Handleiding voor het ontwerpen van stroomtransformatoren voor beveiliging en meting

Handleiding voor het ontwerpen van stroomtransformatoren voor beveiliging en meting

Stroomtransformatoren (CT's) zijn precisieapparaten die primaire stromen omzetten naar standaard secundaire waarden voor relais en meters. Het ontwerpen van een CT houdt in dat magnetische prestaties, thermische limieten en mechanische robuustheid in balans worden gebracht om te voldoen aan de nauwkeurigheidseisen onder wisselende bedrijfsomstandigheden.

Snelle definitie: Het ontwerpen van een stroomtransformator is het ingenieursproces waarbij kernmaterialen, wikkelconfiguraties en isolatiesystemen worden geselecteerd om primaire stromen nauwkeurig weer te geven op een geschaalde secundaire waarde.

Belangrijkste projectinzichten

• Het CT-ontwerp moet voldoen aan de normen IEC 61869-2 en IEEE C57.13 wat betreft nauwkeurigheid, veiligheid en testmethoden.
• Kernverzadiging, belastingsafmeting en thermische prestatie bepalen de betrouwbaarheid van transformatorstromen tijdens storingen.
• Enwei Electric biedt op maat gemaakte stroomtransformatoren voor beveiliging, meet- en digitale stationsapplicaties.
• Externe referenties van IEC, IEEE en NERC geven richtlijnen voor specificaties, testprocedures en onderhoudsprotocollen.

Ontwerpdoelstellingen definiëren

Ontwerpers verduidelijken eerst of de stroomtransformator dient voor beveiliging, meting of een dubbele functie. Stroomtransformatoren voor beveiliging leggen de nadruk op transiënte prestaties en een hoog kniepuntspanning om verzadiging tijdens storingen te voorkomen. Stroomtransformatoren voor meting richten zich op nauwkeurigheid over verschillende belastingsbereiken. Omgevingsomstandigheden, montagebeperkingen en integratie met schakelmateriaal beïnvloeden de keuze van geometrie en isolatie.

Grondslagen van het magnetisch circuit

De CT-kern vormt een magnetische kring die de flux geleidt die wordt opgewekt door de primaire stroom. De doorsnede van de kern en de lengte van het magnetische pad bepalen de magnetiserende stroom en de verzadigingskenmerken. Ontwerpers gebruiken materialen met hoge permeabiliteit om de magnetiserende stroom te minimaliseren, zodat de secundaire stroom de primaire golfvorm volgt.

Luchtspleten, vaak ongewenst, kunnen bewust worden aangebracht in speciale CT's om verzadiging te beheersen. Echter, spleten verhogen de magnetiserende stroom en verminderen de nauwkeurigheid, dus moeten ze zorgvuldig worden gemodelleerd.

Samenhang met normen en verwijzingen

• IEC 61869-2:2012 — Biedt nauwkeurigheidsklassen, thermische limieten en testprocedures. Bron: IEC
• IEEE C57.13-2016 — Behandelt eisen voor meettransformatoren in Noord-Amerika. Bron: IEEE
• NERC PRC-005 — Schetst onderhoudsintervallen voor componenten van beveiligingssystemen. Bron: NERC

Naleving zorgt ervoor dat CT's voldoen aan wereldwijde verwachtingen voor nauwkeurigheid en aan eisen voor regelgevende audits.

Berekeningen voor kernontwerp

Ontwerpers berekenen het kern-dwarsdoorsnede-oppervlak aan de hand van de maximale toelaatbare fluxdichtheid voor het gekozen materiaal, rekening houdend met primaire stroom, wikkelverhouding en frequentie. De fluxdichtheid moet onder de verzadigingsdrempel blijven, zelfs bij piekbelasting tijdens foutcondities.

De kniepuntspanning wordt berekend op basis van de kerneigenschappen en de wikkelverhouding, zodat beveiligingstransformatoren hun uitgangsniveau kunnen behouden wanneer secundaire circuits een hoge belasting ondervinden. Ingenieurs bepalen ook de magnetiserende stroom en excitatiecurves om de nauwkeurigheid binnen gespecificeerde klassen te verifiëren.

Overwegingen bij wikkelingen en belasting

Het ontwerp van secundaire wikkelingen omvat het kiezen van de geleidermaat en het aantal windingen om de gewenste verhouding te bereiken, terwijl thermische belastingen worden opgevangen. Wikkelweerstand en lekreactantie dragen bij aan de totale belasting en moeten zo klein mogelijk worden gehouden.

Belastingsberekeningen omvatten aangesloten apparaten—meters, relais—plus de weerstand van de bedrading. De totale belasting moet onder de genormeerde waarde blijven om de nauwkeurigheid te behouden. Sommige ontwerpen hebben meerdere secundaire wikkelingen voor afzonderlijke beveiligings- en meetkringen.

Selectie van kern- en wikkelmateriaal

Beveiligingstransformatoren gebruiken vaak georiënteerd siliciumstaal of nanokristallijne materialen voor een hoge verzadigingsfluxdichtheid. Meettransformatoren kunnen amorf metaal gebruiken om de nauwkeurigheid bij lage stromen te verbeteren. De isolatie van de secundaire wikkeling bestaat uit geëmailleerd koperdraad, aangevuld met epoxy, Mylar of Nomex lagen, afhankelijk van de spanningsklasse.

Het mechanische ontwerp omvat steunstructuren, klemframes en harsafdekking om kortsluitkrachten te weerstaan. Buitentransformatoren vereisen weerbestendige behuizingen, terwijl binnenmodellen worden geïntegreerd in schakelapparatuurcompartimenten.

Thermische en mechanische prestaties

CT's genereren warmte door koperverliezen en kernhysterese. Thermische modellering zorgt ervoor dat de temperatuurstijging binnen de IEC-limieten blijft. Ontwerpers kunnen gebruikmaken van gegoten epoxy- of olieonderdompelde behuizingen om warmte effectief af te voeren.

Kortsluitkrachten kunnen oplopen tot meer dan enkele kN, met name bij toepassingen met hoge stroom. CT-behuizingen, steunbeugels en isolatie moeten mechanische belasting weerstaan om vervorming of isolatiebreuk te voorkomen.

Testen en validering

Prototype CT's ondergaan routinematige, type- en speciale tests: verhoudingsnauwkeurigheidstests, polariteitscontroles, isolatietests, kortdurende stroombestendigheid en gedeeltelijke ontladingsmetingen. Magnetisatiekrommen bevestigen het kniepuntspanning, terwijl temperatuurstijgtests het thermische ontwerp valideren.

Digitale modelleringshulpmiddelen, zoals eindige-elementanalyse (FEA), helpen bij het verifiëren van de magnetische fluxverdeling en mechanische spanning vóór fysieke tests. De laboratoria van Enwei Electric verzamelen gegevens om naleving te certificeren volgens klantspecificaties en internationale normen.

Ingenieurschecklist voor stroomtransformatorontwerp

• Identificeer toepassing: beveiliging, meetapparatuur of gecombineerd.
• Selecteer kernmateriaal en bepaal de doorsnede om verzadiging te voorkomen.
• Bereken de wikkelverhouding, kniepuntspanning en magnetiserende stroom.
• Beoordeel belasting, inclusief aangesloten apparaten en bedrading.
• Ontwerp isolatie, thermische beheersing en mechanische ondersteuningen voor de bedrijfsomgeving.
• Plan validatietests volgens IEC 61869-2 en IEEE C57.13.

CT-ontwerpkennis van Enwei Electric

Enwei Electric produceert middenspannings- en laagspanningsstroomtransformatoren met aanpasbare verhoudingen, nauwkeurigheidsklassen en isolatiesystemen. Ontdek de productopties op https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. Integratie met schakelmaterieel ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) en transformatoren ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) zorgt voor een samenhangende systeemprestatie.

Technische FAQ over stroomtransformatorontwerp

Hoe voorkomt u verzadiging van de stroomtransformator tijdens storingen?

Ontwerp voor een hoog kniepuntspanning door een geschikt kernmateriaal te kiezen, het aantal windingen te verhogen en de belasting binnen de nominale limieten te houden.

Kan één enkele stroomtransformator zowel bescherming als meetdoeleinden dienen?

Ja, met dubbele secundaire wikkelingen die zijn ontworpen voor verschillende nauwkeurigheidsklassen, maar er is zorgvuldig beheer van de belasting nodig om wisselinvloeden te voorkomen.

Welke ontwerpondersteuning biedt Enwei Electric?

Enwei Electric biedt toepassingstechniek, keuze van verhoudingen en verificatietests om stroomtransformatoren op maat te leveren voor beschermings- of meetvereisten.

Actie ondernemen: Ontwikkel precisie-stroomtransformatoren met Enwei Electric

Een robuust ontwerp van stroomtransformatoren is essentieel voor nauwkeurige meting en betrouwbare beveiliging. Werk samen met Enwei Electric voor geavanceerde CT-oplossingen, testen en ondersteuning bij systeemintegratie. Neem vandaag nog contact op met Enwei Electric om uw stroomtransformatorontwerpproject te versnellen.

Projecttoepassingen

Bekijk praktijkvoorbeelden en hoogtepunten uit de galerij verspreid over de producthubs van Enwei Electric:

• Transformatoplossingen voor distributie- en industriële projecten.
• Schakelmaterieelportefeuilles die middenspannings- en laagspanningsbedieningsruimten bedekken.
• Stroomtransformatorreeksen ondersteunen precisie-meting en beveiliging.
• Prefab stations die transformatoren, schakelmateriaal en panelen integreren.