosť a pokyny výrobcu.
Záver
Prúdový transformátor znižuje vysoký prúd na meranie pomocou elektromagnetickej indukcie na vytvorenie proporcionálneho, ale oveľa menšieho sekundárneho prúdu.
Napríklad CT 500/5A predstavuje primárny prúd 500A so sekundárnym prúdom približne 5A za menovitých podmienok. Samotný vysoký primárny prúd sa nezníži; namiesto toho CT poskytuje nižší-prúdový signál, ktorý možno bezpečne pripojiť k vhodným meračom a ochranným zariadeniam.
Pomer CT, trieda presnosti, zaťaženie, charakteristiky jadra, prevádzkový prúd, saturačné správanie, zapojenie a podmienky prostredia ovplyvňujú kvalitu transformácie prúdu.
Výberom správneho pomeru CT a správnej inštalácie transformátora je možné bezpečne a efektívne merať a monitorovať vysokoprúdové elektrické systémy.