Jak namagnesowanie rdzenia powoduje fałszywe zadziałanie przekaźnika

Wprowadzenie

Wśród trybów awaryjnych, które powodują nieprawidłowe działanie przekaźników zabezpieczeniowych w systemach średniego napięcia zakładów przemysłowych, remanencja rdzenia - resztkowy strumień magnetyczny, który pozostaje zablokowany w żelaznym rdzeniu przekładnika prądowego po ustaniu prądu pierwotnego - jest najbardziej systematycznie źle rozumianym i najczęściej błędnie diagnozowanym. Kiedy zakład przemysłowy doświadcza fałszywego zadziałania zabezpieczenia, którego nie można skorelować z żadnym rzeczywistym zdarzeniem usterki, dochodzenie zazwyczaj koncentruje się na ustawieniach przekaźnika, sprzęcie przekaźnika i okablowaniu obwodu wtórnego. Rdzeń przekładnika prądowego jest rzadko badany. Jednak w przypadku znacznej części niewyjaśnionych fałszywych wyłączeń - szczególnie tych występujących podczas zasilania transformatora, rozruchu silnika lub ponownego załączenia obwodu po usterce - główną przyczyną jest strumień remanentny rdzenia przekładnika prądowego i żadna regulacja ustawień przekaźnika nie zapobiegnie nawrotom, dopóki stan remanencji nie zostanie zidentyfikowany i skorygowany.

Bezpośrednia odpowiedź jest następująca: Remanencja rdzenia przekładnika prądowego powoduje fałszywe zadziałanie przekaźnika, ponieważ szczątkowy strumień magnetyczny pozostający w rdzeniu przekładnika prądowego po wystąpieniu błędu lub ekspozycji na prąd stały przesuwa punkt roboczy rdzenia na jego krzywej magnesowania B-H, powodując wcześniejsze i silniejsze nasycenie przekładnika prądowego podczas następnego przejściowego wzrostu napięcia - wytwarzając zniekształcony przebieg prądu wtórnego, który zawiera duże przesunięcie prądu stałego i składowe harmoniczne, które zabezpieczenie łukowe i przekaźniki nadprądowe interpretują jako sygnatury prądu zwarciowego, wyzwalając decyzję o wyzwoleniu w obwodzie, który działa normalnie.

Dla inżynierów zajmujących się ochroną instalacji przemysłowych, zespołów konserwacyjnych średniego napięcia i specjalistów ds. systemów ochrony przed łukiem elektrycznym zajmujących się rozwiązywaniem problemów z niewyjaśnionymi działaniami przekaźników, niniejszy przewodnik zawiera pełne techniczne wyjaśnienie, w jaki sposób rozwija się remanencja rdzenia, w jaki sposób powoduje fałszywe wyzwalanie oraz jak diagnozować, korygować i zapobiegać awariom zabezpieczeń spowodowanym remanencją.

Spis treści

• Co to jest remanencja rdzenia TK i jak powstaje w systemach średniego napięcia zakładów przemysłowych?
• W jaki sposób remanencja rdzenia powoduje nasycenie przekładnika prądowego i fałszywe zadziałanie przekaźnika?
• Jak zdiagnozować fałszywe wyzwolenie wywołane remanencją w przemysłowych systemach ochrony instalacji?
• Jak skorygować remanencję rdzenia TK i zapobiec jej ponownemu wystąpieniu w systemach ochrony przeciwłukowej średniego napięcia?
• Najczęściej zadawane pytania dotyczące remanencji rdzenia przekładnika prądowego i fałszywych zadziałań przekaźnika w zastosowaniach przemysłowych

Co to jest remanencja rdzenia TK i jak powstaje w systemach średniego napięcia zakładów przemysłowych?

Żelazny rdzeń przekładnika prądowego jest materiałem ferromagnetycznym, którego zachowanie magnetyczne jest opisane przez jego krzywa magnetyzacji b-h¹ - zależność między gęstością strumienia magnetycznego B w rdzeniu a przyłożoną do niego siłą magnesującą H. Krzywa B-H materiału ferromagnetycznego nie jest prostą zależnością liniową - jest to pętla histerezy, co oznacza, że gęstość strumienia w rdzeniu zależy nie tylko od aktualnej siły magnesującej, ale także od historii poprzedniego namagnesowania.

