ترانس جریان
یکی از اجزای حیاتی در سیستم‌های قدرت، ترانسفورماتور جریان است که با نام CT نیز شناخته می‌شود. این ترانسفورماتور برای اندازه‌گیری و نظارت بر جریان‌های الکتریکی به کار می‌رود و نقش مهمی در کاربردهای مختلف از جمله تولید، انتقال و توزیع برق دارد. ترانسفورماتورهای جریان با کاهش جریان‌های سطح بالا به سطح قابل کنترل، اندازه‌گیری دقیق و حفاظت از تجهیزات الکتریکی را امکان‌پذیر می‌کنند. در این مقاله قصد داریم اطلاعات مهمی را در مورد ترانس جریان، اصول کار و کاربردهای آن ارائه دهیم. پس تا انتها همراه ما باشید.
ترانس جریان چیست؟
این ترانسفورماتور در سیستم‌های قدرت به کار می‌رود و وظیفه اندازه‌گیری جریان الکتریکی در مدارهای ولتاژ بالا و تبدیل آن به یک مقدار کمتر و قابل کنترل‌تر را برعهده دارد. CTها معمولا در کاربردهایی مانند اندازه‌گیری، حفاظت و کنترل استفاده می‌شوند. اصل کار ترانسفورماتور جریان شامل عبور جریان اولیه از سیم‌پیچ اولیه است. این سیم‌پیچ به صورت سری به مدار حامل جریان اتصال می‌یابد. سیم‌پیچ ثانویه ترانس که از تعداد دور سیم بیشتری تشکیل شده است، به یک دستگاه اندازه‌گیری یا محافظ متصل می‌شود. این ترانس بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کند. وقتی جریان از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کند، میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که جریان متناسبی را در سیم‌پیچ ثانویه القا می‌کند. سپس جریان ثانویه برای اهداف اندازه‌گیری یا حفاظت استفاده می‌شود. ترانس جریان به گونه‌ای طراحی شده است که مقدار جریان را کاهش دهد و در عین حال دقت بالایی داشته باشد. این ترانسفورماتور معمولا در کنار آمپرمترها، وات‌مترها، رله‌ها و سایر دستگاه‌ها برای نظارت و کنترل سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. CTها در اندازه‌ها و درجه‌بندی‌های مختلف برای سازگاری با کاربردهای گوناگون در دسترس هستند.
ساختار ترانس جریان
CT معمولا از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است که برای اندازه‌گیری دقیق و تبدیل جریان الکتریکی در کنار هم کار می‌کنند. ساختار یک ترانسفورماتور جریان ممکن است با توجه به طراحی و کاربرد آن متفاوت باشد، اما اجزای رایج آن عبارتند از:
سیم‌پیچ اولیه
این سیم‌پیچ معمولا از یک یا چند دور کم سیم مسی یا آلومینیومی تشکیل شده است که به صورت سری به مدار حامل جریان مورد اندازه‌گیری متصل می‌شود.
سیم‌پیچ ثانویه
این سیم‌پیچ تعداد دور سیم بیشتری دارد که به دور یک هسته مغناطیسی پیچیده می‌شود. سیم‌پیچ ثانویه به دستگاه اندازه‌گیری یا محافظ متصل است.
هسته مغناطیسی ترانس جریان
این هسته از متریالی با نفوذپذیری بالا مانند فولاد سیلیکونی چندلایه یا فریت ساخته می‌شود. هسته مغناطیسی ترانس جریان، یک مسیر با رلوکتانس پایین را برای شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان اولیه فراهم می‌کند. شکل هسته ممکن است حلقه‌ای، مستطیلی و… باشد.
عایق
ترانسفورماتورهای جریان برای اطمینان از ایمنی الکتریکی معمولا عایق‌بندی می‌شوند. این مواد عایق شامل رزین اپوکسی یا روغن است که برای ایجاد عایق الکتریکی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و محافظت در برابر عوامل محیطی خارجی به کار می‌روند.
ترمینال ثانویه
سیم‌پیچ ثانویه ترانس به یک ترمینال ثانویه متصل می‌شود. کاربرد این ترمینال برای اتصال ترانسفورماتور به دستگاه اندازه‌گیری یا حفاظتی مانند آمپرمتر یا رله است.
