Какво представлява токовият трансформатор за баланс на ядрото (CBCT)?

Токовият трансформатор за балансиране на ядрото (наричан също като CBCT) е токов трансформатор от тип пръстен (CT), през центъра на който преминават или три едножилни кабела, или единичен трижилен кабел на трифазна система. Този трижилен кабел образува първичната намотка на CBCT.

С други думи можем да дефинираме като нулева последователност CT (ZCT) е известен също като core balance CT (CBCT) е специален тип токов трансформатор (CT), който открива наличието на нулева последователност на тока по време на повреда на късо съединение (като LG повреда) състояние, което причинява дисбаланс във 3-фазовата система.

Core Balance Current Transformer работи върху концепцията за балансиране на тока с нулева последователност в трифазна система. Ето защо е известен също като токов трансформатор с нулева последователност (ZCT). Core Balance CT обикновено се използва за защита от земно съединение (или защита от утечки на земя) за електрическа система със средно напрежение. Типичен CBCT е както е показано на фигурата по-долу.

За разлика от токовия трансформатор (CT), първичната намотка на CBCT е оформена с трижилен кабел, минаващ през центъра на желязното му ядро, а вторичната намотка на CBCT също е навита върху желязното му ядро ​​от пръстеновиден тип и е свързано с реле за заземяване.

Принцип на работа на CBCT или ZCT

Токовият трансформатор за балансиране на ядрото (CBCT) работи на принципа на балансиране на тока с нулева последователност във 3-фазова система. Следователно той се нарича още токов трансформатор с нулева последователност (ZCT). Основният принцип на работа на токов трансформатор с нулева последователност е ниският ток на Кирхоф: сумата от тока във всеки възел на електрическата верига ще бъде равна на нула.

По време на нормална работа на трифазна система, тъй като векторната сума на нейния фазов ток (Īa плюс Īb плюс Īc=0) е нула. Следователно в първичната намотка на CBCT няма да има остатъчен ток с нулева последователност. Следователно няма да има никакъв поток, развит в ядрото на CBCT. Следователно няма да тече ток във вторичната верига на CBCT.

Докато при ненормално състояние, когато сумата на фазовия ток няма да е нула. След това поради дисбаланс на фазовия ток, ток с нулева последователност ще тече във вторичната верига на CBCT. Следователно релето за земна повреда, свързано с вторичния на CBCT, ще се захранва и ще изолира здравата система с помощта на прекъсвач.

Нека Īa, Īb и Īc са линейни токове на трифазна система и Φa, Φb и Φc са съответните компоненти на магнитния поток, развит в сърцевината на нулева последователност CT или CBCT. Ако приемем, че CBCT работи в линейна област, тогава магнитният поток, развит в сърцевината на CBCT, ще бъде право пропорционален на съответния мрежов ток. Следователно може да се запише като:

Φa=kIa

Φb=kIb

Φc=kIc

Тук (k) е константата на пропорционалността. Тъй като тук всичките три фазови тока произвеждат съответния магнитен поток в едно и също ядро ​​на ZCT (същия магнитен материал). Следователно една и съща константа на пропорционалност (k) се използва във всички фазови потоци.

Следователно резултатният магнитен поток в сърцевината на ZCT или CBCT ще бъде

Φr=k(Īa плюс Īb плюс Īc) (1)

Но както всички знаем, че от концепцията за симетрични компоненти

(Īa плюс Īb плюс Īc)=3Ī0 = Īn(2)

Тук Īn е неутрален ток, а Ī0 е ток с нулева последователност в токов трансформатор. Следователно от горните уравнения (1) и (2) можем да заключим като

Φr = k.Īn (3)

Сега нека разгледаме два случая

Случай 1: При нормална работа на трифазна система

Както знаем, че Īa плюс Īb плюс Īc=0 (4)

Тук чрез сравняване на уравнения (1) и (4) получихме резултат като:

Нетният резултатен поток (Φr=0) е нула. Това означава, че няма да тече ток във вторичната верига на CBCT. Следователно релето за земна повреда няма да работи в нормално здравословно състояние.

Случай 2: По време на заземяване (да речем повреда на LG) при необичайно състояние, фазовият ток в трижилен кабел, преминаващ през центъра на токовия трансформатор, няма да се балансира. Следователно във вторичната верига на ZCT ще тече ток с нулева последователност. Например разгледайте случая на повреда по единична линия към земя (повреда на LG).

Ако=3Ia0 = In (5)

Сравнявайки уравнение (5) с уравнение (3), получихме, че нетният магнитен поток в сърцевината на CBCT няма да е нула. Има някаква крайна стойност, която ще индуцира ток във вторичната верига на ZCT. Следователно тези вторични токове протичат в релето за защита от заземяване и го активират. Поради тази причина CT с баланс на ядрото (CBCT) се нарича още CT с нулева последователност (ZCT).

Приложение на CBCT или ZCT

Трансформаторът за токов баланс на сърцевината (CBCT) се използва главно за защита от земно съединение на електрически машини. Едно от важните му приложения като защита от заземяване на асинхронен двигател, което е обсъдено по-долу подробно.

CBCT за защита на двигателя

В повечето индустрии CBCT се използва за защита от утечки на земята на промишлени двигатели (3-фазов индукционен двигател). В тази защитна схема сърцевината на CBCT обгражда захранващите кабели, свързани с 3-фазов асинхронен двигател. Заземяващите проводници от обвивката на кабела към земята трябва да бъдат прекарани през ухото на ZCT сърцевината. Типична диаграма е както е показано на фигурата по-долу.

Ядрото на CBCT се възбужда от тока (Īa плюс Īb плюс Īc плюс Īsheath плюс Īearth).

Ефектът от ( Īsheath плюс Īearth ) се отменя, когато заземяващите проводници се прекарат през ухото на CBCT. Следователно защитната схема реагира само на (Īa плюс Īb плюс Īc) ток в индукционния двигател.

Предимства на CBCT

Основното предимство на използването на CBCT като схема за защита от земно съединение е, че в тази защитна схема се използва само едно CT ядро ​​вместо три ядра, както в конвенционалната система. По този начин магнитният поток, необходим за производството на определен вторичен ток, се намалява до една трета (1/3), което е най-голямото предимство, тъй като общата чувствителност на защитната система се увеличава.

Също така броят на вторичните навивки на CT не се изисква според номиналния ток на кабела, тъй като не протича вторичен ток при нормално работно състояние, тъй като токът на трифазната система е балансиран. Това позволява да се оптимизират вторичните завъртания според ефективния първичен ток на улавяне на CT.

Характеристики на ZCT или CBCT

Това са много атрактивни характеристики на токов трансформатор с нулева последователност (ZCT) или токов трансформатор за баланс на ядрото (CBCT), те са споменати по-долу като:

• Висока чувствителност
• Добра линейност
• Надеждна работа

• Удобен и лесен монтаж

Избор на CBCT или ZCT

Подходящата CT или CBCT с нулева последователност се избира въз основа на следните фактори.

Номинално съотношение на КТ: това трябва да бъде такова, че дори и при най-малката земна повреда токът да е достатъчен за задействане на релето за земна повреда.

Минимален първичен ток на утечка на земята

Минимален ток на възбуждане, необходим за работно напрежение на релето

Напрежение на точката на коляното

Размери и вътрешен диаметър на CT (вътрешният диаметър зависи от размера на кабела)