Johdanto
Suuren sähkövirran mittaaminen suoraan voi olla vaikeaa ja vaarallista, koska monet sähkömittarit ja valvontalaitteet on suunniteltu hyväksymään vain suhteellisen pieniä virtatuloja. Virtamuuntaja (CT) ratkaisee tämän ongelman muuntamalla korkean ensiövirran alemmaksi toisiovirraksi, joka voidaan mitata turvallisesti tavallisilla sähkölaitteilla.
Virtamuuntajia käytetään laajalti sähkönjakelussa, teollisuuden sähköjärjestelmissä, kojeistoissa, energianmittauksessa, generaattoreissa ja suojajärjestelmissä. Käyttämällä sähkömagneettista induktiota ja huolellisesti valittua muunnossuhdetta CT tarjoaa suhteellisen esityksen ensiövirrasta ilman, että mittauslaitteen tarvitsee kuljettaa koko järjestelmän virtaa.
Ymmärtäminen, kuinka virtamuuntaja vähentää suurta virtaa, on tärkeää valittaessa CT:tä mittaussovelluksiin.
Kuinka virtamuuntaja vähentää virtaa?
Virtamuuntaja vähentää virtaa sähkömagneettisen induktion avulla.
CT:n ensiökäämi kuljettaa virtaa, joka on mitattava. Tämä virta luo magneettikentän CT:n ytimeen. Vaihtuva magneettivuo indusoi sitten virran toisiokäämiin.
Toisiokäämi sisältää eri määrän kierroksia ensiöpuolelta. Tämä käännössuhde määrittää CT-suhteen ja sallii suuren ensiövirran edustamisen pienemmällä toisiovirralla.
Harkitse esimerkiksi CT:tä, jonka nimellissuhde on 500/5A.
Kun ensiövirta on 500A, toisiovirta on noin 5A nimellisolosuhteissa. Jos ensiövirta on 250 A, toisiovirta on noin 2,5 A olettaen, että CT toimii määritetyllä alueella.
Mittauslaite vastaanottaa siten paljon pienemmän virtasignaalin sen sijaan, että se vastaanottaisi suoraan 500 A ensiövirtaa.
CT-suhteen ymmärtäminen
CT-suhde on yksi tärkeimmistä virran pienentämisen vaatimuksista.
Suhde ilmaistaan yleensä seuraavasti:
Ensisijainen virta: Toisiovirta
500/5A CT:
* Ensisijainen nimellisvirta=500A
* Toissijainen nimellisvirta=5A
* CT-suhde=100:1
Tämä tarkoittaa, että toisiovirta on noin 1/100 ensiövirrasta asianmukaisissa käyttöolosuhteissa.
Muita yleisiä esimerkkejä voivat olla:
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
Oikea suhde riippuu odotetusta ensiövirrasta ja kytketyn mittauslaitteen vaatimuksista.
Miksi suurvirtaa ei ole kytketty suoraan mittariin?
Tavallisia sähkömittareita ei yleensä ole suunniteltu kuljettamaan satoja tai tuhansia ampeeria jatkuvasti.
Mittauslaitteen liittäminen suoraan suurvirtapiiriin{0}}voi vaatia erittäin suuria johtimia, erikoislaitteita ja lisäturvatoimenpiteitä. Se tekisi myös mittausjärjestelmästä monimutkaisemman.
CT tarjoaa käytännöllisen vaihtoehdon.
Suuri-virtajohdin kulkee CT-ensiöpuolen läpi tai liitetään siihen, kun taas mittari on kytketty alempaan-virran toisiopuolelle.
Esimerkiksi sen sijaan, että energiamittari kytkettäisiin suoraan 500 A piiriin, 500/5A CT voi tarjota mittarille 5 A:n suurimman nimellistoisiovirran.
Tämä tekee mittausjärjestelmästä käytännöllisemmän ja mahdollistaa standardoitujen mittareiden käytön korkeavirtasovelluksissa.
Sähkömagneettisen induktion rooli
Sähkömagneettinen induktio on fyysinen perusperiaate, jonka avulla CT muuttaa virtaa.
Kun virta kulkee ensiöjohtimen läpi, se tuottaa magneettivuon CT-ytimeen. Tämä magneettivuo indusoi toisiovirran.
Ensiö- ja toisiovirtojen välinen suhde määräytyy käämikokoonpanon ja CT-rakenteen mukaan.
Yksinkertaistetussa ideaalisessa TT:ssä suhde voidaan esittää suunnilleen seuraavasti:
Ip / Is ≈ Ns / Np
jossa:
* Ip=ensisijainen virta
* Onko=toisiovirta
* Np=pääkierrosten lukumäärä
* Ns=toissijaisten kierrosten määrä
Monissa käytännön CT:issä, erityisesti ikkuna- ja rengas{0}}tyyppisissä malleissa, ensiökäämi voi käytännössä koostua sydämen läpi kulkevasta johtimesta, kun taas toisiokäämi sisältää useita kierroksia.
Tämä järjestely mahdollistaa korkean ensiövirran edustamisen paljon pienemmällä toisiovirralla.
Esimerkki virran vähentämisestä
Oletetaan, että teollisuussyöttölaite kuljettaa normaalisti noin 800 A ja energiamittari on suunniteltu vastaanottamaan 5 A CT-tulo.
Sopivan CT:n suhde voisi olla 800/5A.
Kun ensiövirta on 800A:
Toisiovirta ≈ 5A
Jos kuorma laskee 400A:iin:
Toisiovirta ≈ 2,5A
Jos kuorma nousee 600A:iin:
Toisiovirta ≈ 3,75A
Siksi mittari vastaanottaa suhteellisen virtasignaalin, kun todellinen syöttövirta pysyy paljon korkeampana.
Mittausjärjestelmä voi sitten käyttää CT-suhdetta laskeakseen tai näyttääkseen todellisen ensiövirran.
CT:t eivät yksinkertaisesti "rajoita" virtaa
On tärkeää ymmärtää, että virtamuuntaja ei toimi kuten perinteinen virran{0}}rajoituslaite.
CT ei vähennä ensiöpiirin läpi kulkevaa virtaa. Sähkölaitteet ja kuorma saavat edelleen järjestelmän tarvitseman todellisen ensiövirran.
Sen sijaan CT luo suhteellisen toisiovirran mittausta ja suojausta varten.
Esimerkiksi 1000/5A CT ei vähennä 1000A:n kuormaa 5A:iin. 1000A virta jatkaa edelleen ensiöpiirissä. CT tuottaa suunnilleen verrannollisen 5 A toisiosignaalin nimellisissä olosuhteissa.
Tämä ero on tärkeä selitettäessä, miten TT:t toimivat.
Tarkkuuden merkitys
Vähennetyn toisiovirran tulee edustaa tarkasti ensiövirtaa, jotta mittausjärjestelmä toimisi oikein.
CT:n tarkkuuteen voivat vaikuttaa:
* CT-suhde
* Tarkkuusluokka
* Toissijainen taakka
* Ydinominaisuudet
* Käyttövirta
* Lämpötila
* Taajuus
* Kylläisyys
* Johdon vastus
Energianmittauksessa mittaustarkkuus on erityisen tärkeä, koska CT-virheet voivat vaikuttaa laskettuun energiankulutukseen.
Suojausjärjestelmissä CT:n on myös ylläpidettävä sopivaa suorituskykyä epänormaaleissa virtaolosuhteissa.
Taakka ja virran muutos
CT-toisiopiirillä on määrätty kuorma. Kuormitukseen sisältyy kytkettyjen mittarien, releiden, kaapelien ja muiden komponenttien aiheuttama kuormitus.
Jos taakka on liian suuri, CT ei välttämättä säilytä määritettyä suorituskykyään.
Esimerkiksi CT:n toissijainen kuormitus voi olla 5 VA tai 10 VA sen suunnittelusta riippuen. Varsinaisen kytketyn toisiopiirin tulee pysyä soveltuvan nimellisarvon sisällä.
Pitkät kaapelit voivat lisätä toisiovastusta ja siten lisätä taakkaa.
Toisiojohdotuksen oikea mitoitus auttaa CT:tä ylläpitämään tarkan virranmuunnoksen.
Mitä tapahtuu korkean vikavirran aikana?
Oikosulun tai muun vian aikana ensiövirta voi nousta huomattavasti normaalia käyttövirtaa korkeammaksi.
CT on valittava sovelluksen mukaan, koska magneettisydän voi lähestyä kylläisyyttä korkean -virran olosuhteissa.
Kun CT kyllästyy, sen toisiovirta ei ehkä enää toista tarkasti primäärivirran aaltomuotoa.
Mittaussovelluksissa tämä voi tuottaa epätarkkoja lukemia. Suojaussovelluksissa se voi vaikuttaa suojareleiden käytettävissä olevaan signaaliin.
Suojaus-CT:t suunnitellaan ja valitaan siten, että niiden ominaisuudet vastaavat odotettavissa olevia vikaolosuhteita.
Miksi TT:t ovat hyödyllisiä energiamittareille?
Energiamittarit tarvitsevat usein virta- ja jännitetietoja sähkötehon ja -energian laskemiseen.
Korkean{0}}virtavirran järjestelmissä CT:t sallivat energiamittarin vastaanottaa sopivan matalan-virtasignaalin sen sijaan, että se olisi kytketty suoraan suureen ensiövirtaan.
Tämä tekee CT{0}}pohjaisesta mittauksesta käytännöllisen:
* Teollisuuslaitokset
* Liikerakennukset
* Jakopaneelit
* Generaattorit
* Suuret moottorit
* Sähkönjakelujärjestelmät
* Uusiutuvat energiajärjestelmät
Mittari käyttää CT-suhdetta muuntaakseen mitatun toisiovirran takaisin vastaavaksi ensiövirraksi laskentaa ja näyttöä varten.
Oikean CT-suhteen valitseminen
Oikean suhteen valitseminen on välttämätöntä.
CT tulee valita odotetun normaalin kuormitusvirran, suurimman käyttövirran, mittausalueen ja liitetyn mittarin tai valvontajärjestelmän vaatimusten mukaan.
Esimerkiksi, jos järjestelmä toimii normaalisti noin 400 A, CT:n käyttäminen paljon suuremmalla suhteella voi johtaa siihen, että CT toimii suhteellisen pienellä prosenttiosuudella sen nimellisvirrasta.
Toisaalta CT:tä ei pitäisi rutiininomaisesti käyttää nimellisprimäärivirran yläpuolella, ellei erityinen rakenne sitä salli.
Paras suhde riippuu koko sovelluksesta sen sijaan, että valittaisiin vain suurin saatavilla oleva CT.
Turvallisuusnäkökohdat
CT:t on asennettava ja niitä on käytettävä huolellisesti.
Mikä tärkeintä, jännitteellä olevaa CT-toisiolaitetta ei saa jättää auki-kytketyksi, kun ensiövirta kulkee. Toisioliittimiin voi kehittyä vaarallinen jännite.
Ennen CT-toisiojohdotuksen irrottamista on noudatettava asianmukaisia toimenpiteitä, mukaan lukien valmistajan määrittämät oikosulku- ja eristysmenetelmät tarvittaessa.
Asennuksen tulee noudattaa myös soveltuvia sähköturvallisuusvaatimuksia ja valmistajan ohjeita.
Johtopäätös
Virtamuuntaja vähentää suurta mittausvirtaa käyttämällä sähkömagneettista induktiota tuottamaan verrannollisen mutta paljon pienemmän toisiovirran.
Esimerkiksi 500/5A CT edustaa ensiövirtaa 500A ja toisiovirtaa noin 5A nimellisolosuhteissa. Korkea ensiövirta itsessään ei vähene; sen sijaan CT antaa alhaisemman-virran signaalin, joka voidaan liittää turvallisesti sopiviin mittareihin ja suojalaitteisiin.
CT-suhde, tarkkuusluokka, kuormitus, ydinominaisuudet, käyttövirta, kyllästymiskäyttäytyminen, johdotus ja ympäristöolosuhteet vaikuttavat kaikki virran muuntamisen laatuun.
Valitsemalla oikean CT-suhteen ja asentamalla muuntajan oikein korkean{0}}virtavirran sähköjärjestelmiä voidaan mitata ja valvoa turvallisesti ja tehokkaasti.