تبلیغات
انجمن مهندسین برق و الکترونیک - ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ

اسلایدر



 تبلیغات انجمن مهندسین برق و الکترونیک


 تبلیغات انجمن مهندسین برق و الکترونیک


ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ:

در حالت‌ كلی‌ ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ به‌ دو گروه‌ عمده‌ تقسیم‌ می‌شوند.این‌ دو گروه‌ عبارتند از: ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ سلفی‌ یا مغناطیسی‌ وترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژخازنی‌ (CVT-capacitor voltage transformer). در سیستمهای‌ قدرت‌، تا ولتاژ 145 كیلوولت‌ استفاده‌ از ترانسفورماتورهای ‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ سلفی‌ و در سیستمهای‌ قدرت‌ با ولتاژهای‌ بالاتر، استفاده‌ ازترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ خازنی‌ مقرون‌ به‌ صرفه‌ است‌.





ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ:

در حالت‌ كلی‌ ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ به‌ دو گروه‌ عمده‌ تقسیم‌ می‌شوند.این‌ دو گروه‌ عبارتند از: ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ سلفی‌ یا مغناطیسی‌ وترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژخازنی‌ (CVT-capacitor voltage transformer). در سیستمهای‌ قدرت‌، تا ولتاژ 145 كیلوولت‌ استفاده‌ از ترانسفورماتورهای ‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ سلفی‌ و در سیستمهای‌ قدرت‌ با ولتاژهای‌ بالاتر، استفاده‌ ازترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ خازنی‌ مقرون‌ به‌ صرفه‌ است‌.
در عمل‌، دو نوع‌ مختلف‌ ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ خازنی‌ با خازن‌ بالا وخازن‌ پایین‌ ساخته‌ می‌شود. با توجه‌ به‌ كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور، در شرایط كار مختلف‌آن‌، مانند آلودگی‌ محیط و نوسانات‌، تغییرات‌ فركانس‌ و پاسخ‌ حالت‌ گذاری‌ سیستم‌، ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ خازنی‌ با خازن‌ بالا بهترین‌ انتخاب‌ است‌. درسیستمهای‌ PLC، ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ خازنی‌، مورد استفاده‌ قرارمی‌گیرند. همان‌ طور كه‌ می‌دانیم‌ با استفاده‌ از سیستمهای‌ PLC می‌توان‌ مانند خطوطمخابراتی‌، انتقال‌ اطلاعات‌ را با خطوط فشار قوی‌ انجام‌ داد. محدوه‌ كار یك‌ ترانسفورماتوراندازه‌گیری‌ ولتاژ در سیستمهای‌ اندازه‌گیری‌، بین‌ 80 تا 120 درصد ولتاژ نامی‌ و درسیستمهای‌ محافظتی‌، بین‌ 05/0 تا 5/1 یا 9/1 درصد ولتاژ نامی‌ آن‌ سیستم‌ تغییر می‌كند.

در عمل‌ با استفاده‌ از یك‌ مقاومت‌ سری‌ می‌توان‌ محدوده‌ اندازه‌گیری‌ یك‌ ولت‌ متر راافزایش‌ داد این‌ روش‌ معمولا در سیستمهایی‌ كه‌ ولتاژ بالایی‌ ندارند استفاده‌ می‌شود ولی‌ اگرسیستمی‌ ولتاژ بالا داشته‌ باشد این‌ روش‌ مشكلات‌ فراوانی‌ خواهد داشت‌. در سیستمهای‌ولتاژ بالا، ایزولاسیون‌ مقاومتهای‌ سری‌ موجود در ولت‌ مترها (برای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژسیستم‌) مقرون‌ به‌ صرفه‌ نبوده‌ و علی‌ رغم‌ ایزولاسیون‌ مقاومتهای‌ سری‌، با توجه‌ به‌ ولتاژبالای‌ سیستم‌، وصل‌ سیستم‌ فشار قوی‌ به‌ دستگاه‌ اندازه‌گیری‌ بدون‌ استفاده‌ ازترانسفورماتور ولتاژ، كار خطرناكی‌ است‌. با توجه‌ به‌ موارد فوق‌ در سیستمهای‌ قدرت‌ برای ‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ، از ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ استفاده‌ می‌كنند.