Gdy siła magnesująca H zostaje zredukowana do zera - gdy prąd pierwotny ustaje - gęstość strumienia B nie powraca do zera. Pozostaje ona na poziomie wartości szczątkowej zwanej gęstością strumienia remanentnego Br, która może wynosić nawet 70-80% gęstości strumienia nasycenia Bsat dla ziarnistej stali krzemowej stosowanej w rdzeniach CT. Ten strumień resztkowy - remanencja - jest zablokowany w strukturze domeny magnetycznej rdzenia i utrzymuje się w nieskończoność, dopóki nie zostanie celowo usunięty przez rozmagnesowanie lub nadpisany przez wystarczająco dużą przeciwną siłę magnesującą.

Mechanizmy rozwoju remanencji w systemach średniego napięcia zakładów przemysłowych

Systemy średniego napięcia w zakładach przemysłowych narażają rdzenie przekładników prądowych na warunki generujące remanencję znacznie częściej niż konwencjonalne systemy dystrybucyjne - ponieważ połączenie dużych obciążeń silnika, częstych awarii i działania systemu ochrony przed łukiem elektrycznym tworzy sekwencję warunków prądowych, które systematycznie doprowadzają rdzenie przekładników prądowych do stanów wysokiej remanencji.

Mechanizm 1: Asymetryczne przesunięcie DC prądu usterki

Najbardziej znaczące źródło remanencji w instalacjach TK zakładów przemysłowych. W przypadku wystąpienia usterki w systemie średniego napięcia, prąd usterki zawiera składową przesunięcia DC, której wielkość zależy od punktu na fali, w którym usterka została zainicjowana oraz od systemu. Współczynnik x/r²:

$i_{fault}(t) = I_{peak} \times \left[\sin(\omega t + \phi) - \sin(\phi) \times e^{-t/\tau}\right]$

Gdzie $\phi$ to kąt początku zwarcia, a $$\tau = L/R$$ to stała czasowa DC. W przypadku systemów średniego napięcia w zakładach przemysłowych o współczynnikach X/R wynoszących 15-30, stała czasowa DC wynosi 48-95 ms - co oznacza, że składowa przesunięcia DC utrzymuje się przez 5-10 cykli częstotliwości zasilania, zanim spadnie do nieistotnego poziomu.

Składowa stała prądu zwarciowego stopniowo napędza punkt pracy rdzenia przekładnika prądowego w kierunku nasycenia w jednym kierunku na krzywej B-H. Gdy usterka zostanie usunięta przez przekaźnik zabezpieczający - zazwyczaj w ciągu 60-200 ms - strumień prądu stałego pozostaje w rdzeniu jako strumień remanencji. Wielkość strumienia remanencji zależy od wielkości offsetu DC i czasu usunięcia usterki:

$B_{remanent} \approx B_{sat} \times \left(1 - e^{-t_{clearing}/\tau_{core}}\right) \times \sin(\phi)$

W przypadku najgorszego kąta wystąpienia usterki ($\phi$ = 90°) z czasem oczyszczania 100 ms, strumień remanentny może osiągnąć 60-75% Bsat.

Mechanizm 2: Prąd wyzwalający DC przekaźnika zabezpieczającego

Przekaźniki ochrony przeciwłukowej i niektóre przekaźniki nadprądowe wykorzystują prąd stały cewki wyzwalającej do obsługi mechanizmów wyzwalania wyłączników. Gdy prąd cewki wyzwalającej przepływa przez obwód wtórny przekładnika prądowego - co może mieć miejsce poprzez sprzężenie indukcyjne lub poprzez wspólne połączenia uziemiające w niektórych konfiguracjach okablowania zakładów przemysłowych - przykłada on siłę magnesującą prądu stałego do rdzenia przekładnika prądowego, która doprowadza go do stanu remanentnego niezależnie od jakichkolwiek warunków prądu pierwotnego.

Mechanizm 3: Prąd rozruchowy transformatora

Gdy transformator średniego napięcia jest pod napięciem, prąd rozruchowy zawiera duży składnik przesunięcia DC, który może utrzymywać się przez 0,5-2 sekundy - znacznie dłużej niż przesunięcie DC prądu zwarciowego. W przypadku przekładników prądowych zainstalowanych na pierwotnym zasilaniu transformatora, to wydłużone narażenie na działanie prądu stałego doprowadza rdzeń do poziomów remanencji bliskich nasycenia. Jeśli transformator jest następnie odłączany od zasilania i ponownie włączany - co jest częstym zjawiskiem podczas uruchamiania i konserwacji zakładów przemysłowych - rdzeń przekładnika prądowego gromadzi remanencję z każdego zdarzenia włączenia zasilania.

