คู่มือการออกแบบทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสไฟฟ้าสำหรับการป้องกันและการวัดค่า

คู่มือการออกแบบทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสไฟฟ้าสำหรับการป้องกันและการวัดค่า

ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแส (CT) เป็นอุปกรณ์ความแม่นยำที่แปลงกระแสหลักให้เป็นค่ารองมาตรฐานสำหรับรีเลย์และมิเตอร์ การออกแบบ CT เกี่ยวข้องกับการปรับสมดุลระหว่างประสิทธิภาพแม่เหล็ก ขีดจำกัดความร้อน และความทนทานทางกล เพื่อให้ได้ตามข้อกำหนดความแม่นยำภายใต้สภาวะการทำงานที่หลากหลาย

คำจำกัดความโดยย่อ: การออกแบบทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสคือกระบวนการวิศวกรรมในการเลือกวัสดุแกน รูปแบบขดลวด และระบบฉนวน เพื่อจำลองกระแสหลักอย่างถูกต้องในระดับค่ารองที่ลดขนาดลง

ประเด็นสำคัญของโครงการ

• การออกแบบ CT ต้องสอดคล้องกับมาตรฐาน IEC 61869-2 และ IEEE C57.13 ด้านความแม่นยำ ความปลอดภัย และการทดสอบ
• การอิ่มตัวของแกนแม่เหล็ก ขนาดของเบอร์เดน และประสิทธิภาพด้านความร้อน เป็นปัจจัยที่กำหนดความน่าเชื่อถือของเครื่องแปลงกระแสในช่วงเกิดข้อผิดพลาด
• บริษัท เอ็นเว่ย เอเล็คทริค นำเสนอเครื่องแปลงกระแสที่ออกแบบมาเฉพาะเพื่อการป้องกัน การวัดปริมาณ และการใช้งานในสถานีไฟฟ้าย่อยแบบดิจิทัล
• เอกสารอ้างอิงภายนอกจาก IEC, IEEE และ NERC เป็นแนวทางในการกำหนดข้อกำหนด ขั้นตอนการทดสอบ และการบำรุงรักษา

การกำหนดวัตถุประสงค์ในการออกแบบ

ผู้ออกแบบจะต้องชี้แจงก่อนว่าเครื่องแปลงกระแสทำหน้าที่ในการป้องกัน การวัด หรือทั้งสองอย่าง การออกแบบเครื่องแปลงกระแสสำหรับการป้องกันจะเน้นประสิทธิภาพช่วงเวลาสั้นๆ และแรงดันจุดเข่าที่สูง เพื่อหลีกเลี่ยงการอิ่มตัวในช่วงเกิดข้อผิดพลาด ในขณะที่เครื่องแปลงกระแสสำหรับการวัดจะให้ความสำคัญกับความแม่นยำตลอดช่วงการโหลด สภาพแวดล้อม ข้อจำกัดในการติดตั้ง และการรวมระบบกับสวิตช์เกียร์ มีผลต่อการออกแบบรูปร่างเรขาคณิตและการเลือกวัสดุฉนวน

หลักการพื้นฐานของวงจรแม่เหล็ก

แกน CT สร้างวงจรแม่เหล็กที่ทำหน้าที่นำฟลักซ์ที่เกิดจากกระแสหลัก ขนาดพื้นที่หน้าตัดของแกนและความยาวเส้นทางแม่เหล็กร่วมกันกำหนดค่ากระแสแม่เหล็กและลักษณะการอิ่มตัว ผู้ออกแบบใช้วัสดุที่มีความเหนี่ยวนำสูงเพื่อลดกระแสแม่เหล็ก ทำให้กระแสขดรองตามรูปคลื่นของกระแสขดหลักได้อย่างถูกต้อง

ช่องว่างอากาศ ซึ่งมักไม่ต้องการ อาจถูกใส่เข้าไปโดยเจตนาใน CT พิเศษบางประเภทเพื่อควบคุมการอิ่มตัว อย่างไรก็ตาม ช่องว่างจะเพิ่มกระแสแม่เหล็กและลดความแม่นยำ จึงจำเป็นต้องมีการจำลองแบบอย่างระมัดระวัง

การสอดคล้องกับมาตรฐานและการอ้างอิง

• IEC 61869-2:2012 — กำหนดระดับความแม่นยำ ขีดจำกัดอุณหภูมิ และขั้นตอนการทดสอบ ที่มา: IEC
• IEEE C57.13-2016 — ครอบคลุมข้อกำหนดของหม้อแปลงวัดปริมาณในภูมิภาคอเมริกาเหนือ ที่มา: IEEE
• NERC PRC-005 — ระบุช่วงเวลาการบำรุงรักษาสำหรับองค์ประกอบของระบบป้องกัน ที่มา: NERC

การปฏิบัติตามข้อกำหนดช่วยให้มั่นใจว่า CT จะเป็นไปตามความคาดหวังด้านความแม่นยำระดับโลก และตรงตามข้อกำหนดการตรวจสอบของหน่วยงานกำกับดูแล

การคำนวณการออกแบบแกน

นักออกแบบคำนวณพื้นที่หน้าตัดของแกนโดยใช้ความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุดที่วัสดุที่เลือกอนุญาต โดยพิจารณากระแสปฐมภูมิ อัตราส่วนจำนวนรอบขดลวด และความถี่ ความหนาแน่นฟลักซ์จะต้องยังคงต่ำกว่าค่าเกินอิ่มตัวภายใต้สภาวะข้อผิดพลาดสูงสุด

แรงดันจุดหักเห (knee-point voltage) คำนวณจากคุณสมบัติของแกนและอัตราส่วนจำนวนรอบขดลวด เพื่อให้มั่นใจว่าเครื่องแปลงกระแสเพื่อการป้องป้องสามารถรักษาระดับเอาต์พุตได้เมื่อวงจรรองประสบภาระสูง วิศวกรยังต้องกำหนดกระแสแม่เหล็กและเส้นโค้งการเหนี่ยวนำเพื่อยืนยันความแม่นยำภายในระดับที่กำหนด

ข้อพิจารณาเกี่ยวกับขดลวดและภาระ

การออกแบบขดลวดรองเกี่ยวข้องกับการเลือกขนาดตัวนำและจำนวนรอบขดลวดเพื่อให้ได้อัตราส่วนที่ต้องการ พร้อมทั้งสามารถรองรับภาระความร้อนได้ ความต้านทานของขดลวดและความเหนี่ยวนำรั่ว มีส่วนทำให้เกิดภาระรวมโดยรวมและควรลดให้น้อยที่สุด

การคำนวณภาระรวมอุปกรณ์ที่ต่ออยู่—มิเตอร์ เรเลย์—รวมถึงความต้านทานของสายนำ สภาพภาระรวมจะต้องไม่เกินค่าที่กำหนดไว้เพื่อรักษาความแม่นยำ บางแบบออกแบบโดยใช้ขดลวดรองหลายชุดสำหรับวงจรป้องกันและวงจรมิเตอร์แยกจากกัน

การเลือกวัสดุแกนและขดลวด

CT สำหรับระบบป้องกันมักใช้เหล็กซิลิคอนเกรนแบบออรีเอนเท็ดหรือวัสดุแนนโนคริสตัลไลน์ ซึ่งมีความหนาแน่นฟลักซ์อิ่มตัวสูง ในขณะที่ CT สำหรับงานมิเตอร์อาจใช้อัลลอยชนิดอมอร์ฟัสเพื่อปรับปรุงความแม่นยำที่กระแสต่ำ ฉนวนขดลวดรองใช้ลวดทองแดงเคลือบแล็กเกอร์ โดยเสริมด้วยชั้นเรซิน อีพอกซี มายแลร์ หรือโนเมกซ์ ขึ้นอยู่กับระดับแรงดัน

การออกแบบเชิงกลประกอบด้วยโครงสร้างรองรับ กรอบยึด และการหุ้มด้วยเรซินเพื่อทนต่อแรงลัดวงจร CT สำหรับติดตั้งภายนอกต้องใช้เคสกันสภาพอากาศ ในขณะที่ CT สำหรับติดตั้งภายในอาคารจะติดตั้งรวมกับช่องตู้สวิตช์เกียร์

ประสิทธิภาพด้านความร้อนและกลไก

หม้อแปลงกระแส (CT) สร้างความร้อนจากการสูญเสียในทองแดงและการเหนี่ยวนำของแกนเหล็ก การจำลองทางความร้อนเพื่อให้มั่นใจว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอยู่ภายในขีดจำกัดตามมาตรฐาน IEC ผู้ออกแบบอาจใช้โครงเรซินหล่อหรือตัวเรือนจุ่มน้ำมันเพื่อระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แรงลัดวงจรสามารถเกินหลายกิโลนิวตัน โดยเฉพาะในงานที่มีกระแสสูง กรอบ CT, ขาตั้งยึด และฉนวนต้องสามารถทนต่อแรงเครียดเชิงกล เพื่อป้องกันการบิดเบี้ยวหรือการเสื่อมสภาพของฉนวน

การทดสอบและการตรวจสอบ

หม้อแปลงกระแสต้นแบบจะต้องผ่านการทดสอบตามปกติ การทดสอบประเภท และการทดสอบพิเศษ ได้แก่ การตรวจสอบความแม่นยำของอัตราส่วน การตรวจสอบขั้วไฟฟ้า การทดสอบฉนวน การทดสอบทนต่อกระแสช่วงเวลาสั้น ๆ และการวัดการปล่อยประจุบางส่วน เส้นโค้งการเหนี่ยวนำจะยืนยันค่าแรงดันจุดเข่า (knee-point voltage) ในขณะที่การทดสอบการเพิ่มอุณหภูมิใช้ยืนยันการออกแบบทางความร้อน

