Како изабрати трансформаторе са високом прецизношћу за мерење?

Разумевање класа и стандарда прецизности трансформатора

Клас декодирања ЦТ тачности: 0.1, 0.2 и 0.5 према ИЕЦ 61869-2

Актуелни трансформатори долазе са стандардним рејтинговима тачности утврђеним у смерницама ИЕЦ 61869-2. Ови рејтинзи су у основи нумерисани ствари као што су 0.1, 0.2, и 0.5 који нам кажу колико грешке је дозвољено када се мере струја на различитим оптерећењима. На пример, ЦТ означен као класа 0.1 остаје у оквиру око плус или минус 0,1%, док верзија класе 0.5 може да се креће до пола процената у оба начина. Што је број нижи, то је тачност генерално боље. Јединице класе 0.1 обично се користе тамо где су новац најважнији, јер чак и мале грешке директно утичу на израчунавање на рачунању. Класа 0.2 пружа довољно добру прецизност за важне заштитне системе без кршења банке, док класа 0.5 добро ради за свакодневне задате надзора. Према стандардима, произвођачи морају тестирати ове уређаје у опсегу од 5% све до 120% њихове номиналне капацитета како би се осигурало да правилно раде у реалним условима. Такође морају да провере не само тачност мерења већ и друге факторе, укључујући и то колико добро управљају фазним угловима и реагују на промене у условима оптерећења.

Како класа прецизности дефинише максимално дозвољену грешку у рејтинжним условима

Клас прецизности нам у основи говори која је максимална могућа грешка (и пропорционалне и фазне грешке заједно) када је све савршено у лабораторијском подешавању. Речимо о мерењима у нормалној фреквенцији, стандардној температури око 20 степени Целзијуса, и када се секундарно оптерећење тачно уклапа са оном што треба да буде. Узмите као пример ЦТ класе 0.2. Овај уређај ће остати у пределу погрешне марже од 0,2 одсто само ако ради на пуној рејтиншкој струји и остаје у пределу плюс или минус 25 посто одређеног нивоа оптерећења. Али ствари брзо одлазе са пута када у игру уђу фактори из стварног света. Када постоје промене у оптерећењу, подешавању оптерећења или околним температурама, чак и мале разлике од идеалних услова могу довести до тога да опрема ради изван својих наведених спецификација класе. Ако оптерећење пређе прихватљиве толеранције, цела класификација постаје неважећа, а ми можемо видети грешке мерења које се крећу преко 0,5 одсто током стварних теренских операција.

Кључни електрични параметри који одређују тачност трансформатора у стварном свету

Успоређивање оптерећења и секундарна импеданца: спречавање деградације прецизности

Узимање правог оптерећења је веома важно када се говори о трансформаторима. Намет на секундарном намотању је обично оно што узрокује те досадне проблеме са прецизношћу које видимо у пракси. Ако стварно оптерећење пређе оно што је рејтинговано у смислу ВЕ, ствари ће брзо почети да се покваре. Јадро се насити, што нарушава мерење односа и фазног угла. Узмимо трансформатор струје класе 0.5, на пример. Покушајте да га прођете преко 40% преоптерећења и изненада се понаша више као јединица класе 0.8. И не заборавите ни на секундарну импеданцу. Виша импеданца значи већи пад напона дуж те жице и кроз релејске катуље, што искривља квалитет сигнала. Видели смо случајеве када само 20% неисправности додаје око 0,4% грешке само у рачунању бројевача. Таква одступања потпуно поништавају у складу класе 0.2. За све који требају озбиљну прецизност, добијање одговарајућег оптерећења на месту више није само добра пракса. То је апсолутно неопходно ако желе да њихова опрема остане у складу са ИЕЦ 61869-2 спецификацијама током нормалних услова рада.

Намерани и стварни опсег струје: линеарност и грешка ниског оптерећења у трансформаторима за мерење

Трансформатори имају тенденцију да постану нелинеарни када раде изван опсега струје своје славе тачке. При струјама испод 5% од онога за шта су рејтинговани, једноставно не постоји довољно узбуђења језгра, што доводи до значајних грешака. Чак и ти фантастични трансформатори класе 0.5 понекад могу да пређу 1% грешке када раде на лаким оптерећењима. На високом крају, ствари се и погоршавају. Када пређемо 120% номиналног капацитета, магнетна засићеност почиње и потпуно нарушава линеарност, обично чинећи одступања изнад 2%. Узмимо као пример типичан ЦТ који је на 100 ампера. Ради од 10 ампера до 120 ампера, али се спушта на 5 ампера и грешка се одједном повећава на 2%. Да би се све одржало прецизно, инжењери морају да бирају трансформаторе у којима се стварна струја налази у средини номиналног опсега, а не само између минималне и максималне вредности. Овај приступ помаже да се избегну те досадне нетачности са малим оптерећењем и спречава проблеме са засићењем да униште интегритет сигнала.

Фактори околине и на нивоу система који утичу на перформансе трансформатора

Температура, фреквенција и хармоника: квантификовање одступања од идеалне тачности

Трансформатори често губе прецизност када су изложени опсежном и системском стресу који далеко прелази оно што је наведено у лабораторијским тестовима. Када се температуре промене, то утиче и на пропустљивост језгра и на отпорност на намотање. На пример, ако температура порасте само 8 степени Целзијуса изнад нормалног опсега рада, то убрзава брзу старење изолације и узрокује приметне промене у односу мерења према ИЕЦ 60076-7 од 2023. године. Још један проблем долази од нестабилности фреквенције мреже која је прилично честа у слабим мрежема или изолованим системима. Ово доводи до грешака засићених једра, посебно када фреквенције падне испод нормалног нивоа. Хармонијска деформација ствара још једно тешко питање. Трећи и пети ред хармоника изнад 10% укупног хармоничког искривљења заправо искриве облик таласа на начин који стандардни прецизности једноставно не могу да учествују. ДиЦ офсет струје погоршавају ситуацију стварајући остатак магнетизма у језграма, што губи способност откривања када таласни облици прелазе нулту. Истинско тестирање показује и нешто занимљиво. Трансформатори који испуњавају стандарде класе 0.5 у контролисаним лабораторијским окружењима обично постижу само око 1,0 нивоа тачности када се баве свим овим комбинованим напорима укључујући топлоту, хармонику и варијације фреквенције. Да би се борили против ових проблема, инжењери морају да унапред планирају тако што ће у топлим инсталацијама смањити капацитет оптерећења за око 15 до 20 посто и инсталирати хармоничне филтере кад год укупно хармонично искривљење пређе 8 посто.

Уколико је потребно, може се користити и за решење проблема.

Студија случаја: Зашто је трансформатор струје класе 0.2 испоручио тачност од 0.5 нивоа у мерењу енергије подстанице

Пројекат мерења енергије на подстанцији наишао је на озбиљне проблеме са тачношћу када је трансформатор струје класе 0.2 завршио са само 0.5 нивоом тачности. Након што смо истражили ствари, открили смо да постоје три различита питања у пољу која нису разматрана током фабричке калибрације. Прво, нивои хармоничног искривљења су били далеко изнад 15% ТХД због свих нелинеарних оптерећења, што је стварало грешке фазног угла које су обични тестови грешке односа потпуно пропустили. Затим је био и проблем са температуром. Опрема је морала да се носи са температурама које се крећу од -10 степени Целзијуса до чак 50 степени, а то је изазвало промене у пропусности језгра које су додале додатну грешку у односу од 0,1% на оно што је већ било наведено. И на крају, секундарно оптерећење је било 4,5 ВА, што је 40% више од ЦТ-овог 3,2 ВА рејтинга. Ова неслагања је проузроковала повећање фазног померања за 0,3 степени и стварно оштетила укупну тачност. Све ово заједно је довело до тога да је укупна грешка прешла границу од 0,2%. Оно што нас ово учи је важно: само зато што нешто прође лабораторијске тестове не значи да ће савршено радити у условима стварног света. Када се бавите мерењима критичне снаге, спецификације морају да учествују у стварним хармоничким профилима, реалистичним распоредима температура и реалним мерењима оптерећења уместо да се ослањају само на оно што је штампано на етикети опреме.

Често постављене питања

Шта су класе точности ЦТ?
Клас прецизности ЦТ, као што су 0,1, 0,2 и 0,5, означавају максимално дозвољену грешку струјних трансформатора према стандардима ИЕЦ 61869-2. Што је број нижи, то је мерење прецизније.

Зашто је усаглашавање оптерећења важно за трансформаторе?
Успоређивање оптерећења осигурава да се секундарно оптерећење навртања трансформатора усклађује са његовим номиналним капацитетом, спречавајући засићење језгра и одржавајући тачност.

Како фактори околине утичу на тачност трансформатора?
Фактори као што су промене температуре, нестабилност фреквенције и хармонична деформација могу довести до смањења тачности трансформатора мењајући пропустљивост језгра и отпорност намотавања.