ضریب‌ افزایش‌ ولتاژ ترانسفورماتور

در یك‌ سیستم‌ قدرت‌، ترانسفورماتوراندازه‌گیری‌ ولتاژ سلفی‌ یا خازنی‌، معمولا بین‌ فاز و زمین‌ قرار می‌گیرد. در سیستم‌ سه‌ فاز در لحظه‌ نوسانات‌ سیستم‌، ممكن‌است‌ ولتاژ دوسر ترانسفورماتور اندازه‌گیری‌ ولتاژ به‌ ولتاژهای‌ بالایی‌ افزایش‌ یابد. باتوجه‌ به‌ استاندارد IECضریب‌ افزایش‌ ولتاژترانسفورماتور معمولا 2/1 انتخاب‌می‌شود. یك‌ ترانسفورماتور اندازه‌گیری‌ولتاژ باید به‌ صورت‌ مداوم‌ در ولتاژی‌مساوی‌ ولتاژ نامی‌، ضرب‌ در ضریب‌افزایش‌ ولتاژ ترانسفورماتور، به‌ كار خودبدون‌ هیچ‌ مشكلی‌ ادامه‌ داده‌ و در این‌ ولتاژ،ترانسفورماتور تحت‌ هر شرایطی‌ به‌ حالت‌اشباع‌ وارد نشود.
كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتورهای‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ:
مانند ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌جریان‌، در ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ولتاژ نیز كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور با توجه‌به‌ مورد استفاده‌ آن‌ در سیستمهای‌ حفاظتی‌یا اندازه‌گیری‌ تغییر می‌كند. درترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ جریان‌، هر یك‌ از سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌ ترانسفورماتور در اطراف‌ هسته‌های‌ جداگانه‌ای‌ پیچیده‌می‌شوند. برعكس‌ اگر ترانسفورماتورهای‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ دارای‌ سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌متعددی‌ باشد تمام‌ این‌ سیم‌ پیچها در اطراف‌یك‌ هسته‌ مشترك‌ قرار می‌گیرند. درترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ، افت‌ولتاژ در سیم‌ پیچ‌ اولیه‌ با مجموع‌ جریان‌بارهای‌ سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌ آن‌ رابطه‌ مستقیم‌ دارد.


ساختمان‌ ترانسفورماتورهای‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ:

ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژمانند ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ جریان‌،انواع‌ مختلفی‌ ندارند. در سیستمهای‌ ولتاژخیلی‌ زیاد، معمولا اتصال‌ كاسكادترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ مورداستفاده‌ قرار می‌گیرد. البته‌ تحت‌ شرایط ولتاژبالا استفاده‌ از ترانسفورماتورهای‌ ولتاژ خازنی‌، مقرون‌ به‌ صرفه‌ است‌.



مشخصه‌های‌ انتخاب‌ ترانسفورماتور ولتاژ:

