Co je to Core balance transformátor proudu (CBCT)?

Jádrový balanční proudový transformátor (také označovaný jako CBCT) je prstencový proudový transformátor (CT), jehož středem prochází buď tři jednožilové kabely, nebo jeden třížilový kabel třífázového systému. Tento třížilový kabel tvoří primární vinutí CBCT.

Jinými slovy, můžeme definovat jako nulový sled CT (ZCT) je také známý jako jádrová rovnováha CT (CBCT) je speciální typ proudového transformátoru (CT), který detekuje přítomnost proudu nulové sekvence během zkratové poruchy (jako je LG porucha) stav, který způsobuje nerovnováhu ve 3-fázovém systému.

Core balance Current Transformer pracuje na konceptu vyvažování nulového sledu proudu v třífázovém systému. Proto je také známý jako transformátor proudu s nulovou složkou (ZCT). Core balance CT se obecně používá pro ochranu proti zemnímu zkratu (nebo ochranu proti zemnímu svodu) pro vysokonapěťový elektrický systém. Typický CBCT je znázorněn na obrázku níže.

Na rozdíl od proudového transformátoru (CT) je primární vinutí CBCT tvořeno třížilovým kabelem procházejícím středem jeho železného jádra a sekundární cívka CBCT je také navinuta na jeho železném jádru prstencového typu a je spojena s relé zemního spojení.

Princip činnosti CBCT nebo ZCT

Základní balanční proudový transformátor (CBCT) funguje na principu vyrovnávání nulového sledu proudu v 3-fázovém systému. Proto se také nazývá proudový transformátor s nulovou složkou (ZCT). Základním principem činnosti proudového transformátoru nulové složky je Kirchhoffův nízký proud: součet proudu v libovolném uzlu elektrického obvodu bude roven nule.

Při normálním provozu třífázového systému je vektorový součet jeho fázového proudu ( Īa plus Īb plus Īc=0 ) nulový. Proto nebude v primárním vinutí CBCT přítomen žádný zbytkový proud nulové složky. Proto v jádru CBCT nebude vyvinut žádný tok. V sekundárním obvodu CBCT tedy nebude protékat žádný proud.

Zatímco v abnormálním stavu, kdy součet fázového proudu nebude nulový. Potom v důsledku nevyváženosti fázového proudu poteče sekundárním obvodem CBCT proud s nulovou složkou. Proto zemní poruchové relé spojené se sekundárem CBCT dostane napětí a izoluje zdravý systém pomocí jističe.

Nechť Īa, Īb a Īc jsou proudy ve vedení třífázového systému a Φa, Φb a Φc jsou odpovídající složky magnetického toku vyvinutého v jádru CT nebo CBCT s nulovou posloupností. Za předpokladu, že CBCT pracuje v lineární oblasti, pak magnetický tok vyvíjený v jádru CBCT bude přímo úměrný jeho odpovídajícímu liniovému proudu. Dá se to tedy napsat jako:

Φa=kIa

Φb=kIb

Φc=kIc

Zde (k) je konstanta úměrnosti. Protože zde všechny tři fázové proudy vytvářejí odpovídající magnetický tok ve stejném jádru ZCT (stejný magnetický materiál). Proto je ve všech fázových tocích použita stejná konstanta úměrnosti (k).

Výsledný magnetický tok v jádru ZCT nebo CBCT tedy bude

Φr=k(Īa plus Īb plus Īc) (1)

Ale jak všichni víme, že z konceptu symetrických složek

(Īa plus Īb plus Īc)=3Ī0 = Īn(2)

Zde Īn je nulový proud a Ī0 je nulový sled proudu v proudovém transformátoru. Z výše uvedených rovnic (1) a (2) tedy můžeme vyvodit závěr jako

Φr = k.Īn (3)

Nyní se podívejme na dva případy

Případ 1: Během normálního provozu třífázového systému

Jak víme, Īa plus Īb plus Īc=0 (4)

Zde porovnáním rovnic (1) a (4) jsme dostali výsledek jako:

Čistý výsledný tok (Φr=0) je nula. To znamená, že v sekundárním okruhu CBCT nebude protékat žádný proud. Proto zemní relé nebude fungovat v normálním zdravém stavu.

Případ 2: Během zemní poruchy (řekněme porucha LG) v abnormálním stavu se fázový proud ve třížilovém kabelu procházejícím středem proudového transformátoru nevyrovná. Sekundárním obvodem ZCT tedy poteče proud nulové složky. Uvažujme například případ jednolinkového spojení se zemí (porucha LG).

Pokud=3Ia0 = v (5)

Porovnáním rovnice (5) s rovnicí (3) jsme dostali, že čistý magnetický tok v jádru CBCT nebude nulový. Má určitou konečnou hodnotu, která bude indukovat proud v sekundárním obvodu ZCT. Proto tyto sekundární proudy protékají relé zemní ochrany a aktivují je. Z tohoto důvodu se CT rovnováhy jádra (CBCT) také nazývá CT s nulovou sekvencí (ZCT).

Aplikace CBCT nebo ZCT

Proudový balanční transformátor (CBCT) se používá hlavně pro zemní ochranu elektrických strojů. Jedna z jeho důležitých aplikací jako zemní ochrana indukčního motoru, která je podrobně popsána níže.

CBCT pro ochranu motoru

Ve většině průmyslových odvětví se CBCT používá pro ochranu proti zemnímu svodu průmyslových motorů (3-fázový indukční motor ). V tomto schématu ochrany jádro CBCT obklopuje napájecí kabely připojené k 3-fázovému indukčnímu motoru. Zemnící vodiče od pláště kabelu k zemi musí být vedeny okem jádra ZCT. Typické schéma je znázorněno na obrázku níže.

Jádro CBCT je buzeno proudem (Īa plus Īb plus Īc plus Īsheath plus Īearth).

Účinek ( Īsheath plus Īearth ) je zrušen, když jsou uzemňovací vodiče vedeny přes oko CBCT. Proto schéma ochrany reaguje pouze na proud (Īa plus Īb plus Īc) v indukčním motoru.

Výhody CBCT

Hlavní výhodou použití CBCT jako schématu zemní ochrany je, že v tomto schématu ochrany je použito pouze jedno jádro CT namísto tří jader jako v konvenčním systému. Tím je magnetický tok potřebný pro výrobu konkrétního sekundárního proudu snížen na jednu třetinu (1/3), což je největší výhoda, protože se zvyšuje celková citlivost ochranného systému.

Také počet sekundárních závitů CT není vyžadován podle jmenovitého proudu kabelu, protože za normálních provozních podmínek neteče žádný sekundární proud, protože proud třífázového systému je vyvážený. To umožňuje optimalizovat sekundární závity podle efektivního primárního snímacího proudu CT.

Vlastnosti ZCT nebo CBCT

Jedná se o velmi atraktivní vlastnosti nulové sekvence CT (ZCT) nebo Core balančního proudového transformátoru (CBCT), níže jsou uvedeny jako:

• Vysoká citlivost
• Dobrá linearita
• Spolehlivý provoz

• Pohodlná a snadná instalace

Výběr CBCT nebo ZCT

Vhodná nulová sekvence CT nebo CBCT je vybrána na základě následujících faktorů.

Jmenovitý poměr CT: měl by být takový, aby i při nejmenším zemním spojení byl proud dostatečný k ovládání zemního relé.

Minimální primární zemní svodový proud

Minimální budicí proud požadovaný pro provozní napětí relé

Napětí v kolenním bodě

Rozměry a vnitřní průměr CT (vnitřní průměr závisí na velikosti kabelu)