ترانسفورماتور جریان
ترانسفورماتور جریان
ترانسفورماتور جریان چیست؟ آموزش تعمیر انواع برد های الکترونیکی :تعمیر اینورتر و PLC، تعمیر برد لوازم خانگی ، تعمیر برد تجهیزات پزشکی و… آموزشگاه فنی و حرفه ای توسط دکتر میلاد طاهریان.
ترانسفورماتور جریان چیست؟
ترانسفورماتور جریان یا اتصال سری ترانسفورماتور (Current Transformer) یک نوع ترانسفورماتور می باشد که برای اندازه گیری جریان متناوب (AC) با سطح جریان بالا و ولتاژ کم مورد استفاده قرار می گیرد. وظیفهٔ اصلی ترانسفورماتور جریان، تبدیل جریان بالا به جریان قابل اندازه گیری و قابل استفاده در سیستم ها و دستگاه های مختلف می باشد.
ترانسفورماتور جریان به طور معمول در سیستم های قدرت، تجهیزات حفاظت، اندازهگیری و کنترل استفاده می گردد. اصل عملکرد آن بر طبق اصل تغییر نسبت ولتاژ به جریان در ترانسفورماتور استوانه ای می باشد. با توجه به نسبت انتقال جریان، جریان ورودی به ترانسفورماتور جریان به جریان خروجی تبدیل می گردد. برای نمونه، اگر نسبت انتقال ترانسفورماتور جریان ۱۰۰:۱ باشد، ورودی ۱۰۰ آمپر جریان را به ۱ آمپر خروجی تغییر خواهد داد.
ترانسفورماتورهای جریان عموماً دارای حلقه ای مغناطیسی می باشند که جریانی که می خواهیم اندازه گیری نماییم، از طریق آن حلقه رد می شوند. به این ترتیب، جریان ورودی به ترانسفورماتور جریان به جریان خروجی تبدیل می گردد و به سیستم های اندازه گیری و حفاظت متصل می گردد.
ترانسفورماتورهای جریان معمولاً سطح جریان دبل (Double Ratio) را دارا می باشند که به معنای داشتن دو مقدار نسبت انتقال می باشد. یک سطح جریان دبل به عنوان مثال توانایی این را دارد که ۱۰۰:۱ و ۵۰:۱ داشته باشد این به معنای این می باشد که در شرایطی که جریان ورودی در حدود ۱۰۰ آمپر باشد، نسبت انتقال ۱۰۰:۱ است و در شرایطی که جریان ورودی در حدود ۵۰ آمپر باشد، نسبت انتقال ۵۰:۱ می باشد.
در حالت کلی، ترانسفورماتورهای جریان برای اندازهگیری جریان در سیستم های بزرگ و قدرتمند بسیار مفید می باشد و در کنترل و حفاظت از تجهیزات و شبکه های برق مورد استفاده واقع می شوند.
آموزش تعمیر انواع برد الکترونیک
انواع ترانسفورماتور جریان:
- ترانسفورماتور جریان حفاظتی (Protective Current Transformer): این نوع ترانسفورماتورها جهت حفاظت از سیستم های برقی در برابر جریان های بیش از حد مورد استفاده قرار می گیرند. آنها جریان ورودی را به جریان کمتری تغییر می دهند که به دستگاه های حفاظتی منتقل گردد.
- ترانسفورماتور جریان کم دباو (Low Voltage Current Transformer – LVCT): این نوع ترانسفورماتورها برای اندازه گیری جریان در سیستم های الکتریکی با ولتاژ کم مورد بهره گیری قرار می گیرند. آنها جریان ورودی را به جریان کمتری که قابل اندازه گیری می باشد تغییر می دهند.
- ترانسفورماتورهای توزیع: این نوع ترانسفورماتورها در شبکه های توزیع برق که برای انتقال برق از ایستگاه توزیع به مصرف کنندگان نهایی مورد استفاده می باشند. آنها ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین تر تغییر می دهند تا این توانایی را داشته باشند برق را به مصرف کننده ها تحویل دهند.
- ترانسفورماتورهای خاص: علاوه بر انواع فوق، وجود ترانسفورماتورهای به خصوصی نیز وجود دارد که برای نیازهای خاصی طراحی و استفاده می گردد. ترانسفورماتورهای مربوط به صنعت نفت و گاز، ترانسفورماتورهای جریان دیجیتال و ترانسفورماتورهای اتصال زمین مثال هایی از این نوع ترانسفورماتورها هستند.
- ترانسفورماتور جریان DC (Direct Current Transformer): این نوع ترانسفورماتورها برای اندازه گیری جریان مستقیم (DC) مورد استفاده می باشند. آنها برای اندازه گیری جریان در سیستم هایی که از جریان مستقیم استفاده می نمایند، مورد استفاده می باشند.
- ترانسفورماتورهای قدرت: این نوع ترانسفورماتورها در شبکه های برق بزرگ، ایستگاه های توزیع و سیستم های انتقال قدرت استفاده می گردند. آنها برای تغییر دادن ولتاژ بین سطوح مختلف و انتقال انرژی الکتریکی بکار گرفته می شوند.
- ترانسفورماتورهای جریان (Current Transformers – CT): این نوع ترانسفورماتورها برای اندازه گیری جریان در سیستم های برقی مورد استفاده می باشند. آنها جریان ورودی را به جریان کمتری که قابل اندازه گیری می باشد تغییر می دهند، تا بشود آن را با استفاده از دستگاه های اندازه گیری مانند آمپرمتر اندازه گیری نمود.
- ترانسفورماتور جریان بالا (High Current Transformer – HCT): این نوع ترانسفورماتورها برای اندازه گرفتن جریان در سیستم های با جریان بالا مورد استفاده قرار گرفته می شوند. آنها جریان ورودی را به جریان کمتری تغییر داده که بتواند توسط دستگاه های اندازه گیری قابل اندازه گیری باشد.
- ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ (Combined Current and Voltage Transformers): این نوع ترانسفورماتورها همزمان جریان و ولتاژ را عوض می کنند. آنها در سیستم های اندازه گیری جریان و ولتاژ مورد استفاده می باشند.
- ترانسفورماتور جریان با نسبت دقیق (Rogowski Coil): این نوع ترانسفورماتورها برای اندازه گیری جریان های AC با فرکانس بالا مورد استفاده می باشند. آنها به صورت حلقه ای طراحی گشته اند و این توانایی را دارند که جریان را با نسبت دقیق اندازه گیری نمایند.
البته باید توجه داشته باشید که اینها فقط چند نمونه از انواع مختلف ترانسفورماتور جریان است و هنوز انواع دیگری نیز وجود دارند.
کاربردهای ترانسفورماتور جریان:
کاربردهای ترانسفورماتور جریان به شرح زیر می باشد:
- سیستم های حفاظتی در قطارهای ریلی: ترانسفورماتورهای جریان در سیستم های حفاظتی قطارهای ریلی بکار می آیند. آنها از جریان موجود در خطوط برق قطارها اندازه گیری می نمایند و در صورت وقوع حوادث ناخواسته مانند اتصال کوتاه یا جریانهای بیش از حد، سیگنال های اخطار به سیستم های کنترل و حفاظتی ارسال می نمایند.
- اندازه گیری توان: ترانسفورماتورهای جریان در سیستم های اندازهگیری توان مورد استفاده قرار گرفته می شوند. با استفاده از این ترانسفورماتورها، جریان مصرفی توسط بارها و دستگاه های مختلف در سیستم قدرت قابل اندازه گیری می باشد و اطلاعات لازم برای محاسبه توان فعلی و توان متوسط در دسترس قرار گرفته می شود.
- اندازه گیری جریان: ترانسفورماتورهای جریان به طور کلی برای اندازه گیری جریان مورد استفاده قرار گرفته می شوند. آنها معمولاً در صنعت برق، تاسیسات صنعتی و شبکه های توزیع برق بکار می آیند. با استفاده از ترانسفورماتور جریان، جریان بزرگ را به جریان کوچکتر و قابل اندازه گیری تبدیل می نمایند که به راحتی قابل اندازه گیری توسط دستگاه های اندازه گیری می باشد.
- سیستم های اندازه گیری و کنترل: ترانسفورماتورهای جریان در سیستم های اندازه گیری و کنترل، مانند سیستم های اتوماسیون صنعتی، سیستم های مدیریت انرژی و سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده می باشند. آنها جریان های مصرفی توسط دستگاه ها و تجهیزات مختلف را اندازه گیری نموده و اطلاعات لازم برای کنترل و مدیریت بهینه مصرف انرژی را فراهم می نمایند.
- صنعت انرژی: ترانسفورماتورهای جریان در صنعت انرژی، به ویژه در نیروگاهها و شبکه های توزیع برق استفاده می گردند. آنها به اندازه گیری و کنترل جریان در انتقال و توزیع برق کمک می نمایند و در سیستم های قدرت از لحاظ امنیتی نیز نقش مهمی را دارا می باشند.
- حفاظت در سیستم های قدرت: ترانسفورماتورهای جریان به طور گسترده در سیستم های حفاظتی برای تشخیص و محافظت در مقابل جریان های بیش از حد استفاده می گردد. زمانی که جریان از حد مجاز فراتر رود، ترانسفورماتور جریان سیگنال های خروجی را به دستگاه های حفاظتی ارسال می کند تا عملیات قطع ولتاژ را به صورت سریع انجام دهند و از خطرات ناشی از جریانهای بیش از حد جلوگیری نمایند.
ترانسفورماتورهای جریان به عنوان یکی از اجزای مهم در سیستمهای برقی مورد استفاده می باشند و نقش کلیدی در اندازه گیری و محافظت در برابر جریان های بیش از حد را دارا می باشند.
اجزای ترانسفورماتور جریان:
در ادامه می خواهیم به برخی از اصلی ترین اجزای ترانسفورماتورهای
- محورها و شاخصه ها: آنها به پیچ های لوله وصل می باشند و جریان های ورودی و خروجی را هدایت می نمایند. آنها به عنوان نقاط اتصال بین ویکو و پیچ های لوله عمل می نمایند.
- ویکو: ویکوها به عنوان هسته ترانسفورماتور مورد شناخت قرار گرفته می شوند. این اجزا معمولاً از مواد مغناطیسی مانند ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ یا کوره های مرتبط با فولاد سیلیسیومی ساخته شده هستند. ویکو جریان ولتاژ ورودی و خروجی را هدایت می نماید و تفاوت ولتاژ بین دو طرف ترانسفورماتور را مورد استفاده قرار می دهد.
- سیم های فرمان: آنها برای کنترل و مدیریت عملکرد ترانسفورماتور جریان مورد استفاده قرار می گیرند. این سیم ها به عنوان واسطه ای بین سیستم کنترل و ترانسفورماتور عمل می نمایند و قابلیت تنظیم کردن و کنترل جریان ولتاژ را فراهم می نمایند.
- مبدل های جریان: در ترانسفورماتور جریان، مبدل های جریان نیز وجود دارند. این مبدل ها در پیچ های لوله قرار گرفته می شوند و جریان متناوب را تبدیل به جریان مستقیم می نمایند. این مبدل ها معمولاً از مواد نیمه هادی مانند دیودها و ترانزیستورها به وجود می آیند.
- پیچ های لوله: آنها در ترانسفورماتور جریان وجود دارند و جریان ولتاژ ورودی را به جریان ولتاژ خروجی تبدیل می نمایند. این پیچ ها عموماً از مواد رسانا برای جریان بالا استفاده می نمایند و به صورت مجدد میله های مغناطیسی را در بستر ویکو سازماندهی می کنند.
مزایا و معایب ترانسفورماتور جریان:
این تجهیزات مزایای زیادی دارند که در ادامه به برخی از این مزایا اشاره میکنم:
- عدم تغییر طولانیت زمانی: ترانسفورماتور جریان به دلیل داشتن نسبت ثابت بین جریان و جریان دوبلت شونده، تاخیر زمانی کمی در انتقال سیگنال ایجاد می نمایند. این ویژگی منجر به عدم تغییر طولانیت زمانی و از بین رفتن تاخیرهای زمانی ناشی از تغییرات دما و فرکانس می گردد.
- کارکرد استاتیکی: ترانسفورماتور جریان دارای عملکرد استاتیکی می باشند، به این معنی که برای کارکرد آن نیازی به قطع و وصل کردن مدار نداریم. این ویژگی باعث می گردد که ترانسفورماتور جریان بسیار پایدار و قابل اعتماد باشد.
- اندازه گیری دقیق جریان: ترانسفورماتور جریان توانایی این را دارند که جریان های بالا را به سطوح معقولی که برای سایر دستگاه ها قابل اندازه گیری می باشند، تبدیل نمایند. این اندازه گیری دقیق جریان، به عنوان ورودی برای دستگاه های قدرتی مانند رله ها، محافظتکننده ها و دستگاه های اندازه گیری مورد استفاده قرار گرفته می شود.
