Uutiset
Kotiin / Uutiset / Teollisuuden uutisia / Virtamuuntajien sisäinen rakenne ja tyypit

Virtamuuntajien sisäinen rakenne ja tyypit

Virtamuuntajat ovat tehonmittaus- ja suojausjärjestelmien tarkimmin suunniteltuja komponentteja. Silti niiden sisäistä rakennetta tarkastellaan harvoin yksityiskohtaisesti. Ymmärtäminen, mitä virtamuuntajan sisällä on, miten kukin osa valitaan ja miksi erilaisia ​​rakennetyyppejä on olemassa, antaa insinööreille, teknikoille ja hankinnan ammattilaisille perustan tehdä parempia päätöksiä tarkkuudesta, asennuksesta ja pitkäaikaisesta luotettavuudesta.

Tässä artikkelissa käydään läpi virtamuuntajan anatomia ydinmateriaalista ulkokoteloon, selitetään kunkin komponentin rooli ja luokitellaan tärkeimmät rakennetyypit, joita käytetään pienjännite-, keskijännite- ja suurjännitesovelluksissa.

Ydin: Jokaisen virtamuuntajan sydän

Magneettinen ydin on yksittäinen suorituskykyä määrittävä komponentti virtamuuntajan sisällä. Se toimii väliaineena, jonka kautta ensiöjohtimen energia siirretään toisiokäämiin sähkömagneettisen induktion avulla. Ytimen muoto, materiaali ja poikkileikkauspinta-ala määräävät lähes kaikki valmiin laitteen suorituskykyominaisuudet.

Ytimen geometria

Useimmat virtamuuntajien ytimet valmistetaan renkaan muotoisina. Tämä suljetun silmukan geometria varmistaa, että magneettivuon reitti on jatkuva, mikä minimoi vuovuodon ja edistää suurta tarkkuutta. Toroidiytimet ovat vakiona tulotason ja suojausluokan instrumenteissa, koska ne tuottavat erittäin pieniä vaihekulmavirheitä nimellisvirralla.

Kierretyissä virtamuuntajissa, joita käytetään suurisuhde- tai erikoissovelluksissa, ytimet voidaan laminoida suorakaiteen tai C:n muotoisiin kokoonpanoihin, jotka on koottu raesuuntautuneista sähköteräsnauhoista. Näiden laminoitujen ytimien avulla valmistaja voi räätälöidä poikkileikkausalan tarkasti tavoitekuormituksen ja tarkkuusluokan mukaan.

Magneettiset ydinmateriaalit

Magneettisydämen materiaalin valinta ohjaa suoraan muuntajan tarkkuusluokkaa, kyllästyskäyttäytymistä ja taajuusvastetta. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto yleisimmistä vaihtoehdoista:

Materiaali Suhteellinen läpäisevyys (noin) Tyypillinen käyttötapaus Keskeinen etu
Kylmävalssattu raesuuntautunut piiteräs (CRGO) 5 000 – 30 000 Mittaus- ja suojausmuuntajat, 50/60 Hz Pieni ydinhäviö, kustannustehokas
Nikkeli-rautaseos (esim. 78 % Ni) 50 000 – 200 000 Korkean tarkkuuden tulomittaus, luokat 0.1 ja 0.2 Erittäin pieni magnetointivirta
Nanokiteinen metalliseos Jopa 150 000 Laajataajuiset, harmoniset ympäristöt Erinomainen korkean taajuuden vaste
Amorfinen metalli (Metglas) 100 000 Energian mittaus älykkäissä verkkosovelluksissa Erittäin pienet hystereesihäviöt
Ferriitti 1 000 – 15 000 Korkeataajuinen virran tunnistus (kHz-alue) Vähäinen pyörrevirtahäviö korkealla taajuudella

Tavalliseen teho-taajuusmittaukseen 50 Hz tai 60 Hz CRGO-piiteräs on edelleen hallitseva valinta, koska sen hinta, saatavuus ja magneettinen suorituskyky ovat edulliset. Nikkeli-rauta-seokset on varattu tarkkuustulon mittaaville CT-laitteille, joissa virheet on pidettävä 0,1 % tai 0,2 % sisällä laajalla kuormitusalueella.

Ytimen laminointi ja eristys

Pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi piiteräsytimet laminoidaan ohuiksi nauhoiksi, tyypillisesti 0,23–0,35 mm paksuiksi. Jokainen laminointi on päällystetty ohuella eristekerroksella - yleensä fosfaattikäsittelyllä tai orgaanisella lakalla -, joka estää virran kulkemisen kerrosten välillä. Tiukempi laminointi ja ohuemmat nauhat vähentävät häviöitä ja lämmön kertymistä jatkuvassa ylikuormituksessa.

