ترانس جریان (CT) و ترانس ولتاژ (VT)

آشنایی عمیق با عملکرد، کاربردها و اصول کار ترانس جریان (CT) و ترانس ولتاژ (VT) برای مهندسان و تکنسین های برق و تمامی افرادی که در حوزه های مرتبط با سیستم های برق صنعتی فعالیت می کنند، امری ضروری است. این تجهیزات نقش حیاتی در اندازه گیری دقیق پارامترهای الکتریکی در شبکه ها و سیستم های قدرت ایفا می کنند و به عنوان ابزارهایی ضروری در حفاظت، کنترل و مانیتورینگ این سیستم ها به کار می روند.

در این نوشته آموزشگاه فن و کار به بررسی جامع ترانس جریان و ترانس ولتاژ خواهیم پرداخت. موضوعاتی از قبیل ساختار و اصول عملکرد، انواع مختلف، کاربردها، مزایا و معایب، استانداردهای مرتبط و روش های آزمون و کالیبراسیون این تجهیزات در مطلب پیش رو پوشش داده خواهد شد. به علاوه، در مورد تفاوت میان ترانس جریان و ولتاژ نیز اطلاعات کاربردی در اختیار شما خوانندگان گرامی قرار خواهد گرفت.

آموزش شغل های فنی و پردرآمد در دپارتمان برق آموزشگاه فن و کار

ترانس جریان و ترانس ولتاژ چه هستند

به بیان ساده اما دقیق، ترانس جریان، دستگاهی است که جریان الکتریکی با شدت بالا را به جریان کوچک تری با نسبت مشخص تبدیل می کند. این کار به منظور حفاظت از تجهیزات اندازه گیری و کنترلی، در برابر جریان های زیاد سیستم انجام می شود. اصول کار ترانس جریان بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی استوار است.

مکانیزم عملکرد ترانس CT به این صورت است که هادی حامل جریان اصلی (اولیه) در اطراف یک هسته مغناطیسی قرار می گیرد و سیم پیچ ثانویه نیز بر روی همین هسته پیچیده می شود. تغییرات شار مغناطیسی ناشی از جریان اولیه، در سیم پیچ ثانویه ولتاژی القا می کند که متناسب با جریان اولیه است. با توجه به نسبت تعداد دورهای سیم پیچ اولیه به ثانویه، جریان ثانویه به مقدار بسیار کمتری نسبت به جریان اولیه کاهش می یابد.

ترانس ولتاژ نیز مانند ترانس جریان، بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی عمل می کند. با این تفاوت که هدف آن کاهش سطح ولتاژ به مقدار استانداردی است که تجهیزات اندازه گیری بتوانند به آن پاسخ دهند. ترانس ولتاژ معمولا در مدار به صورت موازی با بار متصل می شود و ولتاژ اولیه را به ولتاژ ثانویه کوچک تری تبدیل می کند. نسبت تبدیل ولتاژ در VT، بر اساس نسبت تعداد دورهای سیم پیچ اولیه به ثانویه تعیین می گردد.

اگر به دنبال آموزشی کامل از ابتدائی ترین مراحل برق صنعتی تا پروسه های اتوماسیون هوشمند برق صنعتی هستید دوره آموزش برق صنعتی آموزشگاه فن و کار انتخاب صحیحی برای شما خواهد بود.

کاربردهای ترانس جریان و ترانس ولتاژ

این تجهیزات با تبدیل مقادیر بالای جریان و ولتاژ به سطوح پایین تر، امکان اندازه گیری دقیق و ایمن این پارامترها و بسیاری اقدامات دیگر را فراهم می آورند. در ادامه به بررسی کاربردهای گسترده این ترانس ها در سیستم های قدرت خواهیم پرداخت.

اندازه گیری کمیت های الکتریکی

اولین و شاید اصلی ترین کاربرد ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ را شاید بتوان توانایی بی نظیر آن ها در اندازه گیری کمیت های متنوع دانست که توضیح بیشتر در مورد این موضوع را در ادامه آورده ایم.

• اندازه گیری جریان و ولتاژ خطوط انتقال و توزیع: این دستگاه ها به صورت گسترده برای اندازه گیری جریان و ولتاژ در نقاط مختلف شبکه های برق استفاده می شوند. داده های حاصل از این اندازه گیری ها برای محاسبه بار، تلفات انرژی و ارزیابی عملکرد سیستم بسیار حائز اهمیت هستند.
• اندازه گیری انرژی الکتریکی: ترانس های جریان و ولتاژ به همراه کنتورهای انرژی، برای محاسبه دقیق مصرف انرژی در صنایع، ساختمان ها و اماکن مسکونی و تجاری به کار می روند.
• اندازه گیری پارامترهای کیفیت توان: با استفاده از ترانس های جریان و ولتاژ، می توان پارامترهای کیفیت توان مانند هارمونیک ها، نوسانات ولتاژ و عدم تعادل فاز را اندازه گیری کرد. این اطلاعات برای بهبود کیفیت توان و کاهش مشکلات ناشی از آن ضروری هستند.

حفاظت و تشخیص خطا

ترانس های جریان و ولتاژ در سیستم های حفاظتی برای تشخیص خطاها و عیوب در تجهیزات شبکه برق مانند دیگر انواع ترانسفورماتورها، خطوط انتقال و ژنراتورها به کار می روند. با اندازه گیری جریان و ولتاژ در نقاط مختلف سیستم، می توان وقوع خطاهایی مانند اتصال کوتاه، اضافه بار و … را تشخیص داده و اقدامات حفاظتی لازم را انجام داد. این تجهیزات همچنین در رله های حفاظتی برای مراقبت از شبکه در برابر خطاهای مختلف استفاده می شوند. این رله ها با تحلیل سیگنال های حاصل از ترانس ها، می توانند به سرعت خطا را شناسایی کرده و دستورات لازم را برای قطع یا وصل تجهیزات صادر نمایند.

کنترل و تنظیم پارامترها

این وسایل در سیستم های کنترل برای تنظیم ولتاژ، فرکانس و جریان در شبکه برق استفاده می شوند. با استفاده از اطلاعات حاصل از این ترانس ها، می توان سیستم کنترل را به گونه ای تنظیم کرد که شبکه در شرایط پایدار و مطمئن کار کند. به علاوه؛ ترانس های جریان برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی استفاده می شوند. با اندازه گیری جریان موتور، می توان پارامترهای کنترلی را تنظیم نمود تا در نتیجه موتور با بهترین بازده کار کند.

سایر کاربردها

برخی دیگر از موارد مصرف کلیدی و رایج در این دستگاه ها عبارت اند از:

• آزمایش و تست: در آزمایشگاه ها برای کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری و انجام آزمایش های مختلف بر روی تجهیزات الکتریکی استفاده می شوند.
• سیستم های ارتباطی: در برخی سیستم های ارتباطی برای جداسازی سیگنال های الکتریکی و جلوگیری از تداخل مورد استفاده قرار می گیرند.

آموزش طراحی و مونتاژ انواع تابلو برق های صنعتی در دوره آموزش تابلو برق صنعتی آموزشگاه فن و کار

انواع مختلف ترانس جریان

این وسایل بر اساس ساختار، نوع هسته و کاربرد آن ها به مدل ها و گروه های متنوعی تقسیم بندی می شوند که پر اهمیت ترین آن ها را در ادامه تشریح نموده ایم:

• ترانس جریان حلقوی: هادی حامل جریان از داخل یک حلقه مغناطیسی عبور می کند و سیم پیچ ثانویه در اطراف این حلقه پیچیده می شود. ترانس های هسته حلقوی به دلیل دقت بالا و پاسخ سریع، در مصارفی با اهداف حفاظتی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.
• ترانس جریان هسته ستونی: هسته مغناطیسی به صورت ستون های مجزا ساخته و سپس سیم پیچ ها بر روی این ستون ها پیچیده می شوند. این ترانس ها معمولا در پروژه هایی که نیاز به جداسازی گالوانیکی بالایی است، استفاده می شوند.
• ترانس جریان بوشینگی: برای اندازه گیری جریان در بوشینگ های تجهیزات فشار قوی به کار می روند و غالبا دارای ساختار فشرده و عایق بندی قوی هستند.
• ترانس جریان الکترونیکی: از سنسورهای جریان و مدارهای الکترونیکی برای تبدیل جریان به سیگنال های الکتریکی استفاده می کنند. این دستگاه ها دارای مزایایی مانند اندازه کوچک، سبک وزن بودن و قابلیت اندازه گیری جریان های DC می باشند.
• و …

