الکتروتکنیک-برق صنعتی

ترانس جریان : Current Transformer )C.T)

به دلیل بالا بودن جریان در شبكه های انتقال نیرو و همچنین به دلیل بالا بودن ولتاژ نیاز به نمونه برداری جریان از قسمتهای مختلف شبكه می‌باشد به همین دلیل نیاز به وسیله‌ای داریم به نام ترانس جریان كه دو عمل را برای ما انجام می دهد.الف . جریانهای بالا را به جریانهای پایین (5A و یا 1A) تبدیل می كند .ب . باعث ایزوله شدن شبكه های فشار قوی از سیستمهای اندازه گیری و حفاظت باشد ضمناً لازم به ذكر است كه CT در مدار فشار قوی بصورت سری در مدار قرار می گیرد .

انواع ترانس جریان

1) CT های هسته پایین

2) CT های هسته بالا

3) نوع بوشینگی

4) نوع قالبی یا رزینی

الف) ترانسهای 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 یک تانک قرار میگیرد و در این حالت اطراف هادی اولیه بوسیله کاغذ عایق شده و در روغن غوطه‌ور می‌باشد در این حالت مخزن فلزی از نظر الکتریکی محافظت میشود . سیم پیچی‌های ثانویه بصورت حلقه، هادی اولیه را در بر می‌گیرند. در این طرح طول اولیه نسبتا" زیاد بوده و عبور جریان باعث گرم شدن ترانس جریان می‌گردد . استفاده از این نوع ترانس های جریان بیشتر در مواقعی است که چندین هسته و نیز اتصالات متعدد در اولیه برای دسترسی به نسبتهای مختلف جریان لازم باشد. در این ترانسها ترکیب روغن به همراه دانه های ریز کوارتز خالص است که منجر به حد اقل شدن ابعاد ترانس میشود . محفظه روغن کاملاً آب بندی است و نیاز به باز بینی و نگهداری ندارد. باید در نظر داشته باشیم كه در مكانهای زلزله خیز از نوع كر پایین معمولاً استفاده می شود (بعلت تعادل بیشتر فیزیكی در اثر تكان خوردن زمین در زمان وقوق زلزله)

ب ) ترانسهای جریان هسته بالا :

در این نوع ترانسها مسیر طی شده در اولیه بسیار کوتاه میشود . 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 می‌باشند. 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 میشود. جهت ایجاد عایق کافی بین ثانویه و اولیه در اطراف سیم پیچ ثانویه تعداد زیادی دور کاغذ که با توجه به ولتاژ ترانسفورماتورها تعیین می‌گردد، پیچیده می‌شود و فضای خالی بین کاغذ و اولیه نیز توسط روغن احاطه می‌شود. 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 هوا 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 دیافراگم‌های لاستیکی (ممبران) استفاده می‌شود که در اثر انبساط و انقباض روغن بالا و پایین می‌روند. در بعضی از طرح‌ها نیز محفظه بالای روغن را از گاز نیتروژن پر می‌کنند.

ج ) ترانس های جریان بوشینگی :

در بعضی از دستگاه‌ها نظیر کلیدهایی از نوع "Dead Tank Type" و یا ترانسفورماتورهای قدرت و راکتورها جهت صرفه‌جویی می‌توان ثانویه یک ترانس جریان را در داخل بوشینگ دستگاه‌ها قرار داده، بطوریکه اولیه آن با اولیه دستگاه مشترک باشد. این نوع ترانس را ترانسفورماتورهای جریان از نوع بوشینگی می‌نامند. در ولتاژهای پایین نیز ممکن است از رزین به عنوان ماده جامد عایقی استفاده نمود که این نوع ترانسفورماتورهای جریان تا ولتاژ 63 کیلو‌ولت کاربرد بیشتری دارند و در حال حاضر سازندگان مختلفی سعی می‌نمایند که این طرح را برای ولتاژهای بالاتر نیز مورد استفاده قرار دهند.

د ) ترانس جریان نوع قالبی یا رزینی:

از این نوعCT ها بیشتر در مناطق گرمسیری و به منظور جلو گیری از نفوذ رطوبت و گرد و خاك به داخل CT ‌ استفاده می شودو تا سطح ولتاژ 63 كیلو ولت و جریان 1200 آمپر بیشتر طراحی نشده اند.

این ترانسها بمنظور جداسازی مدارهای حفاظتی واندازه گیری از مدار فشار قوی و تبدیل مقادیر جریان یا ولتاژ به میزان مورد نظر بکار میروند . این نوع ترانسها قابل نصب در تابلوهای فشار متوسط است . عایق این نوع ترانسها از نوع اپوکسی رزین است که تحت خلا ریخته گری میشود و با خواص عایقی و مکانیکی مناسب ساخته میشود

ساختمان ترانس جریان :

1) تشكیل شده از یك سیم پیچ اولیه

2) سیم پیچ ثانویه

3) هسته (CORE)

4) ماده ایزوله كننده

5) مقره خارجی و بیرونی

6) ترمینالهای فشار قوی

7) ترمینالهای فشار ضعیف

CT ها از نظر ساختمان به دو نوع كربالا و كرپایین تقسیم می‌شود كه نسبت به مكان و نوع موجود استفاده می‌شود در نوع كربالا ، هسته ترانس جریان در بالا قرار دارد و در نوع كرپایین كه امروز ، رایجتر می‌باشد هسته ترانس جریان در پایین قرار دارد .

كاربرد CT ها :

از CT ها به دو منظور استفاده می‌شود :

1) برای مقاصد اندازه گیری

2) برای مقاصد حفاظت شبكه

در نوع اول خروجی ترانس جریان به دستگاههای اندازه گیری آمپرمتر ، مگاواتمتر ، مگاوارمتر ، كنتور اكتیو و راكتیو وصل می‌شود . ترانس های جریان با هسته اندازه گیری وظیفه دارند كه در حدود جریان نامی و عادی شبكه از دقت لازم برخوردار باشند. و این نوع هسته ها باید در جریان های اتصالی كوتاه به اشباع رفته و مانع از ازدیاد جریان در ثانویه و در نتیجه مانع سوختن و صدمه دیدن دستگاه های اندازه گیری در طرف ثانویه شوند.در حالت دوم خروجی ترانس جریان به رله‌های حفاظتی كه كمیت جریان را نیاز دارند متصل می شوند مانند رله اضافه جریان ، رله اتصال زمین و رله‌های دیستانس . ترانس های جریان با هسته حفاظتی :

باید در جریانهای اتصال كوتاه هم بتوانند دقت لازم را داشته و دیرتر به اشباع رفته تا بتوانند متناسب با افزایش جریان در اولیه ، آن را در ثانویه ظاهر كرده و با تشخیص این اضافه جریان در ثانویه توسط رله های حفاظتی فرمان قطع یا تریپ به كلیدهای مربوطه داده تا قسمتهای اتصالی شده و معیوب از شبكه جدا شوند.به طور کلی می توان گفتبا توجه به كابردهای مختلف CT معمولاً چندین كر (هسته) در ترانسهای جریان تعبیه می‌شود كه هر كدام با توجه به نوع كاربرد و خصوصیات خاص خود را دارد . مثلاً زمانیكه اتصالی در شبكه اتفاق می افتد جریان زیادی از اولیه CT عبور می نماید اگر قرار باشد همان جریان به نسبت ، نسبت تبدیل CT در ثانویه ظاهر شود ، جریان نسبتاً زیادی در ثانویه خواهیم داشت كه این امر باعث صدمه زدن به دستگاههای اندازه گیری می‌شود . بنابراین باید از هسته هایی استفاده شود كه دارای نقطه اشباع پایین باشد كه هنگام بروز اتصالی در شبكه ، جریان سیم پیچ اولیه در ثانویه القاء نشود (اشباء زمانی است كه هسته خاصیت خود را جهت كامل كردن مدار مغناطیسی از دست می دهد ) بالعكس در مورد دستگاههای حفاظتی در هنگام اتصالی در شبكه جریان ثانویه باید یك نسبت تقریباً خطی با جریان اولیه داشته باشد به همین دلیل از هسته هایی استفاده می‌شود كه دارای نقطه اشباء بالایی داشته باشند در عمل معمولاً از 2 ، 3 و یا 4 هسته در ترانسهای جریان استفاده می‌شود كه به هسته های حفاظتی و اندازه گیری تقسیم می شوند. كلاس دقت CT ها :میزان خطای CT ها با توجه به كلاس دقت آنها مشخص می گردد. كلاس دقت CT برای هسته اندازه گیری و حفاظتی به دو صورت مختلف بیان می گردد. مشخصه های یك ترانس جریان :

1- نسبت تبدیل CT بطور مثال 1000-500/5 یا 1000-500/12

2- توان خروجی یا بردن بر حسب VA

3- كلاس دقت

4- كلاس عایقی

بعضی ویژگیها که در ساختمان ونصب ترانس جریان باید رعایت گردد :

ترانسفورماتورهای جریان باید از نوع روغنی و خود خنك شونده بوده و دارای عایق‌بندی مناسبی باشند (در سطح ولتاژ 63 كیلوولت ترانسفورماتورهای جریان از نوع رزینی نیز می‌تواند استفاده شود). ترانسفورماتورهای جریان باید برای نصب در فضای آزاد و برروی پایه نگهدارنده مناسب باشند.خروجی هر یك از ترانسفورماتورهای جریان باید برای عملكرد صحیح وسائل حفاظتی و اندازه‌گیری در محدوده مورد نیاز بار وشرایط خطای مشخص شده مناسب باشد.نسبت تبدیل های متفاوت ترانسفورماتور جریان، حتی الامكان به وسیله سرهای مختلف از ثانویه آن گرفته شود. ترانسفورماتورهای جریان نوع روغنی باید به تسهیلات زیر مجهز باشند:

- نشاندهنده سطح روغن

- دریچه پركردن روغن

- شیر تخلیه

- درپوش تخلیه

- تسهیلات لازم جهت بلند كردن ترانسفورماتور كامل پرشده با روغن

قسمت فلزی پایین ترانسفورماتور جریان باید به دو ترمینال زمین در دو سمت مقابل هم مجهز باشد به‌طوری كه بتوان هادی مسی با اندازه مناسب را به آن وصل نمود. اتصال زمین باید آنچنان باشد كه ناخواسته قطع نگردد.برای برقراركردن اتصالات اولیه و ثانویه آرایش تأیید شده‌ای باید درنظرگرفته‌شود.كلیه قطعاتی كه درمعرض خوردگی می‌باشند باید از جنس مقاوم در برابر خوردگی، یا به صورت گالوانیزه گرم ساخته شوند.دسته‌ها و آویزهای مخصوص حمل و نقل و جابجایی ترانسفورماتور جریان بایستی به طور محكم به بدنه ترانسفورماتور متصل شوند.

ترانسفورماتورهای جریان، باید به یك جعبه ترمینال ثانویه با سوراخها و گلندهای كابل كافی جهت اتصال كابلها مجهز باشد. جعبه ترمینال باید دارای فضای كافی برای انجام اتصال سیمهای ارتباطی مورد نیاز و اتصال‌كوتاه كردن ترمینال‌‌های ثانویه ترانسفورماتور به‌طور آسان باشد. جعبه ترمینال می‌بایستی دارای درجه حفاظت IP54 باشد و درهنگام كار ترانسفورماتور قابل دسترسی بوده و نیز به حفاظ باران، سوراخهای تنفس پوشیده‌شده با تور و در صورت لزوم به گرمكن‌های ضد تقطیر كنترل شده با ترموستات مجهز باشد. جعبه ترمینال همچنین باید به یك ترمینال زمین جهت زمین كردن سیم‌پیچهای ثانویه و حفاظ كابلها مجهز باشد (این عمل می‌تواند توسط یك میلة مسی انجام شود). كلیه پیچها و عناصر اتصال‌دهنده باید از فلز مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده باشند.

برای هر سه ترانسفورماتورجریان باید یك جعبه ترمینال مادر در نزدیكی استراكچر فاز میانی با درجه حفاظت IP54 تهیه شود تا اتصالات بین فازها در آن انجام گیرد. حداكثر فاصله باید بین گروه‌های سیم‌پیچی مختلف درنظر گرفته‌شود. احتیاطات لازم باید درنظر گرفته‌شود تا از توزیع یكنواخت فشارالكتریكی در سرتاسر عایق اطمینان حاصل گردد. پس از طی فرآیند ساخت ، عایق باید تماماً از رطوبت و هوا عاری شود. جزئیات روش‌های پیشنهادی برای عملیات خشك‌كردن و پركردن ترانسفورماتور و زمان خشك كردن، درجه خلاء و غیره بایستی اعلام گردد.

هر ترانسفورماتورجریان باید با روغن با مشخصات استاندارد IEC شماره 60296 پرشود. هر هسته ترانسفورماتورجریان باید از نظر الكتریكی از كلیه سیم‌پیچها جدا باشد. پیش‌بینی‌های لازم به جهت جلوگیری از وارد آمدن فشارهای مكانیكی و حرارتی بر اثر اتصال كوتاه بروی سیم‌پیچ اولیه بایستی انجام شود.ترانسفورماتورهای جریان می‌توانند دارای اولیه به شكل میله‌ای، یك یا چند دور باشند. ترانسفورماتورهای جریان روغنی بایستی كاملاً آب‌بندی شده بوده و مجهز به وسیله انبساط باشند كه این ساختار در مورد ترانسفورماتورهای جریان هسته بالا پذیرفته نمی‌باشد.عایق داخلی باید به‌ طور دائم و رضایت‌بخش در مقابل نفوذ رطوبت حفاظت شد‌ه ‌باشد. وسائل آب‌بندی مربوطه باید در برابر نورخورشید، هواو آب مقاوم باشد.اتصال مقره چینی به قسمتهای فلزی بایستی بگونه‌ای باشد كه اطمینان حاصل شود كه در شرایط بارگذاری خصوصاً در شرایط گذرا نشتی روغن اتفاق نخواهد افتاد.در لحظات اول وقوع اتصال كوتاه، هسته‌های حفاظتی ترانسفورماتورهای جریان باید به درستی عمل انتقال را انجام دهند.آنها باید خطاهای سه فاز با وصل مجدد سرعت بالا را دنبال نموده و در زمان ایجاد حداكثر سطح خطا و جریان DC مربوط به آن به اشباع نروند. ولتاژ ایجاد شده در هسته در اثر وقوع خطا یا در هنگام پدیده‌های گذرا در سیستم باید به حد كافی از ولتاژ اشباع ترانسفورماتورجریان پایین ‌تر باشد تا پاسخ گذاری رضایت بخشی حاصل شود.

یك شیلد الكترواستاتیكی باید بین اولیه و ثانویه ترانسفورماتورجریان تهیه گردد تا از ورود جریانهای بالا به ثانویه و رله‌ها جلوگیری نماید. ترمینالهای ثانویه باید به نحوی قرارگیرد كه در حالت برقدار بودن ترانسفورماتورجریان، دسترسی به آن میسر باشد.ترمینالهایی از سیم‌پیچ ثانویه كه مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بایستی زمین شوند.استقامت مكانیكی پیچهای ترمینال ثانویه باید به اندازه مناسب باشد. كلیه پیچ‌های ترمینالها باید مجهز به واشر فنری باشند.جزئیات هر آرایش و یا ساختمان خاص سیم‌پیچ‌ها كه برای اصلاح دقت ویا به هر دلیل دیگر در نظرگرفته شده است باید در مدارك نشان داده شود. برای ترانسفورماتورهای جریان با چندین نسبت تبدیل باید برچسب‌هایی تهیه شود تا اتصالات لازم برای كلیه نسبت تبدیل‌ها را نشان دهد. این اتصالات همچنین باید در تمامی دیاگرام‌های اتصالات نشان داده شود.

ترانسفورماتورهای جریان باید از نظر مكانیكی طوری طراحی شوند كه در مقابل فشارهای ناشی از بار یخ، نیروی باد، نیروهای كششی روی ترمینال های فشارقوی، همینطور نیروهای ناشی از اتصال كوتاه و زلزله كه در این متن مشخصات آمده است مقاوم باشند.مقره چینی باید بر طبق استاندارهای IEC مربوطه ساخته و آزمایش شوند و با نیازمندیهای ترانسفورماتورهای جریان مطابقت داشته‌ باشد.هنگامی كه ترانسفورماتورجریان دارای چندین دور در اولیه یا از نوع هسته پایین باشد، سیم‌پیچی اولیه بایستی در صورت لزوم توسط برق‌گیر محافظت شود. مشخصه‌های حفاظتی برق‌گیر باید هماهنگ با عایق موجود بین بخش‌های اولیه باشد