Mechanizm 4: Testowanie obwodu wtórnego za pomocą źródeł prądu stałego

Testowanie rezystancji izolacji obwodów wtórnych przekładnika prądowego przy użyciu megaomomierza 500 V lub 1000 V DC powoduje przyłożenie napięcia stałego do uzwojenia wtórnego przekładnika prądowego. Jeśli uzwojenie wtórne nie zostanie zwarte podczas testu IR - co jest częstym błędem testowym - napięcie testowe DC napędza prąd magnesujący przez rdzeń przekładnika prądowego, pozostawiając stan strumienia remanentnego, który może nie zostać rozpoznany jako artefakt testowy.

Kluczowe parametry techniczne definiujące remanencję rdzenia TK:

Parametr	Definicja	Typowa wartość	Wpływ na wydajność
Gęstość strumienia remanentnego (Br)	Reszta B, gdy H = 0	0,8-1,4 T (60-80% z Bsat)	Przesuwa punkt pracy w kierunku nasycenia
Gęstość strumienia nasycenia (Bsat)	Maksymalne B przy wysokim H	1,8-2,0 T dla stali krzemowej	Definiuje próg początku nasycenia
Coercive Force (Hc)	H wymagane do zredukowania B do zera	10-50 A/m dla stali rdzeniowej CT	Określa wymagany prąd rozmagnesowania
Stała czasowa DC (τ)	L/R obwodu prądu zwarciowego	20-100 ms dla systemów SN	Określa czas utrzymywania się offsetu DC
Współczynnik remanencji (Kr)	Br/Bsat	0,6-0,8 dla standardowych rdzeni CT	iec 61869-23 definiuje Kr ≤ 0,1 dla rdzeni klasy PR
Obowiązujący standard	IEC 61869-2 Klasa PR	Specyfikacja rdzenia zabezpieczonego przed remanencją	Kr ≤ 0,1 osiągnięte dzięki szczelinie powietrznej w rdzeniu

W jaki sposób remanencja rdzenia powoduje nasycenie przekładnika prądowego i fałszywe zadziałanie przekaźnika?

Ścieżka od remanencji rdzenia do fałszywego zadziałania przekaźnika obejmuje określoną sekwencję zdarzeń elektromagnetycznych, które występują podczas kilku pierwszych cykli przepływu prądu pierwotnego po ustaleniu stanu remanencji - zwykle podczas zasilania transformatora, rozruchu silnika lub ponownego zamknięcia obwodu po usunięciu usterki.

Sekwencja od remanencji do nasycenia

Etap 1: Strumień remanentny ustanawia przesunięty punkt operacyjny

Po wystąpieniu awarii rdzeń przekładnika zachowuje strumień remanentny Br. Na krzywej B-H punkt pracy rdzenia znajduje się w punkcie (H=0, B=Br) - przesuniętym od początku o strumień remanentny. Dostępny strumień przed nasyceniem wynosi teraz:

$\Delta B_{available} = B_{sat} - B_{remanent}$

Dla rdzenia z Bsat = 1,9 T i Bremanent = 1,3 T (68% z Bsat), dostępna flux swing wynosi tylko 0,6 T - w porównaniu do 1,9 T dla w pełni rozmagnesowanego rdzenia. Zdolność przekładnika prądowego do dokładnego odtwarzania prądu pierwotnego jest proporcjonalna do dostępnej fluktuacji strumienia - rdzeń o remanencji 68% ma tylko 32% swojej normalnej pojemności strumienia dostępnej do dokładnego odtwarzania prądu.

Etap 2: Energia przejściowa doprowadza rdzeń do nasycenia

Gdy obwód jest ponownie zasilany - zasilanie transformatora, rozruch silnika lub ponowne załączenie po usunięciu usterki - prąd pierwotny zawiera składową asymetryczną z przesunięciem DC. Przesunięcie DC napędza strumień rdzenia w tym samym kierunku co remanencja (w najgorszym przypadku, gdy polaryzacja remanencji odpowiada kierunkowi przesunięcia DC). Rdzeń osiąga nasycenie po zaledwie ułamku pierwszego półcyklu:

$t_{saturation} = \frac{B_{sat} - B_{remanent}}{dB/dt_{normal}}$

W przypadku rdzenia z remanencją 68% nasycenie występuje około 3 razy wcześniej niż w przypadku rdzenia w pełni rozmagnesowanego - potencjalnie w ciągu pierwszego ćwierćcyklu stanu nieustalonego.

Etap 3: Nasycony CT wytwarza zniekształcony przebieg wtórny

Gdy rdzeń przekładnika prądowego nasyca się, indukcyjność magnesująca załamuje się - rdzeń nie może dłużej utrzymywać rosnącego strumienia, a prąd pierwotny nie jest już odtwarzany w uzwojeniu wtórnym. Zamiast tego prąd wtórny gwałtownie spada w kierunku zera, podczas gdy prąd pierwotny nadal płynie. Przebieg wtórny staje się poważnie zniekształcony - zawiera duże wartości szczytowe podczas nienasyconych części każdego cyklu i prąd bliski zeru podczas nasyconych części.

Zniekształcony przebieg wtórny zawiera:

• Duża składowa DC: Z asymetrycznego wzorca nasycenia - przekładnik prądowy nasyca się mocniej w jednym półcyklu niż w drugim.
• Duża zawartość nieparzystych harmonicznych: 3, 5, 7 harmoniczna z obciętego kształtu fali
• Wysokie stany nieustalone di/dt: Gwałtowne przejścia prądu na granicach między obszarami nasyconymi i nienasyconymi.

Etap 4: Zniekształcony prąd wtórny wyzwala fałszywe wyzwolenie przekaźnika

Zniekształcony przebieg prądu wtórnego jest przedstawiany przekaźnikowi zabezpieczającemu jako zmierzony prąd pierwotny. Reakcja przekaźnika zależy od jego algorytmu pomiarowego:

• Przekaźnik ochrony przed łukiem elektrycznym (światło + wykrywanie prądu): Przekaźniki zabezpieczające przed łukiem elektrycznym wykorzystują pomiar prądu chwilowego - reagują na szczytowy przebieg prądu wtórnego. Szczyty o wysokiej amplitudzie w zniekształconym przebiegu wtórnym przekładnika prądowego podczas nienasyconych części każdego cyklu mogą przekroczyć próg prądu przekaźnika ochrony przeciwłukowej, wyzwalając decyzję o wyzwoleniu, nawet jeśli nie występuje zwarcie łukowe
• Chwilowy przekaźnik nadprądowy (50-elementowy): Reaguje na szczytowy prąd wtórny - zniekształcone szczyty fali mogą przekroczyć próg chwilowego odbioru, powodując fałszywe natychmiastowe wyzwolenie.
• Przekaźnik czasowo-nadprądowy (51-elementowy): Reaguje na prąd RMS - zniekształcony przebieg ma podwyższoną wartość RMS, która może przekroczyć próg odbioru i zainicjować odmierzanie czasu do wyzwolenia z opóźnieniem czasowym.
• Przekaźnik różnicowy (87 elementów): Przekaźnik różnicowy porównuje prądy wtórne z przekładników prądowych po obu stronach chronionego urządzenia; jeśli tylko jeden przekładnik prądowy jest dotknięty remanencją, prąd różnicowy podczas wzbudzania zawiera duży składnik asymetrii nasycenia wywołanej remanencją, potencjalnie przekraczając próg zadziałania przekaźnika różnicowego.

Matematyczna zależność między strumieniem remanentnym a prawdopodobieństwem fałszywego wyzwolenia:

$P_{false,trip} \propto \frac{B_{remanent}}{B_{sat} - B_{remanent}} \times \frac{I_{DC,offset}}{I_{rated}} \times \frac{1}{t_{relay,pickup} \times f}$

Zależność ta pokazuje, że prawdopodobieństwo fałszywego wyzwolenia wzrasta wraz z poziomem remanencji, wielkością przesunięcia DC i prędkością przekaźnika - co wyjaśnia, dlaczego przekaźniki zabezpieczające przed łukiem elektrycznym (najszybszy czas działania: 5-10 ms) są najbardziej podatne na fałszywe wyzwolenia spowodowane remanencją.