اگر كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور و توان‌نامی‌ آن‌ خیلی‌ زیاد انتخاب‌ شود، ابعادترانسفورماتور بسیار بزرگ‌ بوده‌ و ساخت‌ آن‌مقرون‌ به‌ صرفه‌ نخواهد بود. در نتیجه‌باتوجه‌ به‌ مورد استفاده‌ مناسب‌ترانسفورماتور باید كلاس‌ دقت‌ و توان‌ آن‌ درنظر گرفته‌ شود.
سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌ یك‌ ترانسفورماتوراندازه‌گیری‌ ولتاژ از همدیگر جدا نبوده‌ و دراطراف‌ یك‌ هسته‌ مشترك‌، پیچیده‌ می‌شونددر نتیجه‌ اگر یكی‌ از سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌ترانسفورماتور به‌ دستگاه‌ اندازه‌گیری‌ و سیم‌پیچ‌ دیگر به‌ دستگاه‌ حفاظتی‌ (مانند رله‌)وصل‌ شود در این‌ حالت‌ برای‌ انتخاب‌ توان‌نامی‌ و همچنین‌ كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتورمثالی‌ را در نظر می‌گیریم‌:
-دستگاه‌ اندازه‌گیری‌ با توان‌: 30ولت‌ آمپر-كلاس‌ دقت‌ دستگاه‌ اندازه‌گیری‌: 5/0
-دستگاه‌ حفاظتی‌ (رله‌) باتوان‌: 120ولت‌آمپر
-كلاس‌ دقت‌ دستگاه‌ حفاظتی‌ (رله‌): 3P
با توجه‌ به‌ مقادیر داده‌ شده‌، كلاس‌ دقت‌ترانسفورماتور اندازه‌گیری‌ ولتاژ 5/0 و توان‌آن‌ 150 ولت‌ آمپر انتخاب‌ می‌شود. در ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژ، اگربیش‌ از یك‌ سیم‌ پیچ‌ ثانویه‌ مورد نیاز باشد باتوجه‌ به‌ چگونگی‌ استفاده‌ از بارها(كه‌ درادامه‌ شرح‌ داده‌ می‌شود) و همچنین‌ با در نظر گرفتن‌ كلاس‌ دقت‌ آنها ترانسفورماتور انتخاب‌ می‌شود:
(a): یكی‌ از سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌ باردار بوده‌ وسیم‌ پیچهای‌ دیگر بدون‌ بار باشد.
(b): تمام‌ سیم‌ پیچهای‌ ثانویه‌ باردار باشد.
بار حرارتی‌ یك‌ ترانسفورماتوراندازه‌گیری‌ ولتاژ، با در نظر گرفتن‌ ضریب‌ولتاژ آن‌، به‌ بیشترین‌ مقدار باری‌ گفته‌می‌شود كه‌ ترانسفورماتور بتواند بدون‌افزایش‌ درجه‌ حرارت‌ از مقدار مشخص‌شده‌، آن‌ بار را تغذیه‌ كند. با توجه‌ به‌استاندارد IEC-186 كلاسهای‌ دقت‌دستگاههای‌ اندازه‌گیری‌ بین‌ 80 تا 120درصد ولتاژ نامی‌ و بین‌ 25 تا 100 درصد بارنامی‌ و كلاسهای‌ دقت‌ دستگاههای‌ حفاظتی‌بین‌ 5 درصد ولتاژ نامی‌ تا Vش برابر آن‌ وهمچنین‌ بین‌ 25 تا 100 درصد بار نامی‌صادق‌ هستند. دستگاههای‌ اندازه‌گیری‌ و حفاظتی‌مدرن‌، تلفات‌ كمتری‌ دارند در نتیجه‌ ممكن‌است‌ بار كل‌ ترانسفورماتور اندازه‌گیری‌ ولتاژاز 25 درصد مقدار بار نامی‌ آن‌ كوچكتر باشددر نتیجه‌ می‌توان‌گفت‌ كه‌ در این‌ حالت‌ خطای‌ نسبت‌ دورها افزایش‌ خواهد یافت‌. در ترانسفورماتورهای‌اندازه‌گیری‌ ولتاژ، خطای‌ نسبت‌ دورها دربارهای‌ نزدیك‌ به‌ بار نامی‌ ترانسفورماتور به‌مقدار مینیمم‌ خود می‌رسد.
در حالت‌ كلی‌ با توجه‌ به‌ موارد فوق‌می‌توان‌ گفت‌ كه‌ بار نامی‌ ترانسفورماتور ولتاژ بهتر است‌ با مجموع‌ بارهای‌ وصل‌ شده‌به‌ آن‌ برابر باشد.


خطاهای‌ اندازه‌گیری‌ترانسفورماتور ولتاژ:

در حالت‌ ایده‌ آل‌، افت‌ ولتاژ در روی‌امپدانس‌ سیم‌ پیچهای‌ اولیه‌ و ثانویه‌ ترانسفورماتور برابر صفر ولت‌ بوده‌ و درنتیجه‌ رابطه‌ بین‌ ولتاژ اولیه‌ و ثانویه‌ آن‌عبارت‌ خواهد بود از:
در ترانسفورماتورهای‌ اندازه‌گیری‌ ولتاژموجودر در عمل‌، به‌ علت‌ افت‌ ولتاژ در روی‌ مقاومت‌ سیم‌ پیچهای‌ اولیه‌ و ثانویه‌ وهمچنین‌ به‌ علت‌ افت‌ ولتاژ در راكتانسهای‌سیم‌ پیچهای‌ اولیه‌ و ثانویه‌ (ناشی‌ از شارپراكندگی‌ موجود در سیم‌ پیچها)، رابطه‌ اولیه ‌و ثانویه‌ یك‌ ترانسفورماتور حقیقی‌ خواهد بود.
با توجه‌ به‌ مواردی‌ كه‌ مطرح‌ شد،خطای‌ موجود در ترانسفورماتورهای‌ ولتاژحقیقی‌ را مانند ترانسفورماتورهای‌ جریان‌ باخطای‌ نسبت‌ دورها و خطای‌ زاویه‌ای‌ می‌توان‌ نشان‌ داد.
اگر ولتاژ ثانویه‌ خیلی‌ بزرگ‌ باشد،خطای‌ نسبت‌ دورها مثبت‌ خواهد بود. ازطرفی‌ اگر ولتاژ ثانویه‌ نسبت‌ به‌ ولتاژ اولیه‌پیش‌ فاز باشد خطای‌ زاویه‌ای‌ مثبت‌می‌شود.
برای‌ محاسبه‌ خطای‌ نسبت‌ دورها وخطای‌ زاویه‌ در یك‌ ترانسفورماتور اندازه‌گیری‌ ولتاژ، مدار معادل‌ الكتریكی‌ یك‌ترانسفورماتور حقیقی‌ كه‌ به‌ طرف‌ ثانویه‌انتقال‌ یافته‌ است‌ را در نظر می‌گیریم‌.
همان‌ طور كه‌می‌دانیم‌ امپدانس‌ معادل‌ سیم‌پیچها ازمجموع‌ مقاومت‌ اهمی‌ سیم‌پیچ‌ و راكتانس‌ناشی‌ از سیل‌ پراكندگی‌ شار اطراف‌ سیم‌ پیچ‌به‌ دست‌ می‌آید. افت‌ ولتاژ در امپدانسهای‌اولیه‌ و ثانویه‌ ترانسفورماتور را در دو حالت‌بارداری‌ و بی‌ باری‌ مورد بررسی‌ قرار می‌دهیم‌.
از آن‌ جا كه‌، در حالت‌ بی‌ باری‌ به‌ علت‌جریان‌ كم‌ موجود در مدار، افت‌ ولتاژ درامپدانس‌ سیم‌ پیچ‌ اولیه‌ ترانسفورماتور مقدارناچیزی‌ است‌ لذا در این‌ قسمت‌ فقط افت‌ولتاژ، در حالت‌ بارداری‌ ترانسفورماتور رامورد بررسی‌ قرار می‌دهیم‌. در حالت‌بارداری‌، شدت‌ جریان‌ عبوری‌ از امپدانس‌ معادل‌ هسته‌، بسیار كوچكتر از شدت‌ جریان‌بار ترانسفورماتور بوده‌ و در نتیجه‌ از امپدانس‌ معادل‌ هسته‌صرف‌نظر شده‌ است‌.



تغییرات‌ خطاهای‌ اندازه‌گیری‌ نسبت‌به‌ تغییرات‌ ولتاژ:

در ترانسفورماتور اندازه‌گیری‌ ولتاژ،خطاهای‌ اندازه‌گیری‌ در ولتاژهای‌ مختلف‌سیستم‌، مقادیر مختلفی‌ خواهد داشت‌. این‌تغییرات‌ با توجه‌ به‌ غیر خطی‌ بودن‌ منحنی‌مشخصه‌ مغناطیس‌ شوندگی‌ هسته ‌ترانسفورماتور، حاصل‌ می‌شود. تغییرات‌ خطاهای‌ اندازه‌گیری‌ نسبت‌ به‌تغییرات‌ ولتاژ سیستم‌ را در حالت‌ بارداری‌ وبی‌ باری‌ نشان‌ می‌دهد. با توجه‌ به‌ این‌ شكل‌می‌توان‌ گفت‌ كه‌ تغییرات‌ خطاهای‌اندازه‌گیری‌ در محدوده‌ وسیعی‌ از تغییرات‌ولتاژ سیستم‌، تغییر چندانی‌ نمی‌كند.


ابعاد سیم‌ پیچهای‌ ترانسفورماتور:

در طراحی‌ یك‌ ترانسفورماتور، سطح‌مقطع‌ مس‌ سیم‌ پیچها را با در نظر گرفتن‌كلاس‌ دقت‌ و خطای‌ مشخص‌ شده‌ به‌ دست‌می‌آوریم‌. هنگام‌ محاسبه‌ سطح‌ مقطع‌ مس‌سیم‌ پیچها، مواردی‌ را در نظر می‌گیریم‌ كه‌عبارتند از: ولتاژ نامی‌ سیم‌ پیچ‌ اولیه‌ وثانویه‌ ، تعداد دور هر یك‌ از سیم‌ پیچها، بارنامی‌، كلاس‌ دقت‌، فركانس‌ نامی‌ و ضریب‌ولتاژ نامی‌ ترانسفورماتور.


