Průvodce návrhem proudových transformátorů pro ochranu a měření

Průvodce návrhem proudových transformátorů pro ochranu a měření

Proudové transformátory (PT) jsou přesná zařízení, která převádějí primární proudy na standardní sekundární hodnoty pro relé a měřicí přístroje. Návrh PT vyžaduje vyvážení magnetického výkonu, tepelných limitů a mechanické odolnosti, aby byly splněny požadavky na přesnost za různých provozních podmínek.

Rychlá definice: Návrh proudového transformátoru je inženýrský proces výběru materiálů jádra, konfigurace vinutí a izolačních systémů, jejichž cílem je přesné zopakování primárních proudů ve škálové sekundární hodnotě.

Klíčové závěry projektu

• Návrh PT musí odpovídat normám IEC 61869-2 a IEEE C57.13 týkajícím se přesnosti, bezpečnosti a zkoušení.
• Spolehlivost proudu transformátoru během poruch určují nasycení jádra, velikost zátěže a tepelný výkon.
• Enwei Electric nabízí konstrukčně optimalizované proudové transformátory přizpůsobené pro ochranu, měření a digitální rozvodny.
• Externí odkazy od IEC, IEEE a NERC stanovují specifikace, zkoušky a údržbové protokoly.

Definování návrhových cílů

Návrháři nejprve upřesní, zda proudový transformátor slouží pro ochranu, měření nebo obě funkce současně. Proudové transformátory pro ochranu klade důraz na přechodový výkon a vysoké napětí kolankového bodu, aby se zabránilo nasycení během poruch. Proudové transformátory pro měření se zaměřují na přesnost v rámci různých zatěžovacích rozsahů. Vliv na geometrii a volbu izolace mají také provozní podmínky, montážní omezení a integrace s rozváděčem.

Základy magnetického obvodu

Jádro prouduvého transformátoru tvoří magnetický obvod, který vede tok vyvolaný primárním proudem. Příčný průřez jádra a délka magnetické dráhy určují budicí proud a vlastnosti nasycení. Konstruktéři používají materiály s vysokou permeabilitou, aby minimalizovali budicí proud a zajistili, že sekundární proud bude sledovat průběh primárního proudu.

Vzduchové mezery, které jsou často nežádoucí, mohou být záměrně přidány u speciálních prouduvých transformátorů pro řízení nasycení. Mezery však zvyšují budicí proud a snižují přesnost, proto je nutné je pečlivě modelovat.

Shoda se standardy a odkazy

• IEC 61869-2:2012 — Poskytuje třídy přesnosti, tepelné limity a zkušební postupy. Zdroj: IEC
• IEEE C57.13-2016 — Zahrnuje požadavky na měřicí transformátory v Severní Americe. Zdroj: IEEE
• NERC PRC-005 — Definuje intervaly údržby komponent ochranných systémů. Zdroj: NERC

Dodržování norem zajišťuje, že prouduvé transformátory splňují globální očekávání na přesnost a požadavky regulačních auditů.

Výpočty návrhu jádra

Návrháři vypočítají průřez jádra pomocí maximální povolené hustoty toku pro zvolený materiál, přičemž berou v úvahu primární proud, poměr závitů a frekvenci. Hustota toku musí zůstat pod mezí nasycení i za podmínek maximální poruchy.

Napětí kolena se vypočítává z vlastností jádra a poměru závitů, aby bylo zajištěno, že ochranné proudové transformátory udrží výstup, když sekundární obvody zaznamenají vysoké zatížení. Inženýři také určují magnetizační proud a excitační křivky pro ověření přesnosti v rámci stanovených tříd.

Hlediska vinutí a zatížení

Návrh sekundárního vinutí zahrnuje volbu průměru vodiče a počtu závitů pro dosažení požadovaného poměru při současném zvládnutí tepelného zatížení. Odpor vinutí a rozptylová reaktance přispívají ke celkovému zatížení a musí být minimalizovány.

Zatížení zahrnuje připojená zařízení – měřicí přístroje, relé – a také odpor vedení. Celkové zatížení musí zůstat pod jmenovitou hodnotou, aby byla zachována přesnost. Některé konstrukce obsahují více sekundárních vinutí pro samostatné obvody ochrany a měření.

Výběr materiálu jádra a vinutí

Proudové transformátory pro ochranu často používají texturovanou křemíkovou ocel nebo nanokrystalické materiály s vysokou hustotou saturace magnetického toku. Proudové transformátory pro měření mohou využívat amorfní slitiny ke zlepšení přesnosti při nízkých proudech. Izolace sekundárního vinutí používá smaltovaný měděný drát, doplněný vrstvami epoxidu, Mylaru nebo Nomexu v závislosti na třídě napětí.

