Áramváltó tervezési útmutató védelemhez és méréshez

Áramváltó tervezési útmutató védelemhez és méréshez

Az áramváltók (CT-k) olyan precíziós eszközök, amelyek a primer áramokat szabványos másodlagos értékekre alakítják át relék és mérőműszerek számára. Az áramváltó tervezése során a mágneses teljesítményt, a hőmérsékleti határértékeket és a mechanikai robosztusságot kell összehangolni, hogy a különböző üzemeltetési körülmények között is teljesüljenek a pontossági követelmények.

Gyors definíció: Az áramváltó tervezés az a mérnöki folyamat, amely során a maganyagot, a tekercselési konfigurációkat és a szigetelési rendszereket választják ki, hogy a primer áramot pontosan leképezzék egy méretezett másodlagos értékre.

A projekt legfontosabb tanulságai

• A CT tervezésnek összhangban kell lennie az IEC 61869-2 és az IEEE C57.13 szabványokkal a pontosság, biztonság és tesztelés tekintetében.
• A vasmag telítődése, a terhelés méretezése és a hőteljesítmény határozzák meg az áramváltó megbízhatóságát zavar esetén.
• Az Enwei Electric olyan speciálisan kialakított áramváltókat kínál, amelyek védelmi, mérési és digitális alállomási alkalmazásokhoz igazodnak.
• Külső előírások az IEC, IEEE és NERC szervezetektől irányelveket adnak a specifikációkhoz, teszteléshez és karbantartási protokollokhoz.

A tervezési célok meghatározása

A tervezők elsőként tisztázzák, hogy az áramváltó védelmi, mérési vagy mindkét funkciót betölti-e. A védelmi célú áramváltók a tranziens teljesítményre és magas térdponti feszültségre helyezik a hangsúlyt, hogy elkerüljék a telítődést zavar esetén. A mérési áramváltók a terhelési tartományokon belüli pontosságot tartják szem előtt. A környezeti feltételek, szerelési korlátozások és a kapcsolóberendezésekkel való integráció befolyásolja a geometriai kialakítást és a szigetelési megoldásokat.

Mágneses kör alapjai

A CT magja mágneses kört alkot, amely vezeti a primer áram által generált fluxust. A mag keresztmetszeti területe és a mágneses úthossz meghatározza a gerjesztő áramot és telítődési jellemzőket. A tervezők nagy permeabilitású anyagokat használnak a gerjesztő áram minimalizálására, így biztosítva, hogy a szekunder áram kövesse a primer hullámformát.

A légrés, amely gyakran nem kívánatos, speciális CT-k esetében szándékosan is beépíthető a telítődés szabályozása céljából. Ugyanakkor a légrés növeli a gerjesztő áramot és csökkenti a pontosságot, ezért gondosan kell modellezni.

Szabványokhoz való igazodás és hivatkozások

• IEC 61869-2:2012 — Pontossági osztályokat, hőmérsékleti határokat és vizsgálati eljárásokat határoz meg. Forrás: IEC
• IEEE C57.13-2016 — Műszerezési transzformátorokra vonatkozó követelményeket tárgyal Észak-Amerikában. Forrás: IEEE
• NERC PRC-005 — A védelmi rendszeralkatrészek karbantartási időközeit részletezi. Forrás: NERC

A megfelelőség biztosítja, hogy a CT-k megfeleljenek a globális pontossági elvárásoknak és a szabályozási ellenőrzési követelményeknek.

Magtervezési számítások

A tervezők a mag keresztmetszeti területét a kiválasztott anyaghoz megengedett maximális fluxussűrűség alapján számítják ki, figyelembe véve az elsődleges áramot, a menetszám-arányt és a frekvenciát. A fluxussűrűségnek csúcs terhelési állapotban is az indítási küszöb alatt kell maradnia.

A térdponti feszültséget a mag jellemzőiből és a menetszám-arányból számítják ki, így biztosítva, hogy a védelmi áramváltók kimenetet tudjanak tartani akkor is, amikor a másodlagos körök nagy terhelést tapasztalnak. A mérnökök emellett meghatározzák a gerjesztőáramot és a gerjesztési görbéket is, hogy ellenőrizzék a pontosságot a megadott osztályokon belül.

Tekercselési és terhelési szempontok

A másodlagos tekercselés tervezése során a vezető méretének és a menetszámoknak a kiválasztásával érik el a kívánt arányt, miközben figyelembe veszik a hőterhelést. A tekercs ellenállása és a szórási reaktancia hozzájárul az összes terheléshez, és ezeket minimalizálni kell.

A terhelés kiszámítása tartalmazza a csatlakoztatott eszközöket—mérőműszereket, reléket—valamint a vezetékellenállást. A teljes terhelésnek az értékhatár alatt kell maradnia a pontosság fenntartása érdekében. Egyes tervek több másodlagos tekercset is magukban foglalnak külön védő- és mérőkörök számára.