- قابلیت استفاده در فرکانس های بالا: ترانسفورماتور جریان توانایی عملکرد در فرکانس های بالا را دارا می باشند. این ویژگی مهم برای سیستم های برق صنعتی و توزیع می باشد که با فرکانس های بالا کار می نمایند.
- جداکنندگی الکتریکی: ترانسفورماتور جریان، جداکنندهی الکتریکی بین سیستم قدرت و دستگاه های اندازه گیری فراهم می نماید. این ویژگی امکان اندازه گیری جریان بدون نیاز به قطع و وصل کردن مدار را فراهم می نماید و می تواند خطرات احتمالی مرتبط با جریانهای بالا را کم کند.
- اندازه کوچک: ترانسفورماتور جریان به دلیل طراحی جمع و جورو استفاده از مواد با خاصیت مغناطیسی بالا، دارای اندازه کوچکی هستند. این ویژگی موجب می گردد که بتوان آن را به راحتی در فضاهای محدود نصب نمود و به طور موثری از ظرفیت فضایی استفاده کرد.
- حفاظت در مقابل جریان های بالا: یکی از کاربردهای اصلی ترانسفورماتور جریان، حفاظت در برابر جریان های بالا می باشد. با ترکیب ترانسفورماتور جریان با رله ها، می توان سیستم ها را در برابر جریان های نامطلوب یا خطرناک محافظت نمود. به عنوان مثال، در صنعت برق، اگر جریانی بالاتر از حد مجاز در یک مدار ایجاد شود، رله های محافظتی این توان توانایی را دارند که عملکرد مرتبط را انجام دهند و سیستم را قطع نمایند.
به طور کلی، ترانسفورماتور جریان به عنوان یک ابزار مهم در صنعت برق و توزیع برق مورد استفاده می باشند و مزایای فراوانی از جمله اندازه گیری دقیق جریان، حفاظت در برابر جریان های بالا و قابلیت استفاده در فرکانس های بالا را رقم می زنند.
همچون هر دستگاه الکترونیکی دیگری، ترانسفورماتور جریان نیز دارای برخی معایب می باشند. در زیر به برخی از معایب متداول ترانسفورماتور جریان می پردازیم:
- حساسیت به فرکانس: ترانسفورماتورهای جریان معمولاً برای کار در باندهای فرکانسی خاص طراحی می گردند. به عبارت دیگر، دقت این ترانسفورماتورها به ولتاژ و فرکانس ورودی وابسته می باشد. با تغییر فرکانس ورودی، خطاهایی مانند خطاهای دقت و خطاهای فاز احتمال دارد ایجاد گردد.
- خطاهای دقت: ترانسفورماتور جریان، همچون سایر ترانسفورماتورها، دارای خطای دقت می باشد. این خطاها ممکن است به دلایلی مانند تغییرات در ولتاژ تغذیه و فرکانس، تغییرات دما، خطاهای ساختاری و خطاهای ناشی از نوسانات جریان رخ بدهند. این خطاها این توانایی را دارند که تأثیر مستقیمی بر دقت اندازه گیری جریان بگذارند.
- مشکلات در اندازه گیری جریان مستقر: ترانسفورماتورهای جریان معمولاً برای اندازه گیری جریان متناوب مورد استفاده قرار می گیرند و برای جریان های مستقر (DC) قابل استفاده نمی باشند. در صورت استفاده از ترانسفورماتور جریان برای جریان های مستقر، ممکن است خطاهای قابل توجهی در اندازه گیری ایجاد گردد یا حتی اشکال و آسیب پذیریهای بیشتری که احتمال دارد در ترانسفورماتور جریان وجود داشته باشد که ممکن است به مشکلات احتمالی در عملکرد آن موجب گردد. لذا در هنگام استفاده از ترانسفورماتور جریان باید این مسائل را در نظر داشته باشید و از منابع قابل اعتماد و با کیفیت استفاده نمایید تا مشکلاتی را کم نمایید.
- خطاهای فاز: در برخی موارد، ترانسفورماتور جریان ممکن است خطاهای فازی ایجاد نماید. این خطاها توانایی این را دارند که از تفاوت هایی در طول واژگونی هسته ترانسفورماتور و همچنین از خواص مغناطیسی مواد مورد استفاده در ساخت ترانسفورماتور ناشی گردند. این خطاها احتمال دارد باعث اشتباهات در اندازه گیری دقیق فاز جریان گردد.
برای دیدن مقالات بیشتر به لینک های زیر مراجعه کنید:
دیدگاهتان را بنویسید