اساس‌ روش‌ فوق‌ به‌ این‌ شرح‌ است‌:

1- محاسبه‌ تعداد دور سیم‌ پیچهای‌ترانسفورماتور: برای‌ محاسبه‌ تعداد دورسیم‌پیچهای‌ ترانسفورماتور رابطه‌ (10) را درنظر می‌گیریم‌:
در این‌ رابطه‌ داریم‌:
تعداد دور سیم‌پیچ‌اولیه‌ یا ثانویه‌=N
ولتاژنامی‌ سیم‌پیچ‌ اولیه‌ یا ثانویه‌=Vn
فركانس‌ نامی‌ ترانسفورماتور=¾
سطح‌ مقطع‌ موثر هسته‌=Aj
چگالی‌ شار مغناطیسی‌ در ولتاژ نامی‌= Bnسیم‌پیچ‌ اولیه‌ و یا ثانویه‌
در حالت‌ كلی‌ می‌توان‌ گفت‌ كه‌ مقدارBn به‌ ضریب‌ ولتاژ نامی‌ ترانسفورماتوربستگی‌ دارد.
2- محاسبه‌ مقاومت‌ اهمی‌ اتصال‌ كوتاه‌ RK:برای‌ محاسبه‌ مقاومت‌ اهمی‌ اتصال‌ كوتاه‌.
با توجه‌ به‌ كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور،مقدار درصد افت‌ ولتاژ مقاومتی‌ به‌ دست‌می‌آید.
3- سطح‌ مقطع‌ مس‌ سیم‌ پیچهای‌ اولیه‌ وثانویه‌ ترانسفورماتور را با توجه‌ به‌ مقدارRK، انتخاب‌ می‌كنیم‌.
4- بعد از محاسبه‌ ابعاد سیم‌ پیچهای‌ترانسفورماتور، راكتاس‌ معادل‌ سیم‌ پیچها را(XK) به‌ دست‌ می‌آوریم‌.
5- خطای‌ نسبت‌ دورها و خطای‌ زاویه‌ای‌را محاسبه‌ می‌كنیم‌. اگر مقادیر به‌ دست‌ آمده‌بزرگ‌ باشد با توجه‌ به‌ كلاس‌ دقت‌ترانسفورماتور، برای‌ به‌ دست‌ آوردن‌ خطای‌مشخص‌ شده‌، سطح‌ مقطع‌ مس‌ سیم‌ پیچها را افزایش‌ می‌دهیم‌.


كلاس‌ دقت‌ و ظرفیت‌ بارترانسفورماتور

در حالت‌ كلی‌، ظرفیت‌ بارترانسفورماتور به‌ امپدانس‌ كوتاه‌ آن‌ بستگی‌دارد. یعنی‌ می‌توان‌ گفت‌ كه‌ اگر امپدانس‌اتصال‌ كوتاه‌ ترانسفورماتور، مقدار كوچكی‌باشد، ظرفیت‌ بار آن‌ مقدار بزرگی‌ خواهد بودو برعكس‌. از طرفی‌ ظرفیت‌ بارترانسفورماتور به‌ كلاس‌ دقت‌ آن‌ نیز بستگی‌دارد. به‌ عنوان‌ مثال‌ اگر ظرفیت‌ بار، 200ولت‌ آمپر با كلاس‌ دقت‌ 1 در نظر گرفته‌ شوددر كلاس‌ دقت‌ 0/5 ظرفیت‌ بار به‌ 100 ولت‌آمپر كاهش‌ خواهد یافت‌. در یك‌ترانسفورماتور، نسبت‌ كلاس‌ دقت‌ به‌ظرفیت‌ بار، همیشه‌ مقدار ثابتی‌ است‌.


دكتر مرتضی‌ فرسادی‌

ماهنامه صنعت برق





موضوع : مهندسی قدرت (Power Engineering)،
برچسب ها : ترانسفورماتور، ولتاژ، ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ، ساختمان‌، مشخصه‌، اندازه گیری، اساس کار،




تاریخ : سه شنبه 5 آذر 1392 | 04:31 ب.ظ | نویسنده : رامین خادم ملت | نظرات

 انجمن مهندسین برق و الکترونیک