Virtamuuntajien suunnitteluopas suojaus- ja mittaukseen

Virtamuuntajien suunnitteluopas suojaus- ja mittaukseen

Virtamuuntajat (CT) ovat tarkkuuslaitteita, jotka muuntavat ensisijaiset virrat standardiksi toissijaisiksi arvoiksi releille ja mittareille. CT:n suunnittelu edellyttää magneettisen suorituskyvyn, lämpötilarajojen ja mekaanisen kestävyyden tasapainottamista, jotta tarkkuusvaatimukset täyttyvät erilaisissa käyttöolosuhteissa.

Nopea määritelmä: Virtamuuntajien suunnittelu on tekninen prosessi, jossa valitaan ytimen materiaalit, käämityksen konfiguraatiot ja eristysjärjestelmät, jotta ensisijainen virta voidaan toistaa tarkasti skaalattuna toissijaisena arvona.

Projektin keskeiset havainnot

• CT-suunnittelun on oltava linjassa IEC 61869-2- ja IEEE C57.13 -standardien kanssa tarkkuuden, turvallisuuden ja testauksen osalta.
• Ytimen kytkentä, kuorman koko ja lämpösuorituskyky määräävät CT:n luotettavuuden vikatiloissa.
• Enwei Electric tarjoaa suunniteltuja virtamuuntajia, jotka on räätälöityjä suojaus-, mittaus- ja digitaalasemakäyttöön.
• Ulkoiset viittaukset IEC:stä, IEEE:stä ja NERC:istä ohjaavat teknisiä vaatimuksia, testausmenetelmiä ja kunnossapitoprotokollia.

Suunnittelutavoitteiden määrittely

Suunnittelijat selkeyttävät ensin, onko virtamuuntaja tarkoitettu suojauskäyttöön, mittaukseen vai molempiin. Sosuojauksen virtamuuntajat painottavat transienttien käsittelyä ja korkeaa polttapistejännitettä välttääkseen kytkentävirheiden aikaisen syttyneisyyden. Mittaustarkoituksen virtamuuntajat keskittyvät tarkkuuteen eri kuormitustasoilla. Ympäristöolosuhteet, asennusrajoitteet ja kytkinkalustoon integrointi vaikuttavat geometriaan ja eristysvalintoihin.

Magneettipiirin perusteet

Virtamuuntajan ydin muodostaa magneettipiirin, joka ohjaa primäärisvirran tuottamaa vuota. Ytimen poikkipinta-ala ja magneettinen polunpituus määräävät magnetointivirran ja saturaatioominaisuudet. Suunnittelijat käyttävät korkea-permeabiliteettisia materiaaleja magnetointivirran minimoimiseksi varmistaakseen, että sekundäärivirta seuraa primääriarvoa.

Ilmarajat, jotka usein ovat epätoivottuja, voidaan lisätä tarkoituksella erityisissä virtamuuntimissa (CT) estämään syttyminen. Kuitenkin ilmarajat lisäävät magnetointivirtaa ja heikentävät tarkkuutta, joten niiden mallintaminen on tehtävä huolellisesti.

Standardien mukaisuus ja viittaukset

• IEC 61869-2:2012 — Tarjoaa tarkkuusluokat, lämpötilarajat ja testausmenettelyt. Lähde: IEC
• IEEE C57.13-2016 — Kattaa instrumenttimuuntimien vaatimukset Pohjois-Amerikassa. Lähde: IEEE
• NERC PRC-005 — Määrittelee huoltovälit suojalaitteiden komponenteille. Lähde: NERC

Mukautuminen varmistaa, että virtamuuntimet täyttävät globaalit tarkkuusvaatimukset ja sääntelyyn liittyvät tarkastusvaatimukset.

Ytimen suunnittelulaskelmat

Suunnittelijat laskevat ytimen poikkipinta-alan käyttäen valitulle materiaalille sallittua maksimivuontiheyttä ottaen huomioon ensiövirta, kierrosluku ja taajuus. Vuontiheyden on pysyttävä kyllästymisrajan alapuolella huippuvikatilanteissa.

Polttosuunnan jännite lasketaan ytimen ominaisuuksien ja käämityssuhteen perusteella, mikä varmistaa, että suojakuristimet säilyttävät toimintakykynsä, kun toissiset piirit kohtaavat suuria kuormia. Insinöörit määrittävät myös magneettivirtauksen ja herättämisvirran käyrät tarkistaakseen tarkkuuden määritetyissä luokissa.

Käämityksen ja kuorman huomioonottaminen

Toissisen käämityksen suunnitteluun kuuluu johtimen halkaisijan ja kierrosluvun valinta halutun suhteen saavuttamiseksi samalla kun lämpökuormat kestetään. Käämityksen resistanssi ja vuontihentymäreaktanssi vaikuttavat kokonaiskuormaan, ja ne on minimoitava.

Kuormalaskelmiin sisällytetään liitettyjen laitteiden — mittareiden, releiden — lisäksi johtimien resistanssi. Kokonaiskuorman on pysyttävä nimellisarvoa alempana tarkkuuden ylläpitämiseksi. Jotkin suunnittelut sisältävät useita toissisia käämityksiä erillisiin suojaus- ja mittauspiireihin.

