Водич за пројектовање струјних трансформатора за заштиту и мерење

Водич за пројектовање струјних трансформатора за заштиту и мерење

Струјни трансформатори (СТ) су прецизни уређаји који примарне струје претварају у стандардне секундарне вредности за релеје и бројиле. Пројектовање СТ-а подразумева равнотежу између магнетских карактеристика, термичких ограничења и механичке отпорности како би се испуниле захтеване тачности у различитим радним условима.

Брза дефиниција: Пројектовање струјног трансформатора је инжењерски процес одабирара материјала језгра, конфигурације намотаја и система изолације ради тачног репродуковања примарних струја на скалираној секундарној вредности.

Кључни закључци са пројекта

• Пројектовање СТ-а мора бити у складу са стандардима IEC 61869-2 и IEEE C57.13 у погледу тачности, безбедности и испитивања.
• Засићење језгра, димензионисање оптерећења и термичке карактеристике одређују поузданост СТ-а током кварова.
• Enwei Electric nudi projektne strujne transformatorе prilagođene zaštiti, merenju i digitalnim aplikacijama u transformatorskim stanicama.
• Spoljašnji referentni standardi od IEC, IEEE i NERC daju smernice za specifikacije, testiranje i protokole održavanja.

Definisanje ciljeva projektovanja

Projektanti najpre preciziraju da li strujni transformator služi za zaštitu, merenje ili obe funkcije. Strujni transformatori za zaštitu imaju prioritet u pogledu prelaznih performansi i visokog napona na tački kolena kako bi se izbeglo zasićenje tokom kvarova. Strujni transformatori za merenje fokusirani su na tačnost u rasponu opterećenja. Uticaj klime, ograničenja pri montaži i integracija sa razvodnim uređajima utiču na izbor geometrije i izolacije.

Osnove magnetnog kola

Jezi gro strujnog transformatora formira magnetno kolo koje usmerava fluks generisan primarnom strujom. Poprečni presek jezgra i dužina magnetnog puta određuju pobudnu struju i karakteristike zasićenja. Projektanti koriste materijale sa visokom permeabilnošću kako bi smanjili pobudnu struju, osiguravajući da sekundarna struja prati oblik talasa primarne struje.

Ваздушни размаци, који често нису пожељни, могу намерно бити уведени у специјалним струјним трансформаторима ради контроле засићења. Међутим, размаци повећавају струју магнетизације и смањују тачност, па их је потребно прецизно моделовати.

Усклађеност са стандардима и референце

• IEC 61869-2:2012 — Обезбеђује класе тачности, термичке границе и поступке испитивања. Извор: IEC
• IEEE C57.13-2016 — Обухвата захтеве за мерне трансформаторе у Северној Америци. Извор: IEEE
• NERC PRC-005 — Наводи интервале одржавања компонената система заштите. Извор: NERC

Придржавање стандардима осигурава да струјни трансформатори задовољавају глобалне очекиване нивое тачности и захтеве регулаторних ревизија.

Прорачуни конструкције језгра

Пројектанти израчунавају попречни пресек језгра користећи максималну густину флукса дозвољену за одабрани материјал, узимајући у обзир примарну струју, однос навојака и фреквенцију. Густина флукса мора остати испод прага засићења у условима максималних кvarова.

Напон колена се израчунава на основу карактеристика језгра и односа претварања, чиме се осигурава да ТС за заштиту одрже излаз када секундарни кола имају велико оптерећење. Инжењери такође одређују струју магнетизације и криве побуде како би потврдили тачност у оквиру задатих класа.

Разматрања намотаја и оптерећења

Конструкција секундарног намотаја подразумева избор дебљине проводника и броја навојака ради постизања жељеног односа, при чему мора издржати термичка оптерећења. Отпор намотаја и расипање реактансе доприносе укупном оптерећењу и морају бити сведени на минимум.

Рачунање оптерећења укључује прикључене уређаје — бројиле, релеје — као и отпор каблова. Укупно оптерећење мора остати испод номиналне вредности како би се одржала тачност. Неки конструкции обухватају више секундарних намотаја за одвојене коле за заштиту и мерење.