Przypadek klienta - podstacja zakładu przemysłowego 11 kV, produkcja samochodów, Europa Środkowa:
Inżynier ds. zabezpieczeń w zakładzie produkcji samochodów skontaktował się z Bepto Electric po doświadczeniu siedmiu niewyjaśnionych zadziałań przekaźnika ochrony przed łukiem elektrycznym w okresie 14 miesięcy - wszystkie wystąpiły w ciągu pierwszych 100 ms od włączenia transformatora 2 MVA zasilającego system wentylacji lakierni. Każde fałszywe zadziałanie powodowało zatrzymanie linii produkcyjnej, co kosztowało około 45 000 euro za zdarzenie. Przeprowadzona po zdarzeniu analiza oscylograficzna z przekaźnika ochrony przeciwłukowej wykazała, że przekaźnik wykrył zarówno światło (z wyładowania koronowego na tulei transformatora podczas zasilania), jak i przetężenie - element nadprądowy działał na zniekształconym przebiegu prądu wtórnego ze szczytami 3,2 razy większymi niż próg prądu przekaźnika. Testowanie krzywej wzbudzenia CT wykazało, że trzy CT na pierwotnym zasilaczu transformatora miały poziomy strumienia remanentnego odpowiednio 71%, 68% i 74% Bsat - zgromadzone z poprzednich sześciu awarii na zasilaczu w ciągu poprzednich trzech lat. Rozmagnesowanie wszystkich trzech przekładników prądowych zmniejszyło remanencję poniżej 5% Bsat. W ciągu 18 miesięcy od demagnetyzacji na zasilaczu transformatora nie wystąpiło żadne fałszywe zadziałanie zabezpieczenia łukowego. Inżynier ds. zabezpieczeń stwierdził: “Siedem fałszywych zadziałań, siedem przestojów produkcyjnych i łączna strata ponad 300 000 euro - wszystko to spowodowane magnetyzmem szczątkowym w trzech rdzeniach TK, których rozmagnesowanie zajęło cztery godziny. Przekaźnik ochrony przeciwłukowej działał dokładnie tak, jak został zaprojektowany. TK przekazywał mu fałszywe informacje”.”

Jak zdiagnozować fałszywe wyzwolenie wywołane remanencją w przemysłowych systemach ochrony instalacji?

Fałszywe wyzwalanie wywołane remanencją wytwarza charakterystyczną sygnaturę diagnostyczną, która odróżnia je od innych przyczyn fałszywego wyzwalania - błędów ustawień przekaźnika, usterek obwodów wtórnych i prawdziwych zdarzeń usterek. Metodologia diagnostyczna podąża za ustrukturyzowaną sekwencją, która przechodzi od analizy zdarzenia do testowania CT w celu potwierdzenia.

Krok 1: Przeanalizuj zapis fałszywego zdarzenia podróży

Rejestr zdarzeń przekaźnika zabezpieczeniowego i rejestracja oscylograficzna dostarczają pierwszych dowodów diagnostycznych:

• Korelacja czasowa: Fałszywe wyłączenia spowodowane remanencją występują w ciągu pierwszych 1-5 cykli przepływu prądu pierwotnego - podczas zasilania transformatora, rozruchu silnika lub ponownego załączenia. Fałszywe wyzwolenie, które występuje ponad 200 ms po zasileniu obwodu, prawdopodobnie nie jest spowodowane remanencją
• Kształt fali prądu wtórnego: Nasycenie wywołane remanencją wytwarza charakterystyczny asymetryczny kształt fali - duże szczyty w jednej połowie cyklu, stłumiony lub obcięty kształt fali w drugiej połowie cyklu. Symetryczny zniekształcony kształt fali sugeruje inną przyczynę
• Składowa stała w prądzie wtórnym: Nasycenie wywołane remanencją wytwarza znaczącą składową stałoprądową w przebiegu prądu wtórnego - widoczną na zdjęciu oscylograficznym jako przebieg, który nie przecina zera symetrycznie.
• Korelacja z poprzednimi awariami: Przejrzeć historię zdarzeń przekaźnika zabezpieczającego w okresie 6-12 miesięcy poprzedzających fałszywe wyzwolenie - remanencja gromadzi się w wyniku zdarzeń awaryjnych; fałszywe wyzwolenie po okresie podwyższonej częstotliwości awarii jest spójne z remanencją jako przyczyną.

