راهنمای طراحی ترانسفورماتور جریان برای حفاظت و اندازه‌گیری

راهنمای طراحی ترانسفورماتور جریان برای حفاظت و اندازه‌گیری

ترانسفورماتورهای جریان (CT) دستگاه‌های دقیقی هستند که جریان اولیه را به مقادیر ثانویه استاندارد برای رله‌ها و کنتورها تبدیل می‌کنند. طراحی یک CT شامل تعادل بین عملکرد مغناطیسی، محدودیت‌های حرارتی و استحکام مکانیکی برای برآوردن الزامات دقت در شرایط عملیاتی متغیر است.

تعریف سریع: طراحی ترانسفورماتور جریان فرآیند مهندسی انتخاب مواد هسته، پیکربندی سیم‌پیچ‌ها و سیستم‌های عایق‌بندی برای بازتولید دقیق جریان اولیه در یک مقدار ثانویه مقیاس‌شده است.

نکات کلیدی پروژه

• طراحی CT باید با استانداردهای IEC 61869-2 و IEEE C57.13 از نظر دقت، ایمنی و آزمون‌ها سازگار باشد.
• اشباع هسته، اندازه‌گیری بار مصرفی و عملکرد حرارتی قابلیت اطمینان CT را در شرایط اتصال کوتاه تعیین می‌کنند.
• انوی الکتریک ارائه‌دهنده ترانسفورماتورهای جریان (CT) مهندسی‌شده برای کاربردهای حفاظت، اندازه‌گیری و پست‌های دیجیتال است.
• مراجع خارجی از جمله IEC، IEEE و NERC در تعیین مشخصات، آزمایش‌ها و پروتکل‌های نگهداری راهنما هستند.

تعیین اهداف طراحی

طراحان ابتدا مشخص می‌کنند که آیا ترانسفورماتور جریان (CT) برای حفاظت، اندازه‌گیری یا هر دو نقش دارد. CTهای حفاظتی عملکرد گذرا و ولتاژ نقطه زانوی بالا را به منظور جلوگیری از اشباع در شرایط اتصال کوتاه اولویت‌بندی می‌کنند. CTهای اندازه‌گیری بر دقت در محدوده بارهای مختلف تمرکز دارند. شرایط محیطی، محدودیت‌های نصب و یکپارچه‌سازی با تجهیزات سوئیچگیر، بر روی انتخاب هندسه و عایق‌بندی تأثیر می‌گذارند.

اصول اساسی مدار مغناطیسی

هسته CT تشکیل‌دهنده یک مدار مغناطیسی است که شار تولیدشده توسط جریان اولیه را هدایت می‌کند. سطح مقطع هسته و طول مسیر مغناطیسی، جریان مغناطیس‌کننده و ویژگی‌های اشباع را تعیین می‌کنند. طراحان از مواد با نفوذپذیری بالا استفاده می‌کنند تا جریان مغناطیس‌کننده را به حداقل برسانند و اطمینان حاصل کنند که جریان ثانویه دنباله‌رو شکل موج جریان اولیه است.

فاصله‌های هوایی که اغلب نامطلوب هستند، ممکن است به‌طور عمدی در ترانسفورماتورهای جریان ویژه برای کنترل اشباع ایجاد شوند. با این حال، این فاصله‌ها باعث افزایش جریان مغناطیس‌کننده و کاهش دقت می‌شوند؛ بنابراین باید به‌دقت مدل‌سازی شوند.

هماهنگی با استانداردها و منابع

• IEC 61869-2:2012 — کلاس‌های دقت، حدود حرارتی و رویه‌های آزمون را ارائه می‌دهد. منبع: IEC
• IEEE C57.13-2016 — الزامات ترانسفورماتور ابزار را در آمریکای شمالی پوشش می‌دهد. منبع: IEEE
• NERC PRC-005 — بازه‌های زمانی نگهداری برای قطعات سیستم حفاظتی را مشخص می‌کند. منبع: NERC

رعایت استانداردها تضمین می‌کند که ترانسفورماتورهای جریان، انتظارات جهانی از نظر دقت و الزامات بازرسی نظارتی را برآورده می‌کنند.

محاسبات طراحی هسته

طراحان از حداکثر چگالی شار مجاز برای ماده انتخابی، با در نظر گرفتن جریان اولیه، نسبت دورها و فرکانس، برای محاسبه سطح مقطع هسته استفاده می‌کنند. چگالی شار باید در شرایط خطا در حداکثر مقدار خود، پایین‌تر از آستانه اشباع باقی بماند.

ولتاژ نقطه زانو از ویژگی‌های هسته و نسبت دور سیم‌پیچ محاسبه می‌شود و اطمینان حاکم است که ترانسفورماتورهای جریان حفاظتی در شرایطی که مدارهای ثانویه تحت بارهای بالا قرار می‌گیرند، خروجی خود را حفظ می‌کنند. مهندسان همچنین جریان مغناطیس‌کننده و منحنی‌های تحریک را تعیین می‌کنند تا دقت آنها در کلاس‌های مشخص شده تأیید شود.

ملاحظات سیم‌پیچ و بار

طراحی سیم‌پیچ ثانویه شامل انتخاب قطر هادی و تعداد دورها برای دستیابی به نسبت مطلوب در عین تحمل بارهای حرارتی است. مقاومت سیم‌پیچ و راکتانس نشتی در بار کلی مؤثر بوده و باید به حداقل رسیده باشند.

محاسبات بار شامل دستگاه‌های متصل—مانند کنتورها، رله‌ها—به علاوه مقاومت سیم‌های اتصال است. بار کلی باید کمتر از مقدار نامی باقی بماند تا دقت حفظ شود. برخی طرح‌ها شامل چندین سیم‌پیچ ثانویه هستند تا مدارهای جداگانه حفاظتی و اندازه‌گیری فراهم شوند.

انتخاب مواد هسته و سیم‌پیچ

ترانسفورماتورهای جریان حفاظتی اغلب از فولاد سیلیسی جهت‌دار یا مواد نانوبلورین برای داشتن چگالی شار اشباع بالا استفاده می‌کنند. ترانسفورماتورهای جریان اندازه‌گیری ممکن است از آلیاژهای بی‌شکل (آمورف) به منظور بهبود دقت در جریان‌های پایین استفاده کنند. عایق‌بندی سیم‌پیچ ثانویه از سیم مسی روکش‌دار با لاک، همراه با لایه‌های اپوکسی، مایلار یا نومکس استفاده می‌کند که بسته به رده ولتاژ متفاوت است.

طراحی مکانیکی شامل سازه‌های نگهدارنده، قاب‌های فشرده و غلاف‌های رزینی است که باید بتوانند در برابر نیروهای اتصال کوتاه مقاومت کنند. ترانسفورماتورهای جریان نصب‌شده در فضای باز نیازمند پوسته‌های مقاوم در برابر شرایط آب‌وهوایی هستند، در حالی که ترانسفورماتورهای داخلی با اتاقک‌های تجهیزات سوئیچگیر ادغام می‌شوند.

عملکرد حرارتی و مکانیکی

ترانسفورماتورهای جریان به دلیل تلفات مسی و هیسترزیس هسته، گرما تولید می‌کنند. مدل‌سازی حرارتی اطمینان حاکم است که افزایش دما در محدوده استاندارد IEC باقی بماند. طراحان ممکن است از پوسته‌های ریخته‌شده اپوکسی یا غوطه‌ور در روغن برای پراکندگی مؤثر گرما استفاده کنند.

نیروهای اتصال کوتاه می‌توانند چندین کیلونیوتن را تجاوز کنند، به‌ویژه در کاربردهای جریان بالا. قاب ترانسفورماتور جریان، پشتیبان‌ها و عایق‌بندی باید در برابر تنش مکانیکی مقاومت کنند تا از تغییر شکل یا خرابی عایق جلوگیری شود.

آزمایش و تأیید

ترانسفورماتورهای جریان نمونه اولیه تحت آزمون‌های معمول، نوع و ویژه قرار می‌گیرند: آزمون دقت نسبت جریان، بررسی قطبیت، آزمون عایق‌بندی، تحمل جریان کوتاه‌مدت و اندازه‌گیری تخلیه جزئی. منحنی‌های مغناطیس‌شوندگی، ولتاژ نقطه زانو را تأیید می‌کنند، در حالی که آزمون‌های افزایش دمای سیم‌پیچ، طراحی حرارتی را اعتباربخشی می‌کنند.

ابزارهای مدل‌سازی دیجیتال، مانند تحلیل المان محدود (FEA)، در تأیید توزیع شار مغناطیسی و تنش مکانیکی قبل از آزمون فیزیکی کمک می‌کنند. آزمایشگاه‌های Enwei Electric داده‌های لازم را جمع‌آوری می‌کنند تا انطباق با مشخصات مشتری و استانداردهای بین‌المللی را تأیید نمایند.

چک‌لیست مهندس برای طراحی ترانسفورماتور جریان

• کاربرد را مشخص کنید: حفاظت، اندازه‌گیری یا ترکیبی.
• ماده هسته را انتخاب کرده و سطح مقطع آن را به گونه‌ای تعیین کنید که اشباع رخ ندهد.
• نسبت دور سیم‌پیچ، ولتاژ نقطه زانو و جریان مغناطیس‌کننده را محاسبه کنید.
• بار ظاهری (Burden) شامل دستگاه‌های متصل و سیم‌کشی را ارزیابی کنید.
• عایق‌بندی، مدیریت حرارتی و تکیه‌گاه‌های مکانیکی را متناسب با محیط کار طراحی کنید.
• برنامه‌ریزی آزمون‌های اعتبارسنجی را مطابق با IEC 61869-2 و IEEE C57.13 انجام دهید.

تخصص طراحی CT در انوی الکتریک

انوی الکتریک ترانسفورماتورهای جریان ولتاژ متوسط و کم را با نسبت‌های قابل تنظیم، کلاس‌های دقت و سیستم‌های عایق‌بندی تولید می‌کند. گزینه‌های محصولات را در https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. https://www.enweielectric.com/products/switchgearو ترانسفورماتورها ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) بررسی کنید. ادغام با تجهیزات سوئیچگیر (

سوالات متداول مهندسی در مورد طراحی ترانسفورماتور جریان

چگونه می‌توان از اشباع شدن ترانسفورماتور جریان در هنگام اضافه بار جلوگیری کرد؟

برای داشتن ولتاژ نقطه زانوی بالا، از مواد مناسب برای هسته استفاده کنید، تعداد دورهای سیم‌پیچ را افزایش دهید و بار ظاهری (Burden) را به گونه‌ای مدیریت کنید که در محدوده نامی باقی بماند.

آیا یک ترانسفورماتور جریان واحد می‌تواند هم برای حفاظت و هم برای اندازه‌گیری استفاده شود؟

بله، با دو سیم‌پیچ ثانویه که برای کلاس‌های دقت متفاوت طراحی شده‌اند، اما لازم است بار ظاهری به دقت مدیریت شود تا اثر متقابل ایجاد نشود.

انوی الکتریک چه پشتیبانی‌های طراحی ارائه می‌دهد؟

انوی الکتریک پشتیبانی مهندسی کاربردی، انتخاب نسبت و آزمایش تأیید عملکرد را ارائه می‌دهد تا ترانسفورماتورهای جریان (CT) مناسب نیازهای حفاظتی یا اندازه‌گیری طراحی شوند.

دعوت به اقدام: طراحی دقیق ترانسفورماتورهای جریان با انوی الکتریک

طراحی قوی ترانسفورماتور جریان برای اندازه‌گیری دقیق و حفاظت قابل اعتماد ضروری است. با انوی الکتریک همکاری کنید تا راه‌حل‌های مهندسی‌شده CT، آزمایش و پشتیبانی یکپارچه‌سازی سیستم را دریافت کنید. امروز با انوی الکتریک تماس بگیرید تا پروژه طراحی ترانسفورماتور جریان خود را تسریع کنید.

کاربردهای پروژه

نمونه‌های واقعی از نصب و هایلایت‌های گالری را در محورهای محصولات Enwei Electric مشاهده کنید:

• راه‌حل‌های ترانسفورماتور برای پروژه‌های توزیع و صنعتی.
• پورتفولیوهای تجهیزات سوئیچگیر شامل اتاق‌های کنترل ولتاژ متوسط و پایین.
• محدوده ترانسفورماتورهای جریان که به اندازه‌گیری دقیق و حفاظت کمک می‌کنند.
• ایستگاه‌های فرعی پیش‌ساخته که ترانسفورماتورها، تجهیزات سوئیچگیر و تابلوها را یکپارچه می‌کنند.