ولتاژ نقطه زانویی ترانسفورماتور

ولتاژ نقطه زانویی ترانسفورماتور

ترانس جریان کلاس PS

قبل از فهم ولتاژ نقطه زانویی[1] ترانس جریان و  ترانس جریان کلاس PS ، باید اصطلاحات ضریب امنیت دستگاه اندازه گیری[2] CT و ضریب محدودیت دقت[3] را بیاد آوریم .

 

ضریب امنیت دستگاه اندازه گیری یا ISF ترانس جریان

ضریب امنیت دستگاه اندازه گیری نسبت محدودیت جریان اولیه دستگاه اندازه گیری به مقدار جریان نامی  اولیه است. محدودیت جریان دستگاه اندازه گیری یک ترانس اندازه گیری جریان، حداکثر مقدار جریانی است که هسته ترانس جریان اشباع می‌شود.

ضریب امنیت دستگاه اندازه گیری CT عامل مهمی در انتخاب ابزارهای اندازه گیری است که به ثانویه CT متصل می‌شوند. اگر ISF کم باشد ، امنیت یا ایمنی واحد اندازه گیری بهتر است. اگر به مثال زیر بپردازیم ، این موضوع برای ما روشن خواهد شد

فرض کنید یک ترانس جریان دارای نسبت 100/1 A  و ISF برابر 1.5 و ترانس جریان دیگر دارای نسبت تبدیل یکسان و با ISF 2 باشد.

این بدان معنی است که در CT اول ، هسته اندازه گیری با 1.5 × 100 یا 150 A اشباع می‌شود ، در حالی که هسته CT دوم در 2 × 100 یا 200 A اشباع خواهد شد.

این بدان معنی است مقدار جریان اولیه هر دو CT  هر مقداری باشد ، جریان ثانویه به ترتیب از مقدار 150 و 200 A جریان اولیه CT ها افزایش نمی یابد. از این رو حداکثر جریان ثانویه سی تی ها 1.5 و 2.0 A خواهد بود

زیرا حداکثر جریان که می تواند از طریق دستگاه متصل به CT اول جریان یابد 1.5 A است که کمتر از حداکثر مقدار جریانی که می تواند از طریق دستگاه متصل به CT دوم جریان یابد یعنی 2 آمپر.

از این رو امنیت یا ایمنی دستگاه های اندازه گیری  CT  اول بهتر از CT دوم  است.

اهمیت دیگر ISF در هنگام خطاهای بزرگ سیستم الکتریکی است ، جریان اتصال کوتاه ، که از اولیه  CT  عبور می کند.

 

 ضریب محدودیت دقت یا ALF ترانس جریان

برای ترانس جریان از نوع حفاظت ، نسبت محدودیت دقت اولیه به جریان نامی  اولیه. در ابتدا توضیح خواهیم داد که مقدار نامی محدودیت دقت جریان اولیه چه چیزی‌است؟

در کل، این مقدار حداکثر جریان اولیه‌است که فراتر از آن هسته CT  حفاظتی شروع به اشباع شدن می کند. مقدار نامی محدودیت دقت جریان اولیه همیشه چند برابر بیشتر از مقدار جریان اولیه حد ابزاراست.

در واقع CT جریان خطای سیستم برق را برای عملکرد رله‌های حفاظتی  متصل به ثانویه آن تبدیل می کند. اگر هسته CT در مقدار کمتری از جریان اولیه اشباع شود

(برای مثال جریان خطا 10 کیلو آمپر‌است ولی CT در ۵ کیلو آمپر اشباع می‌شود)، همانطور که در مورد CT اندازه گیری گفته شد ، جریان خطای  سیستم به درستی به ثانویه CT منعکس نمی‌شود ، که ممکن‌است رله‌های حفاظتی حتی اگر جریان خطا بسیار بالا باشد عمل نکنند.

به همین دلیل هسته CT حفاظتی به گونه ای ساخته شده می‌شود که سطح اشباع آن باید به اندازه کافی بالا باشد.

اما هنوز هم محدودیتی وجود دارد زیرا ساختن یک هسته مغناطیسی با سطح اشباع بی نهایت بالا غیرممکن‌است و ثانیاً دلیل مهم این‌است که اگرچه ct‌های حفاظتی باید از سطح اشباع بالایی برخوردار باشند

اما باید تا حد مشخصی محدود شوند در غیر این صورت تبدیل جریان اولیه در هنگام خطاهای بسیار  بزرگ ممکن‌است به رله‌های حفاظتی آسیب برساند.

نتیجه

بنابراین از توضیحات بالا مشخص‌است ، مقدار محدودیت دقت نامی جریان اولیه  ، نباید آنقدر کم باشد ، که رله ها به درستی عمل نکنند و جریان خطا را نبینند،

همچنین این مقدار نباید آنقدر زیادباشد که باعث آسیب به رله‌ها شود. بنابراین ، مقدار ضریب محدودیت دقت یا ALF نباید  خیلی به مقدار ۱ نزدیک باشد و در عین حال نباید به اندازه 100 باشد. مقادیر استاندارد ALF طبق استاندارد  IS-2705  5، 10 ، 15 ، 20 و 30‌است.

 

 ولتاژ نقطه زانویی ترانس جریان

این اهمیت سطح اشباع یک هسته CTاست که عمدتا برای اهداف حفاظتی از آن استفاده‌می‌شود. ولتاژ سینوسی با فرکانس نامی به ترمینال‌های ثانویه ترانس جریان اعمال می‌شود و سیم پیچ‌های دیگر (اولیه) به صورت مدار باز می مانند حال ولتاژ را افزایش می دهیم. اگر  با افزایش 10 درصدی باعث افزایش  50٪ جریان تحریک شود یا همان جریان ثانویه شود این نقطه نقطه ی اشباع ترانس‌است. هسته CT از فولاد CRGO ساخته شده‌است.

EMF القا شده در سیم پیچ‌های ثانویه CT به صورت زیراست:

E ₂ = 4.44ffT ₂

در جایی که ،

f فرکانس سیستم ،

 φ  حداکثر شار مغناطیسی بر حسب Wb‌است

  T ₂ تعداد دور سیم پیچ‌های ثانویه‌است.

شار در هسته ، توسط جریان تحریک I _e تولیدمیشود . ما بین جریان تحریک و شار مغناطیسی رابطه غیر خطی داریم. پس از مقدار مشخصی از جریان تحریک ، با افزایش جریان تحریک مقدار شار افزایش پیدا نمی کند. این رابطه غیر خطی نیز  به عنوان منحنی B – H نامیده‌می‌شود. مجدداً از معادله فوق مشخص‌شد كه ولتاژ ثانویه ترانس‌مستقیماً متناسب با شار φاست. از این رو می توان یک منحنی معمولی را از این رابطه بین ولتاژ ثانویه و جریان تحریک همانطور که در شکل زیر نشان داده شده‌است به دست آورد.  از منحنی زیر مشخص‌است که، ارتباط خطی بین V و  I_e   از نقطه A تا نقطه K حفظ می‌شود.  نقطه ‘A’ به عنوان ‘شناخته شده نقطه قوزکی، و نقطه’ K ‘به عنوان  نقطه زانویی  شناخته‌می‌شود.

طرح حفاظتی

در طرح حفاظتی خطای دیفرانسیل و  خطای زمین محدود شده (REF) ، کلاس دقت و ALF ترانس جریان ممکن‌است قابلیت اطمینان عملیات را تضمین نکند.

مطلوب‌است که هنگام بروز خطا در خارج از ترانس حفاظت‌شده ، رله‌های دیفرانسیل و REF کار نکنند . هنگامی که هر گونه خطایی در خارج از منطقه حفاظت دیفرانسیل رخ می دهد ، جریان خطا از طریق CTهای نصب شده در هر دو طرف ترانس جریان می‌یابد .

هر دو CT سمت فشار ضعیف و قوی دارای خصوصیات مغناطیسی هستند. فراتر از نقطه زانو ، برای افزایش اندک emf  در ثانویه افزایش زیاد در جریان تحریک لازم‌است.

بنابراین پس از این نقطه تحریک زانویی جریان هر دو ترانس بسیار زیاد خواهدبود ، که ممکن‌است باعث عدم تطابق بین جریان ثانویه ترانس‌های جریان LV و HV شود. این پدیده ممکن‌است باعث تریپ و خارج شدن ترانس برق شود.

بنابراین ویژگی‌های مغناطیسی از هر دو ترانس جریان سمت LV & HV  ، باید همانند باشد که به معنی آن‌است که نقطه زانویی ولتاژ یکسان V _K و همچنین جریان تحریک یکسان  در V _{K / 2} داشته باشد_.

دوباره می توان گفت ، اگر هم ولتاژ نقطه زانوی ترانس جریان و هم ویژگی مغناطیسی CT در هر دو طرف ترانس قدرت متفاوت باشد ، در جریان‌های تحریک بالای CT-ها در هنگام خطا ، عدم تطابق وجود خواهد داشته که درنهایت باعث عدم تعادل بین جریان ثانویه می‌شود و باعث تریپ ترانس توسط رله دیفرانسیل می‌شود

بنابراین برای انتخاب CT برای حفاظتیت دیفرانسیل ترانس ، باید ترانس جریان با کلاس PS به جای ترانس‌های معمول جریان با کلاس حفاظت استفاده کرد.  PS مخفف ویژه حفاظت است که توسط تعریف ولتاژ نقطه زانویی جریان ترانس V _K و جریان I_e در V _{K / 2}می‌شود

 

چرا ثانویه CT  نباید مدرا باز باشد؟

جریان بار سیستم قدرت همیشه از طریق اولیه ترانس جریان عبور می یابد. صرف نظر از اینکه ترانس جریان مدار بازاست یا به بار ثانویه خود متصل‌است.

اگر ثانویه CT  به صورت مدار بازباشد ، تمام جریان اولیه به عنوان جریان تحریک رفتار می‌کنند ، که در نهایت باعث ایجاد ولتاژ بزرگی می‌شود. هر ترانس جریان دارای منحنی مغناطیسی غیر خطی مرتبط به خودش‌است تا به همین دلیل ولتاژ مدار باز ثانویه با به اشباع رفتن هسته محدود شود .

 اگر کسی بتواند ولتاژ rms را در ترمینالهای ثانویه اندازه گیری‌کند ، مقداری را بدست‌می‌آورد که به نظر نمی رسد خطرناک باشد. از آنجا که جریان اولیه CT از نظر ماهیت سینوسی‌است ،( 100 بار در ثانیه صفر می‌شود . از آنجا که فرکانس جریان 50 هرتزاست.

سرعت تغییر شار در هر صفر جریان با اشباع محدود نمیشود و در واقع زیاداست. این پیک ها یا پالس‌های ولتاژ بسیار زیاد ایجاد می کند. این قله‌های زیاد ولتاژ ممکن‌است توسط ولت متر معمولی اندازه گیری نشود .

 اما این قله‌های زیاد ولتاژ القایی ممکن‌است عایق CT را خراب کرده و برای پرسنل خطر ایجاد کند. اندازه گیری دقیق پیک ولتاژ مدار باز به دلیل پیک‌های بسیار کوتاه آن دشواراست. به همین دلیل‌است که ثانویه CT نباید مدار باز نگه داشته شود.

 

[1] Knee Point Voltage

[2] instrument security factor

[3] accuracy limit factor

[4] ankle point

[5] protection special

 

مقالات مرتبط :

ملزومات ترانسفورماتور جریان (CT) در مدارهای قدرت (تئوری و عمل)

ترانسفورماتورهای جریان (سی تی CT) – انواع، ویژگی  و کاربردهایشان

تئوری ترانسفورماتورهای ولتاژ (PT یا VT )

ترانسفورماتور اندازه گیری چیست؟ مزایا و انواع این ترانس ها

لینک زبان اصلی مقاله:

Knee Point Voltage of Current Transformer PS Class