ترانسفورماتورهای جریان: اصلی، انواع، کاربرد و پرسش‌های متداول

ترانسفورماتورهای جریان (CTs) ابزارهایی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی هستند که برای تبدیل جریان های اولیه بالا به جریان های ثانویه پایین تر برای اهداف اندازه گیری استفاده می شوند. آنها معمولا از یک هسته آهنی بسته و سیم پیچ تشکیل شده اند. سیم پیچ اولیه، با تعداد کمی چرخش، به صورت سری به مدار حامل جریان مورد اندازه گیری متصل می شود. بنابراین، جریان کامل مدار اغلب از سیم پیچ اولیه عبور می کند. سیم پیچ ثانویه، با تعداد دور بیشتر، به صورت سری با ابزار اندازه گیری و مدارهای حفاظتی متصل می شود.

ترانسفورماتورهای جریان و عملکرد آنها چیست؟

ترانسفورماتورهای جریان برای تبدیل جریان های بزرگ به جریان های نسبتاً کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرند و آنها را برای کاربردهای حفاظتی و اندازه گیری مناسب می کند. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور جریان با نسبت 400/5، جریان 400A را به 5A تبدیل می کند. علاوه بر این، ترانسفورماتورهای جریان برای نظارت و اندازه گیری عملکرد تجهیزات الکتریکی برای اطمینان از ایمنی و عملکرد کارآمد سیستم های قدرت ضروری هستند.

چگونه ترانسفورماتور جریان مناسب را انتخاب کنم؟

ابتدا اندازه ترانسفورماتور جریان را در نظر بگیرید. به طور معمول دو نوع وجود دارد: سوراخ گرد و سوراخ مربع. CT های گرد سوراخ برای کابل ها استفاده می شود در حالی که CT های مربع سوراخ برای شینه ها استفاده می شود. برای جلوگیری از مشکلات نصب، مشخصات کابل یا شینه را تعیین کنید تا اندازه دیافراگم CT مناسب را انتخاب کنید.

در مرحله دوم، محدوده جریان را در سایت تعیین کنید تا نسبت تبدیل مناسب را انتخاب کنید. نسبت CT باید کمی بزرگتر از جریان نامی باشد.

شرایط نصب در سایت را در نظر بگیرید. برای پروژه های جدید، CT های هسته بسته را می توان انتخاب کرد. برای پروژه‌های مقاوم‌سازی یا جایگزینی که در آنها قطع کردن خطوط ناخوشایند است، می‌توان CTهای هسته باز را انتخاب کرد. آنها به راحتی با باز کردن قفل و بستن روی کابل بدون نیاز به قطع برق یا قطع شدن خط نصب می شوند.
بسته به کاربرد، ترانسفورماتورهای جریان را می توان به طور کلی به دو نوع طبقه بندی کرد:

CT های اندازه گیری: اطلاعاتی در مورد جریان شبکه برق به دستگاه های اندازه گیری و اندازه گیری در محدوده جریان عملیاتی معمولی ارائه می دهد.

ترانسفورماتورهای جریان حفاظتی (CTs) در رله کردن اطلاعات جریان خطا از شبکه برق به دستگاه های حفاظت رله در شرایط خطای شبکه ابزاری هستند.

فاکتور حد دقت یک پارامتر حیاتی برای CT های حفاظتی است. این نشان دهنده ویژگی های اشباع هسته در هنگام قرار گرفتن در معرض جریان های اولیه بالا است و بر ظرفیت آن برای نمایش دقیق جریان اولیه تأثیر می گذارد.

چگونه ترانسفورماتورهای جریان را تفسیر کنیم

درک نسبت ترانسفورماتور

ترانسفورماتورهای جریان (CT) مشابه ترانسفورماتورها عمل می کنند و نسبت تبدیل آنها با تعداد دورهای دو طرف اولیه و ثانویه مرتبط است. با توجه به اینکه خروجی ثانویه یک CT معمولاً 5A است، تنظیم تعداد چرخش در سمت اولیه یک CT، نسبت تبدیل CT را تغییر می دهد.

تفسیر برچسب

به عنوان مثال، اگر برچسب روی یک CT نشانگر “50/5 A” باشد، هنگام نصب، سیم پیچی سمت اولیه سه بار به نسبت تبدیل 50/5 می رسد. سیم پیچی آن دو بار برابر با 75/5 است و سیم پیچی آن یک بار (نصب هسته) با مشخصات 150/5 مطابقت دارد.

دستورالعمل های استفاده برای ترانسفورماتورهای جریان

اصول سیم کشی

هنگام سیم کشی ترانسفورماتورهای جریان از اصل اتصال سری پیروی کنید: سیم پیچ اولیه را به صورت سری به مدار مورد اندازه گیری وصل کنید و سیم پیچ ثانویه را به صورت سری با تمام بارهای ابزار وصل کنید.

انتخاب بر اساس فعلی

یک نسبت تبدیل مناسب بر اساس جریان اندازه گیری شده برای جلوگیری از افزایش خطا انتخاب کنید. علاوه بر این، برای جلوگیری از تصادفات در صورت آسیب عایق، یک انتهای سمت ثانویه باید به زمین متصل شود و از ورود ولتاژ بالا از سمت اولیه به سمت ثانویه ولتاژ پایین جلوگیری شود.

بدون مدار باز در سمت ثانویه

طرف ثانویه تحت هیچ شرایطی نباید مدار باز باشد. در غیر این صورت، تمام جریان اولیه به جریان مغناطیسی تبدیل می شود که منجر به اشباع و گرم شدن بیش از حد هسته می شود که می تواند منجر به فرسودگی سیم پیچ شود.

الزامات نصب

2 تا 8 ترانسفورماتور جریان (CT) را در مدارهای مختلف از جمله ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط خروجی، قطع کننده های مقطع باس، قطع کننده های مدار اتوبوس و کلید های مدار بای پس نصب کنید. این نصب الزامات ابزارهای اندازه گیری، حفاظت رله، تشخیص نقص مدار شکن و دستگاه های فیلتر کننده خطا را تسهیل می کند.

قرار دادن CT های حفاظتی

سی تی های حفاظتی را در مکان هایی قرار دهید که مناطق محافظت نشده دستگاه محافظ اصلی را به حداقل برساند. به عنوان مثال، اگر دو مجموعه CT وجود داشته باشد و موقعیت مکانی اجازه دهد، آنها باید در دو طرف مدار شکن قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که در محدوده حفاظت متقاطع قرار می گیرد.

جلوگیری از فلاشور عایق

برای جلوگیری از فلاش‌های CT نوع بوش که باعث خطای شینه می‌شوند، CTها معمولاً در خط خروجی یا سمت ترانسفورماتور مدارشکن مرتب می‌شوند.

مکان در سیستم های تولید برق

برای کاهش آسیب در صورت بروز خطاهای داخلی در ژنراتورها، CT های مورد استفاده برای تنظیم خودکار تحریک باید در سمت خط خروجی سیم پیچ استاتور ژنراتور قرار گیرند. برای آنالیز آسان و تشخیص عیوب داخلی قبل از اتصال ژنراتور به سیستم، CT های مورد استفاده برای ابزار اندازه گیری باید در سمت نقطه خنثی ژنراتور نصب شوند.

نسبت چرخش ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان (CT) در درجه اول برای تغییر مقادیر ولتاژ استفاده می شوند. با این حال، به عنوان یک اثر ثانویه، آنها همچنین مقادیر فعلی را تغییر می دهند.

ترانسفورماتورهای افزایش دهنده جریان را در سیم پیچ ثانویه کاهش می دهند، در حالی که ترانسفورماتورهای کاهنده جریان را در سیم پیچ ثانویه افزایش می دهند تا توان ورودی به ترانسفورماتور برابر با توان خروجی آن حفظ شود. برخی از ترانسفورماتورها برای تغییر مقادیر جریان طراحی شده اند. به این ترانسفورماتورهای جریان گفته می شود. به طور معمول، ترانسفورماتورهای جریان جریان های بالا را به سطوح مناسب برای اهداف اندازه گیری کاهش می دهند – به عنوان مثال، تبدیل یک جریان 500 آمپر در یک تابلو توزیع به یک جریان 1 آمپر سازگار با یک جریان سنج.

نسبت چرخش ترانسفورماتورهای جریان

بر اساس اصل عمل ترانسفورماتور:

برای اطمینان از اینکه جریان ثانویه کمتر از جریان اولیه است، ولتاژ ثانویه باید بیشتر از ولتاژ اولیه باشد و تعداد دورهای سیم پیچ ثانویه بیشتر از سیم پیچ اولیه خواهد بود. جریان های اولیه بزرگ، مانند 500 آمپر، به سیم پیچ های اولیه بیش از حد بزرگ نیاز دارند. بنابراین، ترانسفورماتورهای جریان از خود هادی اولیه به عنوان سیم پیچ اولیه استفاده می کنند.

هنگامی که از یک سیم به عنوان سیم اولیه ترانسفورماتور استفاده می شود، یک دور در سیم پیچ اولیه وجود دارد. از آنجایی که اصلی ترانسفورماتور جریان خود هادی قدرت است، ترانسفورماتور جریان فقط از سیم پیچ ثانویه تشکیل شده است. شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان جاری در هادی قدرت از تعداد زیادی پیچ سیم پیچ ثانویه که در اطراف هادی اولیه پیچیده شده است عبور می کند. نمودار 1 نمونه ای از ترانسفورماتور جریان را نشان می دهد. سیم پیچ ثانویه از پیچ های سیم کوچک متعددی تشکیل شده است که در رزین اپوکسی یا سایر مواد عایق محصور شده اند.

انواع ترانسفورماتورهای جریان

سه نوع اصلی ترانسفورماتور جریان وجود دارد

ترانسفورماتورهای جریان هسته جامد

اینها دارای یک سیم پیچ ثانویه هستند که یک حلقه یا حلقۀ جامد را تشکیل می دهد که قبل از خاتمه از روی هادی اولیه عبور می کند.

ترانسفورماتورهای جریان هسته تقسیم شده

اینها دارای یک سیم پیچ ثانویه هستند که به گونه ای طراحی شده اند که از هم جدا شوند و در اطراف هادی اولیه که قبلاً به آن ختم شده است قرار داده شود. کنتورهای جریان گیره ای نوعی از ترانسفورماتورهای جریان دو هسته ای هستند. آنها برای اندازه گیری جریان جریان در آمپر باز شده و در اطراف هادی محاصره می شوند.

ترانسفورماتورهای جریان نوع نوار

سیم پیچ ثانویه قبلاً در اطراف یک میله پیچیده شده است. هادی اولیه با پیچ و مهره به انتهای میله بسته می شود و سپس جریان از طریق میله عبور می کند.

نسبت جریان و ولتاژ ترانسفورماتور جریان

نسبت تبدیل یک ترانسفورماتور جریان نشان دهنده مقدار جریان است نه مقدار ولتاژ. برای اکثر ترانسفورماتورهای جریان، نسبت به گونه ای است که حداکثر جریان ثانویه 5 آمپر است. به عنوان مثال، 100:5 (100 آمپر به 5 آمپر)، که به این معنی است که نسبت چرخش 1:20 است، زیرا جریان ترانسفورماتور با ولتاژ نسبت معکوس دارد. از این رو، جریان 80 آمپری که از هادی اولیه عبور می کند منجر به خواندن 4 آمپر در آمپرمتر خارجی می شود.

آمپرمتر یا ابزار اندازه گیری میزان جریان ثانویه لازم را تعیین می کند. در همه موارد، شار مغناطیسی از هادی اولیه از تعداد زیادی چرخش در سیم پیچ ثانویه عبور می کند و باعث القای ولتاژ ثانویه بالاتر و جریان ثانویه پایین تر می شود. به عنوان مثال، با نسبت ترانسفورماتور 500:5 و نسبت چرخش 1:100، اگر جریان اولیه 300 آمپر باشد، جریان ثانویه خواهد بود:

یافتن آمپرمتر با قابلیت اندازه گیری 5 آمپر یا کمتر بسیار آسان است. صرفاً تغییر مقیاس آمپرمتر از 3 آمپر به 300 آمپر، آمپر واقعی مدار را منعکس می کند.

نسبت ولتاژ متقابل نسبت جریان است که در مثال ما 5:500 است. اگر ولتاژ اولیه 240 ولت باشد، ولتاژ ثانویه حاصل مطابق با:

همانطور که مشخص است، سطح ولتاژ ثانویه ممکن است قابل توجه به نظر برسد که منجر به اختلاف پتانسیل قابل توجهی در پایانه های آمپرمتر می شود. با این حال، تا زمانی که جریان از ثانویه ترانسفورماتور جریان عبور می کند، نیروی ضد الکتروموتور (CEMF) زیادی وجود دارد تا ولتاژ ثانویه را جبران کند و آن را در مقدار قابل ملاحظه ای کمتر حفظ کند. این مکانیسم برای محدود کردن ظهور جریان تحریک بیش از حد در اولیه ترانسفورماتور استاندارد عمل می کند.

خطر مدارهای باز در هادی ثانویه

اگر هادی ثانویه ترانسفورماتور دیگر به بار متصل نباشد، جریان ثانویه یا CEMF وجود نخواهد داشت. علاوه بر این، ولتاژ ثانویه ممکن است تا سطوح بسیار بالایی افزایش یابد و خطر شکستن عایق هادی ثانویه و ایجاد اتصال کوتاه را به همراه داشته باشد و در نتیجه یکپارچگی ترانسفورماتور را به خطر بیندازد. بنابراین، سیم پیچ ثانویه باید همیشه جریان داشته باشد تا زمانی که از سیم پیچ اولیه جریان داشته باشد.

توجه:برای جلوگیری از آسیب به ترانسفورماتور جریان، سیم پیچ ثانویه هرگز نباید از بار خود جدا شود زمانی که جریان از طریق هادی اولیه عبور می کند. قبل از قطع هر بار یا در صورت عدم اتصال بار به ثانویه ترانسفورماتور جریان، هادی ثانویه باید با هم اتصال کوتاه شود.

قطبیت ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان مانند ترانسفورماتورهای معمولی دارای قطبیت هستند. در هنگام نصب ترانسفورماتور جریان، ضروری است که سمت H1 به سمت منبع تغذیه باشد. هنگامی که جریان وارد سیم پیچ اولیه در H1 می شود، جریان سیم پیچ ثانویه در X1 نیز مثبت و متناسب با جریان اولیه خواهد بود. ترمینال های H1 و X1 معمولاً با نقطه مشخص می شوند تا قطبیت یکسان را نشان دهند. قطبیت صحیح برای ابزار اندازه گیری دقیق و نمایش مقادیر ضروری است. نمودار در شکل 2 نماد یک ترانسفورماتور جریان را با علامت های قطبی نشان می دهد. هادی های برق باید به عنوان ترانسفورماتور جریان به پایانه های قطبیت مربوطه روی وات متر متصل شوند. هنگامی که همان قطبیت به پایانه های صحیح وصل می شود، ولتاژ و جریان در فاز هستند و وات متر به درستی می خواند.

نکات کلیدی ترانسفورماتورهای جریان

درک جامع ترانسفورماتورهای جریان برای متخصصان در زمینه برق بسیار مهم است. مهارت در درک عملکردها، انواع و اصول عملیاتی آنها برای اطمینان از اندازه گیری دقیق، حفظ یکپارچگی تجهیزات و جلوگیری از خطرات احتمالی ضروری است. بسیار مهم است که درک کاملی از ترانسفورماتورهای جریان داشته باشید و آنها را به درستی مدیریت کنید، به ویژه برای کاهش خطرات مربوط به هادی های ثانویه مدار باز. این می تواند منجر به ولتاژهای بسیار بالا و خرابی عایق شود و خطرات قابل توجهی برای تجهیزات و پرسنل ایجاد کند. بنابراین، درک ترانسفورماتورهای جریان برای توزیع کارآمد توان، اندازه گیری و اطمینان از ایمنی سیستم الکتریکی ضروری است.

افکار نهایی

این مقاله به معرفی و مشخصات ترانسفورماتورهای جریان و همچنین نقش مهم آنها در تبدیل جریان های بزرگ به جریان های کوچک می پردازد. این شامل عواملی مانند نسبت سیم پیچ، انواع مختلف، و اهمیت حفظ قطبیت اندازه گیری است.