ترانسفورماتور جریان تعادل هسته – کوربالانس

در این مقاله قصد داریم در مورد ترانسفورماتور جریان تعادل هسته (CBCT) یا کوربالانس صحبت کنیم.

فهرست مطالب

1- ترانسفورماتور جریان تعادل هسته یا کوربالانس چیست؟

2- اصول کار کوربالانس

3- کاربرد کوربالانس

4- مزایای کوربالانس

5- نصب ترانسفورماتور جریان کوربالانس

————————————————–

1- ترانسفورماتور جریان تعادل هسته یا کوربالانس چیست؟

ترانسفورماتور جریان تعادل هسته (که CBCT نیز نامیده می‌شود) ترانسفورماتور جریان حلقه ای (CT) است که از مرکز آن سه کابل تک هسته‌ای یا یک کابل سه هسته‌ای سیستم سه فازی عبور میکند.

این کابل سه هسته‌ای، سیم‌پیچ اولیه CBCT را تشکیل میدهد.

به عبارت دیگر می توان این ترانس را به عنوان ترانسفورماتور جریان توالی صفر CT (ZCT) نیز تعریف کرد.

CBCT نوع خاصی از ترانسفورماتور جریان (CT) است که وجود جریان توالی صفر را در شرایط خطای اتصال کوتاه (که باعث عدم تعادل در سیستم 3 فاز می‌شود) تشخیص میدهد.

در صورت علاقه به این مبحث، پیشنهاد می‌شود مقاله جمع کننده ترانسفورماتور جریان را مطالعه کنید.

ترانسفورماتور جریان تعادل هسته (CBCT) از نظر تجاری به ترانس جریان کوربالانس شهرت دارد و ما سعی می کنیم برای یادآوری نام های آن، از تمامی اسامی استفاده‌کنیم.

ترانسفورماتور جریان تعادل هسته (CBCT) بر روی مفهوم متعادل کردن جریان توالی صفر در سیستم سه فاز کار میکند.

به همین دلیل به آن ترانسفورماتور جریان توالی صفر (ZCT) نیز می‌گویند.

به طور کلی، ترانسفورماتور جریان تعادل هسته (CBCT) برای حفاظت از خطای زمین (یا حفاظت از نشتی زمین) در سیستم الکتریکی ولتاژ متوسط استفاده‌می‌شود.

بر خلاف ترانسفورماتور جریان (CT)، سیم‌پیچ اولیه CBCT با عبور کابل سه هسته‌ای از مرکز هسته آهنی آن تشکیل می‌شود و سیم‌پیچ ثانویه CBCT نیز بر روی هسته آهنی حلقه‌ای آن پیچیده‌می‌شود و به رله خطای زمین متصل میشود.

————————————————–

2- اصول کار کوربالانس

همان طور که بیان شد، ترانسفورماتور جریان کوربالانس (CBCT) بر اساس اصل متعادل کردن جریان توالی صفر در سیستم سه فاز کار می‌کند. از این رو به آن ترانسفورماتور جریان توالی صفر (ZCT) نیز می‌گویند.

پایه اصلی کار ترانسفورماتور جریان توالی صفر، قانون جریان کیرشهف است. بدین معنی که، مجموع جریان در هر گره مدار الکتریکی برابر با صفر خواهد بود.

در حین کارکرد عادی سیستم سه فاز، مجموع بردار جریان فاز آن ( Īa + Īb + Īc = 0 ) برابر با صفر است.

بنابراین هیچ جریان توالی صفر باقیمانده ای در سیم‌پیچ اولیه CBCT وجود نداشته و هیچ شاری در هسته CBCT ایجاد نمی‌شود. در نتیجه هیچ جریانی در مدار ثانویه CBCT  گردش نخواهد داشت.

در حالی که در شرایط غیر عادی، زمانی که مجموع جریان فاز صفر نمی‌شود، به دلیل عدم تعادل جریان فاز، یک جریان توالی صفر در مدار ثانویه CBCT گردش می یابد.

از این رو رله خطای زمین متصل به سیم‌پیچ ثانویه CBCT برق گرفته و با کمک مدارشکن، سیستم سالم را ایزوله میکند.

فرض کنید Īa، Īb و Īc جریان های خط سیستم سه فاز هستند و Φa، Φb و Φc اجزای متناظر شار مغناطیسی توسعه یافته در هسته توالی صفر CT یا CBCT هستند.

با فرض اینکه CBCT در ناحیه خطی کار می‌کند، شار مغناطیسی ایجاد شده در هسته CBCT مستقیماً با جریان خط متناظر آن متناسب خواهد بود. از این رو می‌توان آن را به صورت زیر نوشت:

Φa = kIa

Φb = kIb

Φc = kIc

در اینجا (k) ثابت تناسب‌است. از آنجایی که هر سه جریان فاز، شار مغناطیسی متناظر را در هسته یکسان ZCT (یک ماده مغناطیسی) تولید می‌کند، ثابت تناسب یکسان (k) در تمام شارهای فاز استفاده‌میشود.

کوربالانس

بنابراین شار مغناطیسی حاصل در هسته ZCT یا CBCT برابر خواهد بود با:

(1) Φr = k(Īa + Īb + Īc)

اما همانطور که از مفهوم اجزای متقارن می دانیم:

(2) (Īa + Īb + Īc) = 3Ī0 = Īn

در اینجا Īn جریان خنثی و Ī0 جریان توالی صفر در ترانسفورماتور جریان‌است. از این رو از معادلات (1) و (2) بالا می توانیم نتیجه بگیریم:

(3) Φr = k.Īn

حال با هم به بررسی دو حالت می پردازیم:

حالت اول: عملکرد عادی سیستم سه فاز

همانطور که می‌دانیم در عملکرد عادی سیستم سه فاز مجموع جریان‌های فاز برابر صفر‌است.

(4) Īa + Īb + Īc = 0

در اینجا با مقایسه معادلات (1) و (4) به این نتیجه می‌رسیم که شار خالص (Φr = 0) برابر با صفر است. یعنی هیچ جریانی در مدار ثانویه CBCT گردش نخواهد‌داشت.

بنابراین رله خطای زمین در شرایط عادی سالم، کار نخواهد کرد.

حالت دوم: عملکرد سیستم در زمان خطا

در هنگام خطای زمین (مثلاً خطای LG) در شرایط غیرعادی، جریان فاز در کابل سه هسته‌ای که از مرکز ترانسفورماتور جریان عبور می‌کند، تعادل برقرار نمی‌کند.

بنابراین یک جریان توالی صفر در مدار ثانویه ZCT جریان خواهد‌داشت. به عنوان مثال خطای تک خط به زمین را در نظر بگیرید.

(5) If = 3Ia0 = In

با مقایسه رابطه (5) و رابطه (3) در می یابیم که شار مغناطیسی خالص در هسته CBCT صفر نخواهد شد. بلکه با مقدار محدودی که دارد می‌تواند جریان را در مدار ثانویه ZCT القا کند.

بنابراین، جریان ثانویه در رله حفاظت خطای زمین گردش می‌یابد و آن را فعال می‌کند. به همین دلیل، CT تعادل هسته‌ای (CBCT) نیز CT توالی صفر (ZCT) نامیده‌می‌شود.

————————————————–

3- کاربرد کوربالانس

ترانسفورماتور جریان تعادل هسته (CBCT)، عمدتا برای حفاظت از خطای زمین ماشین‌های الکتریکی استفاده‌می‌شود.

یکی از کاربردهای مهم آن به عنوان حفاظت از خطای زمین موتور القایی‌است که در ادامه به تفصیل مورد بحث قرار گرفته‌است.

استفاده‌از کوربالانس برای محافظت از موتور:

در اکثر صنایع، CBCT برای حفاظت از نشت زمین موتور صنعتی (موتور القایی سه فاز) استفاده می‌شود.

در این طرح حفاظتی، هسته CBCT کابل‌های برق متصل به موتور القایی سه فاز را احاطه می‌کند.

هنگامیکه سیم ارت و شیلد کابل از داخل CBCT عبور کند، هسته CBCT توسط جریان (Īa + Īb + Īc + Īsheath + Īearth) تحریک می‌شود که می‌بایست این دو سیم از داخل حلقه کوربالانس خارج شوند.

بنابراین طرح حفاظتی فقط برای جریان (Īa + Īb + Īc) در موتور القایی پاسخ می‌دهد.

————————————————–

4- مزایای کوربالانس

مزیت اصلی استفاده از کوربالانس به عنوان طرح حفاظت از خطای زمین این‌است که در این طرح حفاظتی به جای سه هسته در سیستم‌های معمولی، تنها از یک هسته CT استفاده می‌شود که در آن سیم‌پیچ ثانویه سه هسته به صورت باقیمانده به هم متصل می‌شوند.

بنابراین جریان مغناطیسی مورد نیاز برای تولید یک جریان ثانویه خاص به میزان یک سوم کاهش می یابد که یک مزیت بزرگ با افزایش حساسیت حفاظتی محسوب می‌شود.

همچنین، تعداد چرخش ثانویه نیازی به ارتباط با جریان نامی کابل ندارد، زیرا در شرایط عملیاتی عادی با متعادل شدن جریان‌ها، هیچ جریان ثانویه‌ای گردش نمی یابد.

این ویژگی اجازه می‌دهد تا تعداد چرخش های ثانویه برای بهینه سازی جریان برداشت اولیه موثر، انتخاب شود.

کوربالانس معمولاً روی یک کابل در نقطه ای نزدیک به گلند کابل تابلو برق نصب می‌شود.

در مواردی که کابل‌ها از قبل در یک تابلو برق گذاشته شده‌اند، از هسته فیزیکی تقسیم‌شده، که به عنوان CT نوع Slip-over نیز شناخته‌می‌شود، استفاده می‌شود.

برخی دیگر از ویژگی‌های بسیار جذاب CT توالی  صفر (ZCT) یا کوربالانس عبارتند از:

• حساسیت بالا
• خطی بودن خوب
• عملیات قابل اعتماد
• نصب راحت و آسان

————————————————–

5- انتخاب و نصب ترانسفورماتور جریان کوربالانس

CBCT مورد نیاز بر اساس فاکتورهای زیر انتخاب می‌شود.

1) حداقل جریان نشتی زمین اولیه

2) نسبت اسمی CT: ممکن‌است به گونه‌ای باشد که در کوچکترین خطای زمین، جریان ثانویه برای کارکرد رله کافی باشد.

3) تنظیم رله

4) جریان ثانویه CT، 1A یا 5A

5) حداقل جریان تحریک مورد نیاز در ولتاژ کار رله

6) ولتاژ نقطه زانو

7) تعداد کابل‌ها به صورت موازی

8) ابعاد و قطر داخلی CT (قطر داخلی بستگی به اندازه کابل دارد)

در ادامه روش درست برای نصب صحیح این CT ها آورده شده‌است.

1) برای تشخیص عدم تعادل یا نشتی زمین در کابل‌های سه هسته‌ای و فقط نشتی زمین در کابل‌های -5/3 و 4 هسته‌ای باید تمام سه، سه و نیم یا چهار هسته کابل را از هسته CBCT عبور داد.

کابل سه هسته‌ای: یک کابل سه هسته‌ای عدم تعادل را در سه فاز تشخیص می‌دهد، خواه این در نتیجه بارگذاری نابرابر در سه فاز باشد یا خطای زمین.

کابل‌های سه و نیم یا چهار هسته‌ای: این کابل‌ها فقط نشت زمین را تشخیص می‌دهند، زیرا مقدار عدم تعادل، زمانی که عدم تعادل رخ می‌دهد، با گردش جریان نامتعادل در مسیر برگشت مدار خنثی، جبران می‌شود.

2) در کابل‌های زره دار، پوشش زره باید قبل از عبور کابل از طریق CBCT برداشته شود تا از یک emf القایی از طریق زره و جریان مغناطیسی مربوطه که ممکن‌است بر عملکرد ترانسفورماتور جریان تأثیر بگذارد، جلوگیری شود.

3) از آنجایی که چنین CT هایی برای تشخیص جریان های کوچک خارج از تعادل مورد نیاز هستند، لیدهای اتصال باید به درستی خاتمه داده شوند و باید کوتاه باشند تا مقاومت سرب را تا حد امکان حفظ کنند.

————————————————–

مراجع

Core Balance Current Transformer

Core-Balance Current Transformer [CBCT]

Core balance Current Transformer (CBCT) or zero sequence CT (ZCT)