ترانسفورماتور جریان چیست؟

ترانسفورماتور جریان چیست؟

ترانسفورماتورهای جریان برای تاسیستات ولتاژ بالا و ولتاژهای متوسط به کار می‌روند تا نمونه ای از اندازه ی جریان الکتریکی به رله‌های حفاظتی و واحدها و تجهیزات اندازه‌گیری داده شود و طوری طراحی می شوند که در ثانویه شان با یک نسبت مشخص به جریان جاری در اولیه، جریان نمونه گیری در ثانویه ایجاد می کنند.

برای مثال در یک مدار ۴۰۰۰ آمپر وجود دارد ما نمی توانیم این ۴۰۰۰ آمپر را وارد رله ها و یا تجهیزات اندازه گیری کنیم زیرا این جریان بسیار زیاد است لذا روی مدار قدرت یک ترانسفورماتور جریان ایجاد می کنیم و از نسبت کاهش یافته آن که نمونه ای از جریان قدرت است استفاده می کنیم

پروژه های انجام شده توسط شرکت نوین ژنراتور سازان در ارتباط با ترانسفورماتور را اینجا ببینید 

مطالب مرتبط :

ملزومات ترانسفورماتور جریان (CT) در مدارهای قدرت (تئوری و عمل)

CT به شکل سری وصل می شود و وسایل حفاظتی و تجهیزات اندازه‌گیری به ثانویه CT به صورت سری متصل می شود که در تصویر 1 نشان داده شده است.

مطالب مرتبط :

نگه داری ترانسفورماتور

علمکرد ترانسفورماتورها و محاسبه پارامترهای الکتریکی

رآکتور موازی یا شانت (Shunt Reactors) چیست؟ انواع آن، ساختار و کاربرد ها

کلید هوایی – ساختار – کاربرد و نحوه ی عملکرد کلید هوایی

نحوه ی نصب ترانسفورماتور جریان

CT های ولتاژ بالا معمولا در بیرون در پست‌های AIS (پست عایق شده توسط هوا) نصب می‌شود. تصویر 2-

یا داخل در پست‌های GIS (پست عایق شده توسط گاز) نصب می‌شوند –تصویر 3-

 CT  های MV معمولا در داخل در تابلو های MV نصب می‌شوند –تصویر 4.

مدار ثانویه CT باید به زمین متصل شود و تنها در یک نقطه این اتصال انجام شود. اگر CT ثانویه بدون بار باقی بماند، خطر انفجار وجود دارد.

احتیاط های  خاصی باید در زمان اتصال CT رعایت گردد تا اطمینان حاصل شود که جهت جریان الکتریکی درست است و جریان به درستی از سمت  ثانویه CT ‌به تجهیزات حفاظتی یا اندازه گیری وارد می شود، چیزی که در تصویر 5 نشان داده شده است.

برای مثال اگر جهت سی تی ها در اتصال ستاره درست نباشد مقدار توان اندازه گیری شده در کنتور اشتباه می شود.

(نقاط اتصال در سمت اولیه معمولا با P1 و P2 شناخته می‌شوند ) و CT ثانویه (نقاط اتصال معولا با S1 و S2 شناخته می‌شوند)

با این اتصال، جهت‌های جریان اولیه و ثانویه به شکل زیر است:

• P1 به P2
• S1 به S2 (خارجی)

در زمان تست یک CT با استفاده از تجهیزات تست Omicron، امکان شناسایی این وجود دارد که آیا CT به درستی متصل شده است یا خیر:

• اگر اتصال درست باشد، دستگاه تست زاویه 0° را نشان خواهد داد.
• اگر اتصال درست نباشد، دستگاه تست زاویه 180° را نشان خواهد داد.

