معرفی ترانسفورماتورهای جریان و پارامترهای اساسی آن

معرفی ترانسفورماتورهای جریان و پارامترهای اساسی آن

 

ترانسفورماتور هاي جريان Current  transformer

در پستهاي فشارقوي به منظور اندازه گيري مقدار جريان و يا حفاظت تجهيزات توسط رله هاي حفاظتي الكتريكي ازترانسفورماتورهاي جريان استفاده مي شود كه داراي دو وظيفه اصلي مي باشند :

1ـ پايين آوردن مقدار جريان فشار قوي بطوري كه قابل استفاده براي اندازه گيري از قبيل آمپر متر و مگا واتمتر و كنتورهاي اكتيو و راكتيو و همچنين رله هاي حفاظتي جرياني باشد .

2 ايزوله كردن و جدا كردن دستگاههاي اندازه گيري و حفاظتي از ولتاژ فشار قوي در اوليه . بطور كلي ترانسفورماتور هاي جريان اوليه آنها در مسير جريان مورد حفاظت و يا اندازه گيري قرار گرفته و در ثانويه آن ، با نسبتي معين جرياني متفاوت داريم مثلاً ترانس جريان با نسبت 200/1 يعني ترانسي كه بازاي 200  آمپر در طرف اوليه 1 آمپر در طرف ثانويه ( به شرط برقراري مدار ) ايجاد مي كند .

طبعاً هر قدر جريان اوليه تغيير كند جريان در طرف ثانويه نيز به همان نسبت تغيير مي كند . ولي به خاطر محدوديت هسته ترانس جريان براي عبور خطوط قواي مغناطيسي اين قاعده تا حد معيني از افزايش جريان ارتباط دارد . به خاطر حفاظت وسايل اندازه گيري در برابر ضربه هاي ناشي از اضافه جريان معمولاً ازترانس جريان نهايي استفاده مي شود كه هسته آنها خيلي زود اشباع مي شود . برعكس براي اينكه سيستمهاي حفاظتي دقيقتر عمل كنند به ترانس جريانهاي احتياج داريم كه هر چه ديرتر اشباع بشوند مثلاً ده ، پانزده يا بيست برابر جريان نامي . طرز كار ترانس جريان نيز بدين صورت است كه جريان مدار از اوليه آن عبور كرده و باعث ايجادخطوط قواي مغناطيسي مي شود اين خطوط قوا به نوبه خود درثانويه ايجاد جريان مي كند . جريان موجود در سيم پيچ ثانويه خطوط قواي ديگري را در هسته بوجود مي آورد كه جهت آن مخالف جهت خطوط قواي اوليه بوده و آنرا خنثي مي كند چنانچه مدار ثانويه ترانس جريان در حالي كه ترانس در معرض جريان اوليه است باز شود . خطوط قواي مربوط به ثانويه صفر شده و در هسته فقط خطوط قواي مربوط به اوليه باقي مي ماند كه اين خطوط قواي هسته را گرم كرده و باعث سوختن ترانس جريان مي شود . لذا هميشه اخطار مي شود كه ثانويه ترانس جريان كه درمدار قرار گرفته باز نشود يا به مداري با مقاومت بيشتر از حد مجاز متصل نشود .

 پارامترهاي اساسي در C.t ها

1- نقطه اشباع                      2ـ كلاس و دقت ترانس جريان

3ـ نسبت تبديل ترانس            4ـ ظرفيت ترانس جريان

1ـ نقطه اشباع ترانس : ترانسفورماتورهاي جريان برايجدا كردن مدار دستگاههاي سنجش و حفاظتي از شبكه فشار قوي بكار مي رود و اصولاً طوري انتخاب مي شوند كه در شرايط عادي و اضطراري شبكه بتواند بخوبي كار كند و جريان ثانويه لازم را براي دستگاههاي اندازه گيري و حفاظتي تأمين كند اما مسئله اصلي اين است كه درهنگام اتصال كوتاه چون جريان اوليه ترانسفورماتور زياد است بالطبع جريان ثانويه نيز زياد خواهد شد ولي بايد ترانسفورماتور جريان طوري عمل كند تا اين جريان زياد نتواند ازدستگاههاي اندازه گيري عبور كرده و دستگاه را بسوزاند علاوه بر آن كه اين جريان نبايد سبب فرمان غلط به دستگاههاي حفاظتي شده و يا اينكه مانع عمل آنها شود بعبارت ديگر بايد ترانسفورماتورهاي جريان طوري ساخته شود كه در جريانهاي زياد اشباع شده و مانع شود جريان زيادي از دستگاههاي اندازه گيري عبور كند ولي براي رله هاي حفاظتي وضعيت فرق ني كند و ترانسفورماتور جرياني مورد احتياج است كه درجريانهاي زياد اشباع شده و جريان زياد را تا حد معيني اجازه دهد تا از رله هاي حفاظتي عبور نمايد مشخصه مغناطيسي يا تحريك C.T بستگي به جنس هسته تعداد حلقه هاي سيم پيچي و سطح مقطع و طول هسته دارد براي يك نوع C.T و هسته هاي مختلف براي آن ، منحني هاي مغناطيسي آنها مشخص شده است . مشاهده مي شود كه با درنظر گرفتن جنس هسته مقدار چگالي فلو با توجه به تغييرات نيروي تحريك تغيير نموده و منحني مختلف حاصل مي شود . تغييرات جريان ثانويه را با توجه به تغييرات جريان اوليه ملاحظه مي كنيداگر جنس هسته ازنوع آهن نيكل دار انتخاب شود مطابق منحني c برابر جريات حساس است و اگر از نوع a انتخاب شود تا ده برابر و براي b تا 15 برابر جريان ثانويه حساس و بعد از آن اشباع شده و اجازه نمي دهد نقطه kp كه آنرا مقطه شروع اشباع knee point مي گويند بازاي افزايش 50% جريان تحريك ولتاژ تنها 15% افزايش مي يابد . مشاهده مي شود از نقطه kp به بعد نسبت تبديل C.T معلوم نيست وجريان ثانويه تقريباً ثابت است تنها اندكي افزايش خواهد داشت. بنابراين نقطه kp در انتخاب ترانسفورماتور جريان پارامتر مهمي است وحتماً بايد مد نظر باشد .

2ـ كلاس و دقت اندازه گيري ترانس جريان

مبدلهاي جريان اصولاً براي كلاسهاي 0.5,0.2,0.1,1,2,5 و10p20 و10p10  و5p20 و5p10 مي باشد . بنابراين كلاس ترانسفورماتور هاي جريا اصولاً يكي از اعداد بالاست . اگر كلاس ترانسفورماتور جريان بصورت apn نشان داده شده باشد اصولاً a مقدار خطاي جريان بر حسب درصد وn مضربي از جريان نامي اوليه مي باشد مثلاً در ترانسفورماتور 5p10 يعني تا ده برابر جريان نامي ترانسفورماتور جريان مقدار خطا 5% خواهد بود مشخصات نسبت تبديل ترانسفورماتور جريان را براي 10p5 و 10p10 در بارهاي مختلف نشان مي دهد . براي ترانسفورماتور10p5 در 5 برابر جريان نامي خطاي حاصل ده درصد است اما درده برابر جريان نامي خطا به سي درصد مي رسد بنابراين ترانسفورماتور مذكور با اين كلاس براي سيستم حفاظتي مناسب نيست اما خطاي ترانسفورماتور10p10 در ده برابر جريان نامي فقط دردرصد مي باشد و اين امر نشان مي دهد كه ترانسفورماتور با كلاس 10p10 براي حفاظت مناسبتر مي باشد و اصولاً اكتيوتر است به همين دليل است كه اصولاً ترانسفورماتور هاي مخصوص رله حفاظت سيستم ها بايد متناسب با بار دستگاههاي حفاظتي و داراي عدد ازدياد جريان 25>n>10 و كلاس يك باشد بطوريكه هم بزودي اشباع تشود وهم اينكه دقت خوبي داشته باشد البته انتخاب اين c,t اصولاً تسنگي به نوع حفاظت و وضعيت سيستم دارد . اما ترانسفورماتور جريان مخصوص دستگاههاي امدازه گيري بايد داراي عدد n>5 باشد تا ترانسفورماتور بزودي اشباع شده و مانع سوختن دستگاههاي اندازه گيري گردد .

3ـ نسبت تبديل ترانس جريان :

جريان اوليه c,t طبق استاندارد Iee-185 مطابق اعداد زير مي باشد . اصولاً در انتخاب جريان اوليه يكي از اعداد زير انتخاب شود :

10-12.5-15-20-25-30-40-50-6-75-100-125-150Amp در صورتيكه نياز به جريان اوليه بيشتري باشد بايد ضريبي از اعداد بالا انتخاب گردد .

جريان ثانويه ترانسفورماتور جريان نيز طبق IEe-185 مطابق اعداد1-2-5 مي‌باشد كه بر اساس نياز يكي از اعداد فوق بايد انتخاب شود براي انتخاب نسبت تبديل ترانس c,t بايد جريان اوليه را متناسب با جران هاي دستگاههاي حفاظت شونده و بار دستگاههاي كه لازم است بار آنها اندازه گيري شود انتخاب كرد جريان ثانويه c,t را اصولاً مي توان مطابق فاصله دستگاههاي اندازه گيري و حفاظت c,t انتاب كرد : اگر فاصله كم باشد جريان ثانويه 5 و اگر ترانسفورماتور جريان از محل دستگاههاي سنجش و يا حفاظتي دور باشد بهتر است بجاي جريان ثانويه 5 آمپر از جريان 1 آمپر استفاده كرد زيرا افت توان و ولتاژ در سيمهاي رابط كمتر خواهد شد .

4ـ ظرفيت ترانس جريان

ظرفيت ترانسفورماتر جريان عبارتست از حاصلضرب جريان نامي ثانويه ترانسفورماتور جريان در مقدار افت ولتاژ ناشي از گردش اين جريان در مدار تغذيه شونده از c,t كه برحسب V.A بيان مي شوند . طبق استاندارد IEe-185 مقدار ظرفيتهاي ترانسفورماتورهاي جريان تا 0V.A برابر صورت زير استاندارد نموده اند :25-5-10-15-30-(VA) از 30VA به بالا را اصولاً بر حسب نياز انتخاب مي نمايند . براي اينكه مقدار خطا درترانسفورماتور هاي جريان به مقدار محاسبه شده باقي بماند لازم است مقدار توان گرفته شده از c.t معادل مقدار توان ترانسفورماتور باشد . در اين حالت بايد مجموع مقاومتهاي مدار خارجي سيم پيچ ثانويه حتي المقدور برابر مقاومت خارجي نامي ترانسفورماتور باشد . تا از خراب شدن آن جلوگيري به عمل آيد و در ضمن از خراب شدن دستگاه هاي اندازه گيري نيز حفاظت شود . با توجه به مطالب گفته شده در انتخاب ظرفيت c,t بايد قدرت مصرف كليه وسايلي كه از ثانويه تغذيه ميشوند در نظر گرفت . در زير مصرف يك سري از وسايل اندازه گيري و رله ها مشخص شده است .

نوع وسيله                                                   قدرت به ولت آمپر (VA)

آمپر متر                                                                  3

آمپر متر ثابت                                                            5-10

وات متر                                                                  3

متر                                                                    5-10

رله اضافي جريان زماني                                         8-5

رله حرارتي                                                              9-16

رله قدرت                                                                 1-5

رله ديستانس                                                            4-30

رگولاتور ولتاژ                            35-135

رله ديفرانسيل                            0.1-0.4

طول و سطح مقطع سيم براي 5A                         قدرت مصرفي (VA)

2.5mm2100m                                                             5/3

4mm-100m                                                                  2.2

6mm2-100m                                                              1.5

10mm2-100m                                                                0.9

تذكر : مي توان قدرت مصرفي كارها را از رابطه Ris2 نيز بدست آورده كه R مقاومت سيم بر حسب اهم و Is جريان ثانويه ترانسفورماتور جريان مي‌باشد .