เครื่องมือการจำลองดิจิทัล เช่น การวิเคราะห์ด้วยไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) ช่วยในการตรวจสอบการกระจายของฟลักซ์แม่เหล็กและแรงเครียดเชิงกล ก่อนการทดสอบจริง ห้องปฏิบัติการของ Enwei Electric จะเก็บรวบรวมข้อมูลเพื่อรับรองความสอดคล้องกับข้อกำหนดของลูกค้าและมาตรฐานสากล

รายการตรวจสอบสำหรับวิศวกรในการออกแบบทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสไฟฟ้า

• ระบุการใช้งาน: การป้องกัน มิเตอร์ หรือการใช้งานร่วมกัน
• เลือกวัสดุแกนและกำหนดพื้นที่หน้าตัดเพื่อหลีกเลี่ยงภาวะอิ่มตัว
• คำนวณอัตราส่วนจำนวนรอบ แรงดันจุดเข่า และกระแสแม่เหล็กเหนี่ยวนำ
• ประเมินภาระรวมถึงอุปกรณ์ที่ต่ออยู่และสายไฟ
• ออกแบบฉนวน การจัดการความร้อน และโครงสร้างรองรับให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมการทำงาน
• วางแผนการทดสอบตรวจสอบตามมาตรฐาน IEC 61869-2 และ IEEE C57.13

ความเชี่ยวชาญด้านการออกแบบ CT จาก Enwei Electric

Enwei Electric ผลิต CT ระดับแรงดันกลางและแรงดันต่ำ พร้อมอัตราส่วน ระดับความแม่นยำ และระบบฉนวนที่สามารถปรับแต่งได้ สำรวจตัวเลือกผลิตภัณฑ์ได้ที่ https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. การรวมเข้ากับสวิตช์เกียร์ ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) และหม้อแปลง ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) ช่วยให้ระบบทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คำถามที่พบบ่อยด้านวิศวกรรมเกี่ยวกับการออกแบบทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสไฟฟ้า

คุณจะป้องกันไม่ให้ CT เกิดภาวะอิ่มตัวในช่วงเกิดข้อผิดพลาดได้อย่างไร

ออกแบบให้มีแรงดันจุดหักเหสูง โดยการเลือกวัสดุแกนที่เหมาะสม เพิ่มจำนวนรอบขดลวด และควบคุมภาระให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่กำหนด

สามารถใช้ CT เดียวสำหรับทั้งระบบป้องกันและการวัดค่าได้หรือไม่

ได้ โดยใช้ขดลวดรองสองชุดที่ออกแบบมาเพื่อความแม่นยำต่างระดับกัน แต่ต้องจัดการภาระอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบซึ่งกันและกัน

บริษัท Enwei Electric มีบริการสนับสนุนด้านการออกแบบอย่างไร

บริษัท Enwei Electric ให้บริการด้านวิศวกรรมการประยุกต์ การเลือกอัตราส่วน และการทดสอบยืนยัน เพื่อจัดหา CT ที่เหมาะสมตามความต้องการด้านการป้องกันหรือการวัดค่า

ลงมือเลย: ออกแบบ CT ที่มีความแม่นยำสูงไปกับบริษัท Enwei Electric

การออกแบบทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสไฟฟ้าที่มีความทนทานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวัดค่าอย่างแม่นยำและการป้องกันที่เชื่อถือได้ ร่วมงานกับ Enwei Electric เพื่อโซลูชัน CT ที่ผ่านการออกแบบอย่างพิถีพิถัน การทดสอบ และการสนับสนุนการรวมระบบ ติดต่อ Enwei Electric วันนี้เพื่อเร่งโครงการออกแบบทรานส์ฟอร์มเมอร์กระแสไฟฟ้าของคุณ

การประยุกต์ใช้โครงการ

ดูตัวอย่างการติดตั้งจริงและไฮไลต์แกลเลอรีที่ศูนย์ผลิตภัณฑ์ของ Enwei Electric

• โซลูชันหม้อแปลงไฟฟ้า สำหรับโครงการจ่ายไฟและโครงการอุตสาหกรรม
• พอร์ตโฟลิโอของสวิตช์เกียร์ ครอบคลุมห้องควบคุมแรงดันปานกลางและแรงดันต่ำ
• ช่วงเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า รองรับการวัดและการป้องกันที่มีความแม่นยำสูง
• สถานีไฟฟ้าย่อยแบบสำเร็จรูป ที่รวมเครื่องแปลงไฟฟ้า สวิตช์เกียร์ และแผงควบคุมเข้าด้วยกัน