Ytimen ja käämitysmateriaalin valinta

Suojaustransformatoreissa käytetään usein suunnattua sirppirautaa tai nanokristallimateriaaleja korkean kytkentätiheyden saavuttamiseksi. Mittaustransformatoreissa voidaan käyttää amorfiisia seoksia tarkkuuden parantamiseksi pienillä virroilla. Toissijaisen käämin eristykseen käytetään emaloidutusta kuparilangasta valmistettua käämiä, ja sen lisäksi käytetään tarvittaessa epoksi-, Mylar- tai Nomex-kerroksia jännitetasosta riippuen.

Mekaaninen rakenne sisältää tukirakenteet, kiinnityskehykset ja harjateräytteen, jotka kestävät oikosulkuvallit. Ulkokäyttöön tarkoitetuissa transformatoreissa tarvitaan säänsuojattuja koteja, kun taas sisäkäyttöön tarkoitetut integroidaan kytkinlaitteiden osiin.

Lämpö- ja mekaaninen suorituskyky

Transformaattorit tuottavat lämpöä johtimen resistanssin (kuparitappiot) ja ytimen hystereesin vuoksi. Lämpömallinnus varmistaa, että lämpötilannousu pysyy IEC:n määrittämien rajojen sisällä. Suunnittelijat voivat käyttää muovattua epoksihartsia tai öljyssä olevia kotelointeja tehokkaaseen lämmönhaihdutukseen.

Oikosulkuvallit voivat ylittää useita kN, erityisesti suurvirratilanteissa. Transformaattorin kehyt, tukirungot ja eristeet täytyy mitoittaa kestämään mekaanista rasitusta vaurioitumisen tai eristysrikkojen välttämiseksi.

Testaaminen ja validointi

Prototyyppien virtamuuntajia testataan rutiini-, tyyppi- ja erikoistesteillä: suhde- ja tarkkuustesteillä, napaisuustarkistuksilla, eristystesteillä, oikosulkuvirtakestoisuudella sekä osittaispurkausmittauksilla. Magnetointikäyrät vahvistavat polttapistejännitteen, ja lämpötilannousutestit varmentavat lämpösuunnittelun.

Digitaaliset mallinnustyökalut, kuten elementtimenetelmä (FEA), auttavat varmistamaan magneettivuon jakauman ja mekaanisen rasituksen ennen fyysistä testausta. Enwei Electricin laboratoriot keräävät tiedot varmistaakseen asiakasspesifikaatioiden ja kansainvälisten standardien mukaisuuden.

Virtamuuntajan suunnittelun insinööriluettelo

• Määritä käyttötarkoitus: suojaus, mittaus tai yhdistetty käyttö.
• Valitse ydinsynteesi ja määritä poikkipinta-ala estämään syttyminen.
• Laske käämityssuhde, polttapistejännite ja magnetointivirta.
• Arvioi kuorma, mukaan lukien liitetyt laitteet ja kaapelointi.
• Suunnittele eristeet, lämmönhallinta ja mekaaniset tuet toimintaympäristöön.
• Suunnittele hyväksymistestaus IEC 61869-2:n ja IEEE C57.13:n mukaisesti.

Enwei Electricin CT-suunnittelun asiantuntemus

Enwei Electric valmistaa keski- ja matalajännitteisiä virtamuuntajia (CT) räätälöitävillä käämityssuhteilla, tarkkuusluokilla ja eristysjärjestelmillä. Tutustu tuotevaihtoehtoihin osoitteessa https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. https://www.enweielectric.com/products/switchgear) ja muuntajien ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) kanssa varmistaa yhtenäisen järjestelmän toiminnan.

Teknillinen UKK virtamuuntajien suunnittelusta

Kuinka estetään CT:n kytkentä vikatilanteissa?

Suunnittele korkea polkupistejännite valitsemalla sopiva ydinsuunta, lisäämällä kierroksia ja hallitsemalla kuormitusta siten, että se pysyy nimellisrajojen sisällä.

Voiko yksi CT palvella sekä suojaukseen että mittaukseen?

Kyllä, kahdella erillisellä toisiokäämillä, jotka on suunniteltu eri tarkkuusluokille, mutta kuormituksen huolellinen hallinta on välttämätöntä ristivaikutusten välttämiseksi.

Mitä suunnittelutukea Enwei Electric tarjoaa?

Enwei Electric tarjoaa sovellusinsinöörintää, käämityssuhteen valintaa ja vahvistustestausta suojaukseen tai mittaukseen tarkoitettujen virtamuuntajien räätälöintiin.

Kutsu toimintaan: Suunnittele tarkkuusvirtamuuntajat Enwei Electricin kanssa

Luotettava virtamuuntajasuunnittelu on olennaisen tärkeää tarkan mittaamisen ja luotetun suojauksen kannalta. Yhteistyössä Enwei Electricin kanssa saat insinööriratkaisut, testauksen ja järjestelmäintegraatiotuen. Ota yhteyttä Enwei Electriciin jo tänään kiihdyttääksesi virtamuuntajasuunnitteluprojektiasi.

Projektisovellukset

Katso käytännön toteutusesimerkkejä ja valokuvagallerian korostettuja kohtia Enwei Electricin tuotekeskittymissä:

• Muuntajaratkaisut jakelua ja teollisia projekteja varten.
• Kytkinlaitesarjat keski- ja matalajänniteohjaustiloihin.
• Virtamuuntajasarjat tarkkaa mittaus- ja suojaukseen tarkoitettuja.
• Esivalmistetut sähköasemat jotka sisältävät muuntajia, kytkinlaitteita ja paneleita.