ترانس-جریان-CT-اشنایدر-الکتریک

 

کاربرد ترانسفورماتور در اندازه گیری

 

  • اساس کار ترانسفورماتور

توزیع انرژی الکتریکی به صورت تک فاز، دوفاز و یا سه فاز ارتباط زیادی با ترانسفورماتورها دارد. از طرفی در بسیاری از موتورهای الکتریکی، تبدیل انرژی براساس اصل ترانسفورماتوری صورت می گیرد. در این بحث پس از توزیح در مورد اساس کار ترانسفورماتور به موضوعات مرتبط با ترانسفورماتور اندازه گیری می پردازیم.

شکل زیر یک هسته مغناطیسی فولادی که از روی هم قرار گرفتن تعداد زیادی پوسته روی یکدیگر تشکیل شده است را به همراه دو سیم یا پیچ بر روی آن نشان می دهد. سیم پیچ سمت چپ (اولیه) به یک منبع جریان متناوب وصل شده و سیم پیچ سمت راست (ثانویه) به بار متصل است و آن را تغذیه می کند. برای سهولت در توضیح مطلب، دو سیم پیچ به طور مجزا و بر روی دو ساق نشان داده شده است. در عمل برای اطمینان از اینکه تمامی شار ایجاد شده توسط سیم پیچی اولیه از تمام حلقه های سیم یا پیچ ثانویه می گذرد، تا حد امکان این دو سیم پیچ را نزدیک هم قرار می دهند.

 

ولتاژ و جریان یک ترانس افزاینده در حالت بی باری

 

 ولتاژ و جریان یک ترانس افزاینده در حالت بی باری.

در این حالت، جریان اولیه، شاری ایجاد می کند که ولتاژ ضد محرکه ای برابر و مخالف ولتاژ منبع را تولید می کند.

 

سیم پیچ ها مقاومت بسیار کمی دارند، و بنابراین اگر اولیه را به عنوان مثال به یک منبع ۴۴۰ ولت وصل کنیم، ظاهرأ جریان زیادی از آن می گذرد. اما به دلیل اینکه رسانایی مغناطیس هسته بسیار بالاست، سیم پیچی مذکور خود القایی بسیار بزرگی دارد و در حالت اتصال به یک منبع متناوب، با عبور جریان خیلی کمی از آن شار متغیر نسبتا بزرگی در هسته تولید می شود و به دلیل متغیر بودن شار، ولتاژی در خلاف جهت ولتاژ منبع در سیم پیچ القاء می شود، که جریان آن را محدود می کند.

اگر از افت IR در اولیه صرف نظر کنیم و مدار ثانویه باز باشد، در این صورت جریان عبوری از اولیه ترانسفوماتور تنها می تواند چگالی شار مطلوب برای ایجاد نیروی ضد محرکه (که مقدار آن برابر با ولتاژ منبع است) را در هسته تولید کند. اگر هسته خواص مغناطیسی مطلوبی نداشته باشد و یا شکاف هوایی در آن وجود داشته باشد، این جریان تحریک یا جریان مغناطیس کنندگی، قابل ملاحظه بوده که به هیچ عنوان مطلوب نیست.

فرض کنید اولیه ترانسفوماتور ۲۲۰ دور سیم دارد و برای مقابله با ولتاژ منبع ۴۴۰ ولت نیروی ضد محرکه در آن القاء شود. در این صورت ولتاژ هر دور سیم در اولیه ۲ ولت است.

اگر فرض کنیم کل شار ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه، ثانویه را حلقه بزند، واضح است که در هر دور از سیم پیچ ثانویه نیز ۲ ولت القاء می شود، پس اگر ثانویه ۵۵ دور سیم داشته باشد، کل ولتاژ القایی در آن نیز ۱۱۰۰ ولت است.