Избор материјала за језгро и намотај

CT za zaštitu često koriste silicijumski čelik sa usmerenim zrnima ili nanokristalne materijale zbog visoke gustine fluksa zasićenja. CT za merenje mogu koristiti amorfnih legura kako bi se poboljšala tačnost pri niskim strujama. Izolacija sekundarne namotaje koristi emajlirani bakarni provodnik, uz dodatne slojeve od epoksida, Majlara ili Nomexa u zavisnosti od klase napona.

Mehanički dizajn uključuje nosače, okvire za stezanje i prelivanje smolom kako bi izdržali sile kratkog spoja. CT-ovi za spoljašnju upotrebu zahtevaju vremenski otporne kućišta, dok se CT-ovi za unutrašnju upotrebu integrišu sa odeljcima razvodnih ormara.

Termičke i mehaničke performanse

CT-ovi proizvode toplotu kroz gubitke u bakru i histerezu jezgra. Termičko modelovanje osigurava da porast temperature ostane unutar granica propisanih IEC standardom. Projektanti mogu koristiti livene epoksne ili uljem potopljene kućišta za efikasno rasipanje toplote.

Sile kratkog spoja mogu premašiti nekoliko kN, posebno u primenama sa visokom strujom. Okviri CT-a, nosači i izolacija moraju izdržati mehanička naprezanja kako bi se izbegla deformacija ili otkazivanje izolacije.

Испитивање и валидација

Прототипни струјни трансформатори подвргавају се рутинским, типским и посебним испитивањима: тестовима тачности односа, проверама поларитета, испитивањима изолације, способности подношења краткотрајне струје и мерењима делимичног пражњења. Криве побуде потврђују напон колена, док тестови пораста температуре потврђују термални дизајн.

Алати за дигитално моделовање, као што је анализа коначних елемената (FEA), помажу у верификацији расподеле магнетског флукса и механичког напона пре физичког тестирања. Лабораторије компаније Enwei Electric прикупљају податке ради потврђивања усклађености са спецификацијама клијената и међународним стандардима.

Листа за контролу инжењера за дизајн струјног трансформатора

• Идентификујте примену: заштита, мерење или комбиновано.
• Изаберите материјал језгра и одредите попречни пресек како бисте избегли засићење.
• Израчунајте однос намотаја, напон колена и струју магнетизације.
• Процените оптерећење укључујући прикључене уређаје и жицане везе.
• Дизајнирајте изолацију, управљање топлотом и механичке носаче за радни услов.
• Планирајте тестирање валидације према IEC 61869-2 и IEEE C57.13.

Enwei Electric – стручност у дизајну струјних трансформатора

Enwei Electric производи средње и нисконапонске струјне трансформаторе са прилагодљивим односима, класама тачности и системима изолације. Погледајте могућности производа на https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. Интеграција са разводним таблама ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) и трансформаторима ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) осигурава слажено функционисање система.

ЧПП у инжењерству о дизајну трансформатора струје

Како спречити засићење струјног трансформатора током квара?

Дизајнирајте високу напонску тачку колена бирањем одговарајућег материјала језгра, повећањем броја навојака и управљањем оптерећењем тако да остане у оквиру номиналних граница.

Може ли један струјни трансформатор служити и за заштиту и за мерење?

Да, са двоструким секундарним намотајима који су дизајнирани за различите класе тачности, али је потребно пажљиво управљање оптерећењем како би се избегао међусобни утицај.

Коју подршку у дизајну нуди Енвеи Електрик?

Енвеи Електрик пружа примену инжењерства, избор односа и потврђивање испитивања како би доставио струјне трансформаторе прилагођене заштити или мерним захтевима.

Позив на акцију: Пројектујте прецизне струјне трансформаторе са Енвеи Електрик

Робустан дизајн струјног трансформатора је од суштинског значаја за тачна мерења и поузнату заштиту. Сарађујте са Енвеи Електрик за пројектоване решења струјних трансформатора, испитивања и подршку интеграцији система. Контактирајте Енвеи Електрик данас да бисте убрзали свој пројекат дизајна струјних трансформатора.

Primenljive projekte

Погледајте примере примене у стварном свету и истакнуте галерије кроз центре производа Enwei Electric:

• Решења за трансформаторе за дистрибутивне и индустријске пројекте.
• Породице уређаја за комутацију које обухватају управљачке просторије средњег и ниског напона.
• Асортиман трансформатора струје који омогућавају прецизно мерење и заштиту.
• Predgotovljene trafostanice који интегришу трансформаторе, комутационе уређаје и табле.