انواع مدل های ترانس ولتاژ

مانند ترانس های جریان؛ دسته بندی های مختلفی را برای طبقه بندی کردن این دستگاه ها می توان در نظر گرفت اما معمولا ساختار و نوع عایق بندی مهم ترین عواملی هستند که در این دسته بندی در نظر گرفته می شود و مهم ترین ترانس های ولتاژی که در این گروه بندی قرار می گیرند؛ به شرح زیر هستند:

نحوه انتخاب ترانس جریان و ولتاژ مناسب

انتخاب ترانس های مناسب، به عوامل متعددی بستگی دارد که برخی از اصلی ترین و موثر ترین آن ها را به طور خلاصه در ادامه آورده ایم:

• دقت مورد نیاز: برای مصارف و پروژه هایی که به دقت بالایی نیاز دارند، مانند سیستم های حفاظتی، باید از ترانس هایی با میزان دقت بالاتر استفاده شود.
• شرایط محیطی: عوامل محیطی مانند دما، رطوبت و آلودگی، بر عملکرد ترانس تاثیر می گذارند. بنابراین، ترانس باید متناسب با شرایط حاکم بر فضایی که قرار است در آن قرار گیرد؛ انتخاب شود.
• نوع بار: نوع بار (خازنی، القایی و …) هارمونیک های جریان و ولتاژ را تحت تاثیر قرار می دهد. به همین دلیل، ترانس باید قادر به پاسخ گویی به این هارمونیک ها باشد.
• استانداردها: باید مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی مربوطه در هر کشور و منطقه جغرافیایی در جهان باشد.
• نسبت تبدیل: نسبت تبدیل ترانس باید متناسب با محدوده اندازه گیری تجهیزات ثانویه باشد.
• ظرفیت حرارتی: ترانس باید بتواند در برابر جریان های اضافه بار کوتاه مدت مقاومت کند.

مزایا و معایب استفاده از ترانس جریان و ترانس ولتاژ

مانند هر فناوری و وسیله دیگری، استفاده از این تجهیزات نیز با نکات مثبت و منفی خاصی همراه است و ما در ادامه، به بررسی جامع این مزایا و معایب در قالب یک جدول خواهیم پرداخت.

با توجه به جدول ارائه شده، می توان نتیجه گرفت که مزایای استفاده از ترانس های جریان و ولتاژ بر معایب آن غلبه دارد. این تجهیزات به عنوان ابزارهای ضروری در سیستم های قدرت، نقش بسزایی در اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار شبکه های برق ایفا می کنند. با انتخاب صحیح نوع و ظرفیت ترانس و انجام کالیبراسیون دوره ای، می توان از مزایای این تجهیزات به طور کامل بهره مند شد و معایب آن ها را به حداقل رساند.

دوره آموزش سیم پیچی موتور فن و کار دوره ای جامع برای یادگیری سیم‌ پیچی الکتروموتورهای مورد استفاده در وسایل خانه و صنعتی ویژه بازار کار

استانداردهای مرتبط با ترانس جریان و ترانس ولتاژ

در جهان استانداردهای مختلفی برای طراحی، ساخت، آزمایش و نصب ترانس های جریان و ولتاژ وجود دارد که توسط سازمان های بین المللی مانند کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) تنظیم شده و در اختیار متخصصان قرار گرفته اند. برای نمونه؛ استاندارد IEC 60044-1 برای ترانس های جریان و IEC 60044-2 مخصوص ترانس های ولتاژ تدوین شده اند. هر کدام از این استانداردها مشخصات فنی، روش های تست و آزمایش، دقت و مدل های مختلف ترانس ها را تعریف می کنند.

در ایران نیز استانداردهای ملی بر اساس چارچوب ها و مقررات بین المللی تدوین شده و توسط سازمان استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران منتشر می شوند. این استانداردها تضمین می کنند که ترانس های مورد استفاده در شبکه برق کشور دارای کیفیت و عملکرد مطابق با الزامات بین المللی هستند.

