Výpočet transformačního poměru | #site_title — STŘEDNÍ

Přístrojové transformátory proudu 6-10 kV se používají v recloserech (RPS), komerčních měřicích bodech (PKU), CSO kamerách – všude tam, kde je vyžadováno měření elektřiny nebo regulace proudu pro ochranu vedení před přetížením.

Jedním z hlavních parametrů proudového transformátoru (CT) je transformační poměr, který se nejčastěji označuje 10/5, 30/5, 150/5 nebo podobně. Zkusme zjistit, co to znamená a jak zvolit správný transformační poměr proudového transformátoru.

Důležité! Proudový transformátor má step-up charakter, takže jeho sekundární vinutí musí být vždy zkratováno přes ampérmetr nebo jednoduše propojkou. Jinak to vyhoří nebo někoho šokuje.

Proč jsou potřebné proudové transformátory?

Elektrikáři obeznámení s elektrickými zařízeními ~220 V si mohou všimnout, že bytové elektroměry jsou připojeny přímo k vedení bez použití proudových transformátorů. Již v třífázových sítích je však připojení transformátoru běžnější než přímé připojení. V obvodech PKU a rozvodných zařízení 6-10 kV jsou všechna měřicí zařízení připojena přes proudové transformátory.

Proudový transformátor je navržen tak, aby zmenšil velikost měřeného proudu a uvedl jej do standardního rozsahu. Proud se zpravidla převádí na standardní hodnotu 5 A (méně často – 1 A nebo 10 A).

Dalším účelem proudových transformátorů je vytvoření galvanického oddělení mezi měřeným a měřicím obvodem.

Jak vybrat proudový transformátor

Maximální provozní proud primárního vinutí transformátoru je určen výkonem výkonového transformátoru na snižovací rozvodně.

Je-li například výkon rozvodny 250 kVA, pak při jmenovitém síťovém napětí 10 kV nepřekročí proud 15 A. To znamená, že transformační poměr proudových transformátorů musí být alespoň 3, resp. je často uváděno, 15. Při použití transformátorů nižšího jmenovitého proudu může dojít k tomu, že sekundární proud výrazně překročí stanovenou hodnotu 5 A, což může vést k výraznému snížení přesnosti měření nebo dokonce k poruše elektroměru.

To znamená, že minimální hodnota Transformační poměr CT je omezen jmenovitým proudem vedení.

Existují na druhé straně nějaká omezení transformačního poměru? Je možné místo transformátorů 15/5 použít např. 100/5 transformátory? Ano, taková omezení existují.

V případě použití proudových transformátorů s neúměrně velkým jmenovitým výkonem bude výsledkem příliš malý proud v sekundárním vinutí transformátoru, který elektroměr nebude schopen změřit s požadovanou přesností.

Aby se pokaždé neprováděly těžkopádné matematické výpočty, byla vyvinuta řada pravidel pro volbu transformačního koeficientu CT. Tato pravidla jsou zaznamenána v příručce každého energetika – v „Pravidlech pro stavbu elektrických instalací“ (PUE).

Pravidla elektroinstalace umožňují použití proudových transformátorů s transformačním poměrem vyšším, než je jmenovitý. Takové transformátory PUE se však nazývají „transformátory s nadhodnoceným transformačním poměrem“ a jejich použití je omezeno následovně.

1.5.17. Je povoleno použít proudové transformátory se zvýšeným transformačním poměrem (podle podmínek elektrodynamického a tepelného odporu nebo ochrany přípojnic), pokud je při maximálním zatížení přípojky proud v sekundárním vinutí proudového transformátoru alespoň 40% jmenovitého proudu elektroměru a při minimálním provozním zatížení – minimálně 5 %.

Protože koncept minimální pracovní zátěže uvedený v PUE není příliš jasný, používá se další pravidlo:

Proudový transformátor je považován za nadhodnocený z hlediska transformačního poměru, pokud při 25 % jmenovité připojené zátěže (v normálním režimu) je proud v sekundárním vinutí menší než 10 % jmenovitého proudu elektroměru.

To znamená, že maximální možná hodnota Transformační poměr použitých proudových transformátorů je omezen citlivostí elektroměrů.

Výpočet minimální a maximální hodnoty transformačního poměru

Pro výpočet jmenovité hodnoty proudového transformátoru je nutné znát rozsah provozních proudů v primárním vinutí transformátoru.

Minimální transformační poměr CT vypočítané na základě maximálního provozního proudu ve vedení. Maximální provozní proud lze vypočítat na základě celkového výkonu spotřebitelů elektřiny umístěných ve stejné síti. Tyto výpočty však není třeba provádět, protože všechny výpočty byly provedeny již dříve při návrhu trafostanice. Jmenovitý výkon výkonového transformátoru se zpravidla volí tak, aby běžné zatížení nepřekračovalo jmenovitý výkon transformátoru a krátkodobé špičkové zatížení převyšovalo výkon transformátoru nejvýše o 40 %.