ترانسفورماتور جریان چگونه کار می‌کند؟
عملکرد یک ترانسفورماتور جریان مشابه ترانسفورماتور معمولی است. هنگامی که جریان‌های بزرگ از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کنند، باعث ایجاد جریان‌های کوچکی در سیم‌پیچ ثانویه می‌شوند. سپس این جریان‌های کوچک در سیم‌پیچ ثانویه، توسط آمپرمتر متصل به آن اندازه‌گیری می‌شوند. در این ترانسفورماتور، یک نسبت معکوس بین جریان و تعداد دور سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه وجود دارد. همچنین با توجه به رتبه‌بندی ولتاژ، ترانسفورماتور، ولتاژ زیادی را در ثانویه القا می‌کند و از این رو، به عنوان یک ترانسفورماتور افزایش دهنده ولتاژ نیز شناخته می‌شود.
انواع ترانس جریان
انواع مختلفی از CT وجود دارد که در سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه برخی از رایج‌ترین آن‌ها را معرفی می‌کنیم.
نوع سیم‌پیچی
ترانس جریان حلقوی
نوع میله‌ای
دقت ترانسفورماتور جریان
دقت این ترانسفورماتور توسط کلاس دقت تایید شده که بر روی پلاک آن درج شده است، تعیین می‌شود. به عنوان مثال، کلاس دقت CT 0.3 به این معنی است که CT در ۰.۳ درصد از مقدار نسبت نامی خود برای ۱۰۰ درصد نسبت نامی جریان اولیه، دقت دارد. ترانسفورماتوری که با نسبت نامی ۲۰۰/۵ با کلاس دقت ۰.۳ در ۰.۴۵ درصد مقدار نسبت نامی خود برای جریان اولیه ۱۰۰ آمپری کار می‌کند، می‌تواند جریان ثانویه‌ای بین ۲.۴۸۹ آمپر تا ۲.۵۱۱ داشته باشد.
قطبیت ترانس جریان
قطبیت این ترانسفورماتور با جهتی که در آن سیم‌پیچ‌ها به دور هسته CT پیچ می‌شوند (در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف آن) و نحوه بیرون آوردن سیم‌ها از جعبه ترانسفورماتور، تعیین می‌شود. تمام ترانس‌های جریان دارای قطب تفریقی هستند و برای همین توجه به رعایت پلاریته مناسب هنگام نصب و اتصال آن‌ها به دستگاه‌های اندازه‌گیری قدرت و رله‌های محافظ ضروری است.
مشخصات ترانسفورماتور جریان
در این قسمت به معرفی مشخصات این نوع ترانسفورماتور می‌پردازیم.
درجه جریان: حداکثر جریان اولیه‌ای را که ترانسفورماتور می‌تواند به دقت اندازه‌گیری کند، مشخص می‌کند.
نسبت دور سیم: نسبت بین جریان اولیه و جریان ثانویه ترانسفورماتور را مشخص می‌کند.
کلاس دقت: میزان دقت اندازه‌گیری جریان اولیه را نشان میدهد و به طور معمول به صورت درصد مشخص می‌شود.
بار: حداکثر باری است که می‌توان به سیم‌پیچ ثانویه متصل کرد، بدون این که دقت اندازه‌گیری جریان را تحت تاثیر قرار دهد.
محدوده فرکانس: محدوده فرکانسی را تعریف می‌کند که در آن ترانس جریان می‌تواند اندازه‌گیری‌های دقیق را ارائه دهد.
سطح عایق: سطح ولتاژی را که ترانسفورماتور می‌تواند بدون خرابی عایق تحمل کند.
درجه حرارتی: حداکثر جریانی است که ترانس می‌تواند به طور مداوم بدون تجاوز از افزایش دمای مشخص شده تحمل کند.
ولتاژ Knee-point: سطح ولتاژی است که در آن ترانسفورماتور، شروع به اشباع شدن و انحراف از خطی شدن می‌کند.
خطای زاویه فاز: نشان دهنده اختلاف زاویه‌ای بین جریان اولیه و جریان ثانویه است.
دقت در بارهای مختلف: دقت ترانسفورماتور را در شرایط بارهای مختلف مشخص می‌کند.
مطابقت با استانداردها: استانداردهای صنعتی مربوطه را نشان میدهد که ترانسفورماتور از آن‌ها پیروی می‌کند، مانند IEC، ANSI، یا IEEE.
کاربرد ترانس جریان
برخی از کاربردهای اصلی این ترانسفورماتور به شرح زیر است:
- این ترانسفورماتورها برای اندازه‌گیری جریان برق در نیروگاه‌ها، کسب و کارها، ایستگاه‌های شبکه و اتاق‌های کنترل صنعتی برای آنالیز اندازه‌گیری و کاربردهای حفاظتی استفاده می‌شوند.
- این ترانسفورماتور،کنترل مدار و اندازه‌گیری جریان را برای اندازه‌گیری توان انجام میدهد.
- ترانسفورماتور جریان، نقش حفاظت ایمنی و محدود کردن جریان را برای کنترل، حفاظت و راه‌اندازی رله‌ها و قطع کننده‌های مدار و غیره بر عهده دارد.
- CTها برای اندازه‌گیری و کاربرد حفاظتی همراه با رله‌ها و اندازه‌گیرها استفاده می‌شوند.
از کاربردهای دیگر آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- اندازه‌گیری و پایش جریان در سیستم‌های قدرت
- حفاظت از تجهیزات الکتریکی در برابر جریان بیش از حد و خطا
- تشخیص خطای زمین در سیستم‌های الکتریکی
- حفاظت موتور و ژنراتور
- آنالیز و نظارت بر کیفیت توان
- سنجش جریان در اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های کنترل
- عملکرد رله مبتنی بر جریان در طرح‌های حفاظت الکتریکی
- مانیتورینگ و کنترل بارهای الکتریکی
- پایش جریان در سیستم انرژی‌های تجدیدپذیر
اقدامات احتیاطی هنگام استفاده از ترانسفورماتور جریان
به دلیل این که ترانس جریان برای اندازه‌گیری جریان‌های سطح بالا به کار می‌رود، باید یکسری اقدامات احتیاطی در مورد آن‌ها رعایت شود. این اقدامات شامل موارد زیر است:
- ثانویه ترانسفورماتور هرگز نباید مدار باز باشد.
- اگر قرار است آمپرمتر متصل به ثانویه از مدار خارج شود، ابتدا باید ترمینال‌های ثانویه با مقاومت کم که از 0.5Ω تجاوز نمی‌کند، اتصال کوتاه شوند.
- این ترانسفورماتور باید دارای یک کلید اتصال کوتاه در ترمینال‌های ثانویه باشد.
- از آنجایی که ترانسفورماتورهای جریان در خطوط فشار قوی استفاده می‌شوند، لازم است خنک کننده روغن تامین شود.
- ثانویه ترانسفورماتور باید زمین شود تا از خطر برق‌گرفتگی پرسنل عملیاتی جلوگیری شود.
- نباید از ترانسفورماتور، فراتر از جریان نامی کار کشید.
- سیم‌پیچ اولیه باید تا حد امکان کوچک باشد.
- ثانویه ترانس باید طوری طراحی شود که جریان ۵ آمپر را حمل کند.
سخن پایانی
ترانسفورماتورهای جریان در سیستم‌های قدرت برای اندازه‌گیری و تبدیل جریان‌های بالا به مقادیر کمتر و قابل کنترل‌تر استفاده می‌شوند. اصل کار آن‌ها بر اساس القای الکترومغناطیسی است، جایی که جریان اولیه که از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کند، موجب ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود و جریان متناسبی را در سیم‌پیچ ثانویه القا می‌کند. ترانس جریان اندازه‌گیری‌های دقیقی را ارائه میدهد و در عین حال، بار مدار اولیه را به حداقل می‌رساند. آن‌ها نقش مهمی در کاربردهایی مانند اندازه‌گیری، حفاظت و کنترل در سیستم‌های الکتریکی دارند. گروه فنی مهندسی صبا صنعت، نماینده رسمی تجهیزات الکتریکی هیمل در ایران، این محصولات باکیفیت را با گارانتی معتبر ارائه میدهد. برای اطلاع از شرایط فروش ویژه با ما تماس بگیرید.