ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان)

ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان) چیست ؟

ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان) (  CT  )، نوعی ترانسفورماتور ابزاری است که برای تولید جریان متناوب در سیم پیچ ثانویه خود طراحی گردیده است که متناسب با جریان اندازه گیری نموده در اولیه آن است. ترانسفورماتورهای جریان جریان های ولتاژ بالا را به مقدار بسیار کمتری کاهش می دهند. و روشی مناسب برای نظارت ایمن بر جریان الکتریکی واقعی در خط انتقال AC با استفاده از آمپرمتر استاندارد ارائه می دهند. اصل کار یک ترانسفورماتور جریان پایه کمی با ترانسفورماتور ولتاژ معمولی متفاوت است.

بر خلاف ترانسفورماتور ولتاژ یا قدرت که قبلاً بررسی گردید، ترانسفورماتور جریان تنها از یک یا تعداد بسیار کمی چرخش به عنوان سیم پیچ اولیه تشکیل گردیده است. این سیم‌پیچ اولیه می‌تواند از یک چرخش مسطح، سیم پیچی از سیم‌های سنگین دور هسته پیچیده گردیده است. یا فقط یک هادی یا شینه‌ای باشد که از طریق یک سوراخ مرکزی مطابق شکل قرار می‌گیرد.

نوع آرایش ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان) :

با توجه به این نوع آرایش، ترانسفورماتور جریان اغلب به عنوان یک ترانسفورماتور سری هم می گویند ، زیرا سیم پیچ اولیه، که هرگز بیش از چند چرخش ندارد، در سری با هادی حامل جریان است که بار را تامین می کند.

با این حال، سیم‌پیچ ثانویه ممکن است دارای تعداد زیادی چرخش سیم‌پیچ بر روی یک هسته چند لایه از مواد مغناطیسی کم تلفات باشد. این هسته دارای سطح مقطع بزرگی است، به طوری که چگالی شار مغناطیسی ایجاد گردیده. با استفاده از سیم با سطح مقطع بسیار کوچکتر ، با توجه به میزان جریان باید پایین بیاید. در حالی که تلاش می کند یک جریان ثابت، مستقل از اتصال متصل گردد.

سیم پیچ ثانویه جریانی را به یک اتصال کوتاه، به شکل آمپرمتر، یا به یک بار مقاومتی می رساند تا زمانی که ولتاژ القا گردیده در ثانویه به اندازه کافی بزرگ گردد. که هسته را اشباع کند یا باعث خرابی ناشی از شکست ولتاژ بیش از حد شود.

برخلاف ترانسفورماتور ولتاژ، جریان اولیه ترانسفورماتور جریان به جریان بار ثانویه وابسته نیست، بلکه توسط یک بار خارجی کنترل می گردد. جریان ثانویه معمولاً با 1 آمپر یا 5 آمپر استاندارد برای مقادیر جریان اولیه بزرگتر تعیین می شود.

انواع ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان)

سه نوع اصلی ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان) وجود دارد: زخمی ، حلقوی و میله ای .

• ترانسفورماتور جریان زخمی – سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به طور فیزیکی به صورت سری به هادی متصل می گردد که جریان اندازه گیری نموده را در مدار حمل می کند. مقدار جریان ثانویه به نسبت چرخش ترانسفورماتور بستگی دارد.
• ترانسفورماتور جریان حلقوی – این ترانسفورماتور دارای سیم پیچ اولیه نیست. در عوض، خطی که جریان جریان در شبکه را حمل می کند از طریق یک پنجره یا سوراخ در ترانسفورماتور حلقوی عبور می کند. برخی از ترانسفورماتورهای جریان دارای یک هسته تقسیم نموده هستند. که به آن اجازه می دهد بدون قطع مداری که به آن متصل گردیده اند باز، نصب و بسته گردیده.
• ترانسفورماتور جریان نوع میله ای – این نوع ترانسفورماتور جریان از کابل یا با بار مدار اصلی به عنوان سیم پیچ اولیه استفاده می کند. که معادل یک دور است. آنها به طور کامل از ولتاژ عملیاتی بالای سیستم عایق هستند و معمولاً به دستگاه حمل جریان پیچ می شوند.

ترانسفورماتورهای جریان می توانند سطوح جریان را از هزاران آمپر به یک خروجی استاندارد با نسبت شناخته گردیده به 5 آمپر یا 1 آمپر برای عملکرد عادی کاهش دهند. بنابراین، ابزار و وسایل کنترلی کوچک و دقیق را می توان با CT ها استفاده کرد. زیرا آنها به دور از هر گونه خطوط برق فشار قوی عایق هستند. کاربردها و کاربردهای مختلفی برای اندازه گیری ترانسفورماتورهای جریان وجود دارد. مانند وات متر، متر ضریب توان، متر وات ساعت، رله محافظ، یا به عنوان سیم پیچ در قطع کننده های مدار مغناطیسی یا MCB.

کاربرد ترانسفورماتور جریان

به طور کلی ترانسفورماتورهای جریان و آمپرمترها با هم به عنوان یک جفت منطبق استفاده می شوند. که در آن طراحی ترانسفورماتور جریان به گونه ای است که حداکثر جریان ثانویه مربوط به یک انحراف در مقیاس کامل روی آمپرمتر را ارائه دهد. در اکثر ترانسفورماتورهای جریان یک نسبت چرخش معکوس تقریبی بین دو جریان در سیم پیچ اولیه و ثانویه وجود دارد. به همین دلیل است که کالیبراسیون CT عموماً برای نوع خاصی از آمپرمتر است.

اکثر ترانسفورماتورهای جریان دارای درجه ثانویه استاندارد 5 آمپر هستند. که جریان اولیه و ثانویه به صورت نسبتی مانند 100/5 بیان می شود. این بدان معنی است که جریان اولیه 20 برابر بیشتر از جریان ثانویه است. بنابراین وقتی 100 آمپر در هادی اولیه جریان دارد، منجر به جریان 5 آمپر در سیم پیچ ثانویه می شود. یک ترانسفورماتور جریان مثلاً 500/5، 5 آمپر در ثانویه برای 500 آمپر در هادی اولیه، 100 برابر بیشتر تولید می کند.

با افزایش تعداد سیم‌پیچ‌های ثانویه Ns، جریان ثانویه را می‌توان بسیار کوچک‌تر از جریان در مدار اولیه اندازه‌گیری کرد. زیرا با افزایش Ns، Is به میزان متناسبی کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، تعداد دور و جریان در سیم پیچ های اولیه و ثانویه با نسبت معکوس مرتبط هستند.

معادله ترانس جریان

یک ترانسفورماتور جریان، مانند هر ترانسفورماتور دیگری، باید معادله آمپر گردش را برآورده کند. و ما از آموزش ما در مورد ترانسفورماتورهای ولتاژ دو سیم پیچی می دانیم که این نسبت چرخش برابر است با:

که از آن به دست می آوریم:

نسبت جریان، نسبت چرخش ها را تعیین می کند. و از آنجایی که اولیه معمولاً از یک یا دو پیچ تشکیل می شود در حالی که ثانویه می تواند چند صد دور داشته باشد، نسبت بین اولیه و ثانویه می تواند بسیار زیاد باشد. به عنوان مثال، فرض کنید که جریان سیم پیچ اولیه 100A است. سیم پیچ ثانویه دارای امتیاز استاندارد 5A است. سپس نسبت بین جریان اولیه و ثانویه 100A-5A یا 20:1 است. به عبارت دیگر، جریان اولیه 20 برابر بیشتر از جریان ثانویه است.