بنابراین نتیجه می گیریم که ترانسفورماتور با توجه به نسبت دور سیم پیچی های ثانویه، می تواند سطح ولتاژ را افزایش یا کاهش دهد. اگر باری را به ثانویه وصل کنیم و جریان بار نیز A۱۰ باشد، این جریان از همه حلقه های سیم پیچ ثانویه (۵۵۰ دور) می گذرد. در نتیجه، به ثانویه نیروی ضد مغناطیس کنندگی معادل ۵۵۰۰=۵۵۰×۱۰ آمپر-دور اعمال می شود که با نیروی مغناطیس کنندگی اولیه مخالفت می کند. از طرفی شار هسته بستگی به ولتاژ اولیه دارد، اما این ولتاژ ثابت است، شار نیز باید ثابت بماند، در نتیجه جریان اولیه آن قدر افزایش می یابد.

در نتیجه جریان بار اولیه برابر ۲۵ آمپر است. این جریان، برای خنثی کردن نیروی ضد مغناطیس کنندگی ایجاد شده توسط بار در ثانویه کافی است. همچنان که در شکل نشان داده شده است. علاوه بر جریان بار، در اولیه مولد نیز جریان تحریک برای مغناطیس کردن هسته وجود دارد.

معادله فوق در حالت ایده آل صادق است، و در یک ترانسفوماتور واقعی افت ولتاژهای اندک در اولیه و ثانویه، باعث می شود که نسبت ولتاژ ترانسفوماتور تغییر می کند. از طرفی وجود جریان تحریک مغناطیس کنندگی نیز، نسبت جریان ها را از حالت ایده ال خارج میکند.

 

نمایش اثر وجود بار در ثانویه و ایجاد شار مغناطیسی مخالف

 

  نمایش اثر وجود بار در ثانویه و ایجاد شار مغناطیسی مخالف که باعث می شود،

برای تأمین شار ۷/۵ mwb (شکل اول) جریان بیشتری از شبکه برق گرفته شود.

 

 

 

  • ترانسفوماتورهای ویژه

 دو ترانسفوماتور ویژه و یا اتصال ترانسفوماتوری وجود دارد که غالباً برای استفاده در موتورها مورد استفاده قرار می گیرد. عبارتند از:

۱) اتوترانسفوماتور ۲) اتصال اسکات یا T

 

برای مطالعه بیشتر در مورد اتوترانسفورماتور و اتصال اسکات و مدار معادل آن ها به این مقاله رجوع کنید.


 

  • کاربرد ترانسفورماتور در اندازه گیری

یکی از جنبه های مهم کار با دستگاه ها و ماشین های الکتریکی، اندازه گیری کمیت های الکتریکی از قبیل جریان، توان ولتاژ و … است. گونه های متنوعی از اندازه گیرها وجود دارند، در اینجا ما به طور مختصر اندازه گیرهای نوع دينامومتری را که عموماً برای اندازه گیری مقادیر مؤثر جریان، ولتاژ، توان و یا ضریب توان به کار می روند، بررسی می کنیم.

 

 

عملکرد دستگاه های اندازه گیری الکترود دینامومتری

 

   اساس کار دستگاه های اندازه گیری الکترود دینامومتری

که به عمل مقابل دو نیروی مغناطیسی و فنرها بستگی دارد.

 

 

دیاگرام-دستگاه-دینامومتری
                                            دیاگرام و ساختار دستگاه دینامومتری

 

۱) آمپر سنج

شکل زیر آرایش شماتیک یک آمپر سنج شامل دو سیم پیچ ثابت S و ’S با قطبیت یکسان را نشان می دهد. در میان این دو سیم پیچ ثابت، سیم پیچ متحرک M برروی یاتاقان ها قرار گرفته است. یاتاقان ها از جنس فلز کاملاً سخت ساخته شده است. دو سر سیم پیچ متحرک از طریق فنرهای حلزونی شکل (که برای تعادل آن مورد استفاده قرار می گیرند)، با دو سیم پیچ ثابت سری می شود. اتصال سرها طوری است که قطب های سیم پیچ متحرک توسط قطب های سیم پیچ های ثابت دفع شده، و این سیم پیچ را در یک جهت منحرف می کند.

