در پست های فشار قوی به منظور اندازه گیری مقدار جریان و یا حفاظت تجهیزات توسط رله های حفاظتی الکتریکی ازترانسفورماتورهای جریان استفاده می شود که دارای دو وظیفه اصلی می باشند :
1 پایین آوردن مقدار جریان فشار قوی بطوری که قابل استفاده برای اندازه گیری از قبیل آمپر متر و مگا واتمتر و کنتورهای اکتیو و راکتیو و همچنین رله های حفاظتی جریانی باشد .
2 ایزوله کردن و جدا کردن دستگاه های اندازه گیری و حفاظتی از ولتاژ فشار قوی در اولیه .
بطور کلی ترانسفورماتور های جریان اولیه آنها در مسیر جریان مورد حفاظت و یا اندازه گیری قرار گرفته و در ثانویه آن ، با نسبتی معین جریانی متفاوت داریم مثلاً ترانس جریان با نسبت 200/1 یعنی ترانسی که بازای 200 آمپر در طرف اولیه 1 آمپر در طرف ثانویه ( به شرط برقراری مدار ) ایجاد می کند .
طبعاً هر قدر جریان اولیه تغییر کند جریان در طرف ثانویه نیز به همان نسبت تغییر می کند .
ولی به خاطر محدودیت هسته ترانس جریان برای عبور خطوط قوای مغناطیسی این قاعده تا حد معینی از افزایش جریان ارتباط دارد .
به خاطر حفاظت وسایل اندازه گیری در برابر ضربه های ناشی از اضافه جریان معمولاً ازترانس جریان نهایی استفاده می شود که هسته آنها خیلی زود اشباع می شود .
برعکس برای اینکه سیستمهای حفاظتی دقیقتر عمل کنند به ترانس جریانهای احتیاج داریم که هر چه دیرتر اشباع بشوند مثلاً ده ، پانزده یا بیست برابر جریان نامی .
طرز کار ترانس جریان نیز بدین صورت است که جریان مدار از اولیه آن عبور کرده و باعث ایجادخطوط قوای مغناطیسی می شود این خطوط قوا به نوبه خود درثانویه ایجاد جریان می کند .
جریان موجود در سیم پیچ ثانویه خطوط قوای دیگری را در هسته بوجود می آورد که جهت آن مخالف جهت خطوط قوای اولیه بوده و آنرا خنثی می کند چنانچه مدار ثانویه ترانس جریان در حالی که ترانس در معرض جریان اولیه است باز شود .
خطوط قوای مربوط به ثانویه صفر شده و در هسته فقط خطوط قوای مربوط به اولیه باقی می ماند که این خطوط قوای هسته را گرم کرده و باعث سوختن ترانس جریان می شود .
لذا همیشه اخطار می شود که ثانویه ترانس جریان که درمدار قرار گرفته باز نشود یا به مداری با مقاومت بیشتر از حد مجاز متصل نشود .
پارامتر های اساسی در C.t ها
1- نقطه اشباع 2 کلاس و دقت ترانس جریان
3 نسبت تبدیل ترانس 4 ظرفیت ترانس جریان
1 نقطه اشباع ترانس : ترانسفورماتورهای جریان برایجدا کردن مدار دستگاههای سنجش و حفاظتی از شبکه فشار قوی بکار می رود و اصولاً طوری انتخاب می شوند که در شرایط عادی و اضطراری شبکه بتواند بخوبی کار کند و جریان ثانویه لازم را برای دستگاههای اندازه گیری و حفاظتی تأمین کند اما مسئله اصلی این است که درهنگام اتصال کوتاه چون جریان اولیه ترانسفورماتور زیاد است بالطبع جریان ثانویه نیز زیاد خواهد شد ولی باید ترانسفورماتور جریان طوری عمل کند تا این جریان زیاد نتواند ازدستگاههای اندازه گیری عبور کرده و دستگاه را بسوزاند علاوه بر آن که این جریان نباید سبب فرمان غلط به دستگاههای حفاظتی شده و یا اینکه مانع عمل آنها شود بعبارت دیگر باید ترانسفورماتورهای جریان طوری ساخته شود که در جریان های زیاد اشباع شده و مانع شود جریان زیادی از دستگاههای اندازه گیری عبور کند ولی برای رله های حفاظتی وضعیت فرق نی کند و ترانسفورماتور جریانی مورد احتیاج است که درجریانهای زیاد اشباع شده و جریان زیاد را تا حد معینی اجازه دهد تا از رله های حفاظتی عبور نماید مشخصه مغناطیسی یا تحریک C.T بستگی به جنس هسته تعداد حلقه های سیم پیچی و سطح مقطع و طول هسته دارد برای یک نوع C.T و هسته های مختلف برای آن ، منحنی های مغناطیسی آنها مشخص شده است .
