Typy a použití proudových transformátorů

V našem předchozí článek, jsme se zabývali základními principy konstrukce a činnosti transformátoru proudu (CT). Nyní probereme několik běžných typů CT a jejich použití.

Standardní měřicí CT

Standardní měřicí transformátory proudu se používají ve spojení s ampérmetry k měření vysokých proudů, které jsou stupňovány na standardní výstupní poměr 5 A nebo 1 A. Jmenovitá hodnota VA CT je sladěna s jmenovitou hodnotou VA měřicího přístroje nebo ampérmetru.                                      

Proudový transformátor řady FSD 200/5 A se používá ve spojení s pohyblivým železným ampérmetrem se stupnicí od nuly do 200 A. Ampérmetr je kalibrován tak, aby při výstupu proudového transformátoru 5 A došlo k plné výchylce (FSD).

Zátěž R ampérmetru by měla být co nejnižší, aby se blížila zkratu a zaručila tak nepřekážející sekundární proud. Zátěž R používaná ve spojení s voltmetrem by měla být rovněž co nejnižší, aby se udrželo nízké sekundární napětí CT pro zvýšení přesnosti.

Typické hodnoty VA standardních měřicích transformátorů proudu jsou 2,5, 5 a 10 VA. Pro měřicí transformátory proudu je důležité, aby se nasytily na úrovni, která zajistí bezpečnost měřicího přístroje při vyšším než jmenovitém proudu nebo při poruchových stavech.

Pokud je ampérmetr vyjmut z obvodu, sekundární vinutí se stane rozpojeným a transformátor se chová jako zvyšovací transformátor. To je částečně způsobeno velmi velkým nárůstem magnetizačního toku v jádře CT, protože v sekundárním vinutí není žádný protiproud, který by tomu zabránil.

To může mít za následek, že se v sekundárním vinutí indukuje velmi vysoké napětí rovnající se poměru V_p × (N_s/N_p), které se vyvíjejí v sekundárním vinutí.

Z tohoto důvodu by proudový transformátor neměl být nikdy ponechán s otevřeným obvodem. Pokud má být ampérmetr (nebo zátěž) odpojen, měl by být nejprve na sekundárních svorkách proveden zkrat, aby se vyloučilo riziko úrazu elektrickým proudem.

Poměr otáček

Poměr závitů proudového transformátoru lze měnit použitím více závitů. Níže uvedený příklad ukazuje, jak lze CT 300/5 A použít jako CT 100/5 A použitím tří primárních smyček, čímž se poměr závitů sníží z 60:1 na 20:1. To umožňuje použít transformátor proudu s vyšší jmenovitou hodnotou pro měření nižších proudů.

Níže jsou uvedeny mezní hodnoty chyby poměru pro měřicí transformátory proudu třídy 3 a třídy 5.

Chyba poměru je 3%, resp. 5%, bez požadavku na ± fázový posun.

Mezi aplikace měřicích transformátorů proudu třídy 3 a 5 patří:

• Ochrana proti přetížení
• Monitorování proudu třífázových generátorů
• Kontrolní zařízení
• Ovládací panely
• Řízení a monitorování rozváděčů
• Distribuce

Ačkoli je žádoucí, aby byl fázový posun mezi primárním a sekundárním proudem nulový, u 5 A měřicích CT to není tak důležité, protože ampérmetry ukazují pouze velikost proudu.

Měření CT

Měřicí transformátor proudu je navržen tak, aby měřil proud nepřetržitě a pracoval přesně v rozsahu jmenovitého proudu. Mezní hodnoty chyby proudu a fázového posunu jsou určeny třídou přesnosti. Třídy přesnosti jsou: 0,1, 0,2 a 0,5 a 1.

Na adrese wattmetry, měřiče spotřeby energiea účiník měřidla, fázový posun způsobuje chyby. Zavedení elektronických elektroměrů a elektroměrů energie však umožnilo odstranit chybu fáze proudu.

Pokud proud překročí jmenovitou hodnotu, měřicí CT se nasytí, čímž se omezí úroveň proudu v přístroji. Materiály jádra pro tento typ CT mají obvykle nízkou úroveň nasycení, například nanokrystalické.

Nuvotem řady AP a AQ jsou přesné transformátory proudu s typickou přesností 0,1-0,2%, které jsou vhodné pro aplikace vyžadující vysokou přesnost a minimální fázový posun.

Ochrana CT

Ochranný transformátor proudu je navržen tak, aby pracoval v nadproudovém rozsahu. Díky tomu mohou ochranná relé přesně měřit poruchové proudy i při velmi vysokých proudech. Sekundární proud se používá k ovládání ochranného relé, které může izolovat část silového obvodu, v němž došlo k poruchovému stavu.

Materiál jádra pro tento typ CT má vysoký stupeň nasycení a obvykle se vyrábí z křemíkové oceli.

Napětí kolenního bodu

Za bodem K musíme zvýšit proud ve větší míře, abychom dosáhli určitého zvýšení napětí. To proto, že křivka za bodem K se stává nelineární. Napětí v bodě K (V_k) se nazývá napětí v bodě kolena.

Na stránkách napětí v bodě kolena proudového transformátoru je definována jako napětí, při kterém zvýšení napětí na sekundáru CT o 10% způsobí zvýšení sekundárního proudu o 50%. To také znamená, že zvýšení proudu o 50% povede ke zvýšení napětí právě o 10%.

Napětí kolenního bodu je důležité pro CT třídy ochrany, tj. tam, kde se CT používá pro účely ochrany.

Na stránkách zatížení ochranných TK je v porovnání s měřicí třídou CT poměrně vysoká, což znamená, že úbytek napětí na měřicím obvodu zátěž bude vysoká. Proto musí být napětí kolenního bodu CT třídy ochrany větší než úbytek napětí na zátěži, aby se jádro CT udrželo v lineární zóně.

Ochranné transformátory proudu jsou obvykle definovány z hlediska složené chyby při mezním činiteli přesnosti, tj. jak přesný zůstane transformátor proudu, když primární proud protéká mnohonásobně vyšší než normální v poruchové situaci.

Standardní třídy pro ochranu CT jsou 5P 10 a 10P 10, kde P je označení pro ochranu. Číslo před P označuje složené procento chyby. Číslo za písmenem udává součinitel primárního proudu, do kterého bude složená chyba dosažena, tj. 10x jmenovitý primární proud u 5P 10 a 10P 10.

U ochranných zařízení je obvykle uvedena klasifikace ochranného CT určeného k provozu daného ochranného zařízení.

Společnost Talema vyrábí rozsáhlou řadu standardních a zakázkových zařízení s frekvencí 50/60 Hz. toroidní transformátory proudu. Každá řada je navržena se specifickými vlastnostmi v kompaktním balení, které vyhovuje většině aplikací. K dispozici jsou jak varianty pro montáž na desku plošných spojů, tak varianty s letmými vodiči, stejně jako možnost použití konektorů IDC nebo dvoucestných konektorů.