با این حال باید توجه داشت که ترانسفورماتور جریان با رتبه 100/5 با ترانسفورماتور 20/1 یا زیربخش های 100/5 یکسان نیست. این به این دلیل است که نسبت 100/5 «امتیاز جریان ورودی/خروجی» را بیان می کند و نه نسبت واقعی جریان اولیه به جریان ثانویه. همچنین توجه داشته باشید که تعداد دور و جریان در سیم پیچ اولیه و ثانویه با نسبت معکوس مرتبط است.

اما تغییرات نسبتاً بزرگ در نسبت چرخش ترانسفورماتور جریان را می توان با اصلاح پیچ های اولیه از طریق پنجره CT به دست آورد که در آن یک دور اولیه برابر با یک عبور است و بیش از یک عبور از پنجره منجر به تغییر نسبت الکتریکی می شود.

به عنوان مثال:

یک ترانسفورماتور جریان با رابطه مثلاً 300/5A را می توان با گذراندن هادی اصلی از پنجره داخلی آن دو یا سه بار مطابق شکل به دیگری 150/5A یا حتی 100/5A تبدیل کرد. این به یک ترانسفورماتور جریان با ارزش بالاتر اجازه می دهد تا حداکثر جریان خروجی را برای آمپرمتر در صورت استفاده در خطوط جریان اولیه کوچکتر فراهم کند.

نسبت دورهای اولیه ترانسفورماتور فعلی

یک ترانسفورماتور جریان از نوع میله ای که دارای 1 دور در حالت اولیه و 160 دور در ثانویه است. باید با محدوده استاندارد آمپرمترهایی که دارای مقاومت داخلی 0.2Ω هستند استفاده گردد. هنگامی که جریان اولیه 800 آمپر است، آمپرمتر برای ایجاد انحراف در مقیاس کامل مورد نیاز است. حداکثر جریان ثانویه و ولتاژ ثانویه در آمپرمتر را محاسبه کنید.

جریان ثانویه:

ولتاژ دو طرف آمپرمتر:

در بالا می بینیم که از آنجایی که ثانویه ترانسفورماتور جریان در سراسر آمپرمتر وصل شده است که مقاومت بسیار کمی دارد، افت ولتاژ در سیم پیچ ثانویه در جریان کامل اولیه تنها 1.0 ولت است.

نکته :

با این حال، اگر آمپرمتر برداشته شود، سیم پیچ ثانویه به طور موثر در مدار باز می گردد. و بنابراین ترانسفورماتور به عنوان یک ترانسفورماتور افزایش دهنده عمل می کند. این تا حدی به دلیل افزایش بسیار زیاد شار مغناطیسی در هسته ثانویه است زیرا راکتانس نشتی ثانویه بر ولتاژ القایی ثانویه تأثیر می گذارد زیرا هیچ جریان مخالفی در سیم پیچ ثانویه برای جلوگیری از این امر وجود ندارد.

نتایج یک ولتاژ بسیار بالا القا شده در سیم پیچ ثانویه برابر با نسبت: Vp(Ns/Np) است که در سراسر سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود. به عنوان مثال، فرض کنید ترانسفورماتور جریان ما از بالا در یک خط برق سه فاز 480 ولت به زمین استفاده می شود. از این رو:

این ولتاژ بالا به این دلیل است که نسبت ولت در هر دور در سیم پیچ های اولیه و ثانویه تقریباً ثابت است. و به عنوان Vs = Ns*Vp مقادیر Ns و Vp مقادیر بالایی هستند، بنابراین Vs بسیار زیاد است.

به همین دلیل ترانسفورماتور جریان هرگز نباید در مدار باز بماند یا بدون بار متصل شود. همانطور که ترانسفورماتور ولتاژ هرگز نباید در یک اتصال کوتاه عمل کند. اگر قرار است آمپرمتر (یا بار) برداشته شود، ابتدا باید یک اتصال کوتاه در سرتاسر پایانه های ثانویه ایجاد شود تا خطر شوک از بین برود.

این ولتاژ بالا به این دلیل است که وقتی ثانویه در مدار باز قرار می گیرد هسته آهنی ترانسفورماتور با درجه اشباع بالایی کار می کند. و هیچ چیزی مانع آن نمی شود، یک ولتاژ ثانویه غیرعادی بزرگ تولید می کند و در مثال ساده ما در بالا، این محاسبه شد. در 76.8 کیلو ولت!. این ولتاژ ثانویه بالا می تواند به عایق آسیب برساند یا در صورت برخورد تصادفی پایانه های CT باعث شوک الکتریکی شود.

ترانسفورماتورهای جریان دستی

در حال حاضر انواع مختلفی از ترانسفورماتورهای جریان وجود دارد. یک نوع پرطرفدار و قابل حمل که می تواند برای اندازه گیری بارگذاری مدار استفاده گردد، همانطور که نشان گردیده “کلمپ متر” نامیده می گردد.

گیره‌سنج‌ها در اطراف یک هادی حامل جریان باز و بسته می‌ گردند و جریان آن را با تعیین میدان مغناطیسی اطراف آن اندازه‌گیری می‌کنند، و معمولاً در یک صفحه دیجیتال بدون قطع یا باز کردن مدار، یک اندازه‌گیری سریع را ارائه می‌دهند.

علاوه بر گیره دستی نوع CT، ترانسفورماتورهای جریان هسته تقسیم گردیده نیز موجود است که یک سر آن قابل جابجایی است تا لازم نباشد هادی بار یا باس بار برای نصب آن جدا نمود. این ها برای اندازه گیری جریان از 100 تا 5000 آمپر، با اندازه پنجره های مربعی از 1 اینچ تا بیش از 12 اینچ (25 تا 300 میلی متر) در دسترس هستند.

نتیجه :

سپس به طور خلاصه، ترانسفورماتور جریان (ترانس جریان) نوعی ترانسفورماتور ابزاری است که برای تبدیل جریان اولیه به جریان ثانویه از طریق یک محیط مغناطیسی استفاده می شود. سپس سیم پیچ ثانویه آن جریان بسیار کاهش یافته ای را ارائه می دهد که می تواند برای تشخیص جریان اضافه، جریان زیر، جریان اوج یا شرایط جریان متوسط ​​استفاده شود.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان همیشه به صورت سری متصل می شود و هادی اصلی که باعث ایجاد آن می شود به عنوان ترانسفورماتور سری نیز شناخته می شود. جریان ثانویه نامی برای سهولت اندازه گیری 1A یا 5A درجه بندی می شود. ساخت و ساز می تواند یک دور اولیه منفرد مانند انواع Toroidal، Doughnut یا Bar، یا چند پیچ ​​اولیه زخمی، معمولاً برای نسبت جریان پایین باشد.

ترانسفورماتورهای جریان برای استفاده به عنوان دستگاه های جریان متناسب در نظر گرفته شده اند. بنابراین سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور جریان هرگز نباید در یک مدار باز عمل کند، همانطور که یک ترانسفورماتور ولتاژ هرگز نباید در یک اتصال کوتاه کار کند.

ولتاژهای بسیار بالا از مدار باز مدار ثانویه یک ترانسفورماتور جریان برق‌دار ایجاد می‌شود، بنابراین اگر آمپرمتر قرار است برداشته شود یا زمانی که یک CT استفاده نمی‌شود قبل از روشن کردن سیستم، پایانه‌های آنها باید اتصال کوتاه داشته باشند.

در آموزش بعدی در مورد ترانسفورماتورها به این خواهیم پرداخت که وقتی سه ترانسفورماتور مجزا در یک پیکربندی ستاره یا مثلث را به یکدیگر متصل می کنیم. تا یک ترانسفورماتور قدرت بزرگتر به نام ترانسفورماتور سه فاز تولید کنیم که برای تامین منابع 3 فاز استفاده می شود، چه اتفاقی می افتد.