Mag- és tekercsanyag kiválasztása

A védőáramváltóknál gyakran irányított szilíciumacélt vagy nanokristályos anyagokat használnak a magas telítési fluxussűrűség elérése érdekében. A mérőáramváltók amorf ötvözeteket alkalmazhatnak a kis áramoknál történő pontosság javításához. A másodlagos tekercs szigetelése lakkal bevont rézhuzalt használ, feszültségosztálytól függően epoxi, Mylar vagy Nomex rétegekkel kiegészítve.

A mechanikai tervezés tartalmazza a tartószerkezeteket, rögzítőkereteket és gyantabetömörítést, amelyek képesek elviselni a rövidzárlati erőket. A kültéri áramváltóknak időjárásálló házzal kell rendelkezniük, míg a beltéri kivitelek a kapcsolóberendezések rekeszeibe épülnek be.

Hőmérsékleti és mechanikai teljesítmény

A CT-k hőt fejlesztenek a rézveszteségek és a maghiszterézis következtében. A hőmérséklet-emelkedésnek az IEC határértéken belül kell maradnia, amit termikus modellezéssel biztosítanak. A tervezők öntött epoxi vagy olajmerülő házakat használhatnak a hő hatékony elvezetésére.

Rövidzárlati erők több kN-t is meghaladhatnak, különösen nagyáramú alkalmazásokban. A CT-kereteknek, tartókonzoloknak és szigetelésnek ellen kell állniuk a mechanikai terhelésnek, hogy elkerüljék a deformálódást vagy a szigetelés meghibásodását.

Vizsgálás és hitelesítés

A prototípus CT-k rutin-, típus- és különleges vizsgálatokon esnek át: arányossági pontossági tesztek, polaritásellenőrzés, szigetelési vizsgálatok, rövid ideig tartó áramállóság és részleges kisülés mérése. A gerjesztési görbék megerősítik a térdponti feszültséget, míg a hőmérséklet-emelkedési tesztek igazolják a termikus tervezést.

Digitális modellező eszközök, mint például a végeselemes analízis (FEA), segítenek ellenőrizni a mágneses fluxus eloszlását és a mechanikai feszültségeket a fizikai tesztelés előtt. Az Enwei Electric laboratóriumi egységei adatokat gyűjtenek az ügyfél-specifikációknak és nemzetközi szabványoknak való megfelelés tanúsításához.

Mérnöki ellenőrző lista áramváltó tervezéséhez

• Alkalmazás meghatározása: védelem, mérés vagy kombinált cél.
• A mag anyagának kiválasztása és a keresztmetszet meghatározása a telítődés elkerülése érdekében.
• Fordulatszám-arány, térdponti feszültség és gerjesztőáram kiszámítása.
• Terhelés értékelése, beleértve a csatlakoztatott eszközöket és vezetékezést.
• Szigetelés, hőmérséklet-szabályozás és mechanikai tartóelemek tervezése a működési környezethez.
• Érvényesítő tesztek tervezése az IEC 61869-2 és az IEEE C57.13 szabványok szerint.

Enwei Electric áramváltó tervezési szakértelme

Az Enwei Electric közepes- és alacsonyfeszültségű áramváltókat gyárt testreszabható áttételekkel, pontossági osztályokkal és szigetelési rendszerekkel. Fedezze fel a termékajánlatot itt: https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. Integráció kapcsolóberendezéssel ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) és transzformátorok ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) biztosítja az egységes rendszer teljesítményt.

Mérnöki GYIK áramváltók tervezésével kapcsolatban

Hogyan lehet elkerülni az áramváltó telítődését hibák esetén?

Magas térdponti feszültség kialakításával, megfelelő maganyag kiválasztásával, menetszám növelésével és terhelés kezelésével a névleges határokon belül.

Használható-e egyetlen áramváltó mind védelemre, mind mérésre?

Igen, kettős másodlagos tekercseléssel, amely különböző pontossági osztályokra van tervezve, de szükséges a terhelés gondos kezelése a kölcsönös hatások elkerülése érdekében.

Milyen tervezési támogatást nyújt az Enwei Electric?

Az Enwei Electric alkalmazástechnikai támogatást, arányválasztást és ellenőrző tesztelést nyújt, hogy az áramváltók testre szabva feleljenek meg a védelmi vagy mérési igényeknek.

Hívás a cselekvésre: Pontos áramváltók tervezése az Enwei Electric-tel

A megbízható áramváltó tervezés elengedhetetlen a pontos méréshez és megbízható védelemhez. Partner legyen az Enwei Electric-kel mérnöki CT-megoldásokért, tesztelésért és rendszeregyesítési támogatásért. Lépjen kapcsolatba az Enwei Electric-kel még ma, hogy felgyorsítsa áramváltó tervezési projektjét.

Projektalkalmazások

Tekintse meg a valós alkalmazási példákat és kiemelt galériaképeket az Enwei Electric termékközpontjain keresztül:

• Transzformátor megoldások elosztási és ipari projektekhez.
• Kapcsolóberendezések kínálata közepes- és alacsonyfeszültségű vezérlőhelyiségek fedésére.
• Áramváltó készletek pontos mérési és védelmi funkciók támogatására.
• Előregyártott alállomások amelyek transzformátorokat, kapcsolóberendezéseket és táblákat integrálnak.