این دستگاه فاقد هسته آهنی است، بنابراین مشکل اشباع وجود ندارد و در نتیجه میدان های ایجاد شده مستقیماً متناسب با جریان سیم پیچ ها هستند. به دلیل اینکه سیم پیچ های ثابت و متحرک با یکدیگر سری هستند، جریان آنها مساوی است. بنابراین گشتاور الکتریکی ایجاد شده متناسب با مجذور جریان (i2) بوده، و جهت آن برخلاف جهت نیروی فنر است. سیم پیچ متحرک دارای سختی است، و نمی تواند به نوسانات منحنی i2 پاسخ دهد و دستگاه آن ها مقدار متوسط i2 و به عبارتی همان مقدار مؤثر شکل موج جریان رانشان می دهد.

 

 

واتمتر دینامومتری

 

(شکل M) وات متر دینامومتری که مقدار توان حقیقی را اندازه گیری می کند

 

استفاده از فنرهای حلزونی (به عنوان قسمتی از مسیر جریان)، میزان جریان قابل اندازه گیری توسط این اندازه گیرها را محدود کرده است. برای اندازه گیری جریان در یک هادی، آمپر سنج باید به طور سری با هادی مذکور قرار گیرد. خواهیم دید چگونه با یک ترانسفوماتور (ولتاژ و یا جریان)، محدوده اندازه گیری این دستگاه ها افزایش داده می شود.

 

۲) ولت متر نوع الكترودینامومتری

اگر یک مقاومت با امپدانس چند کیلو اهم به طور سری با این ولتمتر قرار داده شود، بدون هیچ مشکلی می توان آن را به یک خط فشار قوی متصل کرد. مقاومت سری ثابت است، بنابراین جریان گذرنده از سیم پیچ ها مستقیماً متناسب با ولتاژ اعمالی است. در نتیجه با کالیبراسیون و مدرج کردن صحیح دستگاه، ولتاژ مؤثر اندازه گیری و خوانده می شود.

 

 ۳) وات متر

اكثر وات مترها از نوع الکترودینامو متری هستند. در این وات مترها، ولتاژ و جریان هر دو اندازه گیری می شوند، لذا معمولاً سیم پیچ های ثابت به طور سری با خط قرار می گیرند، و در نتیجه میدان های آن ها متناسب با جریان خواهد بود. سیم پیچ متحرک نیز با یک مقاومت بزرگ سری شده، به دو سر خط متصل می شود. میدان ایجاد شده توسط سیم پیچ، متناسب با جریان است. به دلیل ثابت بودن مقاومت سری، میدان متناسب با ولتاژ خط است.

اگر جریان در سیم پیچ های ثابت با جریان در سیم پیچ متحرک هم فاز نباشد (جریان سیم پیچ متحرک توسط ولتاژ تعیین می شود) گشتاورهای دو میدان ایجاد شده یکسان نبوده، بنابراین انحراف عقربه کمتر می شود. از طریق ریاضی ثابت می شود که این مقدار کاهش، با کسینوس زاویه بین V و I برابر است. بنابراین مقدار خوانده شده توسط واتمتر اندازه توان اکتیو یعنی P = VI cosØ است.

 

مدل-وات متر-دینامومتری

 

عملکرد-و-اتصالات-وات متر-دینامومتری
                                    عملکرد و اتصالات وات متر دینامومتری

 

  • اندازه گیری توان – تست موتورهای کوچک

 سازندگان موتورهای الکتریکی، موتورهای خود را پس از ساخت و قبل از تحویل به مشتریان به دقت تست می کنند. این موتورها پس از خریداری نیز توسط خریداران و در آزمایشگاه های آن ها نیز تست می شوند. اغلب با وجود اعمال بارهای یکسان نتایج این دو تست کاملا یکسان نیستند. دلیل آن هم متفاوت بودن دستگاه های اندازه گیری، و به ویژه اختلاف در نوع اتصال آن ها به موتور است. (شکل زیر).

 

 

دو روش اتصال وسایل اندازه گیری، برای خواندن مقادیر ورودی موتور

 

 دو روش اتصال وسایل اندازه گیری، برای خواندن مقادیر ورودی موتور

 

باید توجه داشت که هیچ کدام از این دو روش مقدار دقیق و صحیح توان ورودی را نشان نمی دهد. با این وجود، اگر یکی از این روش ها به صورت استاندارد در آید، هماهنگی و دقت نسبت بیشتری در تست موتورها به دست می آید. امروزه بیشتر از آرایش شکل قبلی (شکل (M)) استفاده می شود، و مقاومت های هر کدام از دستگاه های اندازه گیری نیز به همراه داده های آزمایشگاهی ثبت می شود. کلیه تلفات مربوط به دستگاه های اندازه گیری، هنگام وارد کردن این داده ها به کامپیوتر محاسبه و در نظر گرفته می شوند.

 

  • اندازه گیری توان – ترانسفورماتورهای اندازه گیری

 باید دانست سیم پیچ های این گونه وسایل اندازه گیری، نمی توانند جریان های بالا را تحمل کنند. با این وجود در اغلب موارد، نیاز به تست خطوطی داریم که در آن ها ولتاژ و یا جریان بسیار زیاد است. این گونه اندازه گیری ها توسط ترانسفورماتورهای اندازه گیری انجام می شوند.

مثلاً یک ترانسفورماتور جریان به نسبت ۱: ۱۰۰ می تواند جریان را تا این نسبت کاهش داده، به طوری که برای سیم پیچ های دستگاه ای اندازه گیری قابل تحمل باشد. برای اینکه این ترانسفورماتورها دقت کافی داشته باشند، لازم است هیچگونه اختلاف فازی میان اولیه و ثانویه آن ها وجود نداشته باشد.

به طور مشابه می توان برای کاهش ولتاژ در حدی که برای دستگاه های اندازه گیری قابل تحمل باشد، از ترانسفورماتورهای ولتاژ استفاده کرد. همچنان که در شکل زیر نشان داده شده است برای دانستن مقادیر ولتاژ و یا جریان کاهش یافته توسط این ترانسفورماتورها، از دستگاه های اندازه گیری استفاده می شود.

 

 

استفاده از ترانس اندازه گیری در یک خط تک فاز

 

استفاده از ترانس اندازه گیری در یک خط تک فاز

 

 

 

  • اندازه گیری توان – سیستم های سه فاز

 یک آرایش یک بار سه فاز را در نظر میگیریم. اگر جریان و ولتاژ هر فاز بار اندازه گیری شود، برای محاسبه توان کل بار، باید توان فازها با یکدیگر جمع شوند. این اندازه گیری برای یک بار دارای اتصال Y در شکل زیر نشان داده شده است.

اما اندازه گیری توان هر فاز از بار در بعضی موارد عملی نیست، و ممکن است توان اندازه گیری شده، توان کل یک کارخانه و یا توان یک موتور سه فاز باشد، که اتصالات آن داخلی بوده و از طرفی Y یا Δ بودن آنها نیز مشخص نیست. کل توان این مدار، بدون توجه به ضریب توان آن و یا درجه نامتعادل بودن، می تواند با دو وات متر که به سه خط تغذیه بیرونی متصل شده اند اندازه گیری شود.

 

اندازه گیری توان سیستم های سه فاز

 

 اندازه گیری توان، ولتاژ و جریان یک بار ستارۀ نامتعادل که به سه وسیله اندازه گیری نیاز دارد

و فقط تنها وقتی امکان پذیر است که نقطه خنثی در دسترس باشد.

