ترانسفورماتورهای جریان: هزاران آمپر وزن - و چرا هرگز نباید یکی را باز کنید

مقدمه

اکثر ترانسفورماتورها برای تغییر ولتاژ وجود دارند. یک ترانسفورماتور جریان (CT) کار متفاوتی دارد: یک جریان بزرگ را به اندازه کافی کوچک می کند تا اندازه گیری شود . آن را به عنوان یک باسکول برای برق در نظر بگیرید. شما یک کامیون را روی ترازوی آشپزخانه قرار نمی دهید، و یک شینه 2000 A را مستقیماً در یک پانل متر قرار نمی دهید. در عوض، CT در اطراف هادی قرار می‌گیرد و یک کپی کوچک و وفادار تولید می‌کند - معمولاً 5 A یا 1 A - که مترها و رله‌های معمولی می‌توانند با خیال راحت از آن استفاده کنند.

چگونه کار می کند، و انواع اصلی

CT یک ترانسفورماتور است که از شهود "به عقب" استفاده می شود. اصلی اغلب یک هادی منفرد است که از طریق یک هسته حلقه رزوه می شود - یک دور - در حالی که ثانویه پیچ های زیادی را انجام می دهد. از آنجایی که آمپر پیچ ها باید متعادل شوند، یک CT 1000:5 دارای 200 پیچ ثانویه است: 1000 A در شینه تبدیل به 5 A در حلقه اندازه گیری می شود.

سازه‌های رایج عبارتند از : اولیه زخمی، میله‌ای، پنجره‌ای/حلقه‌ای و هسته‌ای تقسیم‌شده (گیره دار) . واحدهای هسته تقسیم شده را می توان بدون قطع شدن مدار در اطراف کابل برق گیر کرد، اما اتصال در مسیر مغناطیسی مقداری دقت هزینه دارد.

پارامترهای کلیدی برای مهندسان

• نسبت و رتبه ثانویه. 1 A ثانویه 25× کمتر از 5 A بار کابل برای همان مقاومت سرب (I²R) تولید می کند، به همین دلیل است که مسیرهای طولانی به نفع 1 A است.
• کلاس دقت طبق IEC 61869-2، کلاس های اندازه گیری 0.2 / 0.2S / 0.5 / 1 هستند. کلاس های حفاظتی به صورت 5P20، 10P20 و غیره نوشته می شوند. 5P20 به معنای خطای ترکیبی ≤ 5 % تا 20× جریان نامی است. کلاس 0.2S دقت مشخص شده خود را تا 1٪ جریان نامی نگه می دارد، در حالی که کلاس 0.2 ساده فقط از 5٪ به بالا مشخص می شود - دلیل اینکه 0.2S برای اندازه گیری درآمد با بارهای متغیر ترجیح داده می شود.
• بار (VA). بار نامی کل امپدانس ثانویه ای است که CT می تواند راه اندازی کند: رله + متر + کابل رفت و برگشت + پایانه ها. مقادیر استاندارد 2.5، 5، 10، 15 و 30 VA هستند. اگر بار واقعی از بار نامی بیشتر شود، ضریب حد دقت قابل استفاده تقریباً به نسبت کاهش می یابد، بنابراین یک CT 5P20 ممکن است مانند یک 5P10 در میدان عمل کند.
• درجه بندی حرارتی و دینامیکی (Ith، Idyn) باید جریان خطای احتمالی را در نقطه نصب پوشش دهد.

مثال کاربردی

در تجهیزات سوئیچ، یک هسته CT معمولاً متر انرژی (کلاس 0.5S، بار کم) را تغذیه می کند در حالی که یک هسته جداگانه رله اضافه جریان (کلاس 5P20) را تغذیه می کند. به اشتراک گذاشتن یک هسته یک اشتباه کلاسیک است: بار رله دقت اندازه گیری را کاهش می دهد، و فضای سر اشباع پایین متر، حفاظت در هنگام خطا را به خطر می اندازد.

تصور غلطی که می تواند شما را بکشد

یک باور رایج این است که "یک ثانویه باز بی ضرر است - هیچ چیز نمی تواند جریان یابد." حقیقت برعکس است. در یک ترانسفورماتور معمولی، جریان اولیه با باز شدن ثانویه ناپدید می شود. در CT، جریان اولیه توسط بار تنظیم می شود، نه توسط CT. بدون جریان ثانویه برای خنثی کردن چرخش های آمپر اولیه، کل نیروی مغناطیسی هسته را دو بار در هر سیکل به سمت اشباع عمیق سوق می دهد. تند dΦ/dt در هر انتقال باعث افزایش ولتاژ ثانویه در محدوده کیلوولت می‌شود - برای سوراخ کردن عایق، تخریب CT و آسیب رساندن به فردی که لیدها را در دست دارد، کافی است.

این قانون مستقیماً دنبال می شود: S1-S2 را با بلوک اتصال کوتاه قبل از قطع کنتور یا رله، و حلقه ثانویه را دقیقاً در یک نقطه زمین کنید.

واقعیت جالب: گیره‌سنج در کیف هر برق‌کار به سادگی یک CT دو هسته‌ای با یک هسته لولایی است - به همین دلیل است که می‌تواند صدها آمپر را بدون دست زدن به هادی برق بخواند.