ترانسفورماتور, مقالات
خطای نسبت تبدیل و زاویه فاز در ترانس جریان(CT)
آذر
در این مقاله قصد داریم در مورد خطای نسبت تبدیل و زاویه فاز در ترانس جریان صحبت‌کنیم. خطای نسبت تبدیل و زاویه فاز
فهرست مطالب
1- ترانس اندازه گیری
2- ترانس جریان
3- تئوری ترانس جریان
4- خطای ترانس جریان
5- خطای جریان یا خطای نسبت تبدیل در ترانسفورماتور جریان یا CT
————————————————–
1- ترانس اندازه گیری
ترانس اندازه گیری که شامل ترانس جریان و ولتاژ در سیستم برق‌است به منظور پائین آوردن جریان ها و ولتاژهای سیستم برای اندازه گیری و حفاظت از سیستم استفاده‌می‌شوند.
در واقع رله ها و دستگاه‌های اندازه گیری برای جریان ها و ولتاژهای بالا طراحی‌نشده‌اند.
جریان های زیاد یا ولتاژهای بالا را نمیتوان به طور مستقیم به رله ها یا دستگاه‌های اندازه گیری متصل‌نمود.
سی تی جریان، جریان سیستم را به 1 آمپر یا 5 آمپر کاهش می‌دهد و به همین ترتیب ترانس ولتاژ، ولتاژ سیستم را به 110 ولت کاهش می‌دهد.
————————————————–
2- ترانس جریان (CT)
CT یک ترانس اندازه گیری‌است که در آن جریان ثانویه از نظر جریان متناسب با جریان اولیه‌است و در فاز آن از نظر زاویه فاز به اندازه صفر درجه (در CT ایده آل یعنی جریان اولیه و ثانویه CT اختلاف فاز ندارد) متفاوت‌است.
کلاس دقت CT یا کلاس ترانس جریان:
یک CT تا حدی شبیه به یک ترانس برق‌است ، اما در ساختار و اصول عملکرد آن تفاوت هایی وجوددارد. در حالت استفاده از CT به عنوان CT اندازه گیری،
دقت در نسبت تبدیل CT، بین جریانهای اولیه و ثانویه در محدوده کاری عادی ضروری‌است. به طور معمول ترانس جریان تا 125٪ از جریان نامی باید دقت کافی داشته‌باشد.
زیرا جریان مجاز سیستم باید زیر 125٪ جریان نامی باشد. خطای نسبت تبدیل و زاویه فاز
ترجیح بر این است که هسته CT پس از این حد اشباع‌شود.
زیرا با این کار می توان از فشارهای الکتریکی غیرضروری ناشی از عبور اضافه جریان در سیستم که بیش از جریان نامی دستگاه اندازه گیری متصل به ثانویه CTاست،
جلوگیری کرد زیرا حتی اگر جریان سیستم خیلی بالا برود‌جریان ثانویه ترانس از حد مطلوبی عبور نمی‌کند.
بنابراین دقت در محدوده کاری معیار اصلی CT در زمان طراحی و استفاده در حالت اندازه گیری‌است.
درجه دقت یک CT اندازه گیری با کلاس دقت CT یا کلاس ترانس جریان یا کلاس CT بیان‌می‌شود .
CT
اما در صورت استفاده از سی تی حفاظتی، CT ممکن‌است به اندازه CT اندازه گیری دقت نداشته‌باشد، در CT های حفاظتی در جریان زیاد خطا، هسته نباید اشباع شود و
همچنین باید دقت کافی ولی نه به اندازه ی ترانس جریان اندازه گیری داشته‌باشد.
بنابراین هسته CT حفاظتی به گونه ای طراحی شده‌است که برای جریانهای زیاد اشباع نشود.
اگر هسته در سطح پایین تر از جریان خطای اولیه اشباع شود بازتاب مناسب جریان اولیه به ثانویه به درستی انجام نشده،
از این رو، رله های متصل به ثانویه ممکن است به درستی کار نکنند و سیستم حفاظت از قابلیت اطمینان کافی برخوردارنباشد.
فرض کنید، شما یک CT با نسبت جریان400/1 دارید و هسته حفاظتی آن در 500 A قراردارد.
اگر جریان اولیه CT به 1000 A افزایش پیدا کند، جریان ثانویه هنوز 1.25 A خواهد بود زیرا جریان ثانویه به دلیل اشباع افزایش نمی‌یابد.
اگر جریان فعال سازی رله متصل شده مدار ثانویه CT 1.5 Aباشد ، حتی اگر جریان 1000 A باشد رله به علت اشباع CT عمل‌نمی‌کند.
درجه دقت یک CT حفاظتی ممکن است به اندازه CT اندازه گیری نباشد اما کلاس دقت اندازه گیری آن مانند CT اندازه گیری بیان می‌شود و در طراحی و ساخت در نظر گرفته‌می‌شود.
ترانس جریان ۳۳ کیلو ولت
————————————————–
3- تئوری ترانس جریان
همانطور که در ابتدا گفتیم یک CT با همان اصول ترانس کارمی‌کند، اما با ترانس‌های معمول تفاوت هایی دارد. اگر در ترانس برق یا دیگر ترانس‌ها،
در ترانس قدرت ، اگر بار جدا شود ، فقط جریان اصلی مغناطیس شوندگی در اولیه وجود خواهدداشت.
اولیه ترانس، جریان را از منبع متناسب با بار متصل به ثانویه می‌گیرد. خطای نسبت تبدیل و زاویه فاز
اما در CT ، اولیه آن به صورت سری با خط برق وصل می‌شود. بنابراین جریان اولیه همیشه از ترانس جریان عبور می‌کند و در صورت باز شدن بار یا ثانویه همچنان جریان در اولیه جاری است.
(به همین دلیل‌است که در CT حتما باید بار وصل شود و یا اینکه اتصال کوتاه شود)
از این رو جریان اولیه CT ، به بار ثانویه متصل شده به CT و یا امپدانس بار متصل به آن بستگی ندارد.
عموماً CT در اولیه تعداد دور سیم پیچ کمی دارد و در ثانویه آن تعداد دور سیم پیچ زیاداست.
در نظر بگیریم که N p تعداد دور در اولیه CT است و I p جریان عبوری از اولیه است. از این رو ، AT(آمپردور) اولیه N p I pاست.
تعداد دور ثانویه Ns و جریان ثانویه Is است و لذا آمپر دور ثانویه NsIs خواهد بود.
در یک CT ایده آل ، AT (آمپر دور) اولیه دقیقاً از نظر بزرگی با AT ثانویه برابراست.
بنابراین ، از گفته فوق مشخص است که اگر CT دارای یک دور در اولیه و 400 دور در سیم پیچ ثانویه باشد و اگر دارای جریان 400 A در اولیه باشد در ثانویه دارای بار ۱ آمپری خواهد بود.
بنابراین نسبت دور 400/1 A خواهد بود.
————————————————–
4- خطای ترانس جریان
اما در یک ترانس جریان واقعی (CT)، خطاهای که وجوددارد را از روی مطالعه ی نمودار فازور ترانس به دست بیاوریم.
دیاگرام برداری ترانس جریان
Is_جریان ثانویه
E s _ emf القا در ثانویه
I p _جریان اولیه.
E p _emf القا در اولیه
K T _نسبت دور = تعداد دور سیم پیچ ثانویه / تعداد دور سیم پیچ اولیه.
I0 – جریان تحریک.
I m _بخش جریان مغناطیس کننده I 0
I w_ بخش جریان تلفات هسته I 0
Φ m – شار اصلی.
شار را به عنوان مرجع در نظر می گیریم. Es و Ep در حدود 90 درجه از شار عقب مانده اند.
بزرگی تبدیل Es و Ep متناسب با دور های ثانویه و اولیه است و جریان تحریک Io از دو مؤلفه Im و Iw تشکیل شده‌است.
جریان I0 ثانویه از Φ s ناشی از Es emf پسفازاست.
جریان ثانویه اکنون با نسبت معکوس و ضربدر نسبت تبدیل به Kt به سمت اولیه انتقال داده می‌شود. کل جریان در Ip اولیه از جمع برداری KT Is و I0 به دست می آید.
————————————————–
5- خطای جریان یا خطای نسبت تبدیل در ترانسفورماتور جریان یا CT
از نمودار فازور روشن‌است که جریان اولیه ( IP ) دقیقا برابر با جریان ثانویه ضربدر تعداد دور ثانویه نیست، یعنی KTIsنیست.
این تفاوت به این دلیل‌است که جریان اولیه شامل جریان تحریک هسته نیزاست.
خطای موجود در ترانسفورماتور جریان که به دلیل این تفاوت ایجاد شده‌است خطای جریان CT یا خطای نسبت تبدیل در ترانسفورماتور جریان نامیده می‌شود.
خطای فاز یا خطای زاویه فاز در ترانس جریان
برای یک CT ایده آل ، زاویه بین بردار جریان اولیه و معکوس جریان ثانویه صفراست.
اما برای یک CT واقعی همیشه تفاوت فاز بین این دو وجوددارد زیرا جریان اولیه باید جریان تحریک مورد نیاز هسته را نیز تامین‌کند. این زاویه به عنوان خطای زاویه فاز در ترانس جریان یا CT گفته می‌شود.
در اینجا در نمودار فازور ، β خطای زاویه فاز معمولاً با دقیقه بیان‌می‌شود.
علت خطا در ترانس جریان
کل جریان اولیه در CT تبدیل نمی‌شود. یک قسمت از جریان اولیه برای تحریک هسته مصرف می‌شود و باقیمانده جریان با نسبت دور CT تبدیل‌می‌شود .
بنابراین در ترانس جریان هم خطای فاز و هم خطای نسبت تبدیل داریم.
چگونه می توان خطا را در ترانس جریان کاهش داد؟
برای عملکرد بهتر ، کاهش این خطاها مطلوب است. برای دستیابی به حداقل خطا در ترانس جریان ، می توان موارد زیر را دنبال کرد؛
1- با استفاده از هسته ای با نفوذ پذیری بالا و با تلفات هیسترزیس کم.
2- نگه داشتن مقدار نامی بردن به مقدار بردن واقعی.
3- کاهش طول مسیر شار و افزایش سطح مقطع هسته ، به حداقل رساندن اتصالات هسته.
4- کاهش امپدانس داخلی ثانویه.