Krok 2: Przeprowadzenie testu krzywej wzbudzenia CT

Test krzywej wzbudzenia jest ostateczną metodą diagnostyczną dla remanencji rdzenia TK:

1. Odłącz zasilanie i odizoluj przekładnik prądowy: Test krzywej wzbudzenia wymaga odłączenia zasilania przekładnika prądowego i otwarcia obwodu pierwotnego.
2. Przyłóż napięcie AC do uzwojenia wtórnego: Zwiększyć napięcie AC od zera do napięcie punktu kolanowego⁴ podczas pomiaru prądu magnesującego; wykres B (proporcjonalny do przyłożonego napięcia) w funkcji H (proporcjonalny do prądu magnesującego)
3. Porównanie z certyfikatem testu fabrycznego: Przekładnik prądowy dotknięty remanencją wykazuje przesuniętą krzywą wzbudzenia - punkt kolanowy występuje przy niższym przyłożonym napięciu niż wartość certyfikatu fabrycznego, a prąd magnesujący w punkcie kolanowym jest wyższy niż wartość fabryczna.
4. Obliczanie poziomu remanencji: Przesunięcie napięcia punktu kolanowego krzywej wzbudzenia w stosunku do wartości fabrycznej pozwala oszacować poziom strumienia remanencji:

$B_{remanent} \approx B_{sat} \times \left(1 - \frac{V_{knee,measured}}{V_{knee,factory}}\right)$

Krok 3: Potwierdzenie za pomocą pomiaru strumienia DC

W przypadku ostatecznego pomiaru remanencji, metoda strumienia DC zapewnia bezpośredni pomiar gęstości strumienia remanencji:

1. Zastosuj znany impuls prądu stałego do uzwojenia wtórnego w kierunku, który doprowadziłby rdzeń do dodatniego nasycenia.
2. Pomiar zmiany strumienia od stanu remanentnego do nasycenia za pomocą integratora strumienia (pomiar woltosekundowy).
3. Powtórz w kierunku ujemnym, aby zmierzyć zmianę strumienia ze stanu remanentnego do ujemnego nasycenia.
4. Obliczanie remanencji: Asymetria między dodatnimi i ujemnymi zmianami strumienia bezpośrednio określa strumień remanencji:

$B_{remanent} = \frac{(\Delta\Phi_{pozytywny} - \Delta\Phi_{negatywny})}{2 \times A_{core}}$

Gdzie $A_{core}$ to pole przekroju poprzecznego rdzenia CT z certyfikatu testu fabrycznego.

Diagnostyczna matryca decyzyjna

Obserwacja	Remanencja wskazana	Alternatywna przyczyna
Fałszywe wyzwolenie w ciągu pierwszych 3 cykli zasilania	Silny wskaźnik	—
Asymetryczny przebieg wtórny ze składową DC	Silny wskaźnik	Nasycenie przekładnika prądem przetężeniowym
Fałszywe wyzwolenie po historii poprzedniego zdarzenia błędu	Silny wskaźnik	—
Przesunięty punkt kolanowy krzywej wzbudzenia	Potwierdzono	Uszkodzenie rdzenia (jeśli zmiana >20%)
Fałszywe wyzwolenie w dowolnym momencie, symetryczny kształt fali	Słaby wskaźnik	Ustawienie przekaźnika, błąd obwodu wtórnego
Fałszywe wyzwolenie bez wcześniejszej historii błędów	Słaby wskaźnik	Przekaźnik sprzętowy, błąd ustawień
Przekaźnik działa tylko po wykryciu światła (przekaźnik łukowy)	Nie remanencja	Korona zewnętrzna, łuk elektryczny

Jak skorygować remanencję rdzenia TK i zapobiec jej ponownemu wystąpieniu w systemach ochrony przeciwłukowej średniego napięcia?

Procedura rozmagnesowania rdzenia TK

Rozmagnesowanie rdzenia przekładnika prądowego - kontrolowane usuwanie strumienia remanentnego poprzez cykliczne przełączanie rdzenia przez coraz mniejsze pętle histerezy, aż punkt roboczy powróci do początku krzywej B-H - jest ostateczną korektą fałszywych zadziałań spowodowanych remanencją. Procedura ta wymaga odłączenia zasilania i odizolowania przekładnika prądowego, ale nie wymaga demontażu z instalacji.