مشاهده می شود که با درنظر گرفتن جنس هسته مقدار چگالی فلو با توجه به تغییرات نیروی تحریک تغییر نموده و منحنی مختلف حاصل می شود .
تغییرات جریان ثانویه را با توجه به تغییرات جریان اولیه ملاحظه می کنیداگر جنس هسته ازنوع آهن نیکل دار انتخاب شود مطابق منحنی c برابر جریات حساس است و اگر از نوع a انتخاب شود تا ده برابر و برای b تا 15 برابر جریان ثانویه حساس و بعد از آن اشباع شده و اجازه نمی دهد نقطه kp که آنرا مقطه شروع اشباع knee point می گویند بازای افزایش 50% جریان تحریک ولتاژ تنها 15% افزایش می یابد .
مشاهده می شود از نقطه kp به بعد نسبت تبدیل C.T معلوم نیست وجریان ثانویه تقریباً ثابت است تنها اندکی افزایش خواهد داشت.
بنابراین نقطه kp در انتخاب ترانسفورماتور جریان پارامتر مهمی است وحتماً باید مد نظر باشد .
2 کلاس و دقت اندازه گیری ترانس جریان
مبدل های جریان اصولاً برای کلاس های 0.5,0.2,0.1,1,2,5 و10p20 و10p10 و5p20 و5p10 می باشد .
بنابراین کلاس ترانسفورماتور های جریا اصولاً یکی از اعداد بالاست .
اگر کلاس ترانسفورماتور جریان بصورت apn نشان داده شده باشد اصولاً a مقدار خطای جریان بر حسب درصد وn مضربی از جریان نامی اولیه می باشد مثلاً در ترانسفورماتور 5p10 یعنی تا ده برابر جریان نامی ترانسفورماتور جریان مقدار خطا 5% خواهد بود مشخصات نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان را برای 10p5 و 10p10 در بارهای مختلف نشان می دهد .
برای ترانسفورماتور10p5 در 5 برابر جریان نامی خطای حاصل ده درصد است اما درده برابر جریان نامی خطا به سی درصد می رسد بنابراین ترانسفورماتور مذکور با این کلاس برای سیستم حفاظتی مناسب نیست اما خطای ترانسفورماتور10p10 در ده برابر جریان نامی فقط دردرصد می باشد و این امر نشان می دهد که ترانسفورماتور با کلاس 10p10 برای حفاظت مناسبتر می باشد و اصولاً اکتیوتر است به همین دلیل است که اصولاً ترانسفورماتور های مخصوص رله حفاظت سیستم ها باید متناسب با بار دستگاههای حفاظتی و دارای عدد ازدیاد جریان 25>n>10 و کلاس یک باشد بطوریکه هم بزودی اشباع تشود وهم اینکه دقت خوبی داشته باشد البته انتخاب این c,t اصولاً تسنگی به نوع حفاظت و وضعیت سیستم دارد .
