اخبار
صفحه اصلی / اخبار / اخبار صنعت / ساخت داخلی و انواع ترانسفورماتورهای جریان

ساخت داخلی و انواع ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان یکی از دقیق ترین اجزای مهندسی شده در سیستم های اندازه گیری قدرت و حفاظت هستند. با این حال ساختار داخلی آنها به ندرت با جزئیات مورد بررسی قرار می گیرد. درک آنچه در داخل یک ترانسفورماتور جریان است، نحوه انتخاب هر قسمت و چرایی انواع مختلف ساخت و ساز وجود دارد، به مهندسان، تکنسین ها و متخصصان تدارکات این پایه را می دهد تا تصمیمات بهتری در مورد دقت، نصب و قابلیت اطمینان طولانی مدت بگیرند.

این مقاله به بررسی آناتومی ترانسفورماتور جریان از مواد هسته تا محفظه بیرونی می‌پردازد، نقش هر جزء را توضیح می‌دهد و انواع ساختمان‌های اصلی مورد استفاده در کاربردهای ولتاژ پایین، ولتاژ متوسط ​​و ولتاژ بالا را طبقه‌بندی می‌کند.

هسته: قلب هر ترانسفورماتور فعلی

هسته مغناطیسی تنها جزء تعیین کننده عملکرد درون ترانسفورماتور جریان است. به عنوان رسانه ای عمل می کند که از طریق آن انرژی از هادی اولیه به سیم پیچ ثانویه توسط القای الکترومغناطیسی منتقل می شود. شکل، مواد و سطح مقطع هسته تقریباً هر ویژگی عملکرد دستگاه نهایی را تعیین می کند.

هندسه هسته

اکثر هسته های ترانسفورماتور جریان به شکل حلقوی (حلقه ای) ساخته می شوند. این هندسه حلقه بسته تضمین می کند که مسیر شار مغناطیسی پیوسته است، که نشت شار را به حداقل می رساند و به دقت بالا کمک می کند. هسته های حلقوی در ابزارهای درجه درآمد و کلاس حفاظتی استاندارد هستند زیرا خطاهای زاویه فاز بسیار پایینی را در جریان نامی ایجاد می کنند.

برای ترانسفورماتورهای جریان نوع زخمی که در کاربردهای با نسبت بالا یا ویژه استفاده می‌شوند، هسته‌ها ممکن است به شکل مستطیل یا C شکل که از نوارهای فولادی الکتریکی دانه‌گرا مونتاژ شده‌اند، لمینت شوند. این هسته های چند لایه به سازنده اجازه می دهد تا سطح مقطع را دقیقاً برای بار هدف و کلاس دقت تنظیم کند.

مواد هسته مغناطیسی

انتخاب مواد هسته مغناطیسی به طور مستقیم کلاس دقت ترانسفورماتور، رفتار اشباع و پاسخ فرکانسی را کنترل می کند. جدول زیر رایج ترین گزینه ها را خلاصه می کند:

مواد نفوذپذیری نسبی (تقریبا) مورد استفاده معمولی مزیت کلیدی
فولاد سیلیکونی دانه گرا (CRGO) نورد سرد 5000 – 30000 CT های اندازه گیری و حفاظتی، 50/60 هرتز از دست دادن هسته کم، مقرون به صرفه
آلیاژ نیکل-آهن (به عنوان مثال 78٪ نیکل) 50000 – 200000 اندازه گیری درآمد با دقت بالا، کلاس 0.1 و 0.2 جریان مغناطیسی بسیار کم
آلیاژ نانو کریستالی تا 150000 فرکانس وسیع، محیط های غنی از هارمونیک پاسخ عالی با فرکانس بالا
فلز آمورف (متگلاس) 100000 اندازه گیری انرژی در کاربردهای شبکه هوشمند تلفات هیسترزیس بسیار کم
فریت 1000 – 15000 سنجش جریان فرکانس بالا (محدوده کیلوهرتز) تلفات جریان گردابی ناچیز در فرکانس بالا

برای اندازه گیری فرکانس توان استاندارد در 50 هرتز یا 60 هرتز، فولاد سیلیکونی CRGO به دلیل تعادل مطلوب بین هزینه، در دسترس بودن و عملکرد مغناطیسی، انتخاب غالب باقی می ماند. آلیاژهای نیکل-آهن برای CT های اندازه گیری دقیق درآمد در نظر گرفته می شوند که در آن خطاها باید در محدوده 0.1٪ یا 0.2٪ در یک محدوده بار گسترده نگهداری شوند.