ساختار و انواع ترانسفورماتورهای جریان

دو نوع CT تولید می شود

• “آنلاین” (straight-through) CT (تصویر 6)- شینه سیم به عنوان سیم پیچ اولیه و برای ثانویه دارای یک  سیم پیچ ثانویه جدا است
• “نوع حلقه ای” (دونات) CT (تصویر 7)

“نوع حلقه ای” CT از یک چنبره آهنی ساخته شده است که هسته ترانسفورماتور را تشکیل می‌دهد و از حلقه های سیم پیچ در ثانویه ساخته شده است. حلقه سی تی هادی اولیه را کاملا در بر می گیرد که در اولیه فقط یک دور سیم پیچ ایجاد می کند

CT نوع حلقه ای معمولا در کابل‌ها، شینه های جریان و بوش ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند.

معمولا  CT ولتاژ بالا از روغن یا گاز (SF6) به عنوان مواد عایق استفاده می‌کند و  CT های ولتاژ متوسط از رزین‌‌های ترکیبی استفاده می‌کند.

CT ممکن است یک یا بیش از یک هسته داشته باشد، کاربردهای معمول این هسته‌ها به شرح زیر هستند:

• هسته 1: اندازه‌گیری، اندازه‌گیری انرژی، ثبت
• هسته 2  و  3: حفاظت

استفاده بیش از یک هسته برای حفاظت زمانی منطقی است که تاسیسات الکتریکی ما دو مجموعه حفاظتی داشته باشد، اصلی و پشتیبان.

ویژگی و مشخصات ترانسفورماتورهای جریان

ویژگی‌های الکتریکی اصلی CT به شرح زیر است:

• ولتاژ مجاز (بیشترین ولتاژ که CT می‌تواند تحمل کند)
• جریان اصلی مجاز
• نسبت تبدیل
• کلاس دقت(Accuracy Class)
• قدرت یا همان بِردن CT (Burden Power)
• Rating factor (RF) یا عامل مجاز
• منحنی مغناطیسی

براساس استاندارد IEC 61869-2، جمله 5.201،جریان‌های نامی اولیه CT به این ترتیب است: 10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 – 50 – 60 – 75 A و مضرب‌های ۱۰ از آنها.

نسبت یک CT، ارتباط بین مقادیر جریان‌های اولیه و ثانویه است، مقادیر ثانویه معمول 1 A و 5 A است.

بعضی از CT‌ها سیم پیچ‌های اولیه خاص دارند که نسبت تبدیل  دوگانه را امکان‌پذیر می‌کنند، این کار برای پیش بینی توسعه ی تاسیسات الکتریکی انجام می شود (مثال: 200-400/1 A)-به تصویر 8 نگاه کنید.

کلاس دقت سی تی :

کلاس دقت CT درصد خطای قابل قبول در سی تی است و مرتبط با بِردنِ سی تی ، توان ظاهری  VA است که از هسته ثانویه (یا همان بار در ثانویه) کشیده می شود و به همین دلیل است که دقت در سی تی مهم می باشد

براساس استاندارد IEC، معمول‌ترین دقت و بِردنِ (Burden) CT به شرح زیر است:

• سی تی اندازه‌گیری:  2 یا  5/2.5
• اندازه‌گیری: 5/10 VA
• حفاظت: PX, 5P10, 10P10, 5 P20 or 10P20/ 15 VA or 30 VA: اولین عدد (“5” و “10”) مربوط به بیشترین خطای مجاز سی تی است و عدد دوم (“10” و “20”) مربوط به مقدار جریانی است که سی تی تا آن اندازه دقت دارد (محدودیت دقت سی تی) (ALF) و نشان دهنده ظرفیت هسته‌های سی تی  هستند که می تواند جریان اتصال کوتاه مورد نظر را بدون اشباع شدن هسته و در رنج خطای سی تی تولید کند. “P” نیز به معنای حفاظت است.

کلاس PX دقیق ترین کلاس است و معمولا برای حفاظت‌های اصلی می باشد. این کلاس دقتی  بر اساس IEC در سال 1966 در در الحاقیه شماره ۱  که بعد از استاندارد 60044 است ایجاد شد و به آن کلاس X  می گویند

سی تی یک رآکتانس با نفوذ کم است که دانش ویژگی‌های القا ثانویه، مقاومت سیم‌پیچ ثانویه، مقاومت بِردن ثانویه و نسبت دورها برای ارزیابی عملکرد آن در ارتباط با سیستم رله حفاظتی کافی می باشد.

خصوصیات کلاس دقتی PX مربوط به CT به شرح زیر است:

• جریان اولیه مجاز
• نسبت (بیشترین خطا: 25%)
• ولتاژ نقطه زانو
• جریان مغناطیسی ( در یک ولتاژ مشخص شده)
• مقاومت ثانویه (در 7۵ درجه)

دقت های معمول و بِردن ها علاوه بر محدودیت‌های خطا، براساس استاندارد IEC61869 در جدول 1 نشان داده شده‌اند.

جدول 1: صحت‌ها و بارهای معمول CT و محدودیت‌های خطا

RF  یا عامل مجاز (Rating factor)که

 یکی از ویژگی اندازه‌گیری و هسته‌های اندازه‌گیری انرژی است، مقداری است  که جریان بار اولیه ممکن است از جریان مجاز نوشته شده روی پلاک سی تی افزایش پیدا کند بدون این که دمای مجاز سی تی از حد مجازش بیشتر نشود را نشان می دهد و می‌توان گفت که نشان دهنده ظرفیت سرریز سی تی است. مقدار معمول RF هم 1.5 است.

برخلاف آن، کمترین جریان اولیه CT که می‌تواند به درستی اندازه‌گیری شود، “بار سبک (light load)” یا 10% جریان مجاز است.

عامل مجاز CT بسیار وابسته به دمای محیط است. اکثر CT عامل مجاز برای 35 و 55 درجه دارند. مقدار معمول RF نیز 1.5 است.

همچنین در یک CT، منحنی مغناطیسی مشابه با تصویر 9 است.

برای این که CT به درستی در حداکثر جریان‌های خطا کار کند، باید در بخش خطی منحنی مغناطیسی کار کند که زیر نقطه‌ای است که در آن اشباع رخ می‌دهد و به آن نقطه زانو می‌گویند.

نقطه زانو

نقطه زانو را نقطه‌ای می‌گویند که در آن 10% افزایش در ولتاژ باعث 50% افزایش در جریان مغناطیسی می‌شود.

ولتاژ نقطه زانو کمتر در سی تی های نوع اندازه‌گیری قابل اعمال است و دقت اندازه گیری در سی تی های مخصوص اندازه گیری بیشتر است و پهنای باند اندازه گیری جریان محدود و معمولا 1.2 تا 1.5 از جریان مجاز است. برای مثال یک سی تی اندازه گیری 400 به 5 دارای دقت اندازه گیری تا 600 آمپر است. با این حال، مفهوم ولتاژ نقطه زانو برای سی تی های حفاظت مهم است چون در معرض جریان‌های 20 تا 30 برابر جریان مجاز در هنگام خطاها هستند و در حفاظت دیفرانسیل این مورد خیلی مهم می شود.

در سی تی های حفاظت برای مثال 5P20 در صورت اتصال کوتاه، این سی تی باید دقت اندازه گیری ۵ درصدی در ۲۰ برابر جریان نامی سی تی داشته باشد و اگر هسته ی سی تی به اشباع برود جریان خطای اشتباه در رله های حفاظتی خوانده می شود.

نقطه‌ای روی منحنی مغناطیسی که در آن  CT عمل می کند وابسته به مقاومت مدار ثانویه CT است.

Burden ‌ یا بردن سی تی مقدار VA است که سی تی می تواند بدون اشباع هسته تامین کند. برای مثال سیم مقداری تلفات دارد و مقدرای توان هم در تجهیز اندازه گیری مصرف می شود. Burden ‌ در سی تی ما باید توانایی تامین مجموع توان تلف شده در سیم و تجهیز اندازه گیری و رله ها را داشته باشد.

خوب است بدانید که:

یک ماده ی مغناطیسی زمانی اشباع شده است که با اعمال بیشتر میدان مغناطیسی بیرونی مغناطیس شوندگی در ماده بیشتر نمی شود.