لزوم استفاده از ترانس‌های ولتاژ و جریان

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی و نیز با به روی کار آمدن رله‌های ژکوندر استفاده از ترانسهای جریان و ولتاژ جهت حفاظت و نیز جهت اندازه گیری کمیتهای جریان، ولتاژ و توان و... امری است اجتناب ناپذیر و استفاده از آن‌ها در تابلوهای برق و پستهای فشار متوسط و قوی جهت رسیدن به اهداف فوق رو به افزایش است در این مقاله سعی برآن شده که با توضیحاتی مختصرآشنایی هرچه بیشتر دوستان گرامی با تجهیزات فوق فراهم آورده شود.

چرا از ترانس‌های ولتاژ و جریان استفاده می‌کنیم؟

در صنعت برق برای دو منظور اندازه گیری و حفاظت نیاز به میزان پرامترهای ولتاژ و جریان هستیم، ولی از آنجا که این مقادیر اعداد بزرگی می‌باشند لذا دسترسی به آن‌ها نه عملی بوده و نه از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است پس ناگزیر به استفاده داز ترانسهای جریان وولتاژ می‌باشیم تا این مقادیر را به مقادیر کوچکتری که کسری از مقادیر واقعی می‌باشند تبدیل نماییم. در واقع این تجهیزات نمونه کوچک شده، با درصد خطایی بسیار کم از ولتاژ و جریان طرف اولیه هستند و، چون تمامی دستگاه‌های اندازه گیری همچون آمپرمتر، ولتمتر، وارمتر و.... و نیز رله‌های حفاظتی بر اساس میزان جریان و ولتاژ ثانویه این تجهیزات ساخته می‌شوند لذا می‌توان به کمک این ترانس‌ها به اهداف حفاظت و اندازه گیری دست یافت.

انواع ترانس‌های ولتاژ و جریان:

ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ در دو نوع حفاظتی و اندازه گیری طراحی و ساخته می‌شوند، بدیهی است که از نوع حفاظتی جهت تغذیه رله‌های حفاظتی و از نوع اندازه گیری و ثبات‌ها استفاده می‌شود. ترانسفورماتورهای جریان با کلاس حفاظت: این نوع ترانس‌ها معمولا" در چند تیپ ۱۰P۱۰، SP۱۰، SP۲۰ طراحی و ساخته می‌شوند که عدد قبا از حرف P. میزان درصد خطا و عدد بعد از P. صحبت عملکرد ترانس را در چند برابر جریان نامی نشان میدهد. (مثلا" در ترانس SP۲۰ در ۲۰ برابر جریان نامی ۵ درصد خطا وجود دارد).

ترانسفورماتورهای جریان با کلاس اندازه گیری: این ترانس‌ها معمولا" در دو مبدل با کلاسهای یک و نیم ساخته میشوند؛ که این اعداد نشانگر میزان درصد خطا تا ۱۰۲ برابر جریان نامی می‌باشند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ با کلاس حفاظت: این نوع ترانس‌ها معمولا" در دو مدل P۳، P۶ نیز میزان درصد خطا را نشان میدهند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ با کلاس اندازه گیری: این نوع ترانس‌ها نیز مشابه ترانسهای جریان با کلاس اندازه گیری میباشند.

ترانس‌های جریان از نظر ساختمان:

نکته حائز اهمیت در این نوع ترانس‌ها این است که اگر ثانویه مدار باز باشد در اولیه جریان زیاد خواهد بود، اما بدلیل مدار باز بودن تقریبا" هیچ جریانی از ثانویه نمیگذرد و در نتیجه فوران هسته سبب تلفات بسیار بالا در آن شده و موجب ذوب شدن سیم پیچهای سمت ثانویه ودرنهایت آسیب دیدن ترانس می‌شود. حال اگر نیاز به استفاده ازیک ترانس جریان یا یک کور ترانس جریان نباشد می‌توان آنرا با ترمینالهای جریانی (لینک دار) اتصال کوتاه نمود. این موضوع در ترانسهای ولتاژ کاملا" برعکس می‌باشد. یعنی در ترانسهای ولتاژ هیچگاه ثانویه نباید اتصال کوتاه شود.

