ترانس جریان (CT) و ترانس ولتاژ (PT)

ترانس اندازه‌گیری چیست؟

در شبکه‌های برق، جریان و ولتاژ معمولاً مقادیر بسیار بزرگی دارند. ابزارهای اندازه‌گیری، رله‌های حفاظتی و تجهیزات کنترلی نمی‌توانند مستقیماً به این کمیت‌ها متصل شوند. برای حل این مشکل از ترانس‌های اندازه‌گیری استفاده می‌شود. این ترانس‌ها مقادیر بالای جریان و ولتاژ را به مقادیر استاندارد و کوچک تبدیل می‌کنند، مثلاً ۵ آمپر یا ۱ آمپر برای جریان و ۱۰۰ ولت برای ولتاژ. دو نوع اصلی آن‌ها ترانس جریان (CT) و ترانس ولتاژ (PT) هستند که با نام دیگر ترانس پتانسیل (PT) نیز شناخته می‌شوند.

ترانس جریان (CT) چیست؟

ترانس جریان یا Current Transformer ترانسفورماتوری است که جریان اولیه را به جریان ثانویه کوچک‌تر و استاندارد تبدیل می‌کند. نسبت تبدیل آن به صورت زیر تعریف می‌شود:

نسبت تبدیل = جریان اولیه / جریان ثانویه

برای مثال، یک ترانس جریان با نسبت ۱۰۰۰/۵ هنگامی که ۱۰۰۰ آمپر از خط عبور کند، جریان ۵ آمپر در ثانویه تولید می‌کند.

ویژگی‌های مهم ترانس جریان

• سیم‌پیچ اولیه با تعداد دور کم و معمولاً به صورت سری با خط بسته می‌شود.
• سیم‌پیچ ثانویه با تعداد دور زیاد که به آمپرمتر، کنتور یا رله متصل می‌شود.
• هرگز نباید مدار ثانویه CT باز شود. اگر ثانویه باز شود، ولتاژ بسیار بالایی ایجاد شده و خطر جانی و آسیب به عایق دارد.
• دقت کلاس‌بندی مانند 0.2، 0.5 و 5P برای کاربردهای اندازه‌گیری و حفاظت.

ترانس ولتاژ (PT) چیست؟

ترانس ولتاژ یا Potential Transformer ولتاژ بالای شبکه را به ولتاژ پایین و استاندارد، معمولاً ۱۰۰ یا ۱۱۰ ولت، کاهش می‌دهد. نسبت تبدیل آن:

نسبت تبدیل = ولتاژ اولیه / ولتاژ ثانویه

برای مثال، ترانس ولتاژ ۲۰۰۰۰/۱۰۰ ولت، ولتاژ ۲۰ کیلوولت را به ۱۰۰ ولت تبدیل می‌کند.

ویژگی‌های مهم ترانس ولتاژ

• سیم‌پیچ اولیه با تعداد دور زیاد که به صورت موازی با خط متصل می‌شود.
• سیم‌پیچ ثانویه با تعداد دور کم، به ولت‌متر، کنتور و رله‌های ولتاژ.
• ثانویه نباید اتصال کوتاه شود، زیرا جریان زیادی از آن عبور می‌کند و به تجهیز آسیب می‌زند.
• ترانس ولتاژ از نظر ساختار شبیه ترانسفورماتور قدرت است، اما برای توان بسیار کمتری طراحی شده است.

تفاوت ترانس جریان و ترانس ولتاژ

انواع ترانس جریان

1. ترانس جریان نوع حلقه‌ای (Ring Type): هسته حلقوی است و معمولاً روی شینه یا کابل نصب می‌شود.
2. ترانس جریان نوع کلاف یا Wound Type: سیم‌پیچ اولیه به‌صورت ثابت در ساختار قرار دارد.
3. ترانس جریان نوع باس‌بار (Bar Type): هادی اولیه به صورت میله‌ای است و در تابلوهای فشار متوسط کاربرد دارد.
4. ترانس جریان با عایق رزینی یا روغنی: بسته به سطح ولتاژ و محیط نصب انتخاب می‌شود.

