Stroomtransformatoren (CT's)
Stroomtransformatoren (CT's) zijn gespecialiseerde elektrische instrumenten die worden gebruikt voor het meten en bewaken van wisselstroom (AC) of de detectie van verhoogde stroomniveaus in energiesystemen. Deze instrumenten vervullen een essentiële functie bij het waarborgen van de bescherming en het mogelijk maken van nauwkeurige meettoepassingen. Door hoge stroomwaarden effectief terug te brengen tot een gestandaardiseerd niveau, zorgen CT's voor de veilige uitvoering van metingen en maken ze de juiste werking van onderling verbonden apparaten in het systeem mogelijk.
De primaire wikkeling bestaat uit een enkele winding met een groot dwarsdoorsnedeoppervlak, in serie verbonden met de hoge stroomvoerende geleider. De secundaire wikkeling omvat vele windingen met een klein dwarsdoorsnedeoppervlak. De secundaire spoel is verbonden met een normale ampèremeter voor stroommetingen.
Werkingsprincipe van de huidige transformator
Stroomtransformatoren gebruiken het principe van elektromagnetische inductie om effectief te functioneren. Deze apparaten bestaan uit twee vitale elementen: primaire en secundaire wikkeling. De primaire wikkeling is in serie verbonden met het hogestroomcircuit, waardoor een magnetisch veld wordt gegenereerd dat evenredig is aan de vloeiende stroom.
De secundaire wikkeling is daarentegen gekoppeld aan apparaten die worden gebruikt voor het meten of het bieden van bescherming. Het is opzettelijk ontworpen met een duidelijk aantal windingen in vergelijking met de primaire wikkeling, waardoor de transformatieverhouding wordt vastgesteld. Bijgevolg genereert de secundaire wikkeling een stroom die de evenredigheid van de primaire stroom nauwkeurig weerspiegelt.
Stroomtransformatoren zijn in feite step-up-transformatoren die de spanning verhogen en de stroom in de secundaire wikkeling verlagen.
Voor transformatoren is de verhouding tussen secundaire en primaire stroom gelijk aan de verhouding tussen windingen in de primaire en secundaire wikkeling, zoals gegeven door:
In het geval van de stroomtransformator is de windingsverhouding vrij hoog en daarom is de verhouding tussen secundaire en primaire stromen aanzienlijk hoog.
De CT-verhoudingen liggen doorgaans in de orde van 500:2, 200:1. De CT-verhouding 500:2 impliceert de conversie van primaire stroom van 500A naar secundaire stroom van 2A.
Soorten stroomtransformatoren
Stroomtransformatoren hebben verschillende variaties op basis van het type constructie en isolatie. Ze zijn onderverdeeld in twee brede categorieën: binnen- en buitentypes.
Stroomtransformator voor binnen
Stroomtransformatoren voor binnenshuis worden binnenshuis gebruikt en kunnen op basis van hun constructie in drie hoofdtypen worden verdeeld:
1: Stangtype CT
Deze stroomtransformatoren gebruiken metalen staven als primaire wikkeling en worden daarom staafstroomtransformatoren genoemd.
2: Sleuf/Venster/Ring Type CT
Deze stroomtransformatoren zijn hol van vorm en de primaire geleider wordt binnenstebuiten in deze opening geplaatst:
3: CT met gespleten kern
Het is een speciaal type stroomtransformator die in twee delen kan worden gesplitst. Dit soort opstelling kan gemakkelijke toegang bieden om de structuur en wikkelingen te openen.
3: Wondtype CT
Primaire wikkelingen van deze stroomtransformatoren zijn rond de centrale kern gewikkeld. Het aantal beurten moet elk getal groter dan één zijn.
Stroomtransformatoren voor binnen kunnen ook worden onderverdeeld op basis van isolatie; deze omvatten tape-geïsoleerde stroomtransformatoren en giethars geïsoleerde stroomtransformatoren.
Buitenstroomtransformator
Buitenstroomtransformatoren worden buiten geïnstalleerd en kunnen op basis van hun werkingsprincipe worden verdeeld. Omdat deze zich buiten bevinden, hebben ze voor hun werking zowel isolatie als koeling nodig. Meestal wordt transformatorolie als isolatiemedium gebruikt. Met olie gevulde stroomtransformatoren worden verder geclassificeerd zoals hieronder:
1: Levende tanktype CT
Live tank betekent dat de tank van CT op systeemspanning wordt gehouden. Het zwaartepunt bevindt zich op hoogte.
2: Dode tank Type CT
Dode tank betekent dat de tank van CT op aardpotentiaal wordt gehouden. Het zwaartekrachtpunt is lager dan bij Live tank CT's.
Meetstroomtransformator
Deze stroomtransformatoren worden uitsluitend gebruikt voor meet- en indicatiedoeleinden. Stroomtransformatoren van het meettype zijn ontworpen voor nauwkeurigheid in meetfuncties binnen de nominale stroom. Zodra de stroom de nominale limieten overschrijdt, raken de meet-CT's verzadigd om nog meer stroom erin te beperken. Meet-CT's hebben echter lagere belastingswaarden in vergelijking met beveiligingsstroomtransformatoren. Een meetklasse CT wordt meestal weergegeven door drie parameters.
Deze parameters omvatten nauwkeurigheid, meetklasse en belasting van de stroomtransformator. Onder CT is de foutlimiet 0,3%, meetklasse aangegeven met ‘B’ en belasting van 0,9 Ω.
Bescherming huidige transformator
Deze stroomtransformatoren worden alleen gebruikt voor beveiligingsfuncties. Deze CT's werken over een breed bereik van zowel nominale als foutstromen. Beveiligings-CT's vertonen daarom een lineaire respons tot wel 20 keer hun nominale stroomniveau. Beveiligingsstroomtransformatoren worden aangegeven met hun ‘C’-waarden, die de foutverhouding en klemspanningswaarden aangeven.
Voor CT's van klasse C ligt de foutlimiet onder 3%, standaardbelasting van 2Ω, secundaire spanning van 200V.
Huidige transformatoren draaien verhouding
Hogere stroomtransformatorverhoudingen kunnen worden omgezet in kleinere door het aantal lussen in de primaire spoel te wijzigen. Beschouw een normale constructie van 300/5A CT, waarbij een enkele primaire spoel door het raam loopt, bekend als één doorgang CT. Hetzelfde kan opnieuw worden geconfigureerd door de primaire spoel twee of drie keer door het venster te laten gaan dat bekend staat als twee of drie doorgangen CT.
Met twee doorgangen van de primaire spoel kan 300/5A worden omgezet naar het equivalent van 150/5A CT. Op dezelfde manier kan met drie doorgangen van de primaire spoel 300/5A worden omgezet naar het equivalent van 100/5A CT.
Voorbeeld: Bereken de secundaire stroom en spanning
Overweeg een Bar CT met vijf primaire windingen en 300 secundaire windingen, te gebruiken in combinatie met een ampèremeter met een interne weerstand van 0,5 ohm. De ampèremeter moet een volledige afbuiging bieden wanneer de primaire stroom 1000A bereikt.
De secundaire stroom wordt gegeven door:
Spanning berekenen via de wet van Ohm:
Conclusie
Stroomtransformatoren zijn instrumenttransformatoren die worden gebruikt voor het meten van stromen van grote omvang die niet kunnen worden gemeten met standaard ampèremeters. Stroomtransformatoren bieden zowel meet- als beveiligingsfuncties in elektrische netwerken.