چگونه می توان ترانس جریان و ترانس ولتاژ را آزمون و کالیبره کرد؟

برای اطمینان از صحت اندازه گیری ها و عملکرد صحیح این تجهیزات، آزمون و کالیبراسیون دوره ای آن ها امری ضروری است. تغییرات در شرایط محیطی، گذشت زمان، بارگذاری بیش از حد و سایر عوامل خارجی می توانند بر دقت اندازه گیری ترانس ها تاثیر بگذارند. بنابراین، انجام آزمون و کالیبراسیون به صورت دوره ای، از انحراف پارامترهای ترانس از مقادیر اسمی جلوگیری نموده و دقت اندازه گیری را تضمین می کند.

روش های آزمون و کالیبراسیون

تکنیک های مختلفی برای آزمون و کالیبراسیون ترانس های جریان و ولتاژ وجود دارد که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

نکات تکمیلی در کالیبراسیون ترانس ولتاژ و جریان

• برای انجام آزمون های فوق، از تجهیزات مختلفی مانند منبع جریان و ولتاژ استاندارد، ولت متر، آمپرمتر، فاز متر، پل وتستون و جریان و تجهیزات ثبت داده استفاده می شود.
• آزمون و کالیبراسیون ترانس های جریان و ولتاژ باید مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی مربوطه انجام شود؛ چرا که این استانداردها روش های آزمون، دقت مورد نیاز و محدودیت های قابل قبول را به طور کامل مشخص می کنند.
• کالیبراسیون دوره ای ترانس ها، به منظور اطمینان از دقت اندازه گیری و جلوگیری از خطاهای احتمالی، بسیار مهم است. به علاوه؛ مدت زمانی که باید بین کالیبراسیون ها در نظر گرفته شود، به عوامل مختلفی از جمله نوع ترانس، شرایط محیطی و اهمیت اندازه گیری دقیق در آن محیط بستگی دارد.

تفاوت های بین ترانس جریان و ترانس ولتاژ

هر چند که هر دوی این ترانسفورماتورها بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی عمل می کنند، اما در ساختار، عملکرد و کاربردهای شان تفاوت های قابل توجهی وجود دارد. برخی از مهم ترین این تفاوت ها عبارت اند از:

• اتصال در مدار: ترانس جریان به صورت سری در مدار قرار می گیرد، ولی ترانس ولتاژ به صورت موازی با بار متصل می شود.
• نسبت تبدیل: CT معمولا دارای نسبت تبدیل بزرگتری است، به این معنی که جریان ثانویه بسیار کمتر از جریان اولیه است؛ در حالی که VT دارای نسبت تبدیل کمتری است.
• بارگذاری ثانویه: ترانس جریان باید همیشه به بار متصل باشد تا از ایجاد ولتاژهای القایی خطرناک در سیم پیچ ثانویه جلوگیری شود اما ترانس ولتاژ می تواند بدون بار نیز کار کند.
• دقت: CT به دلیل وجود یک دور در سیم پیچ اولیه، نسبت به تغییرات در فرکانس و دمای محیط حساس تر است و ممکن است خطای بیشتری داشته باشد؛ ولی VT با توجه به ساختار پیچیده تر، اکثرا دقت بالاتری دارد.
• کاربردها: ترانس جریان عمدتا برای حفاظت از تجهیزات، اندازه گیری جریان و کنترل سیستم های قدرت استفاده می شود؛ در حالی که ترانس ولتاژ برای اندازه گیری کمیت های مربوط به ولتاژ، تغذیه تجهیزات اندازه گیری و کنترل و همچنین در سیستم های حفاظتی ولتاژ بالا به کار می رود.

با توجه به اهمیت روز افزون شبکه ها و سیستم های قدرت در زندگی مدرن، تسلط بر دانش مربوط به ترانس جریان و ولتاژ برای متخصصان این حوزه امری حیاتی است. شرکت در دوره های تخصصی و کارگاه های آموزشی مرتبط با این تجهیزات از جمله دوره هایی مانند پی ال سی، برق صنعتی و تابلو برق صنعتی، سیم پیچی موتور و … در موسسه فن و کار، می تواند به ارتقای دانش و مهارت های عملی مهندسان و تکنسین های برق کمک شایانی کند. تمامی این دوره ها در محیط هایی کاملا ایمن و مجهز به فناوری ها و تجهیزات روز صنعت برق برگزار شده و شرایط ایده آلی را به منظور کسب تجربه عملی و ارتقای دانش فنی در اختیار شرکت کنندگان قرار می دهند.