اما ترانسفورماتور جریان مخصوص دستگاههای امدازه گیری باید دارای عدد n>5 باشد تا ترانسفورماتور بزودی اشباع شده و مانع سوختن دستگاههای اندازه گیری گردد .
3 نسبت تبدیل ترانس جریان :
جریان اولیه c,t طبق استاندارد Iee-185 مطابق اعداد زیر می باشد .
اصولاً در انتخاب جریان اولیه یکی از اعداد زیر انتخاب شود :
10-12.5-15-20-25-30-40-50-6-75-100-125-150Amp در صورتیکه نیاز به جریان اولیه بیشتری باشد باید ضریبی از اعداد بالا انتخاب گردد .
جریان ثانویه ترانسفورماتور جریان نیز طبق IEe-185 مطابق اعداد1-2-5 می‌باشد که بر اساس نیاز یکی از اعداد فوق باید انتخاب شود برای انتخاب نسبت تبدیل ترانس c,t باید جریان اولیه را متناسب با جران های دستگاههای حفاظت شونده و بار دستگاه های که لازم است بار آنها اندازه گیری شود انتخاب کرد جریان ثانویه c,t را اصولاً می توان مطابق فاصله دستگاه های اندازه گیری و حفاظت c,t انتاب کرد : اگر فاصله کم باشد جریان ثانویه 5 و اگر ترانسفورماتور جریان از محل دستگاههای سنجش و یا حفاظتی دور باشد بهتر است بجای جریان ثانویه 5 آمپر از جریان 1 آمپر استفاده کرد زیرا افت توان و ولتاژ در سیمهای رابط کمتر خواهد شد .
جریان ثانویه ترانسفورماتور جریان نیز طبق IEe-185 مطابق اعداد1-2-5 می‌باشد که بر اساس نیاز یکی از اعداد فوق باید انتخاب شود برای انتخاب نسبت تبدیل ترانس c,t باید جریان اولیه را متناسب با جران های دستگاههای حفاظت شونده و بار دستگاههای که لازم است بار آنها اندازه گیری شود انتخاب کرد جریان ثانویه c,t را اصولاً می توان مطابق فاصله دستگاههای اندازه گیری و حفاظت c,t انتاب کرد : اگر فاصله کم باشد جریان ثانویه 5 و اگر ترانسفورماتور جریان از محل دستگاههای سنجش و یا حفاظتی دور باشد بهتر است بجای جریان ثانویه 5 آمپر از جریان 1 آمپر استفاده کرد زیرا افت توان و ولتاژ در سیمهای رابط کمتر خواهد شد .
4ـ ظرفیت ترانس جریان ظرفیت ترانسفورماتر جریان عبارتست از حاصلضرب جریان نامی ثانویه ترانسفورماتور جریان در مقدار افت ولتاژ ناشی از گردش این جریان در مدار تغذیه شونده از c,t که برحسب V.A بیان می شوند .
طبق استاندارد IEe-185 مقدار ظرفیتهای ترانسفورماتورهای جریان تا 0V.A برابر صورت زیر استاندارد نموده اند :25-5-10-15-30-(VA) از 30VA به بالا را اصولاً بر حسب نیاز انتخاب می نمایند .
برای اینکه مقدار خطا درترانسفورماتور های جریان به مقدار محاسبه شده باقی بماند لازم است مقدار توان گرفته شده از c.t معادل مقدار توان ترانسفورماتور باشد .
در این حالت باید مجموع مقاومتهای مدار خارجی سیم پیچ ثانویه حتی المقدور برابر مقاومت خارجی نامی ترانسفورماتور باشد .
تا از خراب شدن آن جلوگیری به عمل آید و در ضمن از خراب شدن دستگاه های اندازه گیری نیز حفاظت شود .
با توجه به مطالب گفته شده در انتخاب ظرفیت c,t باید قدرت مصرف کلیه وسایلی که از ثانویه تغذیه میشوند در نظر گرفت .
در زیر مصرف یک سری از وسایل اندازه گیری و رله ها مشخص شده است .
نوع وسیله قدرت به ولت آمپر (VA) آمپر متر 3 آمپر متر ثابت 5-10 وات متر 3 متر 5-10 رله اضافی جریان زمانی 8-5 رله حرارتی 9-16 رله قدرت 1-5 رله دیستانس 4-30 رگولاتور ولتاژ 35-135 رله دیفرانسیل 0.1-0.4 طول و سطح مقطع سیم برای 5A قدرت مصرفی (VA) 2.5mm2100m 5/3 4mm-100m 2.2 6mm2-100m 1.5 10mm2-100m 0.9 تذکر : می توان قدرت مصرفی کارها را از رابطه Ris2 نیز بدست آورده که R مقاومت سیم بر حسب اهم و Is جریان ثانویه ترانسفورماتور جریان می‌باشد .
انواع ترانسهای جریان ازنظر ساختمان c.t ها از نظر ساختمان داخلی به دو دسته کلی تقسیم می شوند : 1ـ نوع حلقه ای Ring Type : در این نوع ترانس جریان که عمدتاً از هسته و سیم پیچ ثانویه نشکیل شده است شکل ظاهری ترانس بصورت یک حلقه ایست که سیم طرف فشار قوی از میان این حلقه عبور کرده و حکم اولیه ترانس را دارا می‌باشد .
2ـ نوع پایه ای Past Type : در این نوع ترانس جریان به شکل یک ستون می‌باشد که قسمت فوقانی آن محل ورود و خروج سیم فشار قوی می باشد و سرهای ثانویه از پایین ترین قسمت ترانس جریان گرفته می شود که خود به دو نوع تقسیم می گردد : الف) هسته بالا (Top Core) ب) هسته پایین (Tank Type) در نوع هسته بالا سیم پیچ ثانویه و هسته ترانس در قسمت فوقانی قرار رگفته است و سیم فشار قوی مستقیماً از هسته عبور می نماید و مجموعاً توسط مقره اتکائی بوشینگی از پایه و زمین جدا می گردند .
سیمهای ثانویه از سوراخ وسط مقره بوشینگی بطرف پایین هدایت شده و به جعبه ترمینال c.t متصل می گردند .
ضمناً از روغن عایق نیز برای عایقبندی سیم پیچی ثانویه و اولیه و هسته نسبت به هم استفاده می گردد .
در نوع هسته پایین هسته و سیم پیچهای ثانویه در قسمت تحتانی c,t قرار گرفته است و مقره بوشینگی بر روی آن قرارگرفته است و در قسمت بالا به عنوان نقطه اتکا برای سیم فشار قوی عمل می نماید و این سیم از طریق سوراخ وسط مقره بوشینگی بطرف پایین قرار گرفته است هدایت شده و مجدداً پس از عبور از هسته بطرف بالا بر می گردد .
مزایا و معایب c,t های هسته پایین و هسته بالا نسبت به یکدیگر : 1ـ در c,t 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 c,t های هسته پایین نیاز فوق کمتر خواهد بود .
2ـ درترانسهای 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 عایقبندی آن بمراتب از هسته بالا که سیم فشار قوی مسیر کوتاهی درداخل c,t طی می کند و در قسمت بالای مقره بوشینگی قرار گرفته است مشکلتر می باشد .
3ـ در ترانسهای هسته پایین به هنگام اتصال کوتاه سیمهای فشار قوی رفت و برگشت چون حامل جریان خیلی زیادی هستند نیروهای زیاد بر هم وارد می نمایند و موجب خسارت دیدن c,t می گردند .
در صورتی که این حالت درترانسهای جریان هسته بالا وجود ندارد .
4ـ میدان مغناطیسی در هسته ترانس جریان هسته بالا بعلت اینکه سیم فشار قوی مستقیم و