انواع ترانس ولتاژ

1. ترانس ولتاژ القایی (Electromagnetic PT): متداول‌ترین نوع در شبکه‌های فشار متوسط و فشار قوی.
2. ترانس ولتاژ خازنی (CVT): برای ولتاژهای بسیار بالا مانند ۴۰۰ کیلوولت مقرون‌به‌صرفه‌تر است و در خطوط انتقال کاربرد دارد.
3. ترانس ولتاژ با هسته مغناطیسی تک‌فاز و سه‌فاز: بسته به نوع شبکه انتخاب می‌شود.

کاربردهای ترانس جریان و ترانس ولتاژ

در اندازه‌گیری

• کنتورهای مصرف انرژی برای محاسبه دقیق کیلووات‌ساعت
• آمپرمتر، ولت‌متر، وات‌متر و فرکانس‌متر در تابلوهای برق
• سیستم‌های مانیتورینگ و SCADA

در حفاظت

• رله‌های اضافه‌جریان و اتصال زمین
• رله دیفرانسیل برای حفاظت ترانسفورماتور، ژنراتور و شین
• رله‌های فاصله‌یاب (Distance Relay) در خطوط انتقال
• رله‌های اضافه‌ولتاژ و کم‌ولتاژ

در کنترل و اتوماسیون

• سیستم‌های کنترل توزیع و پست‌های هوشمند
• همگام‌سازی ژنراتورها با شبکه (Synchronizing)

نکات مهم در انتخاب ترانس جریان و ولتاژ

برای انتخاب صحیح، به موارد زیر توجه کنید:

1. سطح ولتاژ شبکه: عایق و ساختار ترانس باید متناسب با ولتاژ نامی باشد.
2. نسبت تبدیل: باید نزدیک به جریان یا ولتاژ نرمال بار انتخاب شود تا دقت مطلوب حاصل شود.
3. توان نامی (Burden): مجموع توان مصرفی تجهیزات متصل به ثانویه نباید از توان نامی ترانس بیشتر شود.
4. کلاس دقت: برای اندازه‌گیری به کلاس‌های 0.2 یا 0.5 و برای حفاظت به کلاس‌های 5P یا 10P نیاز است.
5. شرایط محیطی: دما، رطوبت، آلودگی و ارتفاع از سطح دریا در انتخاب عایق مؤثرند.
6. استانداردها: استانداردهایی مانند IEC 61869 و IEEE C57.13 مبنای طراحی و آزمون این تجهیزات هستند.

خطاهای رایج در کار با ترانس جریان و ولتاژ

• باز کردن ثانویه CT هنگام کار با مدار زنده: این خطا می‌تواند به شوک الکتریکی و خرابی تجهیز منجر شود. برای جلوگیری از آن از اتصال کوتاه‌کننده‌های مخصوص (Shorting Block) استفاده کنید.
• اتصال کوتاه ثانویه PT: فیوز ثانویه باید مناسب باشد و از اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• زمین‌نکردن ثانویه: طبق استاندارد، یکی از پایانه‌های ثانویه باید زمین شود تا خطر ولتاژ ناخواسته کاهش یابد.
• بار بیش از حد: اتصال تجهیزات بیشتر از توان نامی باعث افت دقت می‌شود.

نگهداری و تست دوره‌ای

برای عملکرد مطمئن این تجهیزات، بازرسی و آزمون دوره‌ای ضروری است. مهم‌ترین اقدامات عبارت‌اند از:

• بازرسی ظاهری برای یافتن ترک، نشتی روغن یا آلودگی عایقی
• اندازه‌گیری مقاومت عایقی و تست تانژانت دلتا
• بررسی نسبت تبدیل و پلاریته
• تست تزریق جریان یا ولتاژ برای اطمینان از دقت
• بررسی اتصال زمین ثانویه و سلامت کابل‌کشی

جمع‌بندی

ترانس جریان (CT) و ترانس ولتاژ (PT) دو عنصر کلیدی در سیستم‌های قدرت هستند که امکان اندازه‌گیری دقیق، حفاظت مطمئن و کنترل هوشمند شبکه را فراهم می‌کنند. ترانس جریان با اتصال سری و تبدیل جریان، و ترانس ولتاژ با اتصال موازی و تبدیل ولتاژ عمل می‌کنند. رعایت نکات ایمنی، انتخاب صحیح نسبت تبدیل و کلاس دقت، و انجام تست‌های دوره‌ای، عمر مفید تجهیزات را افزایش داده و از خطرات احتمالی جلوگیری می‌کند.