لمینیت و عایق هسته

برای کاهش تلفات جریان گردابی، هسته های فولادی سیلیکونی را به صورت نوارهای نازک، معمولاً 0.23 میلی متر تا 0.35 میلی متر ضخامت لایه بندی می کنند. هر لمینیت با یک لایه عایق نازک - معمولاً یک تیمار فسفاته یا یک لاک آلی - پوشانده شده است که از عبور جریان بین لایه‌ها جلوگیری می‌کند. لمینیت محکم تر و نوارهای نازک تر، تلفات و تجمع گرما را در شرایط اضافه بار پایدار کاهش می دهد.

مقطع هسته حلقوی: پشته لمینیت لمینیت های عایق پنجره (عبور اولیه) سیم پیچ ثانویه هسته حلقوی - مسیر شار مغناطیسی بسته

سیم پیچ ثانویه: تبدیل شار به سیگنال قابل اندازه گیری

سیم پیچ ثانویه مستقیماً بر روی هسته پیچیده می شود و وظیفه تولید جریان خروجی را دارد که ابزارها، رله ها و مترها اندازه گیری می کنند. ساختار فیزیکی این سیم پیچ بر دقت و عملکرد حرارتی تأثیر می گذارد.

سیم سیم پیچ و مواد هادی

تقریباً تمام سیم‌پیچ‌های ثانویه از سیم مسی لعابی پیچیده می‌شوند. ترکیب مس از رسانایی الکتریکی بالا، شکل‌پذیری و ویژگی‌های دمایی کاملاً درک شده، آن را به انتخاب استاندارد تبدیل می‌کند. در طرح‌های تخصصی سبک وزن، گاهی اوقات از سیم آلومینیومی استفاده می‌شود، اگرچه برای دستیابی به همان هدف مقاومتی به مقاطع عرضی بزرگ‌تری نیاز دارد و برای جلوگیری از خوردگی نیاز به پایان دقیق دارد.

گیج سیم برای مطابقت با مشخصات مقاومت سیم پیچ ثانویه (که اغلب Rct نامیده می شود - مقاومت سیم پیچ ثانویه) انتخاب می شود. Rct کمتر اجازه می دهد تا بخش بیشتری از EMF ثانویه موجود به جای اتلاف داخلی به عنوان گرما به بار خارجی تحویل داده شود. این به طور مستقیم بر دقت در سطوح بار پایین تأثیر می گذارد.

تکنیک سیم پیچی و تعداد گردش

تعداد دور سیم پیچ ثانویه نسبت تبدیل را در ترکیب با پیچ های اولیه تعیین می کند. برای یک ترانسفورماتور جریان استاندارد نوع میله ای یا پنجره ای که در آن ترانسفورماتور اصلی یک هادی عبوری تکی است، تعداد دور اولیه 1 است. سپس پیچ های ثانویه برای رسیدن به نسبت مطلوب تنظیم می شوند - برای مثال، 200 دور برای نسبت 200:1 در ترانسفورماتور 200 A / 1 A.

سیم‌پیچ‌ها به طور یکنواخت در اطراف حلقه توزیع می‌شوند تا نیروی مغناطیسی متوازن را تضمین کنند و شار نشتی را به حداقل برسانند. یکنواختی به ویژه در طراحی های با دقت بالا که حتی عدم تقارن های کوچک در توزیع سیم پیچ می تواند خطاهای زاویه فاز قابل اندازه گیری را ایجاد کند بسیار مهم است.

عایق بین لایه ها

سیم پیچ های چند لایه نیاز به عایق بین لایه ای دارند تا از شکست ولتاژ بین پیچ ها در پتانسیل های مختلف جلوگیری شود. مواد عایق بین لایه ای رایج عبارتند از:

  • نوار فیلم پلی استر (نوع مایلار) - در CT های ولتاژ پایین تا متوسط برای تعادل قدرت دی الکتریک و مشخصات نازک استفاده می شود.
  • فیلم پلی‌آمید (نوع کاپتون) - زمانی که دمای عملیاتی بیش از 130 درجه سانتی‌گراد باشد یا زمانی که نیاز به عایق بسیار نازک است بدون کاهش مقاومت در برابر ولتاژ انتخاب می‌شود.
  • کاغذ Nomex - در محیط های خشک و با دمای بالا که مواد مبتنی بر سلولز تجزیه می شوند استفاده می شود.

ترتیبات هادی اولیه در ساخت ترانسفورماتور جریان

سمت اولیه یک ترانسفورماتور جریان را می توان به چندین روش کاملاً متفاوت مرتب کرد که هر کدام منجر به یک نوع ساختار مکانیکی متفاوت می شود. این پایه اولیه برای طبقه بندی CT ها بر اساس طراحی فیزیکی است.

نوع نوار

یک گذرگاه توپر یا توخالی از پنجره مجموعه هسته و سیم پیچ عبور می کند. هیچ سیم پیچ اولیه روی دستگاه پیچیده نشده است. نوار خود یک چرخش اولیه را تشکیل می دهد.

نوع پنجره

مشابه نوع میله ای است، اما هادی اولیه یک کابل یا شینه خارجی است که از یک پنجره باز در بدنه CT عبور می کند. ترانسفورماتور فاقد هادی اولیه داخلی است.

نوع زخم

یک یا چند چرخش اولیه در کنار سیم پیچ ثانویه روی هسته پیچیده می شود. نسبت های تبدیل بالا را از جریان های اولیه کوچک فعال می کند.

Split Core

هسته به دو نیمه قابل تفکیک تقسیم می شود که می توان آنها را باز کرد و در اطراف یک هادی موجود بدون قطع مدار بسته کرد.

نوع میله ساخت ترانسفورماتور جریان

یک ترانسفورماتور جریان نوع میله ای از یک هادی اولیه ثابت و نصب شده در کارخانه - معمولاً یک میله مسی یا آلومینیومی - استفاده می کند که از مرکز مجموعه هسته و سیم پیچ حلقوی یا مستطیلی عبور می کند. هسته و سیم پیچ ثانویه در اطراف این نوار محصور شده اند. این ساختار حداکثر استحکام مکانیکی را ارائه می دهد و برای تاسیسات تابلو و شینه که در آن درجه بندی جریان اولیه از 400 A تا چندین هزار آمپر متغیر است، ترجیح داده می شود.

از آنجایی که نوار در کارخانه تنظیم شده است، CT های نوع نوار قابل تنظیم در میدان نیستند. جریان اولیه نامی در زمان ساخت تعیین می شود. با این حال، آنها در طول چندین دهه خدمات بسیار پایدار هستند زیرا هیچ اتصال مکانیکی در مسیر اصلی وجود ندارد که بتواند شل یا خورده شود.

نوع پنجره ساخت ترانسفورماتور جریان

CT های پنجره ای که گاهی به آنها ترانسفورماتورهای جریان حلقه ای یا دونات می گویند، از یک هسته حلقوی با سیم پیچ ثانویه تشکیل شده و در محفظه ای محصور شده است که دارای دیافراگم مرکزی است. هادی اولیه - هر کابل یا شینه ای که جریان اندازه گیری شده را حمل می کند - در هنگام نصب به سادگی از طریق این روزنه عبور می کند. هیچ اتصال الکتریکی بین بدنه CT و هادی اولیه ایجاد نمی شود. ترانسفورماتور صرفاً توسط القایی کار می کند.

این طرح همه کاره است زیرا یک مدل CT می تواند بر روی هادی هایی با مقاطع مختلف نصب شود، تا زمانی که هادی به طور فیزیکی در پنجره قرار گیرد. CT های پنجره ای به طور گسترده در تابلوهای تابلو، مانیتورینگ کابل ها و مقاوم سازی تاسیسات موجود استفاده می شوند.

ساخت ترانسفورماتور جریان زخم

در یک ترانسفورماتور جریان زخمی، سیم پیچ اولیه شامل یک یا چند چرخش هادی مسی عایق شده است که مستقیماً روی هسته در کنار ثانویه پیچیده می شود. این آرایش زمانی استفاده می شود که جریان اولیه نسبتاً کم باشد - معمولاً زیر 100 A - و یک هادی تک گذر شار کافی برای اندازه گیری دقیق تولید نمی کند.

با افزودن دو، سه یا چند دور اولیه، نسبت تبدیل موثر بدون نیاز به هسته فیزیکی بزرگ‌تر ضرب می‌شود. یک CT زخمی با 5 پیچ اولیه و 1000 پیچ ثانویه دارای نسبت موثر 1000:5 یا 200:1 است، با شار محرک اولیه 5 دور برای جریان خط مشابه نسبت به جریان اولیه تک میله ای بیشتر است.

CT نوع زخم معمولاً گران‌تر از انواع میله‌ای یا پنجره‌ای با جریان یکسان هستند، زیرا فرآیند سیم‌پیچ اضافی کار را اضافه می‌کند و عایق هادی اولیه باید برای ولتاژ خط به خط کامل سیستم رتبه‌بندی شود.

ترانسفورماتور جریان هسته تقسیم شده: ساخت و ساز و کاربردها

را ترانسفورماتور جریان هسته تقسیم شده یک مشکل عملی خاص را حل می کند: نحوه نصب ترانسفورماتور جریان بر روی هادی که نمی توان آن را قطع یا قطع کرد. هسته مغناطیسی در امتداد یک اتصال ماشینکاری دقیق به دو نیمه تقسیم می شود. مکانیزم لولا یا چفت، نیمه ها را در حین کار بسته نگه می دارد و اجازه می دهد تا برای نصب از هم جدا شوند.

هنگامی که نیمه های هسته باز هستند، CT را می توان در اطراف یک کابل زنده قرار داد. پس از بسته شدن و چفت شدن، مدار مغناطیسی کامل می شود و دستگاه همانند یک CT حلقوی جامد با ابعاد معادل عمل می کند.

