Wat is Core Balance Current Transformer (CBCT)?

Kernbalansstroomtransformator (ook wel CBCT genoemd) is een ringtype stroomtransformator (CT) door het midden waarvan ofwel drie enkeladerige kabels of een enkele drieaderige kabel van een driefasig systeem passeert. Die drieaderige kabel vormt de primaire wikkeling van CBCT.

Met andere woorden, we kunnen definiëren als een nulsequentie CT (ZCT) is ook bekend als core balance CT (CBCT) is een speciaal type stroomtransformator (CT) die de aanwezigheid van nulsequentiestroom detecteert tijdens kortsluitingsfouten (zoals LG fout) toestand die onbalans veroorzaakt in het 3-fasesysteem.

Kernbalans Current Transformer werkt aan het concept van het balanceren van nulsequentiestroom in een driefasensysteem. Daarom wordt het ook wel Zero Sequence Current Transformer (ZCT) genoemd. Core Balance CT wordt over het algemeen gebruikt voor aardfoutbeveiliging (of aardlekbeveiliging) voor middenspanningssystemen. Een typische CBCT is zoals weergegeven in onderstaande afbeelding.

In tegenstelling tot de stroomtransformator (CT), wordt de primaire wikkeling van CBCT gevormd met een drieaderige kabel die door het midden van de ijzeren kern gaat en de secundaire spoel van CBCT wordt ook gewonden op de ijzeren kern van het ringtype en is verbonden met een aardfoutrelais.

Werkingsprincipe van CBCT of ZCT

Een kernbalansstroomtransformator (CBCT) werkt volgens het principe van het balanceren van nulsequentiestroom in 3-fasesysteem. Daarom wordt het ook wel zero sequence current transformer (ZCT) genoemd. Het basisprincipe van de werking van een stroomtransformator met nulsequentie is de huidige lage stroom van Kirchhoff: de som van de stroom op elk knooppunt van een elektrisch circuit is gelijk aan nul.

Tijdens de normale werking van een driefasensysteem is de vectorsom van de fasestroom (Īa plus Īb plus Īc=0) nul. Daarom zal er geen enkele resterende nulsequentiestroom aanwezig zijn in de primaire wikkeling van CBCT. Daarom zal er geen flux worden ontwikkeld in de kern van CBCT. Daarom zal er geen stroom vloeien in het secundaire circuit van CBCT.

Terwijl in abnormale toestand, wanneer de som van de fasestroom niet nul zal zijn. Als gevolg van onbalans van de fasestroom zal er dan een nulsequentiestroom vloeien in het secundaire circuit van CBCT. Vandaar dat het aardfoutrelais dat is aangesloten op de secundaire CBCT, wordt bekrachtigd en het gezonde systeem wordt geïsoleerd met behulp van een stroomonderbreker.

Laat Īa, Īb en Īc lijnstromen zijn van een driefasensysteem en Φa, Φb en Φc zijn overeenkomstige componenten van magnetische flux ontwikkeld in de kern van nulsequentie CT of CBCT. Ervan uitgaande dat CBCT in een lineair gebied werkt, zal de magnetische flux die in de kern van CBCT wordt ontwikkeld recht evenredig zijn met de overeenkomstige lijnstroom. Daarom kan het worden geschreven als:

Φa=kIa

Φb=kIb

Φc=kIc

Hierin is (k) de evenredigheidsconstante. Omdat hier alle drie de fasestromen een overeenkomstige magnetische flux produceren in dezelfde kern van ZCT (hetzelfde magnetische materiaal). Daarom wordt dezelfde evenredigheidsconstante (k) gebruikt in alle fasefluxen.

Vandaar dat de resulterende magnetische flux in de kern van ZCT of CBCT zal zijn

Φr=k(Īa plus Īb plus Īc) (1)

Maar zoals we dat allemaal weten vanuit het concept van symmetrische componenten

(Īa plus Īb plus Īc)=3Ī0 = Īn(2)

Hier is Īn de neutrale stroom en is Ī0 de nulsequentiestroom in de stroomtransformator. Vandaar dat we uit bovenstaande vergelijkingen (1) en (2) kunnen concluderen als

Φr = k.Īn (3)

Laten we nu twee gevallen bekijken

Geval 1: Tijdens de normale werking van een driefasensysteem

Zoals we weten dat Īa plus Īb plus Īc=0 (4)

Hier door vergelijkingen (1) en (4) te vergelijken, kregen we resultaat als:

Netto resulterende flux (Φr=0) is nul. Dit betekent dat er geen stroom zal vloeien in het secundaire circuit van CBCT. Daarom zal het aardfoutrelais niet werken in een normale, gezonde toestand.

Geval 2: tijdens een aardfout (zeg maar een LG-fout) in een abnormale toestand, zal de fasestroom in de drieaderige kabel die door het midden van de stroomtransformator gaat, niet in evenwicht zijn. Daarom zal er een nulsequentiestroom vloeien in het secundaire circuit van ZCT. Overweeg bijvoorbeeld het geval van een enkele lijn naar aardfout (LG-fout).

Als=3Ia0 = in (5)

Vergelijking (5) met vergelijking (3) we kregen dat de netto magnetische flux in de kern van CBCT niet nul zal zijn. Het heeft een eindige waarde die stroom zal induceren in het secundaire circuit van ZCT. Daarom stroomt die secundaire stroom in het aardfoutbeveiligingsrelais en activeert het. Om deze reden wordt een core balance CT (CBCT) ook wel zero sequence CT (ZCT) genoemd.

Toepassing van CBCT of ZCT

De kernbalansstroomtransformator (CBCT) wordt voornamelijk gebruikt voor aardfoutbeveiliging van elektrische machines. Een van de belangrijke toepassingen ervan als aardfoutbeveiliging van een inductiemotor, die hieronder in detail wordt besproken.

CBCT voor motorbeveiliging

In de meeste industrieën wordt CBCT gebruikt voor aardlekbeveiliging van industriële motoren (3-fase-inductiemotor). In dit beschermingsschema omringt de kern van CBCT de voedingskabels die zijn verbonden met 3-fase-inductiemotor. De aardingsdraden van de kabelmantel naar de aarde moeten door het oog van de ZCT-kern worden geleid. Een typisch diagram is zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De kern van CBCT wordt opgewonden door de stroom (Īa plus Īb plus Īc plus Īschede plus Īaarde).

Het effect van ( Īmantel plus Īaarde ) wordt opgeheven wanneer de aardingskabels door het oog van CBCT worden gehaald. Daarom reageert het beveiligingsschema alleen op (Īa plus Īb plus Īc) stroom in inductiemotor.

Voordelen van CBCT

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van CBCT als aardfoutbeveiligingsschema is dat in dit beveiligingsschema slechts één CT-kern wordt gebruikt in plaats van drie kernen zoals in een conventioneel systeem. Zo wordt de magnetische flux die nodig is voor de productie van een bepaalde secundaire stroom gereduceerd tot een derde (1/3), wat het grootste voordeel is omdat de algehele gevoeligheid van het beveiligingssysteem wordt verhoogd.

Ook is het aantal secundaire windingen van CT niet vereist volgens de nominale stroom van de kabel omdat er geen secundaire stroom vloeit in normale bedrijfsomstandigheden, aangezien de driefasige systeemstroom in evenwicht is. Dit maakt het mogelijk om de secundaire windingen te optimaliseren volgens de effectieve primaire opneemstroom van CT.

Kenmerken van ZCT of CBCT

Dit zijn zeer aantrekkelijke kenmerken van zero sequence CT (ZCT) of Core Balance Current Transformer (CBCT), deze worden hieronder vermeld als:

• Hoge gevoeligheid
• Goede lineariteit
• Betrouwbare werking

• Handige en gemakkelijke installatie

Selectie van CBCT of ZCT

De juiste nulreeks CT of CBCT wordt geselecteerd op basis van de volgende factoren.

Nominale CT-verhouding: deze moet zodanig zijn dat zelfs bij de kleinste aardfout de stroom voldoende moet zijn om het aardfoutrelais te laten werken.

Minimale primaire aardlekstroom

Minimale bekrachtigingsstroom vereist voor relaisbedrijfsspanning

Knie punt spanning

Afmetingen en interne diameter van CT (interne diameter hangt af van kabelmaat)