Toroidaalinen ydin poikkileikkaus: Laminointipino Eristetyt laminaatit Ikkuna (ensisijainen läpikulku) Toissijainen käämitys Toroidaalinen ydin — suljettu magneettivuon reitti

Toisiokäämi: Vuon muuntaminen mitattavissa olevaksi signaaliksi

Toisiokäämi kierretään suoraan sydämeen, ja se on vastuussa laitteiden, releiden ja mittarien mittaaman lähtövirran tuottamisesta. Tämän käämin fyysinen rakenne vaikuttaa sekä tarkkuuteen että lämpösuorituskykyyn.

Käämilanka ja johdinmateriaali

Käytännössä kaikki toisiokäämit on käämitty emaloidusta kuparilangasta. Kuparin korkean sähkönjohtavuuden, sitkeyden ja hyvin ymmärrettyjen lämpötilaominaisuuksien yhdistelmä tekee siitä vakiovalinnan. Erikoiskevyissä malleissa käytetään satunnaisesti alumiinilankaa, vaikka se vaatii suurempia poikkileikkauksia saman vastustavoitteen saavuttamiseksi ja vaatii huolellista päättämistä korroosion estämiseksi.

Johdinmittari valitaan täyttämään toisiokäämin resistanssimäärittely (kutsutaan usein nimellä Rct - toisiokäämin resistanssi). Alempi Rct mahdollistaa suuremman osan käytettävissä olevasta toissijaisesta EMF:stä toimittamisen ulkoiseen taakkaan sen sijaan, että se haihtuisi sisäisesti lämpönä. Tämä vaikuttaa suoraan tarkkuuteen pienillä kuormitustasoilla.

Kelaustekniikka ja käännösten määrä

Toisiokäämin kierrosluku määrittää muunnossuhteen yhdessä ensiökierrosten kanssa. Normaalissa tanko- tai ikkunatyyppisessä virtamuuntajassa, jossa ensiö on yksi läpivientijohdin, ensiökierrosten määrä on 1. Toisiokierrokset asetetaan sitten halutun suhteen saavuttamiseksi – esimerkiksi 200 kierrosta suhteessa 200:1 200 A/1 A muuntajassa.

Käämit on jaettu tasaisesti toroidin ympärille tasapainoisen magnetomotorisen voiman varmistamiseksi ja vuotovirran minimoimiseksi. Tasaisuus on erityisen kriittistä erittäin tarkoissa malleissa, joissa jopa pienet epäsymmetria käämien jakautumisessa voivat aiheuttaa mitattavissa olevia vaihekulmavirheitä.

Eristys kerrosten välillä

Monikerroksiset käämit vaativat kerrosten välistä eristystä jännitteen katkeamisen estämiseksi eri potentiaalien kierrosten välillä. Yleisiä kerrosten välisiä eristysmateriaaleja ovat:

  • Polyesterikalvoteippi (Mylar-tyyppinen) – käytetään matala- ja keskijännitteisissä CT:issä dielektrisen lujuuden ja ohuen profiilin tasapainon vuoksi
  • Polyimidikalvo (Kapton-tyyppinen) — valitaan, kun käyttölämpötila ylittää 130 °C tai kun tarvitaan erittäin ohutta eristystä jännitteenkestävyydestä tinkimättä
  • Nomex-paperi – käytetään kuivatyyppisissä, korkean lämpötilan ympäristöissä, joissa selluloosapohjaiset materiaalit hajoavat

Ensisijaiset johdinjärjestelyt virtamuuntajien rakentamisessa

Virtamuuntajan ensiöpuoli voidaan järjestää usealla selvästi eri tavalla, joista jokainen johtaa erilaiseen mekaaniseen rakennetyyppiin. Tämä on ensisijainen perusta TT:iden luokittelulle fyysisen suunnittelun mukaan.

Palkin tyyppi

Kiinteä tai ontto virtakisko kulkee ydin- ja käämikokoonpanon ikkunan läpi. Laitteeseen ei ole kierretty ensiökäämiä. Tanko itsessään muodostaa yhden ensisijaisen kierroksen.

Ikkunan tyyppi

Samanlainen kuin tankotyyppi, mutta ensiöjohdin on ulkoinen kaapeli tai virtakisko, joka on johdettu CT-rungon avoimen ikkunan läpi. Muuntajassa ei ole sisäänrakennettua ensiöjohdinta.

Haavan tyyppi

Yksi tai useampi ensiökierre kelataan sydämelle toisiokäämin rinnalle. Mahdollistaa korkeat muunnossuhteet pienistä ensiövirroista.

Split Core

Sydän on jaettu kahteen erotettavaan puolikkaaseen, jotka voidaan avata ja kiinnittää olemassa olevan johtimen ympärille irrottamatta virtapiiriä.

Tankotyyppinen virtamuuntajan rakenne

Tankotyyppisessä virtamuuntajassa käytetään kiinteää, tehtaalla asennettua ensiöjohdinta - tyypillisesti kupari- tai alumiinitankoa -, joka kulkee toroidisen tai suorakaiteen muotoisen ydin- ja käämikokoonpanon keskustan läpi. Ydin ja toisiokäämi on kapseloitu tämän tangon ympärille. Tämä rakenne tarjoaa maksimaalisen mekaanisen jäykkyyden ja sitä suositellaan kojeisto- ja virtakiskoasennuksiin, joissa ensiövirran nimellisarvot vaihtelevat 400 A:sta useisiin tuhansiin ampeeriin.

Koska tanko on tehtaalla asetettu, tankotyyppiset CT:t eivät ole kentällä säädettävissä. Nimellinen ensiövirta määritetään valmistuksen yhteydessä. Ne ovat kuitenkin erittäin vakaita vuosikymmenten käytön aikana, koska ensisijaisessa reitissä ei ole mekaanisia liitoksia, jotka voisivat löystyä tai syöpyä.

Ikkunatyyppi Virtamuuntajan rakenne

Ikkunatyyppiset CT:t, joita joskus kutsutaan rengastyyppisiksi tai donitsivirtamuuntajiksi, koostuvat toroidisydämestä, joka on kierretty toisiokäämiin ja suljettu koteloon, jossa on keskusaukko. Ensisijainen johdin – mikä tahansa kaapeli tai virtakisko kuljettaa mitatun virran – pujotetaan yksinkertaisesti tämän aukon läpi asennuksen yhteydessä. CT-rungon ja ensiöjohtimen välillä ei ole sähköistä yhteyttä; muuntaja toimii puhtaasti induktiolla.

Tämä rakenne on monipuolinen, koska yksittäinen CT-malli voidaan asentaa poikkileikkaukseltaan vaihteleviin johtimiin, kunhan johdin mahtuu fyysisesti ikkunan läpi. Ikkunatyyppisiä CT:itä käytetään laajalti paneelilevyissä, kaapelien valvonnassa ja olemassa olevien asennusten jälkiasennuksessa.

Haavavirtamuuntajan rakenne

Kääritetyssä virtamuuntajassa ensiökäämi koostuu yhdestä tai useammasta eristetyn kuparijohtimen kierrosta, joka on kierretty suoraan sydämeen toisiojohdon rinnalle. Tätä järjestelyä käytetään, kun ensiövirta on suhteellisen alhainen - tyypillisesti alle 100 A - ja yksipäästöjohdin tuottaisi riittämättömän vuon tarkkaan mittaukseen.

Lisäämällä kaksi, kolme tai useampia primäärikierroksia tehollinen muunnossuhde kerrotaan ilman fyysisesti suurempaa ydintä. Kierretyn CT:n, jossa on 5 ensiökierrosta ja 1 000 toisiokierrosta, tehollinen suhde on 1 000:5 tai 200:1, ja 5-kierroksen ensiö käyttää suuremman vuon samalla linjavirralla kuin yksitankoinen ensiö.

Haavatyyppiset CT:t ovat tyypillisesti kalliimpia kuin tanko- tai ikkunatyypit samalla virranmittauksella, koska ylimääräinen käämitysprosessi lisää työvoimaa ja ensiöjohtimen eristys on mitoitettava järjestelmän koko verkkojännitteelle.

Split Core -virtamuuntaja: Rakentaminen ja sovellukset

The jakoydinvirtamuuntaja ratkaisee erityisen käytännön ongelman: kuinka asentaa virtamuuntaja johtimeen, jota ei voi kytkeä pois tai irrottaa. Magneettiydin on jaettu kahteen puolikkaaseen tarkkuuskoneistettua liitosta pitkin. Sarana- tai salpamekanismi pitää puolikkaat suljettuina käytön aikana ja mahdollistaa niiden erottamisen asennusta varten.

Kun sydämen puolikkaat ovat auki, CT voidaan sijoittaa jännitteisen kaapelin ympärille. Kun se on suljettu ja lukittu, magneettipiiri on valmis ja laite toimii identtisesti samankokoisen kiinteän toroidisen CT:n kanssa.

Suurin tekninen haaste split-core-suunnittelussa on minimoida liitoksen ilmaväli. Jopa mikroskooppinen rako magneettipiirissä lisää dramaattisesti tarvittavaa magnetointivirtaa ja aiheuttaa virheitä, erityisesti alhaisilla ensiövirtatasoilla, jotka ovat lähellä 5-20 % nimellisarvosta. Valmistajat käsittelevät asiaa seuraavasti:

  • Vastapintojen tarkkuustyöstö alle 10 mikrometrin toleransseihin
  • Erittäin läpäisevien ydinmateriaalien käyttö, jotka sietävät paremmin pieniä jäännösrakoja
  • Jousikuormitetut salvat, jotka käyttävät tasaista puristusvoimaa pitääkseen puolikkaat tiukasti kiinni
  • Nanokiteiset tai amorfiset ydinmateriaalit, jotka säilyttävät pienemmän virheen jopa hieman epätäydellisellä sulkemisella

Split-core CT:itä käytetään laajalti energiakatselmuksissa, rakennusten energianhallintajärjestelmissä, jälkiasennetuissa tehonvalvontapaneeleissa ja kaikissa sovelluksissa, joissa asennus on suoritettava sammuttamatta valvottua piiriä. Niitä on saatavana tarkkuusluokissa luokasta 1-luokkaan 0.5 riippuen ydinmateriaalista ja sauman laadusta.

Toroidaalinen virtamuuntaja: Miksi renkaan muoto hallitsee

Toroidaalinen virtamuuntaja on ylivoimaisesti yleisin nykyaikaisessa paneelikiinnitys- ja inline-virranmittauksessa käytetty rakenne. Sen määrittävä piirre on munkin muotoinen ydin, joka luo suljetun magneettisen reitin ilman tarkoituksellista ilmaväliä (umpiytimisissä versioissa) eikä paljaita napapintoja.

Toroidaalisen ytimen magneettinen tehokkuus

Koska magneettivuo kiertää kokonaan ydinmateriaalin sisällä toroidisessa rakenteessa, mikään vuo ei pääse karkaamaan ympäröivään ilmaan. Tällä on kaksi käytännön seurausta. Ensinnäkin työvuon muodostamiseen tarvittava magnetointivirta on erittäin pieni, mikä vähentää suoraan suhdevirhettä ja vaihesiirtymää. Toiseksi, toroidaalinen CT on paljon vähemmän herkkä primäärijohtimen paikalle ikkunassa - ominaisuutta kutsutaan paikkavirheen sietokyvyksi - verrattuna suorakaiteen muotoisiin ytimiin.

Hyvin suunnitellussa toroidisessa CT:ssä ensiöjohtimen siirtäminen ikkunan keskeltä epäkeskiseen asentoon aiheuttaa alle 0,05 % lisäsuhdevirheen. Suorakulmaisessa ytimen TT:ssä sama siirtymä voi aiheuttaa yli 0,3 % virheitä.

Toroidaalisten ytimien valmistus

Virtamuuntajien toroidiytimet valmistetaan yhdellä kolmesta menetelmästä kohdemateriaalista riippuen:

  1. Teippikääretyt ytimet — Jatkuva nauha piiteräksestä, nikkeli-rautaseoksesta tai nanokiteisestä nauhasta kierretään kierteeksi tuurnan ympärille ja lämpökäsitellään sitten kelauksen aikana syntyvän mekaanisen rasituksen lievittämiseksi. Tätä menetelmää käytetään korkeimmille tarkkuusluokille.
  2. Pinotut laminointiytimet — Yksittäiset lävistetyt laminaatit pinotaan ja limitetään renkaaksi, jota käytetään yleisesti halkaisijaltaan suurempiin ytimiin, joissa nauhan kelaus aiheuttaisi liiallista sisäistä jännitystä.
  3. Jauhemaiset tai sintratut ferriittiytimet — Käytetään suurtaajuisissa sovelluksissa; ferriitti puristetaan toroidimuotoiseen muottiin ja sintrataan korkeassa lämpötilassa.
Toroidaalinen CT: Flux Path vs. Suorakaiteen muotoinen ydin CT Toroidaalinen ydin Suljettu virtaus - ei vuotoa Rectangular Core Vuoto virtaus Kulmissa vuotaa jonkin verran vuotoa

Virtamuuntajien eristysjärjestelmät

CT-eristyksen on suoritettava kaksi toimintoa samanaikaisesti: eristettävä korkeajännitteinen ensiöjohdin pienjännitteisestä toisiopiiristä ja suojattava käämiä ja sydänkokoonpanoa ympäristön vaurioilta. Eristysjärjestelmän valinta riippuu nimellisjännitteestä, ympäristöstä ja sovelluksen mekaanisista vaatimuksista.

Hartsikapselointi (epoksi- tai polyuretaanivalu)

Suurin osa mittauspaneeleissa ja kojeistoissa käytetyistä pien- ja keskijännitevirtamuuntajista valmistetaan valamalla tai tyhjiöinjektiolla epoksihartsia kierretyn sydämen ympärille. Tämä prosessi, jota usein kutsutaan muovatuksi kotelorakenteeksi, luo kiinteän, tyhjiöttömän eristävän rungon, joka:

  • Tarjoaa yli 3 kV/mm dielektrisen lujuuden tavallisille epoksijärjestelmille
  • Poistaa kosteuden sisäänpääsyn ilman lisätiivistystä
  • Suojaa mekaanisesti ydintä ja käämiä tärinältä ja iskuilta
  • Mahdollistaa ulkoisen rungon tarkan mittasäädön paneeliasennuksessa

Tyhjiöpainekyllästystä (VPI) käytetään suurempiin kokoonpanoihin, joissa valu on epäkäytännöllistä. Käämitys upotetaan hartsiin tyhjiössä poistamaan jäänyt ilma, sitten paineistetaan hartsin pakottamiseksi jokaiseen aukkoon ennen kovettumista.

Öljytäytteinen eristys

Yli 36 kV:n suurjännitevirtamuuntajat käyttävät tyypillisesti mineraaliöljyä ensisijaisena eristys- ja jäähdytysaineena. Kierretty sydän ja toisiokokoonpano asetetaan suljettuun metallisäiliöön, joka on täytetty muuntajalaatuisella mineraaliöljyllä. Selluloosapaperieriste kierretään primäärijohtimen ympärille useissa kerroksissa, mikä muodostaa verkkojännitteen kestämiseen tarvittavan ryömintäetäisyyden.

Öljytäytteiset taajuusmuuttajat ovat vakiona 110 kV, 220 kV ja 500 kV asennuksissa voimansiirtoasemilla. Säännöllinen öljynäytteenotto ja liuenneen kaasun analyysi mahdollistavat huoltotiimien havaitsevan alkavan eristyksen heikkenemisen ennen kuin vikoja ilmenee.

Kaasueristeiset virtamuuntajat

Kaasueristetyissä kojeistoissa (GIS) virtamuuntajat on integroitu GIS-koteloon, ja ne käyttävät eristävänä väliaineena rikkiheksafluoridikaasua (SF6). Nämä CT:t hyötyvät samasta kompaktista jalanjäljestä kuin ympäröivät kojeistot eivätkä vaadi nestehuoltoa, vaikka suljetun kaasujärjestelmän painetta ja puhtautta on valvottava.

Kuiva- ja ilmaeristetyt mallit

Sisäasennuksiin valvotuissa ympäristöissä jopa noin 36 kV jännitteellä kuivatyyppiset CT:t, joissa käytetään kiinteitä eristemateriaaleja (hartsisidostettu lasikuitu, valuhartsi tai Nomex), tarjoavat vaihtoehdon öljytäytteisille malleille. Ne ovat kevyempiä, eliminoivat öljyvuotoriskin ja yksinkertaistavat huoltoa, vaikka ne ovat herkempiä kondensaatiolle ja saasteille, jos niitä käytetään ankarissa ulkoilmaolosuhteissa.

Virtamuuntajien luokittelu rakennetyypin mukaan

Seuraavassa taulukossa on koottu tärkeimmät rakennustyypit, niiden tyypilliset virta-alueet, tarkkuusominaisuudet ja ensisijaiset sovellusalat:

Rakennetyyppi Ensisijaiset käännökset Tyypillinen virta-alue Paras tarkkuusluokka Tärkeimmät sovellukset
Palkin tyyppi 1 (kiinteä palkki) 400 A – 5 000 A 0.2S Kojeisto, virtakiskomittaus
Ikkuna / rengastyyppi 1 (läpikulku) 50 A – 3 000 A 0.5 Paneelilevyt, kaapelivalvonta
Haavan tyyppi 2-20 1 A – 100 A 0.1 Pienvirran tarkkuusmittaus
Split Core Type 1 (läpikulku) 50 A – 3 000 A 0,5-1 Jälkiasennus, energiakatselmus, BMS
Toroidaalinen (kiinteä) 1 (läpikulku) 5 A – 5 000 A 0.1 Tulojen mittaus, suojaus
Öljyllä täytetty säiliötyyppi 1-4 10 A – 4 000 A (HV) 0.2 Siirtoasemat
GIS-integroitu 1 200 A – 5 000 A 0.2 Suurjännite GIS-asennukset

Kuinka sisäinen rakenne vaikuttaa tarkkuuteen ja suorituskykyyn

Oikean virtamuuntajan valinta ei ole pelkästään virtasuhteen sovittaminen. Sisäinen rakenne määrittää, kuinka CT käyttäytyy toiminta-alueellaan, kuormituksen vaihtelun alla, korkeissa lämpötiloissa ja yliaaltojen läsnä ollessa.

Suhdevirhe ja sen alkuperä

Suhdevirhe johtuu siitä, että magnetointivirta - virta, joka tarvitaan vuon muodostamiseen ytimessä - ei näy toisiolähdössä. Kaikki magnetointivirta otetaan ensiövirrasta, mutta mikään siitä ei saavuta taakkaa. Mitä suurempi magnetointivirta on suhteessa ensiövirtaan, sitä suurempi on suhdevirhe. Nikkeli-rauta- ja nanokiteiset ytimet vaativat erittäin suuren läpäisevyytensä ansiosta paljon vähemmän magnetointivirtaa kuin piiteräsytimet ja saavuttavat siten pienemmän suhdevirheen samalla sydämen poikkileikkauksella.

Vaiheen siirtymävirhe

Vaihesiirtymä on kaariminuutteina mitattu kulmaero ensiövirran osoittimen ja toisiovirran osoittimen välillä (käänteinen suunnan suhteen). Vaiheen siirtymä on erityisen tärkeä tehokertoimen ja energian mittauksessa, koska pienikin kulmavirhe aiheuttaa kosiniriippuvaisen virheen wattituntilaskelmissa. 10 minuutin vaihesiirtymä kuormalla 0,5 tehokertoimella voi tuottaa noin 0,5 %:n energiamittausvirheen.

Taakka ja sen vaikutus tarkkuuteen

Toissijainen taakka – kytkettyjen instrumenttien kokonaisimpedanssi, johdotuksen vastus ja relekäämit – vaikuttaa suoraan tarkkuusluokan suorituskykyyn. Useimmat tarkkuusluokkamääritykset (IEC 61869, IEEE C57.13) määrittelevät suorituskyvyn nimelliskuormituksella ja 25 %:lla nimelliskuormituksesta. Luokkaan 0,5 määritetty CT 5 VA:n kuormituksella toimii 0,5 %:n suhdevirheen sisällä vain, kun liitetty kuorma ei ylitä 5 VA. Nimellistaakan ylittäminen lisää toisioliittimen jännitettä, ajaa sydäntä kohti kylläisyyttä ja heikentää tarkkuutta.

Harmoninen suorituskyky

Säädettävänopeuksisissa käyttöasennuksissa, kaariuuneissa ja datakeskusten tehojärjestelmissä ensiövirta sisältää merkittävää harmonista sisältöä – usein 5., 7., 11. ja 13. harmonisissa. Vakiopii-teräsytimillä on lisääntyviä häviöitä ja vaihekulman vääristymiä harmonisilla taajuuksilla. Nanokiteiset ja amorfiset ytimet, joiden litteä läpäisykäyrä ulottuu useisiin kilohertseihin, tarjoavat huomattavasti paremman tarkkuuden vääristyneissä aaltomuodoissa ja ovat suositeltu valinta luokan A tehonlaadun analysaattoreihin.

Tarkkuuteen vaikuttavat tekijät – sisäinen vs. ulkoinen Ydinmateriaali (läpäisevyys, häviö) Käämitysvastus (Rct-arvo) Yhdistetty taakka (VA-kuorma) Johdon impedanssi (kaapelin pituus, AWG) Mittaus Tarkkuusluokka Sisäiset tekijät Ulkoiset tekijät

Ulkokotelon ja kiinnityskokoonpanot

Virtamuuntajan kotelo suojaa aktiivisia komponentteja ympäristöaltistukselta ja tarjoaa mekaanisen liitännän asennukseen. Kotelon suunnittelu vaihtelee huomattavasti sovellusluokkien välillä.

Paneelikiinnitettävä muotoiltu kotelo

Mittauspaneelien pienjännitemuuntajat valmistetaan lähes yleisesti lasikuituvahvisteisissa polyesteri- (GRP) tai polykarbonaattikoteloissa, jotka on muodostettu ruiskuvalulla valuhartsiytimen ympärille. Kotelossa on kiinnityskorvakkeet tai DIN-kiskon pidikkeet, toissijaiset riviliittimet, jotka on mitoitettu odotetulle lähtövirralle, ja napaisuusmerkinnät (P1/P2 ensisijaiselle, S1/S2 toisiolle) IEC-standardien mukaisesti.

Holkkityyppiset virtamuuntajat

Holkki-CT:t ovat renkaan muotoisia kokoonpanoja, jotka on suunniteltu liukumaan tehomuuntajan tai katkaisijan posliini- tai polymeeriholkin yli. Heillä ei ole omaa asuntoa; sen sijaan ne kiinnitetään läpiviennin laipan ja muuntajan säiliön kannen väliin. Läpivienti-CT:t ovat eräitä kompakteimmista malleista, koska läpivienti itsessään muodostaa ensiöjohtimen ja jännitteen eristyksen.

Ulkona posliini- ja polymeerieristetyt mallit

Keski- ja suurjännitteiset ulkovirtamuuntajat on sijoitettu suljettuihin kokoonpanoihin joko posliini- tai silikonikumikomposiittieristeillä. Varsiprofiili on suunniteltu ylläpitämään riittävä ryömintäetäisyys saasteolosuhteissa — IEC-standardi vaatii vähintään 16 mm/kV ryömintärajaa kevyesti saastuneissa ympäristöissä ja jopa 31 mm/kV erittäin saastuneissa paikoissa. Silikonikumikomposiittikotelot ovat suurelta osin korvanneet posliinin uusissa asennuksissa kevyemmän painon, erinomaisen saastekyvyn saastuneessa ympäristössä ja hauraiden murtumien kestävyyden vuoksi.

Virtamuuntajien integrointi mittausjärjestelmiin

Täydellinen virranmittausjärjestelmä sisältää CT:n, yhdistävän johdotuksen ja vastaanottavan instrumentin. The jakoydinvirtamuuntaja on tästä syystä usein suositeltu valinta jälkiasennettavissa mittausprojekteissa – se voidaan asentaa huoltoa keskeyttämättä. Kun CT-toisioyksikkö on asennettu, se liitetään energiamittareihin, tehoanalysaattoreihin tai suojareleisiin erityisten CT-piirien kautta, jotka on pidettävä suljettuina koko ajan käytön aikana vaarallisten toisioylijännitetilanteiden välttämiseksi.

Tarkkuusstandardit ja luokkamerkinnät

Virtamuuntajien tarkkuusluokat on määritelty kansainvälisissä ja alueellisissa standardeissa. Kaksi eniten viitattua ovat IEC 61869-2 (entinen IEC 60044-1) ja IEEE C57.13. Luokkanimikkeiden ymmärtäminen auttaa määrittämään sovellukselle oikean CT:n.

IEC-mittausluokat

IEC 61869-2 määrittelee mittaustarkkuusluokiksi 0,1, 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1 ja 3. "S"-liite (erityinen) osoittaa laajennetun tarkkuuden alhaisella virralla – erityisesti CT:n on täytettävä suhdevirhemäärittelynsä 1 %:n vakiovirrasta. Luokkia 0.5S ja 0.2S vaaditaan tulotason energiamittareilta monien sääntelykehysten mukaan, koska kuormat toimivat usein selvästi alle 100 % CT:n nimellisprimäärivirrasta.

IEC-suojausluokat

Suojausluokan CT:t määritellään niiden tarkkuusrajatekijän (ALF) ja polvipistekäyttäytymisen perusteella. Luokka 5P ja 10P ovat vakionimitykset, joissa numero ilmaisee suurimman komposiittivirheen nimellistarkkuusrajakertoimella. 5P20 CT ylläpitää yhdistelmävirhettä, joka ei ylitä 5 %, kun ensiövirta on 20 kertaa nimellisvirta – ehto, joka tarvitaan ylivirtareleiden luotettavaan toimintaan vikatilanteissa.

IEEE luokat

IEEE C57.13 -standardi käyttää kirjain-numeroyhdistelmää: kirjain (C, K, T tai X) ilmaisee suoritusperusteen ja numero ilmaisee toisioliittimen jännitteen nimelliskuormituksella ja 20-kertaisella nimellisvirralla. C200 CT voi toimittaa nimellisen toisiovirtansa kuormaan, joka kehittää 200 V 20-kertaisella nimellisvirralla ylittämättä 10 %:n suhdevirhettä. Tämä luokitusjärjestelmä on yleinen Pohjois-Amerikan yleishyödyllisissä ja teollisissa suojakäytännöissä.

Usein kysytyt kysymykset

Q1: Mitä virtamuuntajan sisällä on?

Virtamuuntaja sisältää magneettisydämen (yleensä toroidinen piiteräs, nikkeli-rautaseos tai nanokiteinen materiaali), emaloidun kuparilangan toisiokäämin ytimeen, kerrosten välisen eristeen, ulkoisen eristyskotelon (tyypillisesti epoksihartsia pienjännitetyypeille) ja toissijaiset liittimet. Korkeajännitetyypeissä on myös öljy- tai kaasueriste, joka ympäröi sydän- ja käämikokoonpanoa.

Q2: Mitä eroa on kierretyn virtamuuntajan ja tankotyyppisen virtamuuntajan välillä?

Kierretyn virtamuuntajan ensiökääminä on yksi tai useampi kierros eristettyä kuparilankaa, joka on kierretty sydämeen. Tämä tekee siitä sopivan pienille ensiövirroille (yleensä alle 100 A), joissa yksipäästöinen johdin tuottaisi riittämättömän vuon. Tankotyyppisessä virtamuuntajassa on kiinteä tehtaalla asennettu ensiöjohdin, joka kulkee sydänikkunan läpi ja muodostaa täsmälleen yhden ensiökierteen. Sitä käytetään suurille ensiövirroille ja se tarjoaa maksimaalisen mekaanisen vakauden.

Q3: Miksi ydinmateriaalilla on niin paljon merkitystä virtamuuntajan rakentamisessa?

Sydänmateriaali määrää magnetointivirran, jota muuntaja tarvitsee toimiakseen. Korkean läpäisevyyden materiaalit (nikkeli-rauta, nanokiteinen) tarvitsevat hyvin vähän magnetointivirtaa, mikä vähentää suoraan sekä suhdevirhettä että vaihesiirtymää. Piiteräs sopii luokan 0.5 ja luokan 1 sovelluksiin. Luokkien 0.1 ja 0.2 tulomittauksissa tarvitaan tyypillisesti nikkeli-rautaseosytimiä. Monipuolisissa harmonisissa ympäristöissä nanokiteiset materiaalit tarjoavat parhaan yhdistelmän tarkkuutta ja laajataajuista suorituskykyä.

Q4: Mikä on toroidinen virtamuuntaja ja miksi se on suositeltava?

Toroidisessa virtamuuntajassa käytetään renkaan muotoista magneettista ydintä, joka luo täysin suljetun magneettivuon reitin, jossa ei ole ilmarakoja eikä paljaita napapintoja. Tämä malli minimoi magneettivuon vuodon, vähentää tarvittavaa magnetointivirtaa ja tekee muuntajasta suhteellisen epäherkän ikkunan sisällä olevan ensiöjohtimen sijainnille. Nämä ominaisuudet tekevät toroidisista CT:istä parhaan vaihtoehdon erittäin tarkkaan mittaukseen ja asennuksiin, joissa ensiöjohdinta ei voida keskittää tarkasti.

Kysymys 5: Kuinka jaettu sydänvirtamuuntaja säilyttää tarkkuuden huolimatta ytimessä olevasta liitoksesta?

Tarkkuus split-core CT:ssä riippuu tehokkaan ilmavälin minimoimisesta kahden sydämen puolikkaan välisessä liitoksessa. Valmistajat käyttävät tarkkuuskoneistettuja liitäntäpintoja, jousikuormitettuja kiristysmekanismeja tasaisen paineen kohdistamiseen ja erittäin läpäiseviä ydinmateriaaleja (usein nanokiteistä metalliseosta), jotka sietävät luonnostaan ​​pieniä jäännösrakoja. Ihanteellisissa olosuhteissa, joissa on hyvin kiristetty liitos, laadukas split-core CT voi saavuttaa luokan 0,5 tarkkuuden, joka riittää useimpiin osamittaus- ja energianhallintasovelluksiin.

Q6: Mitä tarkkuusluokkamerkintä tarkoittaa virtamuuntajille?

Tarkkuusluokan numero edustaa suurinta sallittua suhdevirhettä (prosentteina) nimelliskuormituksella ja 100 %:lla nimellisvirrasta standardiluokissa tai 1 %:iin nimellisvirrasta "S"-luokan nimityksissä. Esimerkiksi luokan 0,5 CT ei saa ylittää 0,5 %:n suhdevirhettä, kun taas luokan 0,5S CT:n suhdevirheen on oltava myös 0,5 %:n sisällä primäärivirroilla, jotka ovat niinkin alhaisia ​​kuin 1 % nimellisarvosta. Suojausluokan CT:t käyttävät erilaisia ​​nimityksiä (kuten 5P20), jotka ilmaisevat yhdistelmävirheen ja tarkkuusrajatekijän pelkän suhdevirheen sijaan.

Q7: Voidaanko ikkunatyyppistä virtamuuntajaa käyttää minkä tahansa kokoisen johtimen kanssa?

Ikkunatyyppiseen CT:hen mahtuu mikä tahansa johtime, joka sopii fyysisesti sen ikkuna-aukon sisään ja jonka nimellisvirta on CT:n ensiövirran nimellisarvossa. CT itsessään ei saa sähköistä kosketusta johtimeen - se toimii puhtaasti sähkömagneettisen induktion avulla. Käytännön rajoituksia ovat ikkunan sisähalkaisija (jonka on oltava riittävän suuri johtimelle, mukaan lukien sen eristys), ja nimellisprimäärivirta, jonka on vastattava johtimen normaalia käyttövirtaa, jotta CT toimii tarkkuusalueellaan.

Q8: Mitä tapahtuu, jos virtamuuntajan toisiopiiri jätetään avoimeksi?

Jos toimivan virtamuuntajan toisiopiiri avataan ensiövirran virratessa, ensiövirta jatkaa sydämen magnetoimista ilman, että sitä vastustaisi toisiovirtaa. Tämä ajaa ytimen syvälle kyllästymiseen joka puolijaksolla ja tuottaa erittäin korkeita huippujännitteitä toisioliittimiin – mahdollisesti tuhansia voltteja. Nämä jännitteet ovat vaarallisia henkilökunnalle ja voivat tuhota CT-eristyksen. Virtamuuntajat on aina oikosuljettava tai kytkettävä nimelliskuormitukseen ennen laitteiden irrottamista toisioliittimistä.

Acrel Co., Ltd.