Virtamuuntajat (CT)
Virtamuuntajat (CT) ovat erikoissähkölaitteita, joita käytetään vaihtovirran (AC) mittaamiseen ja valvontaan tai kohonneiden virtatasojen havaitsemiseen voimajärjestelmissä. Näillä laitteilla on olennainen tehtävä suojauksen varmistamisessa ja tarkkojen mittaussovellusten mahdollistamisessa. Pienentämällä korkeat virta-arvot tehokkaasti standardoidulle tasolle, CT:t varmistavat mittausten turvallisen suorittamisen ja mahdollistavat järjestelmän toisiinsa kytkettyjen laitteiden oikean toiminnan.
Ensiökäämi koostuu yhdestä suuren poikkipinta-alan kierrosta, joka on kytketty sarjaan suurvirtaa kuljettavan johtimen kanssa. Toisiokäämi sisältää useita kierroksia, joilla on pieni poikkileikkauspinta-ala. Toisiokäämi on kytketty normaalilla ampeerimittarilla virranmittauksia varten.
Virtamuuntajan toimintaperiaate
Virtamuuntajat käyttävät sähkömagneettisen induktion periaatetta toimiakseen tehokkaasti. Nämä laitteet koostuvat kahdesta tärkeästä elementistä: ensiö- ja toisiokäämistä. Ensiökäämi on kytketty sarjaan suurvirtapiirin kanssa, jolloin syntyy virtaavaan virtaan verrannollinen magneettikenttä.
Sitä vastoin toisiokäämi on liitetty mittaukseen tai suojauksen tuottamiseen käytettyihin laitteisiin. Se on tarkoituksella suunniteltu siten, että siinä on erottuva määrä kierroksia verrattuna ensiökäämiin, mikä määrittää muunnossuhteen. Näin ollen toisiokäämi tuottaa virran, joka heijastaa tarkasti ensiövirran suhteellisuutta.
Virtamuuntajat ovat pohjimmiltaan porrasmuuntajia, jotka lisäävät jännitettä ja vähentävät toisiokäämin virtaa.
Muuntajien osalta toisio- ja ensiövirran suhde on yhtä suuri kuin ensiö- ja toisiokäämin kierrosten suhde, joka saadaan seuraavasti:
Virtamuuntajan tapauksessa käännössuhde on melko korkea ja siksi toisio- ja ensiövirtojen suhde on merkittävästi korkea.
CT-suhteet ovat yleensä luokkaa 500:2, 200:1. CT-suhde 500:2 tarkoittaa muuntamista ensiövirrasta 500A toisiovirraksi 2A.
Virtamuuntajien tyypit
Virtamuuntajilla on erilaisia muunnelmia rakenteen ja eristyksen mukaan. Ne luokitellaan kahteen laajaan luokkaan: sisä- ja ulkotyypit.
Sisävirtamuuntaja
Sisävirtamuuntajia käytetään sisätiloissa, ja ne voidaan jakaa kolmeen päätyyppiin rakenteen perusteella:
1: Tankotyyppi CT
Nämä virtamuuntajat käyttävät metallitankoja ensiökääminä ja siksi niitä kutsutaan tankotyyppisiksi virtamuuntajiksi.
2: paikka/ikkuna/rengastyyppi CT
Nämä virtamuuntajat ovat onttoja, ja ensiöjohdin on sijoitettu ulospäin tästä aukosta:
3: Split Core Type CT
Se on erityinen virtamuuntaja, joka voidaan jakaa kahteen osaan. Tällainen järjestely voi tarjota helpon pääsyn rakenteen ja käämien avaamiseen.
3: Haavan tyyppi CT
Näiden virtamuuntajien ensiökäämit on kiedottu keskiytimen ympärille. Kierrosten lukumäärän tulee olla mikä tahansa numero, joka on suurempi kuin yksi.
Sisävirtamuuntajat voidaan jakaa myös eristyksen perusteella; Näitä ovat nauhaeristeiset virtamuuntajat ja valuhartsieristeiset virtamuuntajat.
Ulkoinen virtamuuntaja
Ulkovirtamuuntajat asennetaan ulos, ja ne voidaan jakaa toimintaperiaatteensa mukaan. Koska nämä ovat ulkona, ne vaativat sekä eristyksen että jäähdytyksen toimiakseen. Useimmiten muuntajaöljyä käytetään eristysaineena. Öljytäytteiset virtamuuntajat luokitellaan edelleen seuraavasti:
1: Live Tank Type CT
Jännitteellinen säiliö tarkoittaa, että CT:n säiliö pidetään järjestelmän jännitteessä. Painovoimapiste sijaitsee korkeudella.
2: Dead Tank Type CT
Kuollut säiliö tarkoittaa, että CT:n säiliö pidetään maapotentiaalissa. Painovoimapiste on matalampi kuin Live tank CT:issä.
Mittausvirtamuuntaja
Näitä virtamuuntajia käytetään vain mittaus- ja näyttötarkoituksiin. Mittaustyyppiset virtamuuntajat on suunniteltu mittaustoimintojen tarkkuuteen nimellisvirran sisällä. Heti kun virta ylittää nimellisrajat, mittaus-CT:t kyllästyvät rajoittaakseen siihen tulevaa virtaa. Mittausmuuntajilla on kuitenkin alhaisemmat kuormitusarvot verrattuna suojavirtamuuntajiin. Mittausluokkaa CT edustaa enimmäkseen kolme parametria.
Näitä parametreja ovat tarkkuus, mittausluokka ja virtamuuntajan kuormitus. Alle CT:n virheraja on 0,3 %, mittausluokka on merkitty B:llä ja kuorma 0,9 Ω.
Suojausvirtamuuntaja
Näitä virtamuuntajia käytetään vain suojatoimintoihin. Nämä CT:t toimivat laajalla alueella sekä nimellis- että vikavirroissa. Suojausmuuntajat osoittavat siksi lineaarista vastetta jopa 20 kertaa nimellisvirtatasoon verrattuna. Suojavirtamuuntajat on merkitty niiden C-arvoilla, jotka ilmaisevat virhesuhteen ja liitinjännitearvot.
C-luokan CT:ille virheraja on alle 3 %, vakiotaakka 2Ω, toisiojännite 200 V.
Current Transformers Turn Ratio
Suuremmat virtamuuntajien suhteet voidaan muuttaa pienemmiksi muuttamalla ensiökäämin silmukoiden määrää. Tarkastellaan normaalia 300/5A CT:n rakennetta, jossa yksi ensiökela kiertyy ikkunan poikki, joka tunnetaan nimellä one pass CT. Sama voidaan konfiguroida uudelleen ohjaamalla ensiökäämi kaksi tai kolme kertaa ikkunan yli, joka tunnetaan nimellä kaksi- tai kolmivaiheinen CT.
Kahdella ensiökäämin läpikäynnillä 300/5A voidaan muuntaa vastaavaksi 150/5A CT:ksi. Samoin kolmella primäärikäämin läpikäynnillä 300/5A voidaan muuntaa vastaavaksi 100/5A CT:ksi.
Esimerkki: Laske toisiovirta ja jännite
Harkitse Bar CT:tä, jossa on viisi ensiökierrosta ja 300 toisiokierrosta, jota käytetään yhdessä ampeerimittarin kanssa, jonka sisäinen vastus on 0,5 ohmia. Ampeerimittarin tulee antaa täyden asteikon taipuma, kun ensiövirta saavuttaa 1000A.
Toisiovirta saadaan seuraavasti:
Jännitteen laskeminen ohmin lain mukaan:
Johtopäätös
Virtamuuntajat ovat instrumenttimuuntajia, joita käytetään mittaamaan suuria virtoja, joita ei voida mitata tavallisilla ampeerimittarilla. Virtamuuntajat tarjoavat sekä mittaus- että suojaustoimintoja sähköverkoissa.