آموزش ویدیویی اشباع ترانسفورماتور جریان! ترانسفورماتورهای جریان (CT – Current Transformer) یکی از تجهیزات مهم در سیستم‌های قدرت هستند که برای اندازه‌گیری و حفاظت استفاده می‌شوند. با این حال، این تجهیزات ممکن است دچار اشباع مغناطیسی شوند که تأثیر منفی بر عملکرد سیستم حفاظتی و اندازه‌گیری دارد. در این مقاله، به بررسی کامل اشباع ترانسفورماتور جریان، علل وقوع، اثرات و راه‌های جلوگیری از آن می‌پردازیم.
اشباع ترانسفورماتور جریان چیست؟
اشباع ترانسفورماتور جریان زمانی رخ می‌دهد که هسته آهنی آن به حداکثر ظرفیت مغناطیسی خود برسد و دیگر نتواند تغییرات جریان را به‌درستی انتقال دهد. در این حالت، خروجی ترانس دچار تغییرات غیرمنتظره شده و باعث اختلال در عملکرد سیستم‌های حفاظتی و اندازه‌گیری می‌شود.
دلایل وقوع اشباع در ترانس جریان
چندین عامل می‌توانند باعث اشباع مغناطیسی در ترانسفورماتورهای جریان شوند که در ادامه بررسی خواهیم کرد:
۱. جریان‌های بالا
زمانی که جریان اولیه از حد طراحی شده‌ی CT بیشتر شود، چگالی شار مغناطیسی هسته افزایش یافته و اشباع رخ می‌دهد.
۲. افزایش فرکانس کاری
ترانس‌های جریان برای یک محدوده فرکانسی خاص طراحی شده‌اند. اگر فرکانس جریان اولیه بیشتر از مقدار طراحی باشد، احتمال اشباع بیشتر می‌شود.
۳. وجود هارمونیک‌ها
جریان‌های غیرسینوسی که حاوی هارمونیک‌های بالا هستند، باعث افزایش تلفات هسته شده و امکان اشباع را بالا می‌برند.
۴. کاهش بار متصل به CT
در شرایطی که بار ثانویه کم باشد، جریان مغناطیس‌کنندگی افزایش یافته و می‌تواند منجر به اشباع شود.
۵. اشکال در مشخصات ترانسفورماتور جریان
عدم تطابق صحیح بین مشخصات CT و شرایط بهره‌برداری، به‌ویژه در سیستم‌هایی با جریان‌های متغیر، می‌تواند اشباع را تشدید کند.
اثرات اشباع ترانسفورماتور جریان
اشباع CT تأثیرات مختلفی بر عملکرد سیستم‌های حفاظتی و اندازه‌گیری دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
۱. ایجاد خطا در سیستم‌های حفاظتی
اشباع باعث می‌شود که جریان ثانویه کاهش یابد و در نتیجه، رله‌های حفاظتی نمی‌توانند به‌درستی عمل کنند. این امر می‌تواند منجر به تأخیر در قطع مدار یا عدم قطع مدار در مواقع ضروری شود.
۲. اندازه‌گیری نادرست جریان
در حالت اشباع، مقدار جریان ثانویه CT تغییر کرده و مقدار واقعی جریان اولیه به درستی نشان داده نمی‌شود. این مشکل در سیستم‌های کنترلی و نظارتی می‌تواند باعث محاسبات اشتباه شود.
۳. افزایش دمای هسته
در صورت اشباع مداوم، تلفات انرژی در هسته افزایش می‌یابد و ممکن است دمای آن به‌شدت بالا برود که می‌تواند باعث آسیب به عایق‌ها و کاهش طول عمر ترانسفورماتور شود.
۴. تأثیر بر کیفیت توان
اشباع CT می‌تواند نوسانات ولتاژی در شبکه ایجاد کند و باعث تداخلات مغناطیسی در سایر تجهیزات شود.
روش‌های جلوگیری از اشباع ترانسفورماتور جریان
برای جلوگیری از اشباع CT، می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:
۱. انتخاب صحیح ترانسفورماتور جریان
استفاده از CT مناسب با مشخصات جریان سیستم یکی از بهترین روش‌های پیشگیری از اشباع است. در نظر گرفتن نسبت تبدیل، کلاس دقت و ظرفیت مغناطیسی در این انتخاب اهمیت دارد.
۲. استفاده از هسته‌های مغناطیسی با کیفیت بالا
هسته‌های ساخته شده از مواد با نفوذپذیری مغناطیسی بالا مانند آلیاژهای نیکل-آهن و فولادهای سیلیکونی مخصوص، توانایی بیشتری در کاهش اشباع دارند.
۳. استفاده از فیلترهای هارمونیکی
فیلترهای هارمونیکی می‌توانند از ورود هارمونیک‌های مرتبه بالا جلوگیری کرده و احتمال اشباع ناشی از جریان‌های غیرسینوسی را کاهش دهند.
۴. افزایش بار ثانویه
یکی از راه‌های جلوگیری از اشباع، اتصال یک بار مناسب به ثانویه‌ی CT است تا شار مغناطیسی کنترل‌شده‌ای در هسته ایجاد شود.
۵. استفاده از تکنیک‌های دیجیتال برای شبیه‌سازی اشباع
در سیستم‌های مدرن، رله‌های دیجیتالی از تکنیک‌های هوشمند برای تشخیص و جبران اشباع CT استفاده می‌کنند. این فناوری می‌تواند تأثیرات اشباع را کاهش داده و باعث بهبود عملکرد سیستم شود.
۶. نصب مناسب و رعایت استانداردهای بهره‌برداری
رعایت فاصله مناسب بین CT و تجهیزات حفاظتی، استفاده از اتصالات صحیح و نصب صحیح سیم‌پیچ‌های ثانویه می‌تواند در کاهش احتمال اشباع نقش داشته باشد.
نتیجه‌گیری
اشباع ترانسفورماتورهای جریان یکی از مشکلات مهم در سیستم‌های قدرت است که می‌تواند باعث ایجاد خطاهای حفاظتی و اندازه‌گیری شود. شناخت دلایل اشباع، اثرات آن و روش‌های جلوگیری از این پدیده می‌تواند به بهبود عملکرد سیستم‌های حفاظتی و افزایش دقت اندازه‌گیری کمک کند. استفاده از CT مناسب، انتخاب مواد با خاصیت مغناطیسی مطلوب، کنترل هارمونیک‌ها و روش‌های دیجیتالی از جمله راهکارهای مؤثر در کاهش اثرات اشباع هستند.