را key engineering challenge in split-core design is minimizing the air gap at the joint. Even a microscopic gap in the magnetic circuit dramatically increases the magnetizing current required and introduces errors, particularly at low primary current levels near 5% to 20% of the rated value. Manufacturers address this through:

  • ماشینکاری دقیق سطوح جفت گیری تا تلورانس های زیر 10 میکرومتر
  • استفاده از مواد هسته ای با نفوذپذیری بالا که در برابر شکاف های کوچک باقی مانده تحمل بیشتری دارند
  • چفت های فنری که نیروی گیره ثابتی را اعمال می کند تا نیمه ها را محکم ببندد
  • مواد هسته نانوکریستالی یا آمورف، که حتی با بسته شدن کمی ناقص خطای کمتری را حفظ می کنند.

CT های هسته تقسیم شده به طور گسترده در ممیزی انرژی، سیستم های مدیریت انرژی ساختمان، پانل های نظارت بر توان مجهز شده و هر برنامه ای که در آن نصب باید بدون خاموش کردن مدار نظارت شده انجام شود، استفاده می شود. بسته به مواد هسته و کیفیت اتصال، آنها در کلاس های دقت از کلاس 1 تا کلاس 0.5 موجود هستند.

ترانسفورماتور جریان حلقوی: چرا شکل حلقه غالب است

را toroidal current transformer is by far the most common construction used in modern panel-mount and inline current measurement. Its defining feature is the doughnut-shaped core, which creates a closed magnetic path with no deliberate air gap (in solid-core versions) and no exposed pole faces.

بازده مغناطیسی هسته حلقوی

از آنجایی که شار مغناطیسی به طور کامل در داخل ماده هسته در یک طرح حلقوی گردش می کند، اساساً هیچ شار به هوای اطراف فرار نمی کند. این دو نتیجه عملی دارد. اول، جریان مغناطیسی مورد نیاز برای ایجاد شار کاری بسیار کم است، که مستقیماً خطای نسبت و جابجایی فاز را کاهش می دهد. دوم، CT حلقوی در مقایسه با طرح‌های هسته مستطیلی، حساسیت کمتری به موقعیت هادی اولیه در پنجره دارد - خاصیتی به نام ایمنی خطای موقعیتی.

در یک CT حلقوی که به خوبی طراحی شده است، حرکت هادی اولیه از مرکز پنجره به موقعیت خارج از مرکز کمتر از 0.05٪ خطای نسبت اضافی ایجاد می کند. در یک CT با هسته مستطیلی، همان جابجایی می تواند خطاهای بیش از 0.3٪ ایجاد کند.

ساخت هسته های توریدال

هسته های حلقوی برای ترانسفورماتورهای جریان به یکی از سه روش بسته به ماده مورد نظر تولید می شوند:

  1. هسته های نواری - یک نوار پیوسته از فولاد سیلیکونی، آلیاژ نیکل-آهن، یا نوار نانوکریستالی به صورت مارپیچی در اطراف سنبه پیچ می شود و سپس برای کاهش تنش مکانیکی وارد شده در حین سیم پیچی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. این روش برای بالاترین درجه های دقت استفاده می شود.
  2. هسته های لمینیت انباشته - لایه‌های پانچ شده منفرد روی هم چیده می‌شوند تا حلقه‌ای را تشکیل دهند که معمولاً برای هسته‌های با قطر بزرگ‌تر استفاده می‌شود، جایی که سیم‌پیچ نوار باعث ایجاد تنش داخلی بیش از حد می‌شود.
  3. هسته های فریت پودر شده یا متخلخل - برای برنامه های با فرکانس بالا استفاده می شود. فریت در قالب حلقوی فشرده شده و در دمای بالا پخته می شود.
CT حلقوی: مسیر شار در مقابل CT هسته مستطیلی هسته حلقوی شار بسته - بدون نشتی هسته مستطیلی نشتی شار مقداری شار در گوشه ها نشت می کند

سیستم های عایق در ترانسفورماتورهای جریان

عایق سی تی باید دو عملکرد را به طور همزمان انجام دهد: جداسازی هادی اولیه ولتاژ بالا از مدار ثانویه ولتاژ پایین، و محافظت از سیم پیچ و مجموعه هسته در برابر تخریب محیطی. سیستم عایق انتخابی به ولتاژ نامی، محیط محیط و الزامات مکانیکی کاربرد بستگی دارد.

کپسوله سازی رزین (قالب سازی اپوکسی یا پلی اورتان)

را majority of low-voltage and medium-voltage current transformers used in metering panels and switchgear are manufactured by casting or vacuum-injecting epoxy resin around the wound core assembly. This process, often called molded-case construction, creates a solid, void-free insulating body that:

  • استحکام دی الکتریک بیش از 3 کیلو ولت بر میلی متر را برای سیستم های اپوکسی استاندارد فراهم می کند
  • بدون درزگیری اضافی رطوبت را از بین می برد
  • به طور مکانیکی از هسته و سیم پیچ در برابر لرزش و ضربه محافظت می کند
  • امکان کنترل ابعادی دقیق بدنه خارجی برای نصب پانل را فراهم می کند

اشباع فشار خلاء (VPI) برای مجموعه های بزرگتر که در آن ریخته گری غیر عملی است استفاده می شود. سیم پیچ در رزین تحت خلاء غوطه ور می شود تا هوای به دام افتاده خارج شود، سپس تحت فشار قرار می گیرد تا رزین قبل از عمل آوری به هر فضای خالی وارد شود.

عایق روغنی

ترانسفورماتورهای جریان فشار قوی بالای 36 کیلو ولت معمولاً از روغن معدنی به عنوان عایق اولیه و محیط خنک کننده استفاده می کنند. هسته زخم و مجموعه ثانویه داخل یک مخزن فلزی مهر و موم شده پر از روغن معدنی درجه ترانسفورماتور قرار می گیرد. عایق کاغذ سلولزی در اطراف هادی اولیه در چندین لایه پیچیده می شود و فاصله خزشی لازم برای مقاومت در برابر ولتاژ خط را ایجاد می کند.

CT های پر شده با روغن استاندارد برای تاسیسات 110 کیلوولت، 220 کیلوولت و 500 کیلوولت در پست های انتقال هستند. نمونه برداری منظم نفت و تجزیه و تحلیل گاز محلول به تیم های تعمیر و نگهداری اجازه می دهد تا قبل از وقوع خرابی، تخریب اولیه عایق را تشخیص دهند.

ترانسفورماتورهای جریان عایق گاز

در تاسیسات تابلو برق عایق گاز (GIS)، ترانسفورماتورهای جریان در محفظه GIS ادغام می شوند و از گاز هگزا فلوراید گوگرد (SF6) به عنوان محیط عایق استفاده می کنند. این CT ها از همان ردپای فشرده مانند تابلو برق اطراف بهره می برند و نیازی به نگهداری مایع ندارند، اگرچه سیستم گاز مهر و موم شده باید از نظر فشار و خلوص نظارت شود.

طرح های خشک و عایق هوا

برای نصب در محیط های داخلی در محیط های کنترل شده با ولتاژ تا حدود 36 کیلو ولت، CT های نوع خشک با استفاده از مواد عایق جامد (فایبرگلاس متصل به رزین، رزین ریخته گری، یا Nomex) جایگزینی برای طرح های پر شده با روغن ارائه می دهند. آنها سبک‌تر هستند، خطر نشت نفت را از بین می‌برند، و تعمیر و نگهداری را ساده می‌کنند، اگرچه اگر در محیط‌های خشن در فضای باز استفاده شوند، نسبت به تراکم و آلودگی حساس‌تر هستند.

طبقه بندی ترانسفورماتورهای جریان بر اساس نوع ساخت

را following table consolidates the major construction types, their typical current ranges, accuracy capabilities, and primary application sectors:

نوع ساخت و ساز نوبت های اولیه محدوده جریان معمولی بهترین کلاس دقت برنامه های کاربردی کلیدی
نوع نوار 1 (نوار ثابت) 400 A – 5000 A 0.2S کلید، اندازه گیری شینه
پنجره / نوع حلقه 1 (عبور) 50 A – 3000 A 0.5 تابلوهای تابلو، مانیتورینگ کابل
نوع زخم 2-20 1 A - 100 A 0.1 اندازه گیری دقیق جریان کم
نوع هسته تقسیم شده 1 (عبور) 50 A – 3000 A 0.5 - 1 مقاوم سازی، ممیزی انرژی، BMS
حلقوی (جامد) 1 (عبور) 5 A – 5000 A 0.1 اندازه گیری درآمد، حفاظت
نوع مخزن پر از روغن 1-4 10 A - 4000 A (HV) 0.2 پست های انتقال
GIS-یکپارچه 1 200 A – 5000 A 0.2 تاسیسات GIS ولتاژ بالا

چگونه ساخت و ساز داخلی بر دقت و عملکرد تأثیر می گذارد

انتخاب ترانسفورماتور جریان مناسب صرفاً به تطبیق نسبت جریان نیست. ساختار داخلی تعیین می کند که چگونه یک CT در محدوده عملیاتی خود، تحت تغییرات بار، در دماهای بالا و در حضور هارمونیک ها رفتار می کند.

خطای نسبت و ریشه های آن

خطای نسبت به این دلیل رخ می دهد که جریان مغناطیسی - جریان مورد نیاز برای ایجاد شار در هسته - در خروجی ثانویه ظاهر نمی شود. تمام جریان مغناطیسی از جریان اصلی گرفته می شود اما هیچ کدام به بار نمی رسد. هرچه جریان مغناطیسی نسبت به جریان اولیه بزرگتر باشد، خطای نسبت بیشتر است. هسته‌های نیکل-آهن و نانوبلورها با نفوذپذیری بسیار بالایی که دارند، به جریان مغناطیسی بسیار کمتری نسبت به هسته‌های فولاد سیلیکونی نیاز دارند و بنابراین در همان مقطع هسته به خطاهای نسبت کمتری دست می‌یابند.

خطای جابجایی فاز

جابجایی فاز اختلاف زاویه ای است که بر حسب دقیقه قوس بین فازور جریان اولیه و فاز جریان ثانویه (برعکس جهت) اندازه گیری می شود. جابجایی فاز به ویژه در اندازه‌گیری ضریب توان و انرژی مهم است، زیرا حتی یک خطای زاویه‌ای کوچک، خطای وابسته به کسینوس را در محاسبات وات-ساعت معرفی می‌کند. یک جابجایی فاز 10 دقیقه روی بار با ضریب توان 0.5 می تواند خطای اندازه گیری انرژی تقریباً 0.5٪ ایجاد کند.

بار و تأثیر آن بر دقت

را secondary burden — the total impedance of connected instruments, wiring resistance, and relay coils — directly affects the accuracy class performance. Most accuracy class specifications (IEC 61869, IEEE C57.13) define performance at a rated burden and at 25% of rated burden. A CT specified as Class 0.5 at a 5 VA burden will perform within 0.5% ratio error only when the connected burden does not exceed 5 VA. Exceeding the rated burden increases secondary terminal voltage, drives the core toward saturation, and degrades accuracy.

عملکرد هارمونیک

در تاسیسات درایو با سرعت متغیر، کوره های قوس الکتریکی و سیستم های قدرت مرکز داده، جریان اولیه حاوی محتوای هارمونیک قابل توجهی است – اغلب در هارمونیک های 5، 7، 11 و 13. هسته های استاندارد فولاد سیلیکونی تلفات فزاینده و اعوجاج زاویه فاز را در فرکانس های هارمونیک نشان می دهند. هسته‌های نانوکریستالی و آمورف، با منحنی نفوذپذیری مسطحشان که تا چندین کیلوهرتز گسترش می‌یابد، دقت قابل‌توجهی بهتری در شکل‌های موج تحریف‌شده ارائه می‌کنند و انتخاب ارجح برای آنالایزرهای کیفیت توان کلاس A هستند.

عوامل مؤثر بر دقت - داخلی در مقابل خارجی مواد اصلی (نفوذپذیری، از دست دادن) مقاومت سیم پیچ (مقدار Rct) بار متصل (بار VA) امپدانس سیم کشی (طول کابل، AWG) اندازه گیری کلاس دقت عوامل داخلی عوامل خارجی

بدنه بیرونی و تنظیمات نصب

را enclosure of a current transformer protects the active components from environmental exposure and provides the mechanical interface for installation. Housing design varies significantly between application categories.

محفظه مورد قالب گیری پانل

CT های ولتاژ پایین برای پانل های اندازه گیری تقریباً به طور جهانی در محفظه های پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه (GRP) یا محفظه های پلی کربنات ساخته شده توسط قالب گیری تزریقی در اطراف مجموعه هسته ریختگی رزین تولید می شوند. این محفظه دارای گیره‌های نصب یا گیره‌های ریل DIN، بلوک‌های ترمینال ثانویه با درجه‌بندی جریان خروجی مورد انتظار، و علامت‌های قطبیت (P1/P2 برای اولیه، S1/S2 برای ثانویه) بر اساس استانداردهای IEC است.

ترانسفورماتورهای جریان نوع بوشینگ

بوش CT ها مجموعه های حلقه ای هستند که برای لغزش روی بوش چینی یا پلیمری ترانسفورماتور قدرت یا قطع کننده مدار طراحی شده اند. آنها برای خود مسکن ندارند. در عوض، آنها بین فلنج بوشینگ و پوشش مخزن ترانسفورماتور بسته می شوند. CT های بوشینگ برخی از فشرده ترین طرح ها هستند، زیرا بوشینگ خود هادی اولیه و جداسازی ولتاژ را فراهم می کند.

طرح های عایق چینی و پلیمری در فضای باز

ترانسفورماتورهای جریان ولتاژ متوسط و بالا در فضای باز در مجموعه های مهر و موم شده با سوله های عایق کامپوزیتی لاستیک چینی یا سیلیکونی قرار می گیرند. پروفیل سوله برای حفظ فاصله خزش کافی در شرایط آلودگی طراحی شده است - استاندارد IEC حداقل خزش 16 میلی‌متر/کیلوولت را برای محیط‌های کم‌آلود و تا 31 میلی‌متر بر کیلوولت برای مکان‌های با آلودگی شدید نیاز دارد. محفظه های کامپوزیت لاستیک سیلیکونی به دلیل وزن سبک تر، عملکرد برتر آلودگی در محیط های آلوده و مقاومت در برابر شکست شکننده، تا حد زیادی جایگزین پرسلن در تاسیسات جدید شده اند.

ادغام ترانسفورماتورهای جریان در سیستم های اندازه گیری

یک سیستم اندازه‌گیری جریان کامل شامل CT، سیم‌کشی بهم و ابزار گیرنده است. را ترانسفورماتور جریان هسته تقسیم شده به همین دلیل اغلب در پروژه‌های اندازه‌گیری مقاوم‌سازی انتخاب ارجح است – می‌توان آن را بدون وقفه در سرویس نصب کرد. پس از نصب، CT ثانویه از طریق مدارهای CT اختصاصی به کنتورهای انرژی، آنالایزرهای توان یا رله‌های حفاظتی متصل می‌شود، که باید همیشه در طول کار بسته نگه داشته شوند تا از شرایط اضافه ولتاژ ثانویه خطرناک جلوگیری شود.

استانداردهای دقت و تعیین کلاس ها

کلاس های دقت ترانسفورماتور جریان بر اساس استانداردهای بین المللی و منطقه ای تعریف می شوند. دو مورد که بیشتر به آنها ارجاع شده است IEC 61869-2 (IEC 60044-1 سابق) و IEEE C57.13 هستند. درک نامگذاری کلاس ها به تعیین CT مناسب برای برنامه کمک می کند.

کلاس های اندازه گیری IEC

IEC 61869-2 کلاس های دقت اندازه گیری را به صورت 0.1، 0.2، 0.2S، 0.5، 0.5S، 1، و 3 تعریف می کند. پسوند "S" (ویژه) نشان دهنده دقت افزایش یافته در جریان کم است – به طور خاص، CT باید نسبت خطای 1% از نرخ استاندارد به 5% را داشته باشد. کلاس 0.5S و 0.2S برای کنتورهای انرژی درجه درآمد تحت بسیاری از چارچوب‌های نظارتی مورد نیاز است، زیرا بارها اغلب کمتر از 100٪ جریان اولیه نامی CT کار می‌کنند.

کلاس های حفاظت IEC

CT های کلاس حفاظت با ضریب حد دقت (ALF) و رفتار نقطه زانو تعیین می شوند. کلاس 5P و 10P نامگذاری های استاندارد هستند، که در آن عدد نشان دهنده حداکثر خطای ترکیبی در ضریب حد دقت امتیازی است. یک CT 5P20 هنگامی که جریان اولیه 20 برابر جریان نامی باشد، خطای ترکیبی بیش از 5٪ را حفظ می کند - شرایطی که برای عملکرد مطمئن رله های اضافه جریان در شرایط خطا لازم است.

کلاس های IEEE

را IEEE C57.13 standard uses a letter-number combination: the letter (C, K, T, or X) indicates the performance basis, and the number indicates the secondary terminal voltage at rated burden and 20 times rated current. A C200 CT can deliver its rated secondary current into a burden that develops 200 V at 20 times rated primary current without exceeding 10% ratio error. This classification system is prevalent in North American utility and industrial protection practice.

سوالات متداول

Q1: داخل ترانسفورماتور جریان چیست؟

یک ترانسفورماتور جریان شامل یک هسته مغناطیسی (معمولاً فولاد سیلیکونی حلقوی، آلیاژ نیکل-آهن، یا مواد نانو کریستالی)، یک سیم پیچ ثانویه از سیم مسی لعابی که روی هسته پیچیده شده است، عایق بین لایه، یک محفظه عایق خارجی (معمولاً رزین اپوکسی برای انواع اتصالات ترمینال ثانویه) و. انواع ولتاژ بالا همچنین حاوی عایق نفت یا گاز در اطراف مجموعه هسته و سیم پیچ هستند.

Q2: تفاوت بین ترانسفورماتور جریان زخمی و ترانسفورماتور جریان نوع نوار چیست؟

یک ترانسفورماتور جریان زخمی دارای یک یا چند دور سیم مسی عایق شده به عنوان سیم پیچ اولیه است که روی هسته پیچیده می شود. این باعث می شود آن را برای جریان های اولیه کم (معمولا زیر 100 A) که در آن هادی تک گذر شار ناکافی ایجاد کند، مناسب است. یک ترانسفورماتور جریان نوع میله ای دارای یک هادی اولیه جامد نصب شده در کارخانه است که از پنجره هسته عبور می کند و دقیقاً یک پیچ اولیه را تشکیل می دهد. برای جریان های اولیه بالا استفاده می شود و حداکثر پایداری مکانیکی را فراهم می کند.

Q3: چرا مواد هسته در ساخت ترانسفورماتور جریان بسیار مهم است؟

را core material determines the magnetizing current the transformer requires to function. High-permeability materials (nickel-iron, nanocrystalline) need very little magnetizing current, which directly reduces both ratio error and phase displacement. Silicon steel is adequate for Class 0.5 and Class 1 applications. For Class 0.1 and 0.2 revenue metering, nickel-iron alloy cores are typically required. For harmonic-rich environments, nanocrystalline materials offer the best combination of accuracy and wide-frequency performance.

Q4: ترانسفورماتور جریان حلقوی چیست و چرا ترجیح داده می شود؟

یک ترانسفورماتور جریان حلقوی از یک هسته مغناطیسی حلقه‌ای شکل استفاده می‌کند که یک مسیر شار مغناطیسی کاملاً بسته بدون شکاف هوا و بدون وجه قطبی در معرض دید ایجاد می‌کند. این طراحی نشت شار مغناطیسی را به حداقل می رساند، جریان مغناطیسی مورد نیاز را کاهش می دهد و ترانسفورماتور را نسبت به موقعیت هادی اولیه در پنجره نسبتاً غیر حساس می کند. این ویژگی‌ها، CT‌های حلقوی را برای اندازه‌گیری با دقت بالا و برای تأسیساتی که در آن هادی اولیه نمی‌توان دقیقاً در مرکز قرار داد، انتخاب ارجح است.

Q5: چگونه یک ترانسفورماتور جریان هسته تقسیم شده با وجود اتصال در هسته خود دقت را حفظ می کند؟

دقت در یک CT با هسته تقسیم شده به به حداقل رساندن شکاف هوای موثر در محل اتصال بین دو نیمه هسته بستگی دارد. سازندگان از سطوح جفت گیری با ماشینکاری دقیق، مکانیسم های بستن فنری برای اعمال فشار ثابت و مواد هسته ای با نفوذپذیری بالا (اغلب آلیاژی نانوکریستالی) استفاده می کنند که ذاتاً در برابر شکاف های کوچک باقی مانده تحمل بیشتری دارند. در شرایط ایده‌آل با یک اتصال خوب گیره، یک CT با هسته تقسیم شده با کیفیت می‌تواند به دقت کلاس 0.5 دست یابد که برای اکثر کاربردهای اندازه‌گیری فرعی و مدیریت انرژی کافی است.

Q6: تعیین کلاس دقت برای ترانسفورماتورهای جریان به چه معناست؟

را accuracy class number represents the maximum allowable ratio error (in percent) at rated burden and at 100% of rated primary current for standard classes, or down to 1% of rated current for "S" class designations. For example, a Class 0.5 CT must not exceed a 0.5% ratio error, while a Class 0.5S CT must also hold within 0.5% ratio error at primary currents as low as 1% of the rated value. Protection-class CTs use different designations (such as 5P20) that express composite error and accuracy limit factor rather than ratio error alone.

Q7: آیا می توان از ترانسفورماتور جریان نوع پنجره با هر هادی اندازه ای استفاده کرد؟

یک CT نوع پنجره می‌تواند هر رسانایی را که از نظر فیزیکی در دیافراگم پنجره آن قرار می‌گیرد و جریان نامی آن در محدوده درجه‌بندی جریان اولیه CT قرار می‌گیرد، در خود جای دهد. CT خود هیچ تماس الکتریکی با هادی برقرار نمی کند - صرفاً توسط القای الکترومغناطیسی کار می کند. محدودیت های عملی شامل قطر داخلی پنجره (که باید برای هادی از جمله عایق آن به اندازه کافی بزرگ باشد) و مشخصات جریان اولیه نامی، که باید با جریان عملیاتی معمولی هادی مطابقت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود CT در محدوده دقت خود عمل می کند.

Q8: اگر ثانویه ترانسفورماتور جریان در مدار باز بماند چه اتفاقی می‌افتد؟

اگر مدار ثانویه یک ترانسفورماتور جریان عامل در حالی که جریان اولیه جریان دارد باز شود، جریان اولیه همچنان هسته را بدون جریان ثانویه مغناطیسی می کند. این هسته را در هر نیم چرخه به سمت اشباع عمیق هدایت می کند و ولتاژهای اوج بسیار بالایی را در پایانه های ثانویه ایجاد می کند - به طور بالقوه هزاران ولت. این ولتاژها برای پرسنل خطرناک هستند و می توانند عایق سی تی را از بین ببرند. ترانسفورماتورهای جریان باید همیشه قبل از جدا کردن ابزارها از ترمینال های ثانویه، اتصال کوتاه یا به بار نامی متصل شوند.

Acrel Co., Ltd.