ترانسفورماتور, مقالات
ترانسفورماتورهای ولتاژ PT – VT – CVT
خرداد
ترانسفورماتورهای ولتاژ PT – VT – CVT
رایج ترین منابع ولتاژ برای اندازه‌گیری و حفاظت سیستم‌های قدرت عبارتند از ترانسفورماتورهای سیم‌پیچی‌شده (ترانسفورماتور ولتاژ) یا دستگاه‌های تقسیم خازنی (ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی یا دستگاه‌های پتانسیل بوشینگ). برخی از کاربردهای جدید از تقسیم‌کننده‌های مقاومتی و تکنولوژی‌های مغناطیس نوری نیز در حال دسترس قرار گرفتن هستند
همه ترانسفورماتورهای ولتاژ یک نمونه از پتانسیل ولتاژ بالا اولیه خود را ارائه میدهند. ویژگی‌های ترانسفورماتورهای ولتاژ بر اساس نسبت تبدیل، ظرفیت بار و پاسخ زاویه فاز مشخص میشوند. ترانسفورماتورهای ولتاژ سیم‌پیچی‌شده (PT) بهترین عملکرد را از نظر خطای نسبت تبدیل و زاویه فاز جهت کاربردهای اندازه‌گیری ارائه میدهند.
حتی ترانسفورماتورهای ولتاژ حفاظتی در صورت انتخاب دقیق بردن (بار) میتوانند عملکرد اندازه‌گیری را انجام دهند.
اگر سیم بندی ثانویه VTها دارای سایز مناسب باشد،VTها معمولا قادر به تامین بارهای مدار پتانسیل بالا بدون ایجاد مشکل میباشند
برای اهداف اتوماسیون پست، VTها با تغییرات بار یا درجه حرارت تحت تاثیر قرار نمی گیرند. آنها منابع ترجیحی برای اندازه‌گیری پتانسیل هستند.
این مقاله فنی تمام جنبه های مهم ترانسفورماتورهای ولتاژ را در کاربردهای اندازه‌گیری و حفاظت MV و HV توضیح میدهد.
—————————————————————–
فهرست:
1-مدار معادل ساده ترانسفورماتور ولتاژ
۲-ترانسفورماتور ولتاژ الکترومغناطیسی
۲-۱-خطاهای نسبت و فاز(Ratio and phase errors)
۲-۲-ضرایب ولتاژ(Voltage Factors)
۲-۳-سیم‌های ثانویه
۲-۴-حفاظت ترانسفورماتور ولتاژ
۲-۵-ساختار ترانسفورماتور ولتاژ
۲-۶-ترانسفورماتور ولتاژ متصل
۲-۷-عملکرد گذرا
۲-۸-ترانسفورماتور ولتاژ آبشاری(Cascade Voltage Transformer)
۳-ترانسفورماتور ولتاژ خازنی(Capacitor Voltage Transformers) (CVT)
۳-۱-حفاظت ولتاژ خازن کمکی(Voltage Protection of Auxiliary Capacitor)
۳-۲-رفتار گذرا ترانسفورماتور ولتاژ خازنی
۳-۳-فرو رزونانس(Ferro-Resonance)
—————————————————————–
۱- مدار معادل ساده ترانسفورماتور ولتاژ
ترانسفورماتور ولتاژ را میتوان توسط مدار معادل شکل 1 نشان داد، در حالیکه تمام مقادیر به سمت ثانویه ارجاع داده‌میشود.
شکل 1 – مدار معادل ترانسفورماتور
هنگامی که ترانسفورماتور ولتاژ با نسبت 1/1 نیست، این شرایط را میتوان با مدار معادل ترانسفورماتور ایده آل با نسبت تبدیل داده‌شده که هیچ تلفاتی ندارد نشان داد
ترانسفورماتورهای ولتاژ مشابه با ترانسفورماتورهای قدرت کوچک عمل میکنند، فقط با تفاوت در جزئیات طراحی برای این که دقت نسبت تبدیل را در محدوده مشخص‌شده از خروجی کنترل و محدود کنند.
تئوری ترانسفورماتورهای ولتاژ (PT یا VT )
—————————————————————–
2-ترانسفورماتور ولتاژ الکترومغناطیسی
در حالت شانت(موازی)، ولتاژ سیستم در سراسر ترمینال‌های ورودی مدار معادل شکل 1 اعمال میشود. نمودار برداری برای این مدار در شکل 2 نشان داده‌شده‌است.
شکل 2 – نمودار برداری ترانسفورماتور ولتاژ
ولتاژ خروجی ثانویه V s باید یک نمونه‌ی دقیق از ولتاژ ورودی Vp در یک محدوده‌ی مشخص‌شده از خروجی، باشد
بنابراین افت ولتاژ سیم‌پیچ را کوچک می کنیم و چگالی شار نرمال در هسته طوری طراحی میشود که زیر سطح چگالی اشباع باشد، از این رو جریان تحریک می‌تواند کم باشد و امپدانس تحریک اساسا نثبت به تغییر ولتاژ اعمال‌شده بر روی محدوده عملیاتی مورد نظر از جمله برخی شرایط اضافه ولتاژ ثابت خواهد بود .
این محدودیت‌ها در طراحی باعث میشود که یک VT برای یک بار داده‌شده بسیار بزرگتر از یک ترانسفورماتور معمولی با توان نامی مشابه باشد . در نتیجه جریان تحریک نسبت به بار نامی کوچک نیست، همانطور که این امر در ترانسفورماتورهای قدرت معمول‌است.
2-1-خطاهای نسبت تبدیل و فاز
خطاهای نسبت تبدیل و فاز ترانسفورماتور را میتوان با استفاده از نمودار بردار شکل 2 بالا محاسبه کرد. خطای نسبت تبدیل به صورت زیر تعریف‌می‌شود:
که :
- Kn نسبت تبدیل نامی‌است
- Vp ولتاژ اولیه‌است
- Vs ولتاژ ثانویه‌است
اگر خطا مثبت باشد، ولتاژ ثانویه بیشتر از مقدار نامی است. اگر خطا منفی باشد، ولتاژ ثانویه کمتر از مقدار نامی‌است.
لازم نیست نسبت دور ترانسفورماتور برابر با مقدار نامی نسبت تبدیل باشد و معمولا تعدادی دوری به عنوان جبران نسبت تبدیل استفاده‌میشود، بنابراین خطا برای برای بارهای کم(بردن) مثبت و برای بارهای زیادمنفی میشود.
خطای فاز، تفاوت فاز بین بردارهای معکوس ولتاژ ثانویه و اولیه‌است.زمانی که معکوس ولتاژ ثانویه، نثبت به بردار اولیه پیش فاز میشود خطای فاز مثبت‌است.
الزامات در این رابطه در استاندارد IEC 60044-2 آمده‌است. همه ترانسفورماتورهای ولتاژ باید با یکی از کلاس های جدول ۱ مطابق داشته‌باشد.
جدول ۱- محدودیت خطای ترانسفورماتورهای ولتاژ اندازه‌گیری
برای اهداف حفاظتی، دقت ولتاژ اندازه‌گیری ممکن‌است در شرایط خطا مهم باشد زیرا ممکن‌است ولتاژ سیستم توسط خطا کاهش یابد.
ترانسفورماتور ولتاژ برای چنین نوع عملکردی باید مطابق با طیف گسترده‌ای از الزامات مندرج در جدول2 مطابقت داشته‌باشد.
حدول ۲- محدودیت‌های اضافه برای ترانسفورماتورهای ولتاژ حفاظتی
۲-۲- ضرایب ولتاژ
مقدار V f در جدول 2 یک حد بالا ولتاژ عملیاتی‌است، و بر اساس پر یونیت بیان شده‌است. این برای عملکرد صحیح رله در شرایط عدم تقارن خطا در سیستم زمین‌نشده و یا زمین‌شده با امپدانس، مهم‌است که در این سیستم‌ها خطای زمین باعث افزایش ولتاژ در فازهای سالم‌می‌شود.
جدول 3 – ترانسفورماتورهای ولتاژ زمان مجاز حداکثر ولتاژ
2-3-سیم‌های اتصال ثانویه
ترانسفورماتور ولتاژ برای حفظ دقت ولتاژ خروجی در ترمینال های ثانویه شان طراحی شده‌اند. اگر از سیم‌های اتصال بلند در خروجی استفاده‌میشود، برای حفظ دقت یک ترمینال باکس نزدیک PT میتوان نصب کرد تا مصرف رله‌ها و تجهیزات اندازه‌گیری را با سیم‌های دیگری تامین کرد.
۲-۴-حفاظت از ترانسفورماتورهای ولتاژ
ترانسفورماتورهای ولتاژ را میتوان توسط فیوزهای (HRC) در سمت اولیه برای ولتاژ تا 66kV محافظت کرد. فیوزها معمولا وقفه کافی برای استفاده‌با ولتاژهای بالاتر را ندارند. کاربردها متفاوت‌است و در برخی موارد حفاظت اولیه حذف‌می‌شود
ثانویه یک ترانسفورماتور ولتاژ باید همیشه توسط فیوزها و یا قطعکنندههای مدار (MCB) حفاظت شوند. این فیوز ها تا حد ممکن باید نزدیک به ترانسفورماتور قرار‌گیرند
یک اتصال کوتاه در سیم کشی مدار ثانویه یک جریان چندین برابری در خروجی ترانسفورماتور ایجاد می کند و باعث گرم شدن بیش از حد آن میشود. حتی جایی که میتوان فیوزهای اولیه نصب کرد، معمولا نمی‌توان اتصال کوتاه ثانویه را به دلیل کم بودن جریان اولیه و حداقل مقدار نامی فیوز با فیوزدر سمت اولیه حذف کرد.
2-5-ساختار ترانسفورماتور ولتاژ
ساختار یک ترانسفورماتور ولتاژ با ترانسفورماتور قدرت متفاوت‌است که این تفاوت‌های شامل سیستم خنک‌کننده، عایق و طراحی مکانیکی میباشد. خروجی نامی به ندرت بیش از چند صد VA میشود و از این رو گرما تولید‌شده به طور معمول هیچ مشکلی ایجاد نمیکنند.
اندازه VT به طور عمده توسط ولتاژ سیستم و عایق سیم‌پیچ اولیه که معمولا از خود سیم پیج اولیه بزرگتر‌است تعیین میشود
VT باید برای مقاومت در برابر ولتاژ بالا ، از جمله ولتاژ ضربه ، تا مقداری برابر با ولتاژ قابل تحمل تابلو و سیستم ولتاژ بالا عایق بندی شود. برای رسیدن به این ویژگی در یک طراحی جمع و جور ولتاژ باید به طور یکنواخت در سراسر سیم‌پیچ توزیع شود ، که نیاز به توزیع یکنواخت خازن سیم‌پیچ یا استفاده از شیلد های الکترواستاتیک میباشد.
ترانسفورماتورهای ولتاژ معمولا با تابلو‌ها استفاده می شوند لذا طراحی فیزیکی باید فشرده و سازگار برای نصب در داخل تابلو باشد . ترانسفورماتورهای ولتاژ سه فاز تا 36 کیلوولت استفاده میشود، اما برای ولتاژ های بالا تر از نوع تک فاز استفاده میشود.
ترانسفورماتور ولتاژ برای مدارهای ولتاژ متوسط دارای عایق خشک هستند، اما ولتاژ بالا و فوق العاده بالا هنوز از واحدهای غوطه ور در روغن به عنوان عایق استفاده‌می‌کنند.
شکل 3 – Alstom OTEF 36.5 ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا 36.6kV تا 765kV
2-6-ترانسفورماتورهای ولتاژ متصل‌شده به صورت باقی‌مانده
جمع سه ولتاژ سیستم متقارن صفر میشود، اما در زمانی که در سیستم خطای زمین تک فاز وجود دارد دیگر اینگونه نیست. ولتاژ باقی مانده یک سیستم با استفاده از اتصال سیم‌پیچ های ثانویه VT به صورت مثلث شکسته که در شکل 4 نشان داده شده‌است اندازه‌گیری میشود.
شکل 4
اتصال ولتاژ باقی مانده
خروجی سیم‌پیچ های ثانویه متصل شده به صورت دلتا شکسته یا همان مثلث شکسته در صورت اعمال ولتاژ سینوسی متعادل، صفر است اما در شرایط عدم تعادل ولتاژ باقی مانده برابر 3 برابر ولتاژ توالی صفر ایجاد شده در سیستم است .
برای اندازه‌گیری این مولفه لازم است شار توالی صفر در VT ایجاد شود، و برای ایجاد این امر باید یک مسیر بازگشت برای شار جمع شده منتج وجود داشته باشد
هسته VT باید یک یا چند شاخه بدون سیم‌پیچی برای برای لینک کردن یوغ هسته بعلاوه ی شاخه های که سیم‌پیچی دارند اضافه داشته باشد. معمولا هسته به صورت متقارن ساخته میشود با پنج شاخه، دو شاخه بیرونی بدون سیم‌پیچی هستند. در روش جایگزین، میتوان از سه واحد تک فاز استفاده کرد.
در ادامه
به همان اندازه لازم است که نول سیم‌پیچ اولیه به زمین متصل شود، بدون اتصال زمین، جریان تحریک توالی صفر نمی‌تواند جریان یابد.
یک VT باید طوری انتخاب شود که ضریب ولتاژ مناسب که در بخش ۱.2 و جدول ۳ توضیح داده شد را داشته باشد ، تا افزایش ولتاژ در فازهای سالم در طول خطا های زمین را فراهم کند.
ترانسفورماتورهای ولتاژ اغلب با یک سیم‌پیچ ثانویه متصل شده با ستاره نرمال و و یک سیم‌پیچ ثالثیه متصل شده به صورت مثلث شکسته شده فراهم میشوند
در عوض، ولتاژ باقی مانده می‌تواند با ستاره / مثلث شکسته متصل شده به گروه ی از ترانسفورماتور های کمکی که از طریق ثانویه واحد اصلی تغذیه می شوند ایجاد شود ، که با این کار ترانسفورماتور های ولتاز تمام نیاز ها برای هندل کردن ولتاژ توالی صفر که توضیح داده شد را فراهم میکنند.
VT کمکی (auxiliary VT) همچنین باید برای ضریب ولتاژ مناسب باشد. باید توجه داشت که هارمونیک سوم در شکل موج ولتاژ اولیه، که از توالی صفر هستند، در سیم‌پیچ شکسته مثلث جمع میشوند.
ترانسفورماتور اندازه‌گیری چیست؟ مزایا و انواع این ترانس ها
2-7-عملکرد گذرا
خطاهای گذرا باعث مشکلاتی در استفاده از ترانسفورماتورهای ولتاژ معمولی می شوند . خطاها به طور کلی محدود به دوره های کوتاه مدت در زمان اعمال ولتاژ و یا برداشتن ولتاژ از اولیه VT میشود.
اگر یک ولتاژ به طور ناگهانی اعمال شود، یک جریان هجومی گذرا همانند ترانسفورماتور های قدرت ایجاد میشود،. با این حال، اثر آن نسبت به ترانسفورماتورهای قدرت کمترست و دلیل آن چگالی شار پایین است که VT برای آن طراحی شده‌است. اگر VT دارای ضریب ولتاژ بالا نسبتا خوبی باشد تاثیر اینراش (هجومی) کمی وجود خواهد داشت.
یک خطا در چند سیکل اول جریان خروجی متناسب با جریان هجومی گذرا ایجاد میشود.
هنگامی که ولتاژ ورودی یک ترانسفورماتور ولتاژ قطع میشود، شار هسته سریعا نزول نمیکند . سیم‌پیچ ثانویه نیروی مغناطیسی را حفظ میکند تا این فوران را حفظ کند و یک جریان را از طریق بار متصل ایجاد میکند، که این جریان به صورت نمایی با سرعت کم یا زیاد افت می کند . ممکن‌است یک نوسانات فرکانس صوتی اضافی هم به دلیل ظرفیت خازنی سیم‌پیچی وجود داشته باشد .
اگر مقدار تحریک (آمپر دور) بیش از بار شود، جریان گذرا ممکن‌است قابل توجه باشد.
2-8-ترانسفورماتور ولتاژ آبشاری
خازن VT (در قسمت بعد شرح داده‌شده) به دلیل هزینه بالا ترانسفورماتورهای ولتاژ متعارف الکترومغناطیسی توسعه داده‌شده‌اند اما، همانطور که در بخش 2.2 بالا نشان داده‌شد، فرکانس و پاسخ گذرا نسبت به ترانسفورماتور های ولتاژ سنتی کمتر رضایت بخش هستند.
شکل 5
شماتیک ترانسفورماتور ولتاژ آبشاری
نوع متداول VT یک سیم‌پیچ اولیه دارد که عایق کاری آن برای ولتاژ بالای حدود 132 کیلو ولت مشکل ایجاد میکند. VT آبشاری این مشکلات را با شکستن ولتاژ اولیه در چند بخش و چند مرحله حل میکند.
VT کامل از چند ترانسفورماتور تکی ساخته شده‌است، که سیم‌پیچ‌های اولیه آنها به صورت سری به هم متصل میشوند (در شکل 5 نشان داده شده‌است.)
هر هسته مغناطیسی دارای سیم‌پیچ های اولیه(P) در دو طرف مخالف‌است.
سیم‌پیچ ثانویه (S) تنها شامل یک سیم‌پیچ تنها در مرحله آخر‌است.
سیم‌پیچ کوپلینگ ( C ) به صورت جفتی بین بخش متصل‌است که مدارات با امپدانس کم را برای انتقال بار آمپر دور بین مراحل را فراهم میکند و اطمینان می‌سازد که ولتاژ فرکانس قدرت به طور مساوی بر چندین سیم‌پیچ اولیه توزیع میشود.
ملزومات ترانسفورماتور جریان (CT) در مدارهای قدرت (تئوری و عمل)
پتانسیل هسته ها و سیم‌پیچ کوپلینگ در مقدار ثابتی است که این کار به وسیله‌ی اتصال آنها به نقاط انتخاب شده در سیم‌پیچ های اولیه انجام میشود. عایق هر سیم‌پیچ برای ولتاژ ایجاد شده در هان سیم‌پیچ کافیست، که کسری از مجموع بر اساس تعداد مراحل یا همان بخش هاست.
هر ترانسفورماتور بر روی یک ساختار ساخته شده از عایق نصب میشود ، که عایق چند بخشی داخلی را فراهم می کند ، که مجموع آنها می‌تواند کل ولتاژ سیستم را تحمل کند
کل مونتاژ در محفظه چینی استوانه ای قرار می گیرد و شدیدا از نفوذ هوا محافظت میشود؛ محفظه پر از روغن شده و مهر و موم میشود، یک سیلندر انبساطی که با هوا ارتباط ندارد برای حفظ انعطاف پذیری و اجازه گسترش هوا با درجه حرارت در نظر گرفته میشود.
—————————————————————–
۳-ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی (CVT)
اندازه ترانسفورماتور ولتاژ الکترومغناطیسی برای ولتاژهای بالاتر عمدتا با ولتاژ نامی متناسب است و هزینه آنها نا متناسب و خیلی زیاد افزایش پیدا میکند.
ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT) اغلب اقتصادی‌تر‌است. این دستگاه اساسا تقسیم‌کننده‌های خازنی میباشند. همانند تقسیم‌کننده‌های ولتاژ مقاومتی، ولتاژ خروجی وابستگی شدیدی به بار روی انشعاب یا همان تپ دارد
امپدانس معادل تقسیم‌کننده خازنی، خازنیست و میتوان توسط یک راکتور سری که به نقطه انشعاب متصل میشود آن را جبران کرد . با یک راکتور ایده آل، چنین ساختاری هیچ تغییری ندارد و هرگونه خروجی را می‌تواند تامین کند.
یک رآکتور دارای مقداری مقاومت است که خروجی را که میتوان دریافت کرد را محدود می کند. برای ولتاژ خروجی ثانویه 110V ، خازن ها باید خیلی بزرگ باشند تا خروجی را در حالی که خطا محدود شود ایجاد کنند. راه حل استفاده از یک ثانویه ولتاژ بالا و تبدیل خروجی به مقدار نرمال توسط یک ترانسفورماتور تقریبا ارزان الکترومغناطیسی میباشد.
شکل 6
توسعه ترانسفورماتور ولتاژ خازن
تغییرات زیادی در مدار پایه وجود دارد. این اندوکتانس L ممکن‌است یک واحد جداگانه باشد و یا ممکن باشد به صورت راکتانس نشتی در ترانسفورماتور T افزوده شود. خازن ها یC1 و C2 به راحتی تلرانس نمیشوند، بنابراین انشعاب برای تنظیم نسبت تبدیل در نظر گرفته شده‌است. یا بر روی ترانسفورماتور T، یا در اتو ترانسفورماتور جداگانه در مدار ثانویه
تنظیم اندوکتانس تیونیگ L نیز مورد نیاز است. این را میتوان با انشعابات انجام داد ، اندوکتانس انشعاب دار جداگانه در مدار ثانویه ،با تنظیم فاصله هوایی در هسته و یا موازی سازی با یک خازن متغیر
شکل 7
مدار معادل ساده ترانسفوماتور ولتاژ خازنی
تفاوت اصلی بین شکل 7 و شکل 1 حضور C و L است .در فرکانس نامی زمانی که C و L رزونانس میکنند و همدیگر را کنسل میکنند مدار رفتار مشابهی مانند یک VT معمولی دارد.
با این حال، در فرکانس‌های دیگر یک مولفه راکتیو وجود دارد که خطاها را اصلاح میکند.
شکل 8
نمایش 72.5kV to 765kV Alstom OTCF 72.5kV ترانسفورماتور ولتاژ خازنی کوپلینگ
استانداردها به طور کلی الزام می کنند که CVT مورد استفاده برای حفاظت مطابق با دقت در جدول 2 در محدوده فرکانس 97-103٪ نامی‌باشد.
محدوده فرکانس متناظر اندازه‌گیری CVT بسیار کمتر از(، 99٪ -101٪،) است و کاهش دقت برای انحرافات فرکانسی خارج از این محدوده برای کاربردهای حفاظتی کمتر اهمیت دارد.
۳-۱-حفاظت ولتاژ خازن کمکی
اگر امپدانس بار CVT اتصال کوتاه شود، افزایش در ولتاژ راکتور تنها توسط تلفات راکتور و اشباع احتمالی محدود میشود که:
Q × E 2
که :
- E 2 ولتاژ انشعاب (Tap)بدون بار‌است و
- Q ضریب تقویت کننده مدار رزونانس‌است.
این مقدار بیش از حد است و بنابراین توسط یک فاصله جرقه متصل در سراسر خازن کمکی محدود میشود. ولتاژ روی خازن کمکی در خروجی با مقدار نامی نسبت به حالت بدون بار بالاترست، و خازن برای کارکرد حالت دائم در این افزایش ولتاژ سایز میشود.
فاصله جرقه در حدود دو برابر ولتاژ بار کامل برای جرقه زدن تنظیم شده‌است. شکاف جرقه جریان اتصال کوتاهی که VT تحویل می دهد را محدود میکند و حفاظت فیوز مدار ثانویه باید با در نظر گرفتن این نکته سایز شود.
معمولا نقطه‌های انشعاب(تپ ها) می‌تواند قبل از هر گونه تنظیمات به صورت اتوماتیک یا دستی ارت شود.
۳-۲-رفتار گذرا ترانسفورماتور ولتاژ خازنی
CVT یک مدار رزونانس سریست . قرار دادن ترانسفورماتور الکترومغناطیسی بین ولتاژ متوسط و خروجی باعث ایجاد رزونانس بیشتر میشود که ممکن‌است امپدانس تحریک این واحد و خازن تقسیم‌کننده این رزونانس را به وجود بیاورند.
هنگامی که یک ولتاژ ناگهانی اعمال میشود، نوسانات با این حالت‌های مختلف اتفاق میافتد و برای مدتی بر اساس مقدار مقاومت دمپ‌کننده موجود ادامه پیدا میکند. افزایش بارهای بار مقاومتی، ثابت زمانی نوسانات گذرا را کاهش می دهد، اگر چه احتمال یک افزایش مقدار اولیه وجود دارد.
ترانسفورماتورهای جریان (سی تی CT) – انواع، ویژگی و کاربردهایشان
برای حفاظت بسیار سریع نوسانات گذرا باید به حداقل برسد . ترانسفورماتور ولتاژ خازنی مدرن بسیار بهتر مدل‌های قدیمی شان در این مورد عمل میکنند.
با این حال، طرح‌های حفاظتی با کارایی بالا هنوز میتوانند تحت تاثیر منفی قرار بگیرند مگر آنکه الگوریتم‌ها و فیلتر‌های با دقت و توجه خاصی طراحی شوند.
3-3- فرو رزونانس
امپدانس تحریک Ze ترانسفورماتور کمکی T و خازن تقسیم‌کننده ولتاژ با هم یک مدار رزونانس شکل میدهند که معمولا در یک فرکانس زیر نرمال (sub-normal) نوسان میکند . اگر این مدار تحت یک ولتاژ ضربه قرار بگیرد ، نوسان حاصل می‌تواند از محدوده ای از فرکانس ها عبور کند.
اگر فرکانس اصلی این مدار ، کمی کمتر از یک سوم فرکانس سیستم باشد، ممکن‌است انرژی از سیستم جذب شود و باعث شکل گرفتن نوسان شود .
افزایش تراکم شار در هسته ترانسفورماتور اندوکتانس را کاهش میدهد، که فرکانس رزونانس به مقدار یک سوم فرکانس سیستم نزدیک تر میکند.
مقالات مرتبط:
هارمونیک چیست و چگونه آنها را فیلتر و از سیستم حذف کنیم؟
نتیجه یک شکل گرفتن تصاعدی تا زمانی که نوسانات در یک فرکانس زیر هارمونیک سوم سیستم تثبیت شود ، که می‌تواند به طور نامحدود بماند.
بسته به مقدار اجزاء، نوسانات در فرکانس اساسی یا در سایر زیر هارمونیکها یا ضریبی از فرکانس منبع ممکن‌است، اما سومین زیرماهارمونک موردیست که احتمال در معرض قرار گرفتن آن بیشتر‌است. روش آشکار سازی چنین نوساناتی، افزایش ولتاژ خروجی است .مقدار RMS ممکن‌است 25٪ تا 50٪ بالاتر از مقدار نرمال باشد.
شکل9
شکل‌موج ولتاژ ثانویه معول با نوسان زیر هارمونیک سوم
گاهی اوقات دستگاه‌های ویژه ضد فرو رزونانس (antiferro-resonance)که از یک مدار تیونینگ موازی استفاده میکنند به VT اضافه میشود. اگرچه چنین ساختاری به فرونشاندن فرو رزونانس کمک میکنند، ولی به پاسخ گذرا لطمه می زنند، لذا طراحی مصالحه بین این مواردیست و باید بهترین گزینه ممکن را برای کاربرد خاص انتخاب کرد
طراحی صحيح CVT آن را از این اثر در زمان تامین کردن بار مقاومتی جلوگیری میکند، اما برای بارهای غیر خطی القایی، مانند ترانسفورماتورهای ولتاژ کمکی، ممکن‌است فرو رزونانس القا کنند.
ترانسفورماتورهای ولتاژ کمکی برای استفاده با ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی باید با مقدار چگالی کم طراحی شوند تا که مانع اشباع هسته توسط ولتاژ گذرا که نتیجه ی این اشتباع جریان بالای تحریک‌است.
ترانسفورماتور؛ ساختار؛ عملکرد؛ انواع کاربردها و محدودیت ها
علمکرد ترانسفورماتورها و محاسبه پارامترهای الکتریکی
—————————————————————–
منابع :
- Network protection and automation guide by (ex) Alstom Grid, now General Electric
- Electric Power Substations Engineering By James C. Burke
مقاله زبان اصلی:
The Essentials Of Voltage Transformers – Advanced Theory and Practice