Praeguse trafo sekundaarse koormuse arvutamine

Sissejuhatus

Keskpinge kaitsesüsteemides võib isegi täiuslikult määratletud voolutrafo ebaõnnestuda usaldusväärsete veasignaalide andmisel, kui sekundaarne koormus on valesti arvutatud. Sekundaarne koormus - kogu impedants, mis on ühendatud CT sekundaarklemmidega - määrab otseselt, kas teie CT säilitab täpsuse rikkeolukorras või küllastub ja saadab vigastatud signaale teie kaitsereleedele. Keskpinge kaitseskeeme projekteerivate elektriinseneride ja tööstuslike alajaamade või elektrivõrgu toitejuhtide jaoks on vale koormusarvutus üks kõige tavalisemaid, kuid samas ka kõige tõsisemaid spetsifitseerimisvigu. Käesolevas juhendis on esitatud struktureeritud, inseneripoolne metoodika vooluahela sekundaarse koormuse arvutamiseks, mis hõlmab kõiki sekundaarse ahela takistuskomponente, ning selle arvutuse teisendamine õigeks vooluahela spetsifikatsiooniks vastavalt standardile IEC 61869-2.

Sisukord

• Mis on CT sekundaarne koormus ja mida see hõlmab?
• Kuidas arvutada kogu sekundaarne koormus samm-sammult?
• Kuidas mõjutab sekundaarne koormus kompuutertomograafia valikut MV-kaitseks?
• Millised on kõige levinumad koormuse arvutamise vead kaitselülituste puhul?

Mis on CT sekundaarne koormus ja mida see hõlmab?

CT sekundaarne koormus on kogu impedants (väljendatuna VA või Ω), mis esitatakse voolujuhtimisseadme sekundaarmähisele. kõigi ühendatud seadmete ja juhtide poolt sekundaarses ringis. See ei ole lihtsalt relee mähise impedants - see on kõigi takistus- ja reaktiivelementide summa, mida sekundaarvool peab läbima.

Per IEC 61869-2, ... Kaitselülituse nimikoormus (Sₙ) on määratletud sekundaarvoolu nimivoolul.¹ (tavaliselt 1A või 5A) ja nimivõimsuse tegur (tavaliselt cos φ = 0,8). CT peab säilitama oma täpsusklassi kuni selle koormuse väärtuseni. Kui seda ületate, langeb efektiivne ALF - potentsiaalselt alla teie süsteemi rikketaseme nõude.

CT sekundaarse koormuse komponendid

Kogu sekundaarne koormus koosneb neljast erinevast elemendist:

• Releekoormus (S_relay): Kõigi ühendatud kaitsereleede - ülevoolu-, maasirge-, diferentsiaal- ja kauguskaitse - VA-tarbimine. Kaasaegsed numbrilised kaitsereleed tarbivad tavaliselt 0,1-0,5VA faasi kohta.²; elektromehaanilised releed võivad tarbida 3-10VA
• Kaabli koormus (R_kaabel): CT-klemmide ja releepaneeli vahelise sekundaarjuhtmestiku takistus - sageli suurim üksik koormuskomponent välitingimustes.
• Klemmiplokk ja ühendustakistus (R_terminal): Pikkade sekundaarahelate puhul väike, kuid mitteoluline; tavaliselt 0,01-0,05Ω iga klemmiplokkide paari kohta.
• CT sekundaarne mähise takistus (R_ct): CT enda sisemine mähisetakistus - ei ole osa väliskoormusest, kuid on kriitiline ALF arvutamisel; mõõdetuna 75 °C juures vastavalt IEC standardile³

Peamised tehnilised näitajad, mida tuleb kinnitada

• Nimivool sekundaarses voolus: 1A või 5A - see valik mõjutab oluliselt kaabli koormust (5A sekundaarne tekitab 25× suurema kaabli pingelanguse kui 1A sama takistuse korral).
• Isolatsioonisüsteem: Epoksüvaigust valatud, nimiväärtusega 12kV / 24kV / 36kV vastavalt IEC 61869-le.
• Täpsuse klass: 5P või 10P kaitselülituste jaoks
• Hinnatud koormusvahemik: Standardväärtused - 2,5VA, 5VA, 10VA, 15VA, 30VA
• Töötemperatuur: Klass E (120°C) või klass F (155°C)⁴ - mõjutab Rct parandustegurit

Kuidas arvutada kogu sekundaarne koormus samm-sammult?

Täpne teisese koormuse arvutamine toimub neljast etapist koosneva protsessi käigus. Iga etapp tuleb lõpule viia enne kompuutertomograafia spetsifikatsiooni lõplikku vormistamist - mis tahes etapi vahelejätmine toob kaasa alaspetsifikatsiooni ohu.

1. samm: Määrake releekoormus

Hankige iga ühendatud seadme VA-tarbimine releetootja andmelehtedest:

$S_{relay} = \sum_{i=1}^{n} S_{relay,i}$

Teisenda VA vastupanuks sekundaarvoolu nimivoolu korral:

$R_{relay} = \frac{S_{relay}}{I_{2n}^2}$

Näide: Numbriline ülevoolurelee = 0,3VA, maavaraderelee = 0,2VA, kokku = 0,5VA
I₂ₙ = 5A: $R_{relay} = \frac{0.5}{25} = 0.02 , \Omega$
I₂ₙ = 1A: $R_{relay} = \frac{0.5}{1} = 0.5 , \Omega$

2. samm: Arvutage kaabli vastupanu

See on kõige kriitilisem arvutusetapp, eriti paigaldiste puhul, kus voolujuhtimisseadmed asuvad kaugel releepaneelidest:

$R_kaabel} = \frac{2 \kord L \kord \rho}{A}$

Kus:

• $L$ = ühepoolse kaabli pikkus (meetrites)
• $\rho$ = vase eritakistus = 0,0175 Ω-mm²/m⁵ (20°C juures)
• $A$ = kaabli ristlõike pindala (mm²)
• Tegur 2 arvestab nii väljuvate kui ka tagasivooluliinide kohta

Temperatuurikorrektsioon kuni 75°C:

$R_{kaabel,75} = R_{kaabel,20} \ korda [1 + 0.00393 \ korda (75 - 20)]$

$R_{kaabel,75} = R_{kaabel,20} \times 1.216$

Näide: 30m kaablijooks, 2,5 mm² vask:
$R_cable,20} = \frac{2 \times 30 \times 0.0175}{2.5} = 0.42 , \Omega$
$R_kaabel,75} = 0,42 \ korda 1,216 = 0,511 , \Omega$

3. samm: Lisage klemm ja ühendusvastupidavus

Tüüpilise sekundaarahela puhul, millel on 6 klemmiplokkide paari:

$R = 6 \ korda 0,03 = 0,18 , \Omega$

4. samm: Väliskoormuse kogusumma

$R_{burden,total} = R_{relay} + R_{kaabel,75} + R_{terminal}$

$R_{burden,total} = 0,02 + 0,511 + 0,018 = 0,549 , \Omega$

Teisenda VA-deks nimivooluga sekundaarvoolu korral:

$S_{burden,total} = R_{burden,total} \times I_2n}^2 = 0,549 \times 25 = 13,7 , VA$

→ Määrake CT nimikoormus ≥ 15VA (järgmine standardväärtus üle 13,7VA)

Koormuse võrdlus: 1A vs. 5A keskharidusaste

Parameeter	1A Teise tasemeõpe	5A Teise tasemeõpe
Kaabli vastupanu mõju	Madal (I² mõju minimaalne)	Kõrge (25× suurem VA-kadu)
Releekoormus (VA→Ω)	Kõrgem Ω VA kohta	Madalam Ω VA kohta
Soovitatav kaabli läbimine	Kuni 100m praktiline	Hoidke ideaaljuhul alla 30 m
Standardne koormuse hinnang	2,5VA-15VA tüüpiline	10VA-30VA tüüpiline
Tuuma suurus	Väiksemad	Suuremad
Taotlus	Kaugpaigaldised, pikad kaabelliinid	Kohalike paneelide paigaldamine

Peamine järeldus: CT-paigaldiste puhul, mis asuvad releepaneelist rohkem kui 20 meetri kaugusel, 1 A sekundaarne on väga soovitav - kaabli koormus 5A sekundaarsel võib tarbida kogu VA-nimelise eelarve enne, kui relee isegi signaali saab.

Kliendi juhtum - elektrivõrgu EPC-töövõtja, 33kV alajaam:
Üks Lõuna-Aasias asuv EPC-töövõtja määras 5A sekundaarsed CT-d 33kV välialajaama jaoks, kus CT-marsruudid paiknesid 45 meetri kaugusel põhireleepaneelist. Esialgne koormusarvutus (ainult relee) näitas 8VA - see jäi tublisti 15VA nimikoormuse piiresse. Bepto rakendusinsener tegi siiski ümberarvutuse, mis hõlmas ka kaablitakistust: 45 m × 2,5 mm² vask 75 °C juures, millele lisati 1,23Ω = 30,7VA koormusele. Kogukoormus ületas 38VA - rohkem kui kaks korda suurem kui CT nimiväärtus. Spetsifikatsioon vaadati läbi nii, et sekundaarsed vooluahelad on 1A ja nende koormus on 15VA, mis lahendas probleemi enne tootmist. See ühekordne arvutus hoidis ära täieliku kaitsesüsteemi rikke voolu all olevas võrgusisese fiidri puhul.

Kuidas mõjutab sekundaarne koormus kompuutertomograafia valikut MV-kaitseks?

Kui kogu sekundaarne koormus on arvutatud, mõjutab see otseselt kolme vooluahela spetsifikatsiooni parameetrit: nimikoormuse klass, täpsusklassi valik ja tegeliku ALF-i kontrollimine võrreldes süsteemi veatasemenõuetega.

Samm 1: Valige hinnatud koormusklass

Valige alati järgmine standardkoormuse väärtus, mis ületab teie arvutatud kogukoormust:

• Arvutuslik koormus = 13,7VA → Täpsustage 15VA
• Arvutuslik koormus = 22VA → Täpsustage 30VA
• Mitte kunagi ei tohi määrata CT-d, mille nimikoormus on võrdne arvutusliku koormusega - see jätab null varu.

2. samm: Tegeliku ALF-i kontrollimine rikke taseme suhtes

Kui nimikoormus on valitud, kontrollige tegelikku ALF-i kasutades:

$ALF_{actual} = ALF_{rated} \times \frac{R_{ct} + R_{burden,rated}}{R_{ct} + R_{burden,actual}}$

Kindlustage: $ALF_{actual} \geq \frac{I_{sc,max}}{I_{1n}} \times 1.1$

3. samm: rakendusspetsiifilised koormussoovitused

• Tööstuslik keskpinge jaotamine (6-12kV): 5A sekundaarne, 15VA, klass 5P20 - lühikesed kaabelliinid kompaktsetes MCC-paneelides
• Elektrivõrgu alajaam (33-36kV): 1A sekundaarne, 15VA, klass 5P30 - pikad kaabliühendused kaugemate releeruumidesse
• Päikesefarmi MV-kollektsioon (33kV): 1A sekundaarne, 10VA, klass 10P10 - madalamad veatasemed, kulupõhine optimeerimine
• Linnaringi peajaam (12kV): 1A sekundaarne, 5VA, klass 5P20 - kompaktne epoksüvalgeeritud CT, ruumiliselt kitsas
• Mere / avamereplatvorm: 1A sekundaarne, 10VA, klass 5P20, IP67 epoksü kapseldus - korrosiivne keskkond

Korrektse koormuse spetsifikatsiooni mõju usaldusväärsusele

• ✅ CT töötab rikke ajal lineaarses piirkonnas → relee saab täpse rikkevoolusignaali
• ✅ Kaitserelee käivitub õige aja ja voolu karakteristiku piires
• ✅ Diferentsiaalkaitse säilitab stabiilsuse läbivate rikete korral
• ✅ Süsteemi töökindlus ja kasutusaeg säilib kogu veatasemete vahemikus
• ❌ ülekoormatud CT küllastub → relee loeb viga voolu liiga vähe → hilinenud või ebaõnnestunud käivitamine
• ❌ Ebapiisav koormuse määramine → efektiivne ALF vähendatud → kaitse pime ala suurte veakordajate korral

Millised on kõige levinumad koormuse arvutamise vead kaitselülituste puhul?

Paigaldamise ja kontrollimise kontrollnimekiri

1. Mõõtke kaabli tegelikku pikkust - kasutage tegelikke jooniseid, mitte projekteerimisarvutusi; välitööde marsruutimine lisab 15-25% arvutatud pikkusele.
2. Saage relee koormus praeguselt andmelehelt. - mitte mälu või varasemate projektide spetsifikatsioonid; releemudelid erinevad oluliselt
3. Rakendage Rct ja kaablitakistuse suhtes temperatuurikorrektsiooni - arvutatakse alati 75°C, mitte ümbritseva õhu temperatuuril
4. Kõikide klemmiplokkide konto - eriti mitmete vahepealsete terminaliribadega marsruutimisjaamades
5. Kontrollida koormusarvesti abil kasutuselevõtu ajal - mõõta tegelikku sekundaarahela impedantsi enne voolu sisselülitamist
6. Kontrollida paralleelsete releeühenduste olemasolu - mitu releed samal CT sekundaarsel vähendavad kogukoormust, kuid nõuavad individuaalset kontrollimist

Levinumad vead, mis põhjustavad kaitsehäireid

• Kasutades relee nimesildi VA ilma temperatuurikorrektsioonita - elektromehaanilise relee mähise takistus suureneb oluliselt töötemperatuuril
• Tagasivoolutakistuse ignoreerimine - kaabli valemis jäetakse sageli välja tegur 2, mis vähendab arvutatud kaabli koormust poole võrra.
• Eeldades, et numbriline releekoormus on võrdne elektromehaanilise releekoormusega. - numbrilised releed tarbivad 10-50× vähem VA; koormuse liigne määratlemine raiskab kulusid, kuid alammääratlemine vanade releede asendamiseks põhjustab vigu.
• Koormuse ümberarvutamise ebaõnnestumine pärast releepaneeli ümberpaigutamist - kaabli pikkuse muutmine ehituse käigus on tavaline ja peab käivitama koormuse ümberarvutamise.
• CT koormuse määramine ainult releeruumi kauguse alusel - unustades vahepealsed ühenduskarbid, marsruutimisväljakud ja testklemmkarbid

Klientide juhtum - hankejuht, tööstuslik naftakeemiatehas:
Lähis-Idas asuva naftakeemiaettevõtte hankejuht tellis asendus-telekterid, mis põhinesid 1995. aasta algsel projekti spetsifikatsioonil - 5A sekundaar, 15VA, klass 5P20. Releepaneel oli 2018. aasta tehase laienduse käigus ümber paigutatud, pikendades kaablirajatisi 12 meetrilt 38 meetrile. Keegi ei arvutanud koormust ümber. Pärast voolujuhtmete vahetamist ei käivitunud 11kV mootori fiidri ülevoolukaitse faasidevahelise rikke ajal, põhjustades mootori mähise kahjustuse. Juhtumijärgne analüüs näitas, et tegelik koormus oli 28,4VA - peaaegu kaks korda suurem kui 15VA CT nimivõimsus. Bepto pakub nüüd tasuta koormuse arvutamise ülevaatus osana CT asendamise konsultatsioonist, tagades spetsifikatsioonide täpsuse enne tellimuse esitamist.

Kokkuvõte

CT sekundaarse koormuse arvutamine ei ole formaalsus - see on põhiline tehniline samm, mis määrab, kas kogu teie keskpinge kaitseskeem toimib rikkeolukorras korrektselt. Võttes süstemaatiliselt arvesse releekoormust, kaablitakistust töötemperatuuril, klemmiploki takistust ja kontrollides tulemust võrreldes voolujuhtmete nimikoormuse ja ALF-nõuetega, tagavad insenerid, et voolutrafod annavad täpseid ja usaldusväärseid signaale, kui elektrisüsteem vajab kaitset kõige rohkem. Keskpinge elektrijaotuse, alajaamade ja tööstusrajatiste puhul on õige koormuse spetsifikatsioon kaitse usaldusväärsuse alus.

Korduma kippuvad küsimused CT sekundaarse koormuse arvutamise kohta

1. “IEC 61869-2:2012 Mõõtevoolutrafod. Osa 2: Täiendavad nõuded voolutrafodele”, https://webstore.iec.ch/publication/28612. Ametlik rahvusvaheline standard, mis määratleb kaitsevoolutrafode katsetamise ja nimiväärtuse spetsifikatsioonid. Tõendusmaterjali roll: general_support; Allikatüüp: standard. Toetab: kaitsevoolu muunduri nimikoormus (Sₙ) on määratletud sekundaarvoolu nimivooluga. ↩

2. “850 söötja kaitsesüsteem”, https://www.gegridsolutions.com/multilin/catalog/850.htm. Kaasaegsete numbriliste releede tehnilised andmed, mis näitavad tüüpilisi energiatarbimise väärtusi. Tõendusmaterjali roll: statistika; Allikatüüp: tööstus. Toetab: Kaasaegsed numbrilised kaitsereleed tarbivad tavaliselt 0,1-0,5VA faasi kohta. ↩

3. “IEC 61869-2:2012 Mõõtevahendid - Osa 2”, https://webstore.iec.ch/publication/28612. IEC standardid nõuavad takistuse mõõtmist temperatuuril 75 °C termilise klassi ühtlustamiseks. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: mõõdetud 75°C juures vastavalt IEC standardile. ↩

4. “IEC 60085:2007 Elektriisolatsioon - Soojuse hindamine ja määramine”, https://webstore.iec.ch/publication/583. Määratleb elektriisolatsioonimaterjalide standardsed soojusklassid, sealhulgas klassid E (120 °C) ja F (155 °C). Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: Klass E (120°C) või klass F (155°C). ↩

5. “Elektritakistus ja elektrijuhtivus”, https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_resistivity_and_conductivity. Materjali omaduste andmebaas, mis näitab vase standardset elektritakistust toatemperatuuril. Tõendusroll: statistika; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetused: vase eritakistus = 0,0175 Ω-mm²/m. ↩