Metoda redukcji napięcia AC (zalecana):

1. Podłącz zmienny autotransformator do uzwojenia wtórnego przekładnika prądowego przy otwartym obwodzie pierwotnym; podłącz szeregowo rezystor ograniczający prąd, aby zapobiec nadmiernemu prądowi magnesującemu.
2. Zwiększenie napięcia AC do 120% napięcia punktu kolanowego przekładnika prądowego - doprowadza to rdzeń do nasycenia w obu kierunkach w każdym cyklu, tworząc dużą symetryczną pętlę histerezy, która nadpisuje strumień remanentny.
3. Powoli zmniejszaj napięcie AC do zera w tempie około 5% na sekundę - stopniowo zmniejsza to rozmiar pętli histerezy przy zachowaniu symetrii, przesuwając punkt pracy z powrotem do początku krzywej B-H.
4. Sprawdzić rozmagnesowanie: Powtórzyć test krzywej wzbudzenia - napięcie punktu kolanowego powinno być zgodne z wartością certyfikatu testu fabrycznego w zakresie ±5%; prąd magnesujący w punkcie kolanowym powinien być zgodny z wartością fabryczną w zakresie ±10%.
5. Udokumentować demagnetyzację: Zapisać krzywą wzbudzenia przed demagnetyzacją, parametry procedury demagnetyzacji i krzywą wzbudzenia po demagnetyzacji w rejestrze konserwacji TK.

Metoda odwrócenia prądu stałego (alternatywna):

W przypadku przekładników prądowych, w których dostęp napięcia przemiennego do uzwojenia wtórnego jest utrudniony, metoda odwracania prądu stałego stosuje serię impulsów prądu stałego o zmiennej polaryzacji i stopniowo malejącej wielkości - uzyskując taką samą progresywną redukcję pętli histerezy, jak w przypadku metody napięcia przemiennego.

Zapobieganie: Określanie rdzeni TK chronionych przed remanencją

W przypadku nowych instalacji przekładników prądowych w przemysłowych instalacjach ochrony przed łukiem elektrycznym, w których znane jest ryzyko fałszywego wyzwolenia spowodowanego remanencją, należy określić rdzenie IEC 61869-2 klasy PR (chronione przed remanencją):

• Definicja klasy PR: Współczynnik remanencji Kr = Br/Bsat ≤ 0,10 - maksymalny strumień remanencji 10% po dowolnej historii namagnesowania.
• Jak to osiągnąć: Niewielka szczelina powietrzna jest wprowadzana do obwodu magnetycznego rdzenia CT; szczelina powietrzna magazynuje energię, która zmusza strumień do powrotu w kierunku zera po usunięciu siły magnesującej, ograniczając remanencję do ≤10% Bsat
• Kompromis: szczelina powietrzna zmniejsza indukcyjność magnesującą przekładnika prądowego, zwiększając prąd magnesujący i nieznacznie zmniejszając dokładność przy niskich prądach pierwotnych; rdzenie klasy PR są zwykle przeznaczone wyłącznie do zastosowań ochronnych, a nie do pomiaru przychodów.
• Zastosowanie: Obowiązkowa specyfikacja dla wszystkich rdzeni TK podłączonych do przekaźników ochrony przeciwłukowej w systemach średniego napięcia zakładów przemysłowych o stosunku X/R powyżej 10.

Środki zapobiegawcze na poziomie systemu

Poza specyfikacją rdzenia przekładnika prądowego, środki na poziomie systemu zmniejszają współczynnik akumulacji remanencji w systemach ochrony przeciwłukowej średniego napięcia w zakładach przemysłowych:

• Skrócenie czasu usuwania awarii: Szybsze działanie zabezpieczenia skraca czas ekspozycji na przesunięcie DC na zdarzenie zwarcia, zmniejszając akumulację remanencji na zdarzenie; docelowy czas usuwania zwarcia poniżej 80 ms w zastosowaniach ochrony przed łukiem elektrycznym.
• Wdrożenie Przełączanie punkt na fali⁵ do zasilania transformatora: Kontrolowane przełączanie, które zasila transformator przy przejściu napięcia przez zero, minimalizuje przesunięcie prądu stałego w prądzie rozruchowym, zmniejszając akumulację remanencji z każdego zdarzenia zasilającego.
• Zaplanuj okresowe rozmagnesowanie przekładnika prądowego: W przypadku istniejących instalacji ze standardowymi rdzeniami przekładników prądowych (Kr = 0,6-0,8) należy zaplanować demagnetyzację co 3 lata lub po każdym zdarzeniu awarii, w którym prąd pierwotny przekroczył 50% znamionowego prądu krótkotrwałego - w zależności od tego, co nastąpi wcześniej.
• Oddziel rdzenie TK do ochrony przed łukiem elektrycznym od rdzeni TK do pomiarów: Do pomiaru prądu przekaźnika ochrony przeciwłukowej należy używać dedykowanych rdzeni TK - rdzeni, które można rozmagnesować bez wpływu na dokładność pomiaru przychodów.

Najczęstsze błędy w zarządzaniu remanentami

• Rozmagnesowanie tylko tego przekładnika prądowego, który został zidentyfikowany jako dotknięty remanencją: W instalacji trójfazowej wszystkie trzy fazowe przekładniki prądowe są narażone na ten sam prąd zwarciowy; jeśli jeden przekładnik prądowy ma znaczną remanencję, wszystkie trzy powinny zostać ocenione i rozmagnesowane jako zestaw.
• Przeprowadzanie testu dokładności współczynnika przed rozmagnesowaniem: Wyniki testu dokładności współczynnika na tomografie komputerowym dotkniętym remanencją nie są reprezentatywne dla rzeczywistej wydajności klasy dokładności tomografu komputerowego.
• Określanie rdzeni klasy PR dla aplikacji pomiaru przychodów: Szczelina powietrzna, która ogranicza remanencję w rdzeniach klasy PR, zwiększa prąd magnesujący i pogarsza dokładność przy niskich prądach pierwotnych; klasa PR to specyfikacja rdzenia ochronnego - pomiary przychodów wymagają standardowych rdzeni klasy 0,2S lub 0,5 bez szczeliny powietrznej.
• Dostosowanie ustawień przekaźnika ochrony przeciwłukowej w celu uniknięcia fałszywych wyłączeń bez uwzględnienia remanencji przekładnika prądowego: Zwiększenie progu prądowego przekaźnika ochrony przeciwłukowej w celu uniknięcia fałszywych wyłączeń spowodowanych remanencją zmniejsza czułość przekaźnika na prawdziwe usterki łuku niskoprądowego - zamieniając zapobieganie fałszywym wyłączeniom na awarię wykrywania prawdziwych usterek.

Wnioski

Remanencja rdzenia przekładnika prądowego jest ukrytą zmienną w niezawodności systemu zabezpieczeń średniego napięcia w zakładach przemysłowych - niewidoczną na tabliczce znamionowej, niewidoczną w standardowych testach rozruchowych i niewidoczną w obliczeniach nastaw przekaźnika, ale w pełni zdolną do powodowania działania zabezpieczeń łukowych i przekaźników nadprądowych na zniekształconych przebiegach prądu wtórnego, które nie mają związku z rzeczywistym prądem pierwotnym podczas krytycznych pierwszych cykli zasilania obwodu. Mechanizm jest dobrze zrozumiały, metodologia diagnostyczna jest prosta, a korekta - rozmagnesowanie rdzenia przekładnika prądowego - to czterogodzinna czynność konserwacyjna, która całkowicie eliminuje stan remanencji. W systemach ochrony przed łukiem średniego napięcia w zakładach przemysłowych, gdzie fałszywe wyzwolenie kosztuje dziesiątki tysięcy euro strat produkcyjnych, a przeoczenie prawdziwej usterki łuku kosztuje życie, ocena remanencji i rozmagnesowanie rdzenia przekładnika prądowego nie jest uznaniową czynnością konserwacyjną - jest to podstawa inżynieryjna systemu ochrony, który może działać poprawnie i tylko poprawnie, gdy ma to największe znaczenie.

Często zadawane pytania dotyczące pozostałości rdzenia TK i fałszywych zadziałań przekaźnika

1. Przedstawia podstawowe zasady fizyki wyjaśniające, w jaki sposób materiały ferromagnetyczne reagują na przyłożone pola magnetyczne i zatrzymują strumień resztkowy. ↩

2. Wyjaśnia związek między reaktancją i rezystancją systemu w określaniu wielkości i czasu trwania przesunięcia prądu stałego podczas usterek elektrycznych. ↩

3. Kieruje czytelników do międzynarodowej normy określającej wymagania dotyczące wydajności i protokoły testowania przekładników prądowych klasy ochronnej. ↩

4. Zawiera definicje techniczne i metody obliczania krytycznego progu napięcia, przy którym rozpoczyna się nasycenie rdzenia przekładnika prądowego. ↩

5. Szczegółowe informacje na temat technologii i korzyści operacyjnych wynikających z synchronizacji działania wyłącznika z przejściami przez zero napięcia w celu zminimalizowania przejściowych prądów rozruchowych. ↩