Akım trafosu - Current transformer

110 kV şebekede çalışmak için bir CT

Bir akım trafosu (CT) bir tür trafo küçültmek veya çarpmak için kullanılan alternatif akım (AC). İkincilinde birincil akımla orantılı bir akım üretir.

Akım trafoları, gerilim veya potansiyel trafoları ile birlikte alet transformatörleri. Enstrüman transformatörleri, büyük voltaj veya akım değerlerini, ölçüm cihazları için kullanımı kolay, küçük, standartlaştırılmış değerlere ölçeklendirir ve koruyucu röleler. Gösterge transformatörleri, ölçüm veya koruma devrelerini birincil sistemin yüksek voltajından izole eder. Bir akım trafosu, birincil akımında akan akımla doğru orantılı olan ikincil bir akım sağlar. Akım trafosu, birincil devreye ihmal edilebilir bir yük sunar.[1]

Akım trafoları, güç sisteminin akım algılama birimleridir ve üretim istasyonlarında, elektrik trafo merkezlerinde ve endüstriyel ve ticari elektrik enerjisi dağıtımında kullanılır.

Fonksiyon

Akım trafosunun temel çalışması
SF6 110 kV akım trafosu TGFM serisi, Rusya
Kullanılan akım trafoları ölçüm ekipmanı için üç faz 400 amper elektrik kaynağı
Sıfır faz sıralı akım trafosu

Bir akım trafosu, bir birincil sargı, bir çekirdek ve bir ikincil sargıya sahiptir, ancak akım trafoları dahil olmak üzere bazı trafolar bir hava çekirdeği kullanır. Fiziksel prensipler aynı olsa da, bir "gerilim" transformatörüne kıyasla bir "akım" transformatörünün ayrıntıları, uygulamanın farklı gereksinimleri nedeniyle farklılık gösterecektir. Bir akım trafosu, birincil ve ikincil devrelerindeki akımlar arasında belirli bir aralıkta doğru bir oran sağlamak için tasarlanmıştır.

alternatif akım birincilde bir alternatif üretir manyetik alan çekirdekte, daha sonra ikincilde alternatif bir akımı indükler. Birincil devre, CT'nin eklenmesinden büyük ölçüde etkilenmez. Doğru akım transformatörleri, ikincil akımın geniş bir akım aralığında birincil akımla orantılı olmasını sağlamak için birincil ve ikincil arasında yakın bağlantıya ihtiyaç duyar. İkincildeki akım, birincildeki akımın (tek dönüşlü birincil varsayılarak) ikincilin dönüş sayısına bölünmesidir. Sağdaki resimde 'I' birincildeki akım, 'B' manyetik alandır, 'N' sekonderdeki dönüş sayısı ve 'A' bir AC ampermetresidir.

Akım trafoları tipik olarak bir silikon çelik Sağ taraftaki şekilde gösterildiği gibi çok sayıda bakır tel ile sarılmış halka çekirdek. Primer akımı taşıyan iletken halkadan geçirilir. Bu nedenle CT'nin birincil kısmı tek bir 'dönüşten' oluşur. Birincil 'sargı', akım trafosunun kalıcı bir parçası, yani akımı çekirdekten geçirmek için ağır bir bakır çubuk olabilir. Pencere tipi akım transformatörleri de yaygındır, bu da devre kablolarının çekirdekteki bir açıklığın ortasından geçerek tek dönüşlü bir birincil sargı sağlaması olabilir. Doğruluğa yardımcı olmak için, birincil iletken açıklıkta ortalanmalıdır.

CT'ler, birincilden ikincil'e mevcut oranlarıyla belirtilir. Anma sekonder akımı normalde 1 veya 5 amperde standardize edilir. Örneğin, 4000: 5 CT sekonder sargı, birincil sargı akımı 4000 amper olduğunda 5 amperlik bir çıkış akımı sağlayacaktır. Bu oran, diğer tarafta uygun değer verildiğinde, transformatörün bir tarafındaki empedansı veya voltajı bulmak için de kullanılabilir. 4000: 5 CT için ikincil empedans şu şekilde bulunabilir: ZS = Yeni ZelandaP = 800ZPve ikincil voltaj şu şekilde bulunabilir VS = NVP = 800VP. Bazı durumlarda ikincil empedans sevk birincil tarafa ve şu şekilde bulunur ZS′ = N2ZP. Empedans referansı, basitçe ilk ikincil empedans değerini mevcut oranla çarparak yapılır. Bir CT'nin ikincil sargısı, bir dizi oran sağlamak için kademelere sahip olabilir, beş kademe yaygındır.[1]

Akım trafosu şekilleri ve boyutları, son kullanıcıya veya şalter dişli üreticisine bağlı olarak değişir. Düşük voltajlı tek oranlı ölçüm akım transformatörleri, halka tipte veya plastik kalıplı kasadır.

Bölünmüş çekirdekli akım trafoları ya iki parçalı bir çekirdeğe veya çıkarılabilir bölümlü bir çekirdeğe sahiptir. Bu, transformatörün, önce bağlantısını kesmeden bir iletkenin etrafına yerleştirilmesine izin verir. Bölünmüş çekirdekli akım transformatörleri, genellikle taşınabilir, pille çalışan ve elde tutulan düşük akım ölçüm cihazlarında kullanılır (sağ alttaki şekle bakın).

Kullanım

Birçok dijital kelepçe metre ölçmek için bir akım trafosu kullanmak alternatif akım (AC).

Akım trafoları, akımı ölçmek ve cihazın çalışmasını izlemek için yaygın olarak kullanılır. Güç ızgarası. Gerilim kablolarının yanı sıra, gelir düzeyindeki CT'ler elektrik hizmetlerinin watt-saat ölçer birçok büyük ticari ve endüstriyel malzemede.

Yüksek voltajlı akım transformatörleri, topraktan izole etmek için porselen veya polimer izolatörlere monte edilir. Bazı CT konfigürasyonları, bir yüksek voltaj transformatörünün geçit izolatörü etrafında kayar veya şalter, iletkeni otomatik olarak CT penceresi içinde ortalayan

Akım trafoları, bir güç trafosunun alçak gerilim veya yüksek gerilim uçlarına monte edilebilir. Bazen bir akım trafosunu değiştirmek için bir bara çubuğunun bir bölümü çıkarılabilir.

Çoğunlukla, birden çok CT, çeşitli kullanımlar için bir "yığın" olarak kurulur. Örneğin, koruma cihazları ve gelir ölçümü, ölçüm ve koruma devreleri arasında izolasyon sağlamak için ayrı CT'ler kullanabilir ve cihazlar için farklı özelliklere (doğruluk, aşırı yük performansı) sahip akım transformatörlerinin kullanılmasına izin verir.

Sekonder gerilimin akım trafosu sınırlarını aşmasını önlemek için yük (yük) empedansı belirtilen maksimum değeri aşmamalıdır. Bir akım trafosunun birincil akım değeri aşılmamalıdır veya çekirdek doğrusal olmayan bölgesine girebilir ve sonuçta doyurmak. Bu, birincildeki AC sinüs dalgasının her bir yarısının (pozitif ve negatif) ilk yarısının sonuna yakın gerçekleşecek ve doğruluğu tehlikeye atacaktır.[1]

Emniyet

Akım transformatörleri genellikle yüksek voltajlarda yüksek akımları veya akımları izlemek için kullanılır. Akım trafoları kullanan tesisatların güvenliğini sağlamak için teknik standartlar ve tasarım uygulamaları kullanılmaktadır.

Bir akım trafosunun sekonderinin yükünden bağlantısı kesilmemelidir çünkü akım birincildir, çünkü sekonder akımı etkili bir sonsuza doğru sürmeye devam edecektir. iç direnç yalıtım bozulma gerilimine kadar ve dolayısıyla operatör güvenliğini tehlikeye atar. Belirli akım trafoları için bu voltaj birkaç kilovolta ulaşabilir ve kıvılcım. İkincil voltajın aşılması da transformatörün doğruluğunu bozabilir veya onu tahrip edebilir. Açık devre sekonderiyle bir akım trafosuna enerji vermek, kısa devre sekonderiyle bir gerilim trafosuna (normal tip) enerji vermeye eşdeğerdir. İlk durumda ikincil, sonsuz bir voltaj üretmeye çalışır ve ikinci durumda ikincil, sonsuz bir akım üretmeye çalışır. Her iki senaryo da tehlikeli olabilir ve transformatöre zarar verebilir.[1]

Doğruluk

Bir CT'nin doğruluğu, aşağıdakileri içeren bir dizi faktörden etkilenir:

  • Sorumluluk
  • Yük sınıfı / doygunluk sınıfı
  • Derecelendirme faktörü
  • Yük
  • Harici Elektromanyetik alanlar
  • Sıcaklık
  • Fiziksel konfigürasyon
  • Çoklu oranlı CT'ler için seçilen kademe
  • Faz değişimi
  • Birincil ve ikincil arasında kapasitif bağlantı
  • Birincil ve ikincil direnç
  • Çekirdek mıknatıslama akımı

Çeşitli ölçüm türleri için ve ikincil devrede (yükler) standart yüklerde doğruluk sınıfları IEC 61869-1'de 0.1, 0.2s, 0.2, 0.5, 0.5s, 1 ve 3 olarak tanımlanmıştır. Sınıf ataması yaklaşık bir ölçüdür CT'nin doğruluğu. Sınıf 1 CT'nin oran (birincil / ikincil akım) hatası, nominal akımda% 1'dir; Sınıf 0.5 CT'nin oran hatası% 0.5 veya daha azdır. Özellikle güç ölçüm devrelerinde fazdaki hatalar da önemlidir. Her sınıfın, belirli bir yük empedansı için izin verilen maksimum faz hatası vardır. [1]

Koruyucu röle bağlantısı için kullanılan akım transformatörleri, sistem arızaları sırasında rölelerin doğru performansını sağlamak için normal derecelendirmeyi aşan aşırı yük akımlarında da doğruluk gereksinimlerine sahiptir. 2.5L400 dereceli bir CT, sekonder sargısının nominal sekonder akımının yirmi katı olan bir çıkışı belirtir (genellikle 5 A × 20 = 100 A) ve 400 V (IZ düşüşü) çıkış doğruluğu yüzde 2,5 civarında olacaktır.

Sorumluluk

Bir akım transformatörünün ikincil yükü, onu birincil yükten ayırmak için "yük" olarak adlandırılır.

CT ölçümündeki yük elektrik ağı büyük ölçüde dirençli iç direnç ikincil sargısına sunulur. IEC CT'ler için tipik yük derecelendirmeleri 1,5'tirVA, 3 VA, 5 VA, 10 VA, 15 VA, 20 VA, 30 VA, 45 VA ve 60 VA. ANSI / IEEE yük derecelendirmeleri B-0.1, B-0.2, B-0.5, B-1.0, B-2.0 ve B-4.0'dır. Bu, yük derecesi B-0.2 olan bir CT'nin belirtilen doğruluğunu 0.2'ye kadar koruyacağı anlamına gelir.Ω ikincil devrede. Bu özellik diyagramları, CT'nin nominal yükünde büyüklük ve faz açısı hata ölçeklerini içeren bir ızgara üzerinde doğruluk paralelkenarları gösterir. Mevcut bir ölçüm devresinin yüküne katkıda bulunan öğeler anahtar blokları, sayaçlar ve ara iletkenler. Aşırı yük empedansının en yaygın nedeni, arasındaki iletkendir. metre ve CT. Trafo merkezi sayaçları sayaç kabinlerinden uzağa yerleştirildiğinde, aşırı kablo uzunluğu büyük bir direnç oluşturur. Bu sorun, daha kalın kablolar ve daha düşük ikincil akımlara (1 A) sahip CT'ler kullanılarak azaltılabilir; bunların her ikisi de CT ile ölçüm cihazları arasında daha az voltaj düşüşü üretir. [1]

Diz noktası çekirdek doygunluk voltajı

diz noktası voltajı Bir akım transformatörünün değeri, çıkış akımının beyan edilen doğruluk dahilinde giriş akımını doğrusal olarak takip etmeyi bıraktığı sekonder voltajın büyüklüğüdür. Testte, ikincil terminallere voltaj uygulanırsa, mıknatıslanma akımı diz noktasına ulaşılana kadar uygulanan voltajla orantılı olarak artacaktır. Diz noktası, uygulanan voltajdaki% 10'luk bir artışın mıknatıslama akımını% 50 artırdığı voltaj olarak tanımlanır.[2] Diz noktasından daha büyük voltajlar için, mıknatıslama akımı, ikincil terminaller boyunca voltajdaki küçük artışlarda bile önemli ölçüde artar. Diz noktası voltajı, akım trafolarının ölçülmesi için daha az uygulanabilir çünkü doğrulukları genellikle çok daha yüksektir, ancak çok küçük bir akım trafosu değeri aralığında, tipik olarak 1,2 ila 1,5 kat nominal akımda sınırlandırılmıştır. Bununla birlikte, diz noktası gerilimi kavramı, nominal akımın 20 ila 30 katı arıza akımlarına mutlaka maruz kaldıkları için koruma akım transformatörleri için çok uygundur.[3]

Faz değişimi

İdeal olarak, bir akım trafosunun birincil ve ikincil akımları fazda olmalıdır. Pratikte bu imkansızdır, ancak normal güç frekanslarında faz kaymaları bir derecenin birkaç onda biri elde edilebilirken, daha basit CT'ler altı dereceye kadar faz kaymalarına sahip olabilir.[4] Akım ölçümü için faz kayması önemsizdir, çünkü ampermetreler sadece akımın büyüklüğünü gösterir. Ancak Wattmetreler, enerji sayaçları, ve güç faktörü sayaçlar, faz kayması hatalar üretir. Güç ve enerji ölçümü için, hatalar birim güç faktöründe ihmal edilebilir olarak kabul edilir, ancak güç faktörü sıfıra yaklaştıkça daha önemli hale gelir. Sıfır güç faktöründe, belirtilen herhangi bir güç tamamen akım trafosunun faz hatasından kaynaklanır.[4] Elektronik güç ve enerji sayaçlarının piyasaya sürülmesi, mevcut faz hatasının kalibre edilmesine izin verdi.[5]

İnşaat

Bar tipi akım trafoları, birincil devrenin kaynak ve yük bağlantıları için terminallere sahiptir ve akım trafosunun gövdesi, birincil devre ile toprak arasında yalıtım sağlar. Yağ yalıtımı ve porselen burçlar kullanılarak bu tür transformatörler en yüksek iletim voltajlarında uygulanabilir.[1]

Halka tipi akım transformatörleri, bir bara veya yalıtılmış bir kablo üzerine monte edilir ve ikincil bobinde yalnızca düşük bir yalıtım seviyesine sahiptir. Standart dışı oranlar elde etmek için veya diğer özel amaçlar için, halkadan birincil kablonun birden fazla dönüşü geçirilebilir. Kablo kılıfında metal bir blendajın bulunduğu yerde, doğruluğu sağlamak için halkadan net kılıf akımı geçmeyecek şekilde sonlandırılmalıdır. Üç fazlı bir kurulumda olduğu gibi toprak arızası (sıfır dizi) akımlarını algılamak için kullanılan akım trafoları, halkadan geçirilen üç birincil iletkene sahip olabilir. Yalnızca net dengesiz akım ikincil bir akım üretir - bu, enerjili bir iletkenden toprağa bir arızayı tespit etmek için kullanılabilir. Halka tipi transformatörler genellikle sekonder sargılar üzerinde sert kauçuk veya plastik kasa bulunan kuru yalıtım sistemleri kullanır.

Geçici bağlantılar için, ayrık halka tipi bir akım trafosu, bağlantısını kesmeden bir kablonun üzerinden kaydırılabilir. Bu tip, kablonun üzerine monte edilmesine izin veren menteşeli bir bölüme sahip lamine bir demir çekirdeğe sahiptir; çekirdek, tek dönüşlü birincil sargı tarafından üretilen manyetik akıyı birçok dönüşlü ikincil bir yaraya bağlar. Mafsallı segmentteki boşluklar yanlışlığa yol açtığından, bu tür cihazlar normalde gelir ölçümü için kullanılmaz.

Akım trafoları, özellikle yüksek gerilim trafo merkezi hizmeti için tasarlanmış olanlar, ikincil sargılarında aynı cihazda birkaç oran sağlayan birden çok kademe içerebilir. Bu, yedek birimlerin azaltılmış envanterine izin vermek veya bir kurulumda yük artışına izin vermek için yapılabilir. Bir yüksek voltajlı akım transformatörü, ayrı ölçüm ve koruma devrelerine izin vermek için veya farklı tipteki koruyucu cihazlara bağlantı için aynı primere sahip birkaç sekonder sargıya sahip olabilir. Örneğin, dal aşırı akım koruması için bir ikincil sargı kullanılabilirken, bir bara diferansiyel koruma düzeninde ikinci bir sargı ve güç ve akım ölçümü için kullanılan üçüncü bir sargı kullanılabilir.[1]

Özel tipler

Özel olarak inşa edilmiş geniş bant Akım transformatörleri ayrıca kullanılır (genellikle bir osiloskop ) ölçmek dalga biçimleri nın-nin yüksek frekans veya içindeki darbeli akımlar darbeli güç sistemleri. Güç devresi için kullanılan CT'lerin aksine, geniş bant CT'ler birincil akım amper başına çıkış volt olarak derecelendirilir.

Yük direnci, ölçüm frekansında sekonder sargının endüktif empedansından çok daha düşükse, sekonderdeki akım birincil akımı izler ve transformatör, ölçülen akımla orantılı bir akım çıkışı sağlar. Öte yandan, bu koşul doğru değilse, transformatör endüktiftir ve diferansiyel bir çıktı verir. Rogowski bobini bu etkiyi kullanır ve harici bir entegratör Ölçülen akımla orantılı bir voltaj çıkışı sağlamak için.

Standartlar

Nihayetinde, müşteri gereksinimlerine bağlı olarak, akım trafolarının tasarlandığı iki ana standart vardır. IEC 61869-1 (geçmişte IEC 60044-1) ve IEEE C57.13 (ANSI), ancak Kanada ve Avustralya standartları da tanınmaktadır.[1][6]

Yüksek voltaj türleri

Akım trafoları, yüksek voltajlı elektrikte koruma, ölçüm ve kontrol için kullanılır. trafo merkezleri ve elektrik şebekesi. Akım transformatörleri, şaltın içine veya aparat burçlarına monte edilebilir, ancak çoğu zaman bağımsız duran dış akım transformatörleri kullanılır. Bir şalt sahasında, canlı tank akım transformatörleri, mahfazalarının önemli bir kısmı hat geriliminde enerjilendirilmiştir ve izolatörlere monte edilmelidir. Ölü tank akım transformatörleri, ölçülen devreyi muhafazadan izole eder. Canlı tank CT'leri kullanışlıdır çünkü birincil iletken kısadır, bu da daha iyi stabilite ve daha yüksek kısa devre akım oranı sağlar. Sargının birincisi, manyetik çekirdek etrafına eşit olarak dağıtılabilir, bu da aşırı yükler ve geçişler için daha iyi performans sağlar. Bir canlı tank akım trafosunun ana yalıtımı birincil iletkenlerin ısısına maruz kalmadığından, yalıtım ömrü ve ısıl kararlılık iyileştirilir.[1]

Yüksek voltajlı bir akım transformatörü, farklı amaçlar için (ölçüm devreleri, kontrol veya koruma gibi) her biri ikincil sargıya sahip birkaç çekirdek içerebilir.[7] Bir nötr akım transformatörü, bir transformatörün wye nötr noktasından nötr hattından akan herhangi bir arıza akımını ölçmek için toprak arıza koruması olarak kullanılır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  • Guile, A .; Paterson, W. (1977). Elektrik Güç Sistemleri, Birinci Cilt. Bergama. s. 331. ISBN  0-08-021729-X.
  1. ^ a b c d e f g h ben j Donald G. Fink, H. Wayne Beatty (ed), Elektrik Mühendisleri için Standart El Kitabı, Eleventh Edition, Mc-Graw Tepesi, 1978, 0-07-020974-X, s. 10-51 - 10-57
  2. ^ "IEC 60050 - Uluslararası Elektroteknik Kelime - IEV numarası 321-02-34 için ayrıntılar:" diz noktası voltajı"". www.electropedia.org. Alındı 2018-07-12.
  3. ^ Anon, Koruyucu Röleler Uygulama Kılavuzu İkinci BaskıThe General Electric Company Limited of England, 1975 Bölüm 5.3
  4. ^ a b "CT Faz Kaymasından Kaynaklanan Ölçüm Hataları - Kıta Kontrol Sistemleri". ctlsys.com. Alındı 2017-09-21.
  5. ^ "CT Faz Açısı Düzeltme - Kıta Kontrol Sistemleri". ctlsys.com. Alındı 2017-09-21.
  6. ^ "IEC 61869-9: 2016 | IEC Web Mağazası | LVDC". webstore.iec.ch. Alındı 2018-07-12.
  7. ^ Koruyucu Röleler Uygulama Kılavuzu, (The General Electric Company Limited of England, 1975) sayfalar 78-87

Dış bağlantılar