نقطه اشباع ترانسفورماتور جریان

در شرایط عادی، شار مغناطیسی هسته در ترانسفورماتور جریان در حالت غیراشباع است. در این زمان، امپدانس بار و جریان تحریک کوچک است، اما مقدار امپدانس تحریک بزرگ است و پتانسیل های مغناطیسی سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه در تعادل هستