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Die Grundlagen von Stromwandlern in Stromkreisen (Theorie und Praxis)

Strom und Spannung in Stromkreisen

Wenn die Spannung oder der Strom in einem Stromkreis liegenzu hoch, um Messgeräte oder Relais direkt anzuschließen, erfolgt die Kopplung über Transformatoren. Solche Messtransformatoren müssen eine verkleinerte Kopie der Eingangsgröße auf die für die jeweilige Messung erwartete Genauigkeit erzeugen.

Stromwandler auf den Punkt gebracht

Stromwandler auf den Punkt gebracht

Möglich wird dies durch die hohe Effizienz vonder Transformator Während und nach großen augenblicklichen Änderungen der Eingangsgröße ist die Wellenform möglicherweise nicht mehr sinusförmig, daher ist die Leistung von Messwandlern wichtig.

Für den Betrieb sind viele Schutzsysteme erforderlichwährend der Übergangsstörung im Ausgang der Messwandler nach einem Systemfehler. Die Fehler am Transformatorausgang können den Betrieb des Schutzes verzögern oder unnötige Operationen verursachen.

Daher das Funktionieren solcher Transformatoren muss analytisch untersucht werden.

Inhalt:

  1. Einfaches Ersatzschaltbild des Stromwandlers
  2. Stromwandleranschlüsse (primär / sekundär)
    1. Fehler
      1. Strom- oder Verhältnisfehler
      2. Phasenfehler
    2. Zusammengesetzter Fehler
    3. Genauigkeitsgrenzstrom der Schutzstromwandler
    4. Stromwandler der Klasse PX
    5. CT Wicklungsanordnungen
      1. Primärtyp der Wunde
      2. Buchsen- oder Stangentyp
      3. Core-Balance-Stromwandler
      4. Summenstromwandler
      5. Luftspaltstromwandler
    6. Wicklung Arrangements
      1. Überdimensionierte Stromwandler
      2. Anti-Remanenz-CTs
      3. Lineare Stromwandler
    7. Sekundäre Wicklungsimpedanz
    8. Sekundärer Nennstrom
    9. Bemessungs-Kurzzeitstrom
    10. Einschwingverhalten eines Stromwandlers
      1. Primärstromtransient
      2. Praktische Bedingungen
    11. Oberschwingungen während der Übergangszeit
    12. Wicklungen testen

1. Einfaches Ersatzschaltbild des Stromwandlers

Der Transformator kann durch die Ersatzschaltung von 1 dargestellt werden, wobei alle Größen auf die Sekundärseite bezogen sind.

Ersatzschaltung des Transformators

Abbildung 1 - Ersatzschaltung des Transformators

Wenn der Transformator kein Verhältnis von 1/1 hat, kann dieser Zustand dargestellt werden, indem die Ersatzschaltung mit einem idealen Transformator des gegebenen Verhältnisses bestromt wird, jedoch ohne Verluste.

Spannungs- und Stromwandler für niedrige PrimärspannungSpannungs- oder Stromwerte sind nicht ohne weiteres zu unterscheiden. Bei höheren Bewertungen sind Unähnlichkeiten des Aufbaus üblich. Trotzdem sind die Hauptunterschiede zwischen diesen Geräten die Art, wie sie in den Stromkreis geschaltet werden.

Spannungswandler sind sehr kleinTransformatoren, die sich nur in Konstruktionsdetails unterscheiden, die die Genauigkeit des Verhältnisses über den angegebenen Ausgangsbereich steuern. Stromwandler haben ihre Primärwicklungen in Reihe geschaltet mit dem Stromkreis und somit auch in Reihe mit der Systemimpedanz.

Die Reaktion des Transformators ist in diesen beiden Betriebsarten radikal unterschiedlich.

In diesem technischen Artikel werden alle wichtigen Aspekte von Stromwandlern in Mess- und Schutzanwendungen für MV und HV erläutert.

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2. Stromwandleranschlüsse (primär / sekundär)

Die Primärwicklung eines Stromwandlers ist in Reihe mit der Leistungsschaltung geschaltet und die Impedanz ist im Vergleich zu der der Leistungsschaltung vernachlässigbar.

Die Impedanz des Stromnetzes bestimmt den Stromdurch die Primärwicklung des Stromwandlers. Dieser Zustand kann durch Einfügen der Lastimpedanz, bezogen auf das Windungsverhältnis, in die Eingangsverbindung der obigen Abbildung 1 dargestellt werden.

Dieser Ansatz wird in Abbildung 2 am Beispiel von a entwickelt 300 / 5A CT auf ein 11kV-Stromsystem angewendet. Es wird angenommen, dass das System einen Nennstrom (300 A) führt und der CT eine Last von 10 VA liefert.

Ableitung eines Ersatzschaltkreises eines Stromwandlers

Abbildung 2 - Ableitung der Ersatzschaltung eines Stromwandlers

Eine Studie des endgültigen Ersatzschaltbildes von Fig. 2 (c) zeigt die typischen Komponentenwerte und zeigt alle Eigenschaften eines Stromwandlers.

Man kann sehen, dass:

  1. Der Sekundärstrom wird durch die Änderung der Lastimpedanz über einen beträchtlichen Bereich nicht beeinflusst.
  2. Der Sekundärkreis darf nicht unterbrochen werden, während die Primärwicklung bestromt ist. Die induzierte sekundäre EM. Unter diesen Umständen ist es hoch genug, um eine Gefahr für Leben und Isolierung zu erzeugen.
  3. Die Verhältnis- und Phasenwinkelfehler können leicht berechnet werden, wenn die Magnetisierungseigenschaften und die Lastimpedanz bekannt sind.

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2.1 Fehler

Das allgemeine Vektordiagramm für Spannungswandler (klicken Sie hier, um es anzuzeigen) kann vereinfacht werden, indem Details weggelassen werden, die für die Strommessung nicht von Interesse sind. Schauen Sie sich die Abbildung 3 an.

Fehler entstehen wegen der sJagd auf die Last durch die aufregende Impedanz. Dadurch wird ein kleiner Teil des Eingangsstroms zum Anregen des Kerns verwendet, wodurch die an die Last übertragene Menge reduziert wird.

So, ichs = Ichp - Iche

wo Ie abhängig ist Ze, die Anregungsimpedanz und die sekundäre E.m.f. Es, gegeben durch die Gleichung:

Es = Ichs (Zs + Zb),

woher:

  • Zs = die Eigenimpedanz der Sekundärwicklung, die im Allgemeinen als Widerstandskomponente verwendet werden kann Rs nur
  • Zb = die Impedanz der Last
Vektordiagramm für Stromwandler (sekundär genannt)

Abbildung 3 - Vektordiagramm für Stromwandler (sekundär genannt)


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2.1.1 Strom- oder Verhältnisfehler

Dies ist der Größenunterschied zwischen ichp und ichs und ist gleich ichrdie Komponente von iche das ist in Phase mit ichs.

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2.1.2 Phasenfehler

Dies wird dargestellt durch ichqdie Komponente von iche in quadratur mit ichs und Ergebnisse in der Phasenfehler Φ .

Die Werte des aktuellen Fehlers und des Phasenfehlers hängen von der ab Phasenverschiebung zwischen ichs und iche, aber weder Strom- noch Phasenfehler können den Wert überschreiten vektorieller Fehler iche. Mit einer mäßig induktiven Belastung, resultierend in ichs und iche ungefähr in der Phase gibt es einen geringen Phasenfehler und die Anregungskomponente führt fast vollständig zu einem Verhältnisfehler.

Um dies zu kompensieren, wird häufig eine Reduzierung der Sekundärwicklung um eine oder zwei Windungen verwendet.

In dem CT entsprechend 2 würde der schlechteste Fehler aufgrund der Verwendung einer induktiven Last mit Nennwert etwa 1,2% betragen. Wenn das nominale Windungsverhältnis ist 2: 120Das Entfernen einer Sekundärwindung würde die Ausgabe um 0,83% den aktuellen Gesamtfehler als belassen -0,37%.

Bei einer niedrigeren Last oder einem anderen Lastleistungsfaktor würde sich der Fehler in der positiven Richtung maximal ändern + 0,7% bei null last; Die Leckreaktanz der Sekundärwicklung wird als vernachlässigbar angenommen.

Für den Phasenfehler kann keine entsprechende Korrektur vorgenommen werden, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Phasenfehler bei mäßig reaktiven Lasten klein ist.

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2.2 Zusammengesetzter Fehler

Dies ist in definiert IEC 61869 1 und 2 wie die rm. Wert der Differenz zwischen dem idealen Sekundärstrom und dem tatsächlichen Sekundärstrom. Es enthält Strom- und Phasenfehler sowie die Auswirkungen von Oberwellen im Erregerstrom.

Die Genauigkeitsklasse der Messstromwandler ist in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 1 - Grenzen des CT-Fehlers für die Genauigkeitsklassen 0,1 bis 1,0

Genauigkeitsklasse % aktuell +/- Prozentsatzstrom
(Verhältnis) Fehler
+/- Phasenverschiebung
(Protokoll)
5 20 100 120 5 20 100 120
0.1 0.4 0.2 0.1 0.1 15 8 5 5
0.2 0.75 0.35 0.2 0.2 30 15 10 10
0.5 1.5 0.75 0.5 0.5 90 45 30 30
1 3 1.5 1.0 1.0 180 90 60 60

Tabelle 2 - Grenzen des CT-Fehlers für die Genauigkeitsklassen 3 und 5

Genauigkeitsklasse % aktuell +/- Strom (Verhältnis) Fehler,%
50 120
3 3 3
5 5 5

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2.3 Genauigkeitsgrenzstrom der Schutzstromwandler

Schutzgeräte reagieren auf Fehlerzustände und müssen aus diesem Grund bei Stromwerten arbeiten, die über dem normalen Nennwert liegen.

Stromwandler der Schutzklasse müssen eine angemessene Genauigkeit bis zum größten relevanten Strom beibehalten. Dieser Wert ist bekannt alsGenauigkeitsgrenzstrom’Und kann in primären oder äquivalenten sekundären Ausdrücken ausgedrückt werden.

Das Verhältnis des Genauigkeitsgrenzstroms zum Nennstrom wird alsGenauigkeitsgrenzfaktor„. Die Genauigkeitsklasse der Schutzstromwandler ist in Tabelle 3 dargestellt.

Tisch 3 - Schutz-CT-Fehlergrenzen für Klassen 5P und 10P

Klasse Aktueller Fehler bei
Primär bewertet
aktuell (%)
Phasenverschiebung bei
Nennstrom
(Protokoll)
Zusammengesetzter Fehler bei
Nenngenauigkeitsgrenze
Primärstrom (%)
5P +/- 1 +/- 60 5
10P +/- 3 - 10
Standardwerte für die Genauigkeitsgrenze sind 5, 10, 15, 20 und 30

Obwohl die Belastung eines Schutz-CT nur istein paar VA bei Nennstrom, die Ausgangsspannung des Stromwandlers kann beträchtlich sein, wenn der Genauigkeitsgrenzfaktor hoch ist. Bei einem Genauigkeitsgrenzfaktor von 30 und einer Belastung von 10 VA muss der Stromwandler beispielsweise 9000 VA an den Sekundärkreis liefern.

Alternativ kann derselbe CT einer hohen Belastung ausgesetzt sein.

Für Überstrom- und Erdschlussschutz mitElemente mit ähnlichem VA-Verbrauch bei der Einstellung hätte das Erdschlusselement eines auf 10% eingestellten elektromechanischen Relais das 100-fache der Impedanz der Überstromelemente von 100%.

Obwohl Sättigung der Relaiselementeändert etwas diesen Aspekt der Angelegenheit, das Erdschlusselement ist eine schwere Belastung, und der Stromwandler hat in diesem Fall wahrscheinlich einen erheblichen Übersetzungsfehler. Daher ist es nicht sinnvoll, diese Stromwandler mit einer Windungskompensation zu beaufschlagen.

Es ist im Allgemeinen einfacher, den Stromwandler mit dem Nennverhältnis entsprechenden Windungen aufzuwickeln.

Stromwandler werden häufig für die verwendet doppelte Mess- und Schutzpflicht. Sie müssen dann gemäß einer aus Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 ausgewählten Klasse bewertet werden.

Die aufgebrachte Belastung ist die Summe der Geräte- und Relaislasten. Um die Messleistung zu erreichen, kann durchaus eine Wende-Kompensation erforderlich sein. Die Bewertungsbewertungen werden beispielsweise als Nennbelastung und Klasse ausgedrückt 15VA-Klasse 0,5.

Die Schutzklassen werden zum Beispiel als Nennlast, Klasse und Genauigkeitsfaktor angegeben 10VA Klasse 10P10.

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2.4 Stromwandler der Klasse PX

Die Einteilung in Tabelle 3 wird nur für verwendetÜberstromschutz. Die Klasse PX ist die Definition in IEC 61869 für die quasi-transienten Stromwandler, die früher von der Klasse X der BS 7626 abgedeckt wurden, die üblicherweise bei Schutzgeräten für Einheiten verwendet wird.

In den Spezifikationen wurden Leitlinien für die Anwendung von Stromwandlern für den Erdschlussschutz gegeben. Für diese und für die meisten anderen Schutzanwendungen sollte jedoch darauf hingewiesen werden direkt zum maximal nützlichen e.m.f. das kann sein vom CT erhalten.

In diesem Zusammenhang wird der "Kniepunkt" der Anregungskurve als „An jenem Punkt, an dem eine weitere Erhöhung der sekundären würde einen Anstieg des Erregerstroms von 50% erfordern “.

Siehe Abbildung 4 unten.

Definition der Kniepunkt der Erregungskurve

Abbildung 4 - Definition der Erregungskurve am Kniepunkt

Konstruktionsanforderungen für Stromwandler fürallgemeine Schutzzwecke werden häufig in Bezug auf Kniepunkt, Anregungsstrom am Kniepunkt (oder einem anderen angegebenen Punkt) und Sekundärwicklungswiderstand festgelegt.

Solche Stromwandler sind bezeichnet Klasse PX.

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2.5 CT-Wicklungsanordnungen

Es werden mehrere Wicklungsanordnungen für Stromwandler verwendet. Diese werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.


2.5.1 Primärtyp der Wunde

Dieser CT-Typ weist herkömmliche Wicklungen auf, die aus Kupferdraht bestehen, der um einen Kern gewickelt ist. Es wird genutzt für Hilfsstromwandler und für viele Stromwandler mit niedrigem oder mittlerem Verhältnis, die in Schaltanlagen bis zu 11 kV verwendet werden.

Wicklung Primärstromwandler

Abbildung 5 - Primärer Wicklungsstromwandler (niedriggewickelter Primärstromwandler, geeignet für Primärströme von 2,5A-100A mit 5A-Ausgängen Zur Verwendung mit Amperemeter, Wattmeter oder Wandlern.)


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2.5.2 Buchsen- oder Stangentyp

Viele Stromwandler haben eine ringförmiger Kern, manchmal aus ringförmigen Stanzteilen aufgebaut, aberoft bestehend aus einem einzelnen Streifen, der eng gewickelt ist, um eine eng gewundene Spirale zu bilden. Die verteilte Sekundärwicklung bildet einen Ringkern, der den gesamten Umfang des Kerns einnehmen soll, wobei zwischen den Start- und Zielleitungen ein kleiner Spalt zur Isolierung verbleibt.

Solche Stromwandler haben normalerweise einen einzigen konzentrisch angeordneten Primärleiter, der manchmal fest in den Stromwandler eingebaut und mit der erforderlichen Primärisolation versehen ist.

In anderen Fällen wird hierfür die Durchführung eines Leistungsschalters oder eines Leistungstransformators verwendet.

Bei niedrigen Primärstromwerten kann es schwierig sein, eine ausreichende Leistung mit der gewünschten Genauigkeit zu erhalten. Dies ist weil a Ein großer Kernabschnitt ist erforderlich, um ausreichend Flussmittel bereitzustellen, um das sekundäre Elektrofeld zu induzieren. in der kleinen Anzahl von Kurvenund weil die aufregenden Amperewindungen einen großen Anteil der verfügbaren primären Amperewindungen ausmachen.

Der Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn der Kerndurchmesser groß ist, um über große EHV-Durchführungen zu passen.

Primärer Stromwandler vom Typ Bar

Abbildung 6 - Stromwandler mit Primärstabtyp (Stromwandler mit einer einzigen Primärwindung mit eingebettetem Primärleiter)


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2.5.3 Core-Balance-Stromwandler

Der Ringtyp ist der üblichste Typ des Core-Balance-Stromwandlers (CBCT). Das Kabel verläuft durch die Mitte des Stromwandlers und bildet auf diese Weise die Primärwicklung.

Core Balance Current Transformers (CBCT) werden für eingesetzt Schutz vor Erdschluss in einem Stromversorgungssystem. Sie unterscheiden sich von normalen Schutz- und Messstromwandlern aufgrund ihrer Leistungsanforderungen.

In isolierten oder kompensierten neutralen Netzwerken sind Erdschlussströme klein und im Allgemeinen viel kleiner als Nennlastströme.

Solche Erdableitströme sollte nicht über längere Zeit existieren, da sie schließlich in gesunden Phasen zu Isolationsfehlern führen und sich anschließend in Phase-zu-Phase- oder Doppelphasen-Erdfehler entwickeln.

Zum Schutz von Kabelkreisläufen und Freileitungen mit Kabelabschlüssen Kernausgleichstromwandler werden üblicherweise eingesetzt. Im Allgemeinen ist es ausreichend, eine Isolationsüberwachung zu integrieren, um das Auftreten eines Erdschlusses anzuzeigen und nicht um die Trennung zu unterbrechen. Das Bedienpersonal in z
In diesen Fällen können Maßnahmen ergriffen werden, um die Last auf andere Abgänge umzuschalten und die defekten Stromkreise für die Reparatur auszuschalten.

Ausgenommen hiervon sind Stromkreise, die Torfgruben, Erzminen und ähnliche Lasten mit Strom versorgen, wenn das Schutzsystem aus Sicherheitsgründen ausgelegt ist zum Abschalten des Stromkreises bei Auftreten eines Erdschlusses.

CBCTs werden mit einem Kern und einem Kern hergestelltSekundärwicklung. Die Anzahl der Sekundärwindungen muss sich nicht auf den Nennstrom des Kabels / Abzweigs beziehen, da unter normalen ausgeglichenen Bedingungen kein Sekundärstrom fließen würde.

Dadurch kann die Anzahl der sekundären Windungen gewählt werden, z. B. to den effektiven primären Ansprechstrom optimieren. Die Wahl des Verhältnisses sollte daher dem Hersteller überlassen werden, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.

CBCTs werden mit geeigneten Relais für den Schutz gegen Erdschluss verwendet. Eine CBCT umfasst 3 Phasen, 3-adrige Kabel oder 3 einadrige Kabel.

CT-Verkabelung mit Core-Balance

Abbildung 7 - Verkabelung des Core-Balance-Stromwandlers: Der Kernbalancetransformator erlaubt die direkte Messung von Fehlerströmen (Erdschlussstrom). Das Vorhandensein einer homopolaren Komponente ist für einen Erdverzug von Bedeutung. Diese Komponente wird über einen Ringkerntransformator gemessen, der um die 3 Phasen + Neutral oder Phase + Neutral (nach dem Netzwerktyp) oder an der Erdverbindung liegt. Die Vektorsumme dieser Ströme ist null, wenn kein Fehler vorliegt. Dieses Gleichgewicht ist unterbrochen, wenn ein Erdschlussstrom vorhanden ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Vektorsumme der Ströme nicht länger null und diese Differenz wird vom Toroid gemessen.

Während gesunder Bedingungen, d. H. Wenn kein Erdschlussstrom vorhanden ist, führt die Sekundärseite von CBCT keinen Strom, da im Kern kein magnetischer Nettofluss vorhanden ist.

Im Falle eines Erdverlusts ist das Netz unausgeglichenDer Strom stellt den Fluss im Kern des CBCT ein und der Strom fließt durch die Sekundärwicklung, wodurch das Relais arbeitet. Wenn mehr als ein 3-Phasen-Kabel parallel verwendet wird, wird empfohlen, an jedem Kabel ein separates CBCT an ein gemeinsames Relais anzuschließen.

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2.5.4 Summenstromwandler

Die Summieranordnung ist eine Wicklungsanordnung, die in einem Messrelais oder an einem Hilfsstromwandler verwendet wird ein einphasiges Ausgangssignal zu geben mit einer spezifischen Beziehung zum dreiphasigen Stromeingang.

Summenstromwandler wird verwendet, wenn die Ströme in einer Reihe von Abzweigen nicht einzeln gemessen werden müssen aber summiert zu einem einzigen Meter oder Instrument. Die Summation CT besteht aus zwei oder mehr Primärwicklungen die mit den zu summierenden Zuführungen verbunden sind, und eine einzige Sekundärwicklung, die einen Strom zuführt, der proportional zum summierten Primärstrom ist.

Ein typisches Verhältnis wäre 5 + 5 + 5 / 5ADas bedeutet, dass drei primäre Feeder von 5 zu einem einzigen 5A-Meter summiert werden müssen.

Summenstromwandler

Abbildung 8 - Summenstromwandler


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2.5.5 Stromwandler mit Luftspalt

Dies sind Hilfsstromtransformatoren, bei denen ein kleiner Luftspalt im Kern enthalten ist, um einen Sekundärspannungsausgang zu erzeugen, der in der Größenordnung proportional zum Strom in der Primärwicklung ist.

Manchmal bezeichnet "Transaktoren" und "Quadraturstromwandler"Diese Form des Stromwandlers wurde verwendetals Hilfskomponente herkömmlicher Pilotdraht-Schutzschemata, bei denen die Ausgänge in mehrere Sekundärkreise linear bleiben müssen und proportional zu dem breitesten praktischen Eingangsstrombereich sind.

Luftspaltstromwandler

Abbildung 9 - Stromwandler mit Luftspalt


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2.6 CT-Wicklungsanordnungen

Stromwandler zur Messung von Leitungsströmen lassen sich in drei Typen einteilen.


2.6.1 Überdimensionierte Stromwandler

Überdimensionierte Stromwandler sind in der Lage Verwandeln von vollständig ausgeglichenen Fehlerströmen ohne Verzerrung. Folglich sind sie sehr groß. Sie sind anfällig für Fehler aufgrund von remanentem Fluss, der beispielsweise durch die Unterbrechung hoher Fehlerströme entsteht.

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2.6.2 Anti-Remanenz-CTs

Dies ist eine Variation des ÜberdimensionalenStromwandler und hat eine kleine Lücke (n) im Kernmagnetkreis, wodurch der mögliche remanente Fluss von ungefähr 90% des Sättigungswertes auf ungefähr 10% reduziert wird. Diese Lücke (n) sind ziemlich klein, beispielsweise insgesamt 0,12 mm, und daher wird die Anregungseigenschaft durch ihr Vorhandensein nicht wesentlich verändert.

Die resultierende Abnahme des möglichen remanenten Kernflusses begrenzt jedoch jeden nachfolgenden Gleichstrom. Flussauslenkung, die aus einer Primärstromasymmetrie resultiert, in die Kernsättigungsgrenzen.

Fehler bei der Stromumwandlung werden daher im Vergleich zu denen mit dem lückenlosen Kerntyp deutlich reduziert. Transientenschutz Strom

Transformatoren sind in der IEC 61869-2 als Typen TPX, TPY und TPZ enthalten und diese Spezifikation gibt gute Hinweise für ihre Anwendung und Verwendung.

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2.6.3 Lineare Stromwandler

Der "lineare" Stromwandler stellt eine noch radikalere Abweichung vom normalen Solid-Core-Wandler dar, indem er einen merklicher Luftspaltzum Beispiel 7,5-10 mm.

Wie der Name schon sagt Das magnetische Verhalten neigt zur Linearisierung durch den Einschluss dieser Lücke in den Magnetkreis.

Der Zweck des Einführens von mehr Widerstand in den Magnetkreis ist jedoch um den Wert der magnetisierenden Reaktanz zu reduzieren. Dies reduziert wiederum die sekundäre Zeitkonstante des CT, wodurch der für eine getreue Transformation notwendige Überdimensionierungsfaktor reduziert wird.

Abbildung 10 zeigt ein CT zur Verwendung in HV-Systemen.

Alstom OSKF 72,5kV bis 765kV Hochspannungsstromwandler

Abbildung 10 - Alstom OSKF-Hochspannungsstromwandler mit 72,5 kV bis 765 kV


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2.7 Sekundärwicklungsimpedanz

Zur Absicherung kann ein CT erforderlich seinBei hohen Sekundärstromwerten muss der Sekundärwicklungswiderstand so niedrig wie möglich gemacht werden. Eine sekundäre Leckreaktanz tritt auch insbesondere bei gewickelten Primärstromwandlern auf, obwohl deren genaue Messung schwierig ist.

Die nichtlineare Natur des CT-Magnetkreises macht es schwierig zur Bestimmung des bestimmten ohmschen Wertes, der die sekundäre Leckreaktanz repräsentiert.

Es wird jedoch normalerweise akzeptiert, dass ein Stromwandler vom Typ mit niedriger Reaktanz ist, vorausgesetzt, dass die folgenden 4 Bedingungen erfüllt sind:

  1. Der Kern ist vom fugenlosen Ringtyp (einschließlich spiralförmig gewickelter Kerne).
  2. Die Sekundärwindungen sind im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Länge des Magnetkreises verteilt.
  3. Der Primärleiter (die Primärleiter) verläuft durch die ungefähre Mitte der Kernöffnung oder ist, wenn sie gewickelt ist, ungefähr gleichmäßig über die gesamte Länge des Magnetkreises verteilt.
  4. Flussausgleichswicklungen, sofern vorhandenDie Anforderungen der Konstruktion bestehen aus mindestens vier parallel geschalteten Spulen, die gleichmäßig über die gesamte Länge des Magnetkreises verteilt sind, wobei jede Spule einen Quadranten belegt.

Wenn ein Stromwandler nicht alle oben genannten Anforderungen erfüllt, es kann gezeigt werden, dass es eine geringe Reaktanz hat. In diesem Fall überschreitet der auf die akzeptierte Weise gemessene zusammengesetzte Fehler den Fehler nicht um einen Faktor 1,3, der direkt aus der V-I-Anregungseigenschaft der Sekundärwicklung erhalten wird.

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2.8 Sekundärer Nennstrom

Die Wahl der Sekundärstromstärke wird maßgeblich von der bestimmt sekundäre Wickelbelastung und die übliche Praxis des Benutzers. Die Standardstrom-Sekundärstromwerte sind 5A und 1A.

Die Belastung bei Nennstrom durch digitale oderNumerische Relais oder Instrumente sind weitgehend unabhängig vom Nennwert des Stroms. Dies liegt daran, dass die Wicklung der Vorrichtung eine vorgegebene Anzahl von Amperewindungen bei Nennstrom entwickeln muss, so dass die tatsächliche Windungszahl umgekehrt proportional zum Strom ist und die Impedanz der Wicklung umgekehrt zum Quadrat des Stroms variiert bewertung.

Elektromechanische oder statische Erdfehlerrelais können jedoch eine Belastung haben, die mit dem verwendeten Stromabgriff variiert.

Verbindungsleitungen teilen diese Eigenschaft nicht,Sie haben jedoch unabhängig von der Bewertung im Allgemeinen einen Standardquerschnitt. Wenn die Leitungen lang sind, kann ihr Widerstand spürbar sein, und die resultierende Belastung variiert mit dem Quadrat der aktuellen Bewertung.

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Zum Beispiel a CT-Vorlauf in der Größenordnung von 200 MeternEin typischer Abstand für eine EHV-Schaltanlage im Freien könnte einen Schleifenwiderstand von ungefähr 3 Ohm haben. Die CT-Leitung belastet die VA, wenn a 5A CT verwendet wird wäre 75VA, zu der die Relaislast hinzugefügt werden muss (bis zu vielleicht 10VA für ein elektromechanisches Relais, aber weniger als 1VA für ein numerisches Relais), insgesamt also 85VA.

Eine solche Belastung würde erfordern, dass die CT sehr groß und teuer ist, insbesondere wenn Hoher Genauigkeitsfaktor waren auch anwendbar.

Bei einem Sekundärwert von 1A CT beträgt die Bleilastauf 3VA reduziert, so dass bei gleicher Relaislast die Summe maximal 13VA beträgt. Dies kann durch ein CT mit normalen Abmessungen erreicht werden, was zu Einsparungen bei Größe, Gewicht und Kosten führt.

Daher neigen moderne Stromwandler dazu, Sekundärwicklungen von 1A zu haben. Wenn jedoch die Primärbewertung hoch ist, sagen wir über 2000Akann ein Stromwandler mit einer höheren Sekundärleistung verwendet werden, um die Anzahl der Sekundärwindungen zu begrenzen. In einer solchen Situation sind sekundäre Ratings von 2A, 5A oder in extremen Fällen 20Akann verwendet werden.

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2.9 Bemessungs-Kurzzeitstrom

Ein Stromwandler ist überlastet, während Systemkurzschlussströme fließen und kurzzeitig ausgelegt sind. Standardzeiten, für die der CT die Tragfähigkeit tragen muss Kurzzeitstrom (STC) beträgt 0,25, 0,5, 1,0, 2,0 oder 3,0 Sekunden.

Ein Stromwandler mit einem bestimmten kurzzeitigen Strom / Zeitwert führt einen niedrigeren Strom für eine längere Zeit, umgekehrt proportional zum Quadrat des Verhältnisses der Stromwerte.

Das Gegenteil kann jedoch nicht angenommen werden, und höhere Stromwerte als die STC-Bewertung sind für eine beliebige Dauer nicht zulässig, sofern dies nicht durch einen neuen Einstufungstest zum Nachweis der dynamischen Fähigkeit gerechtfertigt ist.

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2.10 Einschwingverhalten eines Stromwandlers

Wenn die Antwortgenauigkeit in sehr kurzen Intervallen untersucht wird, muss untersucht werden, was passiert, wenn sich der Primärstrom plötzlich ändert.

Die Auswirkungen sind am wichtigsten und wurden zuerst beobachtet in Verbindung mit ausgewogenen Schutzformen, die dazu neigten, unnötig zu arbeiten, wenn plötzlich Kurzschlussströme aufgebaut wurden.

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2.10.1 Primärstromübergang

Das Stromversorgungssystem, das Lastkreise vernachlässigt, ist größtenteils induktiv, so dass bei einem Kurzschluss der fließende Fehlerstrom durch

Fehlerstrom

woher:

  • Ep = Spitzensystem e.m.f.
  • R = Systemwiderstand
  • L = Systeminduktivität
  • β = anfänglicher Phasenwinkel, der vom Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers bestimmt wird
  • α = Winkel des Systemleistungsfaktors = tan−1 ωL / R

Der erste Term von Gleichung 6.1 stellt den stationären Wechselstrom dar, während der zweite eine Übergangsgröße ist, die dafür verantwortlich ist, die Wellenform asymmetrisch zu verschieben.

ichp ist der stationäre Spitzenstrom:

Spitzenstrom im stationären Zustand

Der maximale Übergang tritt auf, wenn sin (α - β) und keine andere Bedingung muss geprüft werden. So:

Spitzenstromformeln im stationären Zustand

Wenn der Strom durch die Primärwicklung eines Stromwandlers geleitet wird, kann die Antwort untersucht werden, indem der CT durch eine Ersatzschaltung ersetzt wird, wie in 2 (b) gezeigt.

Da das "ideale" CT keine Verluste hatüberträgt die gesamte Funktion, und alle weiteren Analysen können in äquivalenten Sekundärmengen durchgeführt werdenichs und ichs). Eine vereinfachte Lösung ist durch Vernachlässigung des Erregerstroms des Stromwandlers erhältlich.

Der in einer Induktivität entwickelte Fluss wird durch Integrieren des angelegten Elektrofilms erhalten. durch ein Zeitintervall:

Fluss entwickelt in einer Induktivität

Bei der CT-Ersatzschaltung ist die Spannung der Abfall des Lastwiderstands Rb. Für jede Komponente wiederum wird der stationäre Spitzenfluss durch folgende Komponenten angegeben:

Spitzenfluss im stationären Zustand

Der transiente Fluss ist gegeben durch:

Transienter Fluss

Daher ist das Verhältnis des Übergangsflusses zu dem stationären Wert:

Verhältnis des Übergangsflusses zum stationären Wert

wobei X und R die primären Systemreaktanz- und Widerstandswerte sind. Der CT-Kern muss beide Flüsse tragen, so dass:

Der CT-Kern muss beide Flüsse tragen

Der Begriff (1 + X / R) wurde das genannt "Übergangsfaktor" (TF)wobei der Kernfluss um diesen Faktor erhöht wirdwährend der vorübergehenden asymmetrischen Stromperiode. Daraus ist ersichtlich, dass das Verhältnis von Reaktanz zu Widerstand des Energiesystems ein wichtiges Merkmal bei der Untersuchung des Verhaltens von Schutzrelais ist.

Alternative, L / R ist der primäre Systemzeitkonstante T, damit der Übergangsfaktor TF geschrieben werden kann:

Übergangsfaktor TF-Formeln

Nochmal, fT ist die Zeitkonstante, ausgedrückt in Zyklen des a.c. Menge T ’ damit:

Übergangsfaktor TF-Formeln

Dieser letztere Ausdruck ist besonders nützlich bei der Beurteilung einer Aufzeichnung eines Fehlerstroms, da die Zeitkonstante in Zyklen leicht geschätzt werden kann und direkt zum Übergangsfaktor führt.

Beispielsweise ergibt eine Systemzeitkonstante von drei Zyklen a Übergangsfaktor von (1 + 6 & pi;) oder 19,85. Das heißt, der CT müsste fast das Zwanzigfache des unter stationären Bedingungen erzeugten maximalen Flusses verarbeiten.

Die obige Theorie reicht aus, um einen allgemeinen Überblick über das Problem zu geben.

In dieser vereinfachten Behandlung Zum Entmagnetisieren des Stromwandlers wird keine Sperrspannung angelegt, so dass sich der Fluss wie in Abbildung 11 gezeigt aufbaut.

Antwort eines Stromwandlers mit unendlicher Shunt-Impedanz auf einen asymmetrischen Primärstrom

Abbildung 11 - Reaktion eines Stromwandlers mit unendlicher Shunt-Impedanz auf einen transienten asymmetrischen Primärstrom

Da ein CT einen begrenzten Erregerstrom benötigt, um einen Fluss aufrechtzuerhalten, bleibt er nicht magnetisiert (vernachlässigt die Hysterese)Aus diesem Grund kann eine vollständige Darstellung der Effekte nur erhalten werden, wenn die endliche Induktivität des Wandlers in die Berechnung einbezogen wird.

Die Reaktion eines Stromwandlers auf einen vorübergehenden asymmetrischen Strom ist in Abbildung 12 unten dargestellt.

Reaktion eines Stromwandlers auf einen transienten asymmetrischen Strom

Abbildung 12 - Reaktion eines Stromwandlers auf einen vorübergehenden asymmetrischen Strom

Lassen:

  • ichs = der Nennsekundärstrom
  • ich's = der tatsächliche sekundäre Ausgangsstrom
  • iche = der aufregende Strom

dann:

ichs = ie + ich ’s

ebenfalls,

Erregungsstrom in Relation zum tatsächlichen sekundären Ausgangsstrom

woher:

Erregungsstrom in Relation zum tatsächlichen sekundären Ausgangsstrom

was für den vorübergehenden Begriff gibt:

Aufregender Strom

woher:

  • T = primäre Systemzeitkonstante L / R
  • T1 = CT-Sekundärkreis-Zeitkonstante Le/ Rb
  • ich1 = voraussichtlicher Spitzen-Sekundärstrom

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2.10.2 Praktische Bedingungen

Die praktischen Bedingungen unterscheiden sich aus folgenden Gründen von der Theorie:


Grund Nr. 1

Es wurde keine Rücksicht genommen Sekundärverlust oder Lastinduktivität. Dies ist normalerweise klein im Vergleich zu Le hat also wenig Einfluss auf den maximalen transienten Fluss.


Grund Nr. 2

Eisenverlust wurde nicht berücksichtigt. Dies hat den Effekt, dass die sekundäre Zeitkonstante verringert wird, aber der Wert des äquivalenten Widerstands ist variabel und hängt sowohl von den Sinus- als auch den Exponentialausdrücken ab.

Folglich kann es in keiner linearen Theorie enthalten sein und ist zu kompliziert, um eine zufriedenstellende Behandlung zu entwickeln.


Grund Nr. 3

Die Theorie basiert auf einer linearen Anregungscharakteristik. Dies ist nur annähernd richtig bis zum Kniepunkt der Erregungskurve.

Eine präzise Lösung, die Nichtlinearität erlaubt, ist nicht praktikabel.

Lösungen wurden gesucht durch Ersetzen der Erregungskurve durch mehrere Akkorde. Eine lineare Analyse kann dann für die Ausdehnung jedes Akkords durchgeführt werden. Die obige Theorie reicht aus, um einen guten Einblick in das Problem zu geben und die meisten praktischen Fragen zu entscheiden.

Grund Nr. 4

Die Wirkung der Hystereseabgesehen von dem unter (Grund 2) diskutierten Verlust ist nicht enthalten. Die Hysterese bewirkt, dass sich die Induktivität für den Flussauf- und -abbau unterscheidet, so dass die sekundäre Zeitkonstante variabel ist.

Darüber hinaus bedeutet die Fähigkeit des Kerns, einen "remanenten" Fluss aufrechtzuerhalten Wert von ΦB in der obigen Gleichung entwickelt ist als zu betrachtenein Flusszuwachs von einem möglichen remanenten Wert positiv oder negativ. Die Formel wäre dann vernünftig, vorausgesetzt der angewendete Stromübergang hat keine Sättigung erzeugt.

Eine genaue Berechnung des Flusses und des Erregerstroms ist nicht möglich. Der Wert der Studie ist die Erklärung der beobachteten Phänomene.

Die asymmetrische (oder d.c.Eine Komponente kann als Aufbau des mittleren Flusses über einen Zeitraum angesehen werden, der mehreren Zyklen der sinusförmigen Komponente entspricht, während dessen letzterer Komponente eine Flussschwankung um den variierenden "Mittelwert" erzeugt, der von der ersteren festgelegt wurde. Der asymmetrische Fluss steigt nicht mehr an, wenn der
Der Erregerstrom ist gleich dem gesamten asymmetrischen Eingangsstrom, da über diesen Punkt hinaus der Ausgangsstrom und somit der Spannungsabfall am Lastwiderstand negativ ist.

Durch die Sättigung tritt der Punkt der Gleichheit zwischen dem Erregerstrom und dem Eingang auf bei einem Flussniveau, das niedriger ist als von der linearen Theorie erwartet.

Wenn die exponentielle Komponente den Stromwandler in die Sättigung treibt, nimmt die Magnetisierungsinduktivität ab, was zu einer starken Erhöhung der Stromstärke führt alternierende Komponente iche.

Der gesamte Erregerstrom während des ÜbergangsDie Periode ist von der in Fig. 13 gezeigten Form und die entsprechende resultierende Verzerrung in dem Sekundärstromausgang aufgrund der Sättigung ist in Fig. 14 gezeigt.

Typischer Erregerstrom des Stromwandlers während eines vorübergehenden asymmetrischen Eingangsstroms

Abbildung 13 - Typischer Erregerstrom des Stromwandlers während eines asymmetrischen Eingangsstromes

Verzerrung im Sekundärstrom durch Sättigung

Abbildung 14 - Verzerrung des Sekundärstroms aufgrund der Sättigung

Das Vorhandensein eines restlichen Flusses variiert den Startpunkt der transienten Flussänderung auf der Anregungskennlinie.

Remanenz gleicher Polarität gegenüber dem Übergangreduziert den Wert des symmetrischen Stroms einer gegebenen Zeitkonstante, den der CT ohne starke Sättigung umwandeln kann. Umgekehrt erhöht die umgekehrte Remanenz die Fähigkeit eines CT, transienten Strom umzuwandeln, erheblich.

Wenn das CT die in der Analyse berücksichtigte lineare nicht-sättigbare Vorrichtung wäre, würde der Sinusstrom ohne Genauigkeitsverlust transformiert.

In der Praxis die Variation der ErregungEine Induktivität, die durch die Übertragung des Zentrums der Flussschwankung auf andere Punkte der Erregungskurve verursacht wird, verursacht einen Fehler, der sehr groß sein kann. Die Auswirkung auf die Messung ist von geringer Bedeutung. Für Schutzausrüstungen, die unter Fehlerbedingungen funktionieren müssen, ist der Effekt jedoch schwerwiegender.

Der Ausgangsstrom wird während des Übergangs verringertSättigung, wodurch die Relais möglicherweise nicht funktionieren, wenn sich die Bedingungen in der Nähe der Relaiseinstellung befinden. Dies darf nicht mit den erhöhten rm-Werten verwechselt werden. Wert des Primärstroms aufgrund des asymmetrischen Übergangs, ein Merkmal, das manchmal den Fehler des Erhöhungsverhältnisses ausgleicht.

Im Falle eines ausgeglichenen Schutzes können sich die Fehler der mehreren Stromwandler während eines Fehlers unterscheiden und eine Unwucht verursachen, was zu einer Störung führt
unerwünschter Betrieb.

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2.11 Oberschwingungen während der Übergangszeit

Wenn ein CT erforderlich ist, um eine hohe Sekundärstufe zu entwickelne.m.f. Unter stationären Bedingungen verursacht die Nichtlinearität der Anregungsimpedanz eine gewisse Verzerrung der Ausgangswellenform. Neben dem Grundstrom Eine solche Wellenform enthält nur ungeradzahlige Oberwellen.

Wenn jedoch die CT gesättigt istunidirektional und gleichzeitig einem kleinen Wechselstrom ausgesetzt Wie in der oben diskutierten Übergangsbedingung enthält die Ausgabe sowohl ungerade als auch gerade Oberwellen.

Normalerweise haben die Harmonischen mit der niedrigeren Nummer die größte Amplitude und die zweite und die dritte Harmonische können einen erheblichen Wert haben. Dies kann sich auf Relais auswirken, die empfindlich gegen Oberwellen sind.

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2.12 Testwicklungen

Vor-Ort-Konjunktivtest der StrömungTransformatoren und die von ihnen mit Strom versorgten Geräte werden häufig benötigt. Es kann jedoch schwierig sein, einen geeigneten Stromwert durch die Primärwicklungen zu leiten, und zwar aufgrund des Umfangs dieses Stroms und in vielen Fällen, weil der Zugang zu den Primärleitern schwierig ist.

Zusätzliche Wicklungen können vorgesehen werden um solche Tests einfacher zu machen und diese Wicklungen werden normalerweise mit bewertet 10 A.

Die Testwicklung benötigt zwangsläufig viel Platz und die CT kostet mehr. Dies sollte gegen den erreichten Komfort abgewogen werden, und die Tests können häufig durch alternative Verfahren ersetzt werden.

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Quellen //

  1. Netzwerkschutz- und Automatisierungsleitfaden von (ehemals) Alstom Grid, jetzt General Electric
  2. Core-Balance-Stromwandler von Loreme
  3. Core-Balance-Stromwandler von Gilber- und Maxwell-Transformatoren
  4. Elektrische Umspannwerke von James C. Burke
Bemerkungen: