مقدمه ای بر ترانس های ولتاژ و جریان

چرا از ترانس های ولتاژ و جریان استفاده می کنیم؟

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 می باشند لذا دسترسی به آنها نه عملی بوده و نه از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است پس ناگزیر به استفاده داز 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 ترانسها به اهداف حفاظت و اندازه گیری دست یافت.

انواع ترانس های ولتاژ و جریان:

ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ در دو نوع حفاظتی و اندازه گیری طراحی و ساخته می شوند، بدیهی است که از نوع حفاظتی جهت تغذیه رله های حفاظتی و از نوع اندازه گیری و ثباتها استفاده می شود.ترانسفورماتورهای جریان با کلاس حفاظت : این نوع ترانسها معمولا" در چند تیپ 10P10، SP10،SP20  طراحی و ساخته می شوند 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 SP20 در 20 برابر جریان نامی 5 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 102 برابر جریان نامی می باشند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ با کلاس حفاظت: این نوع ترانسها معمولا" در دو مدل P3، P6 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.

 ترانس های 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 می شود.حال اگر نیاز به استفاده ازیک ترانس جریان  یا یک کور ترانس جریان نباشد می توان آنرا با ترمینالهای جریانی ( لینک دار) اتصال کوتاه نمود.این موضوع در ترانسهای ولتاژ کاملا" برعکس می باشد.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.طراحی های جدید دستگاه های 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 2.5   ولت آمپر برای ترانس جریان مناسب می باشد.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 5 تا 20 درصد توان خروجی نامی است.بعنوان مثال اگر یک دستگاه ترانسفورماتور جریان مشخصات 10015 با کلاس دقت 5  FS5 .0 با توان خروجی 5 ولت آمپر انتخاب شود. ولی توان خروجی واقعی 5/2 ولت آمپر باشد ضریب امنیت جدید برابر خواهد بود با :                                                     (0.375+2.5) / ( FS= 5 x(5+0.3    

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       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 می باشند.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 خروجیدر ترانس های جریان با کلاس حفاظت :

هر گاه در ترانسفورماتور های  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 می یابد.بعنوان مثال اگر ترانس از نوع 10p 10 و نوان نامی آن VA10 باشد و فقط VA1 از ترانس کشیده شود qva توان باقیمانده باعث میشود که کلاس دقت آن تغییر کرده و مثلا" به 10 P 30 یا حتی 10 P 40 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 ترانس های جریان و ولتاژ:

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

1- 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 1 یا 5 آمپری است)

2- ترانسهای ولتاژ در دو نوع کاهنده و افزاینده جریان بکار میروند ولی ترانسهای جریان معمولا" بعنوان کاهنده جریان مورد استفاده قرار می گیرند.

3- 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.

4- ترانسهای ولتاژ معمولا" سه فاز هستند.( مخصوصا" در فشار ضعیف) ولی ترانسهای جریان بصورت تک فاز طراحی و ساخته و حفظ می شوند.

5- 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 ترانس های جریان در صنعت معیارها ی مختلفی وجود دارد که توضیح آن در این مقاله نمیگنجد و فقط سعی شده به اهم آن اشاره شود.

1-ولتاژ عایقی

2- جریان نامی اولیه

3- جریان نامی ثانویه

4- جریان قابل تحمل کوتاه و مدت و زمان آن

5- جریان دینامیکی اتصال کوتاه در اولیه

 ۶-فرکانس سیستم

7- تعداد هسته ها

8- ابعاد ترانس

9- کلاس دقت

10- 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.

1- ولتاژ نامی اولیه

8- ولتاژ نامی ثانویه

3-توان نامی خروجی

4- توان خروجی ماکزیمم

5- خطای نسبت تبدیل

6- فرکانس نامی

7- حفاظت اولیه و ثانویه

8- انواع عایق

معمولا" جریان ثانویه ترانسهای جریان 1 یا 5 آمپر می باشند.که امروزه مصرف ترانسهای A1 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 4 کور قابل تعمیم می باشند که هر کدام از کورها می توانند 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 ترانسفورماتور های جریان شایان ذکر اینکه این جریان بر اساس 100x in = ITN  محاسبه میشود که معمولا" حداکثر آن بنا به درخواست در ترانسهای تیپ اولیه ka30 ورود ترانسهای با یک جریان اولیه ka60 می باشد.

 بررسی زمان اتصال کوتاه در ترانس های جریان:

مبحثی که این روزها معمولا" در نقشه های مدارهای  قدرت به چشم میخورند زمان اتصال کوتاه میباشد که معمولا" در نقشه ها و در تمام مدارک فنی و کاتالوگها 1 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" 1 یا 3 ثانیه میباشد.