Je nutné rozlišovat zdánlivý výkon (měřený v kVA) a čistý výkon (měřený v kW). Zdánlivý výkon souvisí s užitečným výkonem prostřednictvím účiníku, který charakterizuje jalové ztráty v síti. Více informací k tématu naleznete na jiné stránce našeho webu.

Vydělením příkonu jmenovitým napětím sítě a snížením výsledné hodnoty odmocninou ze 3 získáme maximální provozní proud. Poměr maximálního provozního proudu ke jmenovitému proudu elektroměru dá požadovaný minimální transformační poměr.

Například pro rozvodnu o výkonu 250 kVA se jmenovitým síťovým napětím 10 kV bude maximální provozní proud asi 15 A. Vzhledem k tomu, že krátkodobý maximální provozní proud může dosáhnout 20 A, je lepší vzít minimální jmenovitý výkon proudového transformátoru s malou rezervou – 20/5.

Maximální transformační poměr CT určete vynásobením minimálního transformačního poměru poměrem úrovně provozního proudu (v procentech z maxima) k úrovni proudu v sekundárním vinutí transformátoru (rovněž v procentech z maxima).

Například minimální transformační poměr je 15/5, vypočtená úroveň pracovního proudu je 25 % maxima, proud v sekundárním vinutí transformátoru je 10 % jmenovitého proudu elektroměru. Pak je požadované minimální hodnocení CT 15/5 * 25/10, tedy 7,5 nebo v tradiční notaci 37,5/5. Ale protože CT s touto nominální hodnotou nejsou vyráběny, musíte vzít nejbližší hodnotu – 30/5.

Požadavky kladené regulačními dokumenty na výběr transformačního poměru měřicích transformátorů proudu ponechávají velmi malý manévrovací prostor, což vám umožňuje vybrat transformátor pouze ze dvou nebo tří podobných jmenovitých hodnot.

Abyste mohli správně vypočítat a zadat údaje o transformačním koeficientu v počítači RastrWin, musíte mít následující údaje:

— pasportní údaje transformátoru, pro který je plánován výpočet a následná regulace napětí. Tyto informace lze zpravidla získat z pasu výkonového transformátoru, který dodává výrobce;

— skutečná poloha ovládacích zařízení (OLTC a PBB) výkonového transformátoru. Informace lze získat z několika zdrojů:

— výpis měření zátěže za provozní den, ve kterém lze jako samostatnou položku specifikovat skutečnou polohu RPN a PBB (údaj lze použít, pokud napětí na vypočteném výkonovém transformátoru není trvale regulováno);

— deník polohy RPN a PBB, který je veden v řídicích střediscích (informace z deníku mohou být přesnější ve srovnání s výpisem pro režimový den, ale jak ukazuje praxe, ne pro všechny rozvodny).

Příklad pasových údajů pro třívinutý výkonový transformátor.

Pro příklad z výše uvedených údajů potřebujeme pouze hodnoty napětí podle regulačních kroků.

V našem případě má transformátor jak přepínač odboček pod zatížením (OLT), tak i nebuzené spínací zařízení (PSD).

Po vymodelování jednoduchého diagramu v Rastr Win PC pro obecné pochopení procesu výpočtu a vizuálního zobrazení změn napětí v síti určíme ze seznamu skutečné polohy OLTC a PBB výkonového transformátoru.

Předpokládejme, že PBB je ve střední poloze – III (38500) a RPN je ve střední poloze – X (115000).

Transformační koeficienty jsou určeny vzorcem:

V našem případě: Uvn = 115000 V, Usn = 38500 V, Unn = 11000 V (Unn je převzato z pasových údajů – jmenovité napětí).

Kс-в = 38500/115000 = 0,335;

Kс-в = 11000/115000 = 0,096.

Pokud již máte v PC Rastr Win hotovou databázi se zadanými údaji o transformátorech a vedeních, zapíšeme údaje o vypočteném transformačním poměru do tabulky „Větve“ (viz níže, zvýrazněno).

V tomto případě budou úrovně napětí v našem příkladu následující: S transformačními poměry, které jsme vypočítali na základě údajů o skutečné poloze spínacích zařízení, jsou získány následující hodnoty napětí:

— v síti 35 kV — 34,72 kV;

— přes síť 10 kV — 9,72 kV.

V případě, že je nutné zvýšit napětí v síti, je nutné zvýšit napětí změnou polohy OLTC.

V dříve zvažované variantě jsme měli pozici III PBB a pozici X RPN.

Zkusme změnit polohu RPN na (například) XII (podle dříve poskytnutých pasových údajů je to 110910).

Kс-в = 38500/110910 = 0,347;

Kс-в = 11000/110910 = 0,099

V tomto případě budou úrovně napětí v našem příkladu po zvýšení polohy přepínače odboček následující:

Hodnoty napětí po přepnutí OLTC z polohy X do XII:

— v síti 35 kV — 35,96 kV;

— přes síť 10 kV — 10,02 kV.

Existuje několik způsobů, jak simulovat změny napětí v počítači RastrWin.
Článek představuje pouze jednu z metod, jejímž hlavním účelem bylo vysvětlit princip a demonstrovat jej na názorném příkladu.