ترانسفورماتور
ترانس جریان
مقدمه
امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی و نیز با به روی کار آمدن رله های زکوندر استفاده از ترانس های جریان و ولتاژ
جهت حفاظت و نیز جهت اندازه گیری کمیت های 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 ترانس های ولتاژ و جریان استفاده می کنیم؟
در صنعت برق برای دو منظور اندازه گیری و حفاظت نیاز به میزان پارامترهای ولتاژ و جریان هستیم ولی از آنجا که
این مقادیر اعداد بزرگی می باشند لذا دسترسی به آنها نه عملی بوده و نه از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است
پس ناگزیر به استفاده از ترانسهای جریان وولتاژ می باشیم تا این مقادیر را به مقادیر کوچکتری که کسری از مقادیر
واقعی می باشند تبدیل نماییم. در واقع این تجهیزات نمونه کوچک شده ، با درصد خطایی بسیار کم از ولتاژ و جریان
طرف اولیه هستند و چون تمامی دستگاه های اندازه گیری همچون آمپرمتر، ولتمتر، وارمتر و…….و نیز رله های
حفاظتی بر اساس میزان جریان و ولتاژ ثانویه این تجهیزات ساخته می شوند لذا می توان به کمک این ترانس ها به
اهداف حفاظت و اندازه گیری دست یافت.
ترانس جریان (C.T) Current Transformer
به دلیل بالا بودن جریان در شبکه های انتقال نیرو و همچنین به دلیل بالا بودن ولتاژ نیاز به نمونه برداری جریان از
قسمتهای مختلف شبکه م یباشد به همین دلیل نیاز به وسیله ای داریم به نام ترانس جریان که دو عمل را برای ما
انجام می دهد.
الف- جریان های بالا را به جریانهای پایین ۵ آمپر و یا ۱ آمپر تبدیل می کند.
ب- باعث ایزوله شدن شبکه های فشار قوی از سیستم های اندازه گیری و حفاظت باشد.
از CT ها به دو منظور استفاده می شود:
۱- برای مقاصد اندازه گیری
۲- برای مقاصد حفاظت شبکه
این ترانس ها در ابتدای خطوط ورودی به پست ها و همچنین در ورودی ترانس قدرت و ورود ی ثانویه ترانس و
همچنین در خروجی های پست و نقاط کلیدی دیگر که احتیاج است جریان در آن نقطه تحت نظر باشد استفاده
میشود که هر کدام از این نقاط با ترانس مخصوص به خو د چه از نظر عایقی و ساختمان و چه از نظر قدرت و دقت ،
نصب و استفاده می گردند.
ترانس جریان در مدار بصورت سری قرار می گیرد. ترانسفورماتور جریان از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده که
جریان واقع ی در پست از اولیه عبور نموده و در اثر عبور این جریان و متناسب با آن، جریان کمی (در حدود آمپر )
در ثانویه به وجود می آید. ثانویه این ترانس ها با مقیاس کمتری از اولیه خود که تا حد بسیار بالایی تمام ویژگیهای
جریان در اولیه خود را دارد به تجهیزات فشار ضعیف پست و رله ها و نشان دهنده ها متصل می شود. ثانویه این
ترانس ها دارای سیم پیچ با دورهای زیادتری نسبت به اولیه که بیشتر مواقع تنها یک شمش و یا چند دور از شمش
است ساخته می شود.
توانایی های عمومی ترانسفورماتورهای جریان
ترانسفورماتورهای جریان بایستی بتوانند نیازهای زیر را برآورده نمایند:
۱- بطور پیوسته بتوانند ولتاژ و جریان نامی را بدون ایجاد حرارت اضافی و شکست عایقی تحمل نمایند.
۲- ترانسفورماتورهای جریان حفاظتی بایستی در حالت اضافه جریان در اثر بروز عیب در شبکه با دقت خوبی عمل
تبدیل را انجام دهند.
۳- ترانسفورماتورهای جریان اندازه گیری، بایستی در حالت اضافه جریان مربوط به اتصال کوتاه شبکه، بطور ذاتی
محدود نمایند تا آسیبی به دستگاه های اندازه گیری وارد نگردد.