 

 

 

این روش که در شکل زیر نشان داده شده است، روش کلی و استاندارد برای اندازه گیری توان در مولدهای سه فاز است. اگر بار ما متعادل باشد، باز هم مقادیر اندازه گیری شده توسط دو وات متر، یکسان نیستند. در ضریب توان ۵۰٪ یکی از وات مترها مقدار صفر و دیگری مقدار کل توان بار را قرائت می کند. در ضریب توان های کمتر از ۵۰٪ مقدار قرائت  شده توسط یکی از وات مترها منفی بوده، و باید از مقدار قرائت شده توسط واتمتر دیگر کم شود.

 

اندازه گیری توان سه فاز با روش واتمتری

 

  اندازه گیری توان سه فاز با روش واتمتری، بدون در نظر گرفتن ضریب توان یا عدم تعادل

 

 


بیشتر بخوانید

ترانسفورماتور و مدار معادل آن

 


 

  • توزیع توان

این موضوع ممکن است ارتباط چندانی با مباحث موتورهای الکتریکی نداشته باشد، اما این نکته قابل ذکر است که توزیع انرژی الکتریکی در هر کشور صنعتی، ارتباط زیادی با ترانسفورماتور دارد. بدون ترانسفورماتور انرژی الکتریکی نمی تواند از نیروگاه ها به نواحی شهری انتقال یابد، مگر اینکه هر شهر نیروگاه ویژه ای برای خود داشته باشد و تمامی صنایع ناگزیر در اطراف نیروگاه ها متمرکز می شوند و میدانیم، این امکان پذیر نیست.

بدون ترانسفورماتور انرژی الکتریکی باید در همان ولتاژی که تولید می شود مصرف شود و در این صورت تلفات انتقال عملا این انرژی را غیر قابل استفاده می کند. مثلاً در نظر بگیرید توان KVA۱۲ توسط یک ژنراتور ۱۲۰ولت تولید شده، و باید از طریق یک خط انتقال دو سیم ft۱۰۰۰ به مصرف کننده ها برسد. اطلاعات مورد نیاز در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

مقایسه تلفات در انتقال توان با ولتاژ کم و زیاد

 

  مقایسه تلفات در انتقال توان با ولتاژ کم و زیاد

 

 

  • سیستم ۲۰۸ ولتی

شکل زیر یک سیستم توزیع چهار سیمه را نشان می دهد که برای بارهای تک فاز نظير مصارف روشنایی و امثال آن مناسب است. به کار بردن این سیستم به جای سیستم های تکفاز و مجزا، تعداد ترانسفورماتورهای مورد نیاز و سطح مقطع کلی هادی ها را کاهش می دهد.

دلیل انتخاب و تشریح این سیستم، دشواری و مشکلات آن برای سازندگان و گاهی اوقات نیز برای کاربران موتورها است.

 

 

یک ترانس با نسبت تبدیل مناسب، ولتاژ سیستم ستارۀ چهار سیمه و سه فاز را به 120 ولت در هر فاز و 208 ولت بین هر دو خط کاهش می دهد

 

  یک ترانس با نسبت تبدیل مناسب، ولتاژ سیستم ستارۀ چهار سیمه

و سه فاز را به ۱۲۰ ولت در هر فاز و ۲۰۸ ولت بین هر دو خط کاهش می دهد.

 

 

فرض بر این است که موتور سه فاز حداقل مقادیر گشتاور راه اندازی و گشتاور حداکثر خود را دارد، که توسط استانداردهای بین المللی تعیین و تضمین شده است. این دو کمیت به نسبت مجذور ولتاژ کاهش می یابند. یک موتور سه فاز استاندارد که برای کار در ۲۲۰ یا ۲۳۰ ولت طراحی شده است، در هنگام اتصال و کار با سیستم ۲۰۸ ولت دچار افت گشتاور به نسبت ۱۱٪  یا ٪ ۱۸/۵ می شود، که در بعضی از موارد ممکن است مشکل آفرین باشد. در این حالت سازنده موتور، دو انتخاب در پیش دارد:

 ۱) طراحی موتورهای سه فاز با گشتاور کافی، به گونه ای که حتی در هنگام اتصال به سیستم ۲۰۸ ولتی، استانداردهای صنعتی رعایت شوند. این کار دارای معایبی است از جمله: جریان راه اندازی زیاد در هنگام کار با ولتاژ استاندارد، و یا افزایش مقدار مواد مورد استفاده درساختمان موتور

 ۲) طراحی و تولید دو نوع موتور یکی برای کار با ولتاژ ۲۰۸ ولت و دیگری برای کار با ولتاژ۲۲۰ یا ۲۳۰ ولت. که این کار می تواند باعث رکود میلیون ها دلار سرمایه شود. در عمل و در صنعت موتورهای الکتریکی برای سیستم ۲۰۸ ولتی کارآیی چندانی ندارند.

 


بیشتر بخوانید :

طراحی انواع سیستم های توزیع برق 

انواع پست و شبکه برق رسانی


 

  • تقسیم بندی کلی ترانسفورماتور های اندازه گیری

همان طور که می دانید در تقسیم بندی انواع ترانسفورماتور از لحاظ کاربرد، ترانس های اندازه گیری قرار می گیرند.

ترانس های با کاربرد اندازه گیری شامل ترانس جریان CT، ترانس ولتاژ PT و ترانس ولتاژ CVT هستند.

 

ترانس ولتاژ PT

از ترانس ولتاژ PT به منظور اندازه گیری ولتاژ و و حفاظت ولتاژ استفاده می شود.

 

نمونه ای-از-ترانس-PT
                                                                    نمونه ای از ترانس PT
  • ترانس ولتاژ CVT

از ترانس ولتاژ CVT برای اندازه گیری و حفاظت ولتاژ استفاده می شود و براساس تقسیم ولتاژ خازنی کار می کند. از ترانس CVT به منظور تبادل سیگنال های مخابراتی در خطوط فشار قوی استفاده می شود.

 

ترانس جریان CT

از ترانس جریان CT به منظور اندازه گیری جریان و حفاظت جریان استفاده می شود.

به طور کلی ترانس جریان CT در چند گروه ترانس جریان اندازه گیری، حفاظتی، ترانس جریان با کاربرد خاص، ترانس جریان کوربالانس و …  تقسیم بندی می شوند.

  • ترانس جریان کوربالانس CBCT

ترانس جریان کوربالانس از لحاظ ساختار حلقوی شکل هستند که کابل حامل ولتاژ به عنوان اولیه ترانس از داخل حلقه ترانس جریان کوربالانس به عنوان ثانویه عبور می کند.

 

ترانس-جریان-CT-اشنایدر-الکتریک
                                          ترانس جریان CBCT اشنایدر الکتریک

 

این نوع ترانس ها در تابلوهای فشار ضعیف، به عنوان کاهنده جریان قرار می گیرند و در دو دسته اندازه گیری و حفاظتی طبقه بندی می شوند. CT های حفاظتی معمولاً جریان های زیادی را اندازه گیری می کنند و برای وصل به رله ها و تشخیص اتصال کوتاه کاربرد دارند.

در حالت صحیح باید جمع برداری جریان عبوری از سیستم متعادل سه فاز با سه سیم و یا چهار سیم (سه فاز به همراه نول) برابر با صفر باشد.

در صورت عبور جریان از ثانویه ترانس کوربالانس، نشان دهنده وجود خطا در سیستم است.

از این نوع ترانس به منظور تشخیص نشتی جریان استفاده می شود.


به منظور مطالعه بیشتر در زمینه ترانس جریان کوربالانس و عملکرد آن به همراه رله ارت فالت این جا کلیک نمایید.


جهت آشنایی بیشتر با انواع ترانس های جریان کوربالانس اشنایدر الکتریک این جا کلیک کنید. 

                                                            

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات