Przewodnik projektowania przekładników prądowych do ochrony i pomiarów

Przewodnik projektowania przekładników prądowych do ochrony i pomiarów

Przekładniki prądowe (CT) to precyzyjne urządzenia przetwarzające prądy pierwotne na standardowe wartości wtórne dla przekaźników i mierników. Projektowanie przekładnika prądowego wymaga uzyskania równowagi między wydajnością magnetyczną, ograniczeniami termicznymi a odpornością mechaniczną, aby spełnić wymagania dotyczące dokładności w różnych warunkach pracy.

Szybka definicja: Projektowanie przekładnika prądowego to proces inżynierski polegający na doborze materiałów rdzenia, konfiguracji uzwojeń oraz systemów izolacyjnych w celu dokładnego odtworzenia prądów pierwotnych w przeskalowanej wartości wtórnej.

Główne wnioski z projektu

• Projekt przekładnika prądowego musi być zgodny z normami IEC 61869-2 i IEEE C57.13 pod względem dokładności, bezpieczeństwa i badań.
• Zawieranie się rdzenia, dobra wielkość obciążenia oraz wydajność termiczna decydują o niezawodności przekładnika prądowego podczas wystąpienia uszkodzeń.
• Enwei Electric oferuje zaprojektowane przetworniki prądowe dostosowane do zabezpieczeń, pomiarów oraz aplikacji w stacjach cyfrowych.
• Zewnętrzne odniesienia z norm IEC, IEEE i NERC kierują specyfikacjami, protokołami badań i konserwacji.

Określanie celów projektowych

Projektanci najpierw precyzują, czy przetwornik prądowy służy zabezpieczeniu, pomiarom czy obu tym funkcjom. Przetworniki prądowe do zabezpieczeń priorytetowo traktują wydajność przejściową i wysokie napięcie punktu kolankowego, aby uniknąć nasycenia podczas uszkodzeń. Przetworniki pomiarowe koncentrują się na dokładności w zakresie obciążeń. Warunki środowiskowe, ograniczenia montażowe oraz integracja z aparaturą łączącą wpływają na geometrię i wybór izolacji.

Podstawy obwodu magnetycznego

Rdzeń przetwornika prądowego tworzy obwód magnetyczny, który kieruje strumieniem magnetycznym generowanym przez prąd pierwotny. Powierzchnia przekroju rdzenia i długość drogi magnetycznej określają prąd magnesujący oraz charakterystykę nasycenia. Projektanci stosują materiały o wysokiej przenikalności magnetycznej, aby zminimalizować prąd magnesujący, zapewniając wierną reprodukcję prądu wtórnego względem prądu pierwotnego.

Przerwy powietrzne, często niepożądane, mogą być celowo wprowadzane w specjalnych przekładnikach prądowych w celu kontrolowania nasycenia. Jednakże przerwy te zwiększają prąd magnesujący i obniżają dokładność, dlatego muszą być starannie modelowane.

Zgodność ze standardami i odniesienia

• IEC 61869-2:2012 — Określa klasy dokładności, ograniczenia termiczne oraz procedury badań. Źródło: IEC
• IEEE C57.13-2016 — Omawia wymagania dotyczące przekładników pomiarowych w Ameryce Północnej. Źródło: IEEE
• NERC PRC-005 — Zawiera wytyczne dotyczące interwałów konserwacji elementów systemów zabezpieczeniowych. Źródło: NERC

Zgodność zapewnia, że przekładniki prądowe spełniają globalne oczekiwania dotyczące dokładności oraz wymagania audytowe regulacyjne.

Obliczenia projektowe rdzenia

Projektanci obliczają pole przekroju poprzecznego rdzenia, uwzględniając maksymalną gęstość strumienia magnetycznego dopuszczalną dla wybranego materiału, biorąc pod uwagę prąd pierwotny, stosunek uzwojeń oraz częstotliwość. Gęstość strumienia musi pozostać poniżej progu nasycenia w warunkach maksymalnego zwarcia.

Napięcie punktu kolanowego jest obliczane na podstawie cech rdzenia i przekładni, zapewniając, że transformatory prądowe zabezpieczeniowe utrzymają wydajność, gdy obwody wtórne będą obciążone dużym obciążeniem. Inżynierowie określają również prąd magnesujący oraz krzywe wzbudzenia, aby zweryfikować dokładność w ramach określonych klas.

Rozważania dotyczące uzwojenia i obciążenia

Projektowanie uzwojenia wtórnego obejmuje dobór średnicy przewodnika i liczby zwojów w celu osiągnięcia żądanej przekładni przy jednoczesnym odprowadzaniu obciążeń termicznych. Rezystancja uzwojenia i reaktancja upływu wpływają na całkowite obciążenie i powinny być minimalizowane.

Obliczenia obciążenia obejmują podłączone urządzenia — mierniki, przekaźniki — oraz rezystancję przewodów. Całkowite obciążenie musi pozostać poniżej wartości znamionowej, aby zachować dokładność. Niektóre konstrukcje zawierają wiele uzwojeń wtórnych dla oddzielnych obwodów zabezpieczeniowych i pomiarowych.

Wybór materiału rdzenia i uzwojenia

Transformatory prądowe zabezpieczeniowe często wykorzystują stal krzemową ze zorientowanym ziarnem lub materiały nanokrystaliczne celem uzyskania wysokiej gęstości strumienia magnetycznego w stanie nasycenia. Transformatory pomiarowe mogą stosować stopy amorficzne, aby poprawić dokładność przy niskich prądach. Izolacja uzwojenia wtórnego wykonana jest z emaliowanego przewodu miedzianego, uzupełniona warstwami epoksydowymi, Mylar lub Nomex, w zależności od klasy napięciowej.

Projekt mechaniczny obejmuje konstrukcje nośne, ramy dociskowe oraz hermetyzację żywicą, zapewniające odporność na siły zwarciowe. Transformatory zewnętrzne wymagają obudów odpornych na warunki atmosferyczne, podczas gdy transformatory wewnętrzne integrują się z komorami rozdzielnic.

Wykonanie cieplne i mechaniczne

Transformatory generują ciepło poprzez straty miedzi oraz histerezę rdzenia. Modelowanie termiczne zapewnia, że wzrost temperatury pozostaje w granicach norm IEC. Projektanci mogą stosować obudowy zalane żywicą epoksydową lub zanurzone w oleju, aby skutecznie odprowadzać ciepło.

Siły zwarciowe mogą przekraczać kilka kN, szczególnie w zastosowaniach o dużym prądzie. Ramy transformatorów, uchwyty nośne oraz izolacja muszą wykazywać odporność na naprężenia mechaniczne, by uniknąć deformacji lub uszkodzenia izolacji.

Badania i walidacja

Transformatory prądowe prototypowe są poddawane testom rutynowym, typowym i specjalnym: testy dokładności przekładni, sprawdzanie polaryzacji, testy izolacji, odporność na prąd zwarciowy przez określony czas oraz pomiary niepełnych wyładowań. Charakterystyki magnesowania potwierdzają napięcie punktu kolanowego, a testy wzrostu temperatury weryfikują projekt termiczny.

Narzędzia do modelowania cyfrowego, takie jak analiza metodą elementów skończonych (FEA), pomagają zweryfikować rozkład strumienia magnetycznego i naprężeń mechanicznych przed przeprowadzeniem badań fizycznych. Laboratoria firmy Enwei Electric gromadzą dane niezbędne do certyfikacji zgodności z wymaganiami klientów oraz normami międzynarodowymi.

Lista kontrolna inżyniera dla projektowania transformatorów prądowych

• Zidentyfikuj zastosowanie: ochrona, pomiar lub kombinowane.
• Wybierz materiał rdzenia i określ pole powierzchni przekroju, aby uniknąć nasycenia.
• Oblicz stosunek liczby zwojów, napięcie punktu kolanowego oraz prąd magnesowania.
• Oceń obciążenie, w tym podłączone urządzenia i okablowanie.
• Zaprojektuj izolację, zarządzanie temperaturą oraz podpory mechaniczne dostosowane do środowiska pracy.
• Zaplanuj badania weryfikacyjne zgodnie z IEC 61869-2 i IEEE C57.13.

Ekspertyza w zakresie projektowania przetworników prądowych firmy Enwei Electric

Enwei Electric produkuje przetworniki prądowe średniego i niskiego napięcia z możliwością dostosowania stosunku przekładni, klas dokładności oraz systemów izolacji. Zapoznaj się z opcjami produktowymi na stronie https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. https://www.enweielectric.com/products/switchgear) oraz transformatory ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) gwarantują spójne działanie całego systemu.

Często zadawane pytania techniczne dotyczące projektowania przekładników prądowych

Jak zapobiec nasyceniu przetwornika prądowego podczas awarii?

Zaprojektuj przetwornik z wysokim napięciem punktu kolanowego, dobierając odpowiedni materiał rdzenia, zwiększając liczbę zwojów oraz kontrolując obciążenie, aby pozostać w granicach nominalnych.

Czy jeden przetwornik prądowy może służyć zarówno do ochrony, jak i pomiaru?

Tak, przy użyciu dwóch uzwojeń wtórnych zaprojektowanych dla różnych klas dokładności, jednak konieczne jest staranne zarządzanie obciążeniem, aby uniknąć wzajemnych oddziaływań.

Jaką pomoc projektową oferuje Enwei Electric?

Enwei Electric zapewnia inżynierię aplikacyjną, dobór współczynników oraz testy weryfikacyjne, aby dostarczać przekładniki prądowe dopasowane do wymagań ochrony lub pomiaru.

Wezwanie do działania: Projektuj precyzyjne przekładniki prądowe z Enwei Electric

Solidna konstrukcja przekładnika prądowego jest niezbędna do dokładnych pomiarów i niezawodnej ochrony. Współpracuj z Enwei Electric w zakresie rozwiązań inżynieryjnych dotyczących przekładników, testów oraz wsparcia w integracji systemów. Skontaktuj się z Enwei Electric już dziś, aby przyśpieszyć realizację projektu przekładnika prądowego.

Wnioski o projekty

Zobacz przykłady rzeczywistych wdrożeń i galerię najważniejszych realizacji w centrach produktów Enwei Electric:

• Rozwiązania transformatorowe do projektów dystrybucyjnych i przemysłowych.
• Portfolia szaf sterowniczych obejmujące średnie i niskie napięcie pomieszczeń kontrolnych.
• Zakresy transformatorów prądowych obsługujące dokładny pomiar i ochronę.
• Stacje transformatorowe prefabrykowane które integrują transformatory, rozdzielnie i panele.