ساختار ترانسفوماتورهای جریان
یکی ازمهمترین موارد در ساختمان یک ترانسفورماتور جریان، اختلاف ولتاژ خیلی زیاد بین اولیه و ثانویه می باشد زیرا
ولتاژ اولیه همان ولتاژ نامی پست است، در حالیکه ولتاژ ثانویه خیلی پایین می باشد که با توجه به این مورد
بایستی بین اولیه و ثانویه ایزولاسیون کافی وجود داشته باشد .ترانسفورماتورهای جریان بر حسب نوع عایق بندی
در انواع مختلف ساخته می شوند و عبارتند از:
۱- CT های هسته بالا (Tank Type )
۲- CTهای هسته پایین (TAPCORE)
۳- نوع بوشینگی (Bushiny Type)
۴- نوع خشک با عایق رزینی ( Castin Resine )
۵- ترانس نوع روغنی با عایق کاغذ آغشته به روغن
۶- نوع شمشی
۷- نوع حلقوی
۸- نوع SF6
۱- ترانس های جریان هسته بالا
در این نوع ترانس ها مسیر طی شده در اولیه بسیار کوتاه می شود . هادی اولیه از داخل یک حلقه عبور کرده و
سیم پیچ ثانویه دور هسته حلقوی پیچیده شده است . که ثانویه آن در قسمت بالا بوده و به نام Top Core و یا
Inverted مشهور می باشند .
کلیه سیم پیچ ها در داخل عایقی از روغن قرار دارد و سرهای ثانویه بوسیله سیم های عایق شده از داخل یک
لوله به جعبه ترمینال هدایت می شود. جهت ایجاد عایق کافی بین ثانویه و اولیه در اطراف سیم پیچ ثانویه تعداد
زیادی دور کاغذ که با توجه به ولتاژ ترانسفورماتورها تعیین می گردد، پیچیده می شود و فضای خالی بین کاغذ و
اولیه نیز توسط روغن احاطه می شود.
در ولتاژهای بالا ممکن است که سیم پیچ ثانویه در یک قالب آلومینیومی جاسازی شود .
در هر دو حالت فوق بایستی سعی شود که به هیچ عنوان هو ا و یا ذرات دیگر به داخل محفظه ترانسفورماتورهای
جریان نفوذ ننموده و از طرف دیگر امکان انبساط و انقباض روغن در اثر تغییر درجه حرارت نیز وجود داشته باشد، لذا
در بالای ترانسفورماتورها بایستی فضای خالی به وجود آورد که به منظور ایزوله نمودن از هوا، از فولاد یا تفلون و یا
دیافراگ مهای لاستیکی (ارتجاعی) استفاده می شود که در اثر انبساط و انقباض روغن بالا و پایین می روند. در
بعضی از طرح ها نیز محفظه بالای روغن را از گاز نیتروژن پر می کنند.
۲- ترانس های جریان هسته پائین
در این نوع ترانس، هادی او لیه در داخل یک بوشینگ به شکل U قرار دارد، بطوریکه قسمت پایین U در داخل تانک
قرار می گیرد و در این حالت اطراف هادی اولیه بوسیله کاغذ عایق شده و در روغن غوطه ور می باشد . در این
حالت مخزن فلزی از نظر الکتریکی محافظت می شود .
سیم پیچی های ثانویه بصورت حلقه، هادی اولیه را در بر می گیرند. در این طرح طول اولیه نسبتا “زیاد بوده و عبور
جریان باعث گرم شدن ترانس جریان می گردد . استفاده از این نوع ترانس های جریان بیشتر در مواقعی است که
چندین هسته و نیز اتصالات متعدد در اولیه برای دسترسی به نسبت های مختلف جریان لازم باشد .
در این ترانس ها ترکیب روغن به همراه دانه های ریز کوارتز خالص است که منجر به حد اقل شدن ابعاد ترانس می
شود . محفظه روغن کاملاً آب بندی است و نیاز به باز بینی و نگهداری ندارد .باید در نظر داشته باشیم که در
مکانهای زلزله خیز از نوع کر پایین معمولاً استفاده می شود. (بعلت تعادل بیشتر فیزیکی در اثر تکان خوردن زمین در
زمان وقوق زلزله)
برخی از ویژگی های ترانس های جریان هسته پایین:
۱- کوچگتر بودن ابعاد ترانس (با بکارگیری روغن کوارتز)
۲- امکان تغییر حجم با استفاده از گاز نیتروژن و بدون استفاده از قسمت های متحرک (عدم نیاز به تعویض روغن)
۳- آب بندی کامل بطوریکه نیاز به بازبینی و نگهداری ندارد
۴- دارای مقاومت بالا در برابر زلزله
۵- تانک روغنی از نوع گالوانیزه گرم می باشد.
مزایا و معایب CTهای هسته پایین و هسته بالا نسبت به یکدیگر :
۱- در CT های هسته بالا چون هسته و سیم پیچهای ثانویه دربالا قرار گرفته است نیاز به استحکام مکانیکی ویژه
ای دارد و بایستی دارای فونداسیونی باشد که در مقابل باد و طوفان و زلزله و نیروهای دینامیکی ناشی از جریان
اتصال کوتاه ترانس جریان را نگه دارد . در صورتی که در CT های هسته پایین نیاز فوق کمتر خواهد بود .
۲- در ترانس های هسته پایین چون سیم فشار قوی مسیر کل بوشینگ را بصورت رفت و برگشت طی نموده و از
طرفی به قسمت پایین که به زمین نزدیکتر است وارد می شود لذا عایق بندی آن بمراتب از هسته بالا که سیم
فشار قوی مسیر کوتاهی در داخل CT طی می کند و در قسمت بالای مقره بوشینگی قرار گرفته است مشکل
تر می باشد .
۳- در ترانس های هسته پایین به هنگام اتصال کوتاه سیم های فشار قوی رفت و برگشت چون حامل جریان خیلی
زیادی هستند نیروهای زیاد بر هم وارد می نمایند و موجب خسارت دیدن CT می گردند . در صورتی که این حالت
درترانس های جریان هسته بالا وجود ندارد .
۴ میدان مغناطیسی در هسته ترانس جریان هسته بالا بعلت اینکه سیم فشار قوی مستقیم و عمود بر سطح
مقطع حلقه هسته عبور می نماید یک میدان یکنواخت می باشد . در صورتی که این میدان در ترانس جریان هسته
پایین غیر یکنواخت می باشد و ترانس هسته پایین در معرض ناپایداری حرارتی قرار دارد .
۳- ترانس های جریان بوشینگی
در بعضی از دستگاه ها نظیر کلیدها و یا ترانسفورماتورهای قدرت و راکتورها جهت صرفه جو یی می توان ثانویه یک
ترانس جریان را در داخل بوشینگ دستگاه ها قرار داده، بطوریکه اولیه آن با اولیه دستگاه مشترک باشد. این نوع
ترانس را ترانسفورماتورهای جریان از نوع بوشینگی می نامند .
در ولتاژهای پایین نیز ممکن است از رزین به عنوان ماده جامد عایقی استفاده نمود که این نوع ترانسفورماتورهای
جریان تا ولتاژ ۶۳ کیلو ولت کاربرد بیشتری دارند و در حال حاضر سازندگان مختلفی سعی می نمایند که این طرح را
برای ولتاژهای بالاتر نیز مورد استفاده قرار دهند.
۴- ترانس جریان نوع قالبی یا رزینی
از این نوع CT ها بیشتر در مناطق گرمسیری و به منظور جلو گیری از نفوذ رطوبت و گرد و خاک به داخل CT استفاده می شود و تا سطح ولتاژ ۶۳ کیلو ولت و جریان ۱۲۰۰ آمپر بیشتر طراحی نشده اند .
این ترانس ها بمنظور جداسازی مدارهای حفاظتی واندازه گیری از مدار فشار قوی و تبدیل مقادیر جریان یا ولتاژ به میزان مورد نظر بکار می روند . این نوع ترانسها قابل نصب در تابلوهای فشار متوسط است .
عایق این نوع ترانس ها از نوع اپوکسی رزین است که تحت خلا ریخته گری میشود و با خواص عایقی و مکانیکی
مناسب ساخته می شود .
ساخت ترانسفورماتورهای جریان نوع خشک با عایق زرینی برای ولتاژهای پائین تا سطح ۶۳ کیلوولت عملی بوده و
خصوصاً در محل های سرپوشیده با توجه به عدماحتمال انفجار این نوع ترانسفورماتورهای مرسوم می باشد.
۴- ترانس نوع حلقوی