Mechanický návrh zahrnuje nosné konstrukce, upínací rámy a zalévání pryskyřicí, aby odolaly silám při zkratu. Proudové transformátory pro venkovní použití vyžadují odolné proti povětrnostním vlivům skříně, zatímco transformátory pro vnitřní použití jsou integrovány do rozváděčových komor.

Tepelný a mechanický výkon

Proudové transformátory generují teplo způsobené ztrátami ve vinutí a hysterezí jádra. Termální modelování zajišťuje, že nárůst teploty zůstane v mezích podle IEC. Konstruktéři mohou pro efektivní odvod tepla použít odlité epoxidové nebo olejově ponořené provedení skříně.

Síly při zkratu mohou přesáhnout několik kN, zejména u aplikací s vysokým proudem. Rámce proudových transformátorů, nosné konzoly a izolace musí odolávat mechanickému namáhání, aby nedošlo ke deformaci nebo poruše izolace.

Testování a ověřování

Prototypy proudových transformátorů procházejí běžnými, typovými a zvláštními zkouškami: zkoušky přesnosti převodu, kontroly polarity, zkoušky izolace, schopnosti snést krátkodobý proud a měření částečných výbojů. Budicí charakteristiky potvrzují napětí kolankového bodu, zatímco zkoušky nárůstu teploty ověřují termální návrh.

Digitální modelovací nástroje, jako je metoda konečných prvků (FEA), pomáhají ověřit rozložení magnetického toku a mechanického napětí ještě před fyzickým testováním. Laboratoře společnosti Enwei Electric sbírají data pro certifikaci souladu se specifikacemi zákazníků a mezinárodními normami.

Kontrolní seznam pro návrh transformátoru proudu

• Identifikujte aplikaci: ochrana, měření nebo kombinovaná funkce.
• Vyberte materiál jádra a určete průřezovou plochu, aby nedošlo k nasycení.
• Vypočítejte poměr závitů, napětí kolena a magnetizační proud.
• Zhodnoťte zátěž včetně připojených zařízení a zapojení.
• Navrhněte izolaci, tepelné managementy a mechanické podpory pro provozní prostředí.
• Plánujte ověřovací testování dle IEC 61869-2 a IEEE C57.13.

Odborné znalosti Enwei Electric v oblasti návrhu TP

Společnost Enwei Electric vyrábí středotlaké a nízkonapěťové transformátory proudu s volitelnými převody, třídami přesnosti a izolačními systémy. Prohlédněte si možnosti produktů na https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. Integrace se spínací technikou ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) a transformátory ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) zajišťuje koherentní výkon systému.

Technické FAQ o návrhu proudového transformátoru

Jak zabráníte saturaci PT při poruchách?

Navrhněte vysoké napětí kolena výběrem vhodného materiálu jádra, zvýšením počtu závitů a správným řízením zatížení, aby zůstalo v rámci jmenovitých limitů.

Může jeden PT sloužit jak pro ochranu, tak pro měření?

Ano, s dvojitými sekundárními vinutími navrženými pro různé třídy přesnosti, ale je nutné pečlivě řídit zatížení, aby nedošlo k vzájemnému ovlivnění.

Jakou podporu při návrhu nabízí společnost Enwei Electric?

Společnost Enwei Electric poskytuje aplikační inženýrství, výběr převodových poměrů a ověřovací testování za účelem dodání PT přizpůsobených požadavkům na ochranu nebo měření.

Výzva k akci: Navrhněte přesné PT ve spolupráci se společností Enwei Electric

Robustní návrh proudového transformátoru je zásadní pro přesné měření a spolehlivou ochranu. Spolupracujte s Enwei Electric na řešeních proudových transformátorů, testování a podpoře integrace systémů. Kontaktujte společnost Enwei Electric ještě dnes a urychlete svůj projekt návrhu proudového transformátoru.

Aplikace projektů

Podívejte se na příklady reálného nasazení a výběr z galerie napříč produktovými centry Enwei Electric:

• Řešení transformátorů pro distribuční a průmyslové projekty.
• Portfolia spínací techniky obsahující rozváděče pro střední a nízké napětí.
• Rozsahy proudových transformátorů podporující přesné měření a ochranu.
• Prefabrikované transformátory které integrují transformátory, spínací zařízení a rozváděče.