تاثیر انتخاب توان خروجی بر ضریب امنیت ترانس جریان:

انتخاب توان خروجی ترانسفورماتور اندازه گیری جریان بر اساس توان مصرفی ادوات اندازه گیری متصل به ترانسفورماتور و توان تلفاتی مربوط به سیمهای رابط انجام میگیرد. طراحی‌های جدید دستگاه‌های اندازه گیری به گونه ایست که توان تلفاتی آن‌ها بسیار کاهش یافته و در صورتیکه فاصله ترانس از دستگاه اندازه گیری زیاد نباشد انتخاب توان ۲. ۵ ولت آمپر برای ترانس جریان مناسب می‌باشد. شایان ذکر است که اگر توان خروجی نامی ترانس با توان واقعی ترانس متفاوت باشد ضریب امنیت (Security Factor = fs) مطابق رابطه ذیل تغییر خواهد نمود:

FS: ضریب امنیت واقعی

FS: ضریب امنیت نامی

SN: توان خروجی نامی

S.: توان خروجی واقعی

SE: توان تلفاتی ترانسفورماتور که معمولا" بین ۵ تا ۲۰ درصد توان خروجی نامی است. بعنوان مثال اگر یک دستگاه ترانسفورماتور جریان مشخصات ۱۰۰۱۵ با کلاس دقت 5 FS5. 0 با توان خروجی 5 ولت آمپر انتخاب شود. ولی توان خروجی واقعی 2.5 ولت آمپر باشد ضریب امنیت جدید برابر خواهد بود با:

 

این حالت در صورت بروز اتصال کوتاه و افزایش جریان در اولیه ترانسفورماتور هسته ترانس تا 35.9 برابر جریان اولیه به اشباع نخواهد رفت و جریان ثانویه ترانسفورماتور نیز به همین نسبت افزایش خواهد یافت. عبور این جریان افزایش یافته از ثانویه ترانسفورماتور موجب بروز ادوات اندازه گیری که حساس می‌باشند. خواهد شد؛ بنابراین توصیه میشود توان خروجی ترانسفورماتور جریان بر اساس توان واقعی مصرفی تعیین میگردد تا از بروز خسارت جلوگیری شود.

تاثیر انتخاب توان خروجی در ترانس‌های جریان با کلاس حفاظت:

هر گاه در ترانسفورماتور‌های جریان میزان توان نامی زیاد انتخاب شود و ترانس از نوع کلاس حفاظت باشد و اگر میزان توان مصرفی کمتر از مقدار نامی باشد آنگاه کلاس دقت آن تغییر کرده و افزایش می‌یابد. بعنوان مثال اگر ترانس از نوع ۱۰p ۱۰ و نوان نامی آن VA۱۰ باشد و فقط VA۱ از ترانس کشیده شود qva توان باقیمانده باعث میشود که کلاس دقت آن تغییر کرده و مثلا" به ۱۰ P. ۳۰ یا حتی ۱۰ P. ۴۰ تبدیل شود پس نتیجه میگیریم که در ترانسهای جریان حفاظتی بیشتر انتخاب نمودن توان خروجی سبب افزایش کلاس دقت شده و از نظر فنی بهتر است.

تفاوت ترانس‌های جریان و ولتاژ:

با توجه به اینکه اصول ترانسهای ولتاژ و جریان مشابه اند، اما تفاوتهایی نیز دارند.

۱ - در ترانسهای ولتاژ، جریان عبور کننده از ثانویه توسط بار تعیین میشود، ولی در ترانسهای جریان، جریان طرف اولیه تعیین کننده بوده و میزان بار ثانویه تاثیری در مقدار جریان خروجی ندارد. (خروجی همیشه ۱ یا ۵ آمپری است)

۲ - ترانسهای ولتاژ در دو نوع کاهنده و افزاینده جریان بکار میروند، ولی ترانسهای جریان معمولا" بعنوان کاهنده جریان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۳ - ترانسهای ولتاژ برای کار تحت فرکانس نامی بکار میروند، ولی ترانسهای جریان باید بتواننددر شرایط اتصال کوتاه و هارمونیکهای ناشی از آن، مشخصات خود را از قبیل: جریان خروجی و کلاس دقت حفظ کنند.

۴ - ترانسهای ولتاژ معمولا" سه فاز هستند. (مخصوصا" در فشار ضعیف)، ولی ترانسهای جریان بصورت تک فاز طراحی و ساخته و حفظ می‌شوند.

۵ - ترانسهای جریان از نظر ولتاژی، ایزولاسیون مشکل دارند. دلیل اینکار وجود ولتاژ بالا در اولیه و ولتاژ تقریبا" صفر در ثانویه است.

معیارهای انتخاب ترانس جریان:

برای انتخاب ترانس‌های جریان در صنعت معیار ها‌ی مختلفی وجود دارد که توضیح آن در این مقاله نمیگنجد و فقط سعی شده به اهم آن اشاره شود.

۱ -ولتاژ عایقی

۲ - جریان نامی اولیه

۳ - جریان نامی ثانویه

۴ - جریان قابل تحمل کوتاه و مدت و زمان آن

۵ - جریان دینامیکی اتصال کوتاه در اولیه

۶ -فرکانس سیستم

۷ - تعداد هسته‌ها

۸ - ابعاد ترانس

۹ - کلاس دقت

۱۰ - ابعاد خروجی

معیار انتخاب ترانس ولتاژ:

همچون ترانسهای جریان در ترانسهای ولتاژ نیز جهت سفارش و مصرف به موارد مهمی باید دقت نمود که اهم آن‌ها بشرح ذیل میباشد.

۱ - ولتاژ نامی اولیه

۸ - ولتاژ نامی ثانویه

۳ -توان نامی خروجی

۴ - توان خروجی ماکزیمم

۵ - خطای نسبت تبدیل

۶ - فرکانس نامی

۷ - حفاظت اولیه و ثانویه

۸ - انواع عایق



معمولا" جریان ثانویه ترانسهای جریان ۱ یا ۵ آمپر می‌باشند؛ که امروزه مصرف ترانسهای A۱ بدلیل افت کمتر توان و نیز مسئله اتصال بیشتر شده است. همانطور که مستحضر هستید ترانسهای جریان فشار ضعیف همگی تک کور هستند حال اینکه ترانسهای جریان فشار متوسط تا ۴ کور قابل تعمیم می‌باشند که هر کدام از کور‌ها می‌توانند بسته به توان نامی و جریان نشان A1 یا A5 و یا کلاسهای دقت مجزای از هم (حفاظت و اندازه گیری) باشند. در خصوص جریان حرارتی در ترانسفورماتور‌های جریان شایان ذکر اینکه این جریان بر اساس ۱۰۰x in = ITN محاسبه میشود که معمولا" حداکثر آن بنا به درخواست در ترانسهای تیپ اولیه ka۳۰ ورود ترانسهای با یک جریان اولیه ka۶۰ می‌باشد.

بررسی زمان اتصال کوتاه در ترانس‌های جریان:

مبحثی که این روز‌ها معمولا" در نقشه‌های مدارهای قدرت به چشم میخورند زمان اتصال کوتاه میباشد که معمولا" در نقشه‌ها و در تمام مدارک فنی و کاتالوگ‌ها ۱ ثانیه قید شده ولیکن در صورت تبدیل آن به زمانهای دیگر میتوان از روابط ذیل که فقط از نظر حرارتی به این قضیه مدارهای قدرت به چشم میخورد. زمان اتصال کوتاه میباشدکه معمولا" ۱ یا ۳ ثانیه میباشد.

امید است مطلب عنوان شده که بسیار مختصر میباشد مورد توجه دوستان برقی قرار گرفته باشد.

 

منبع: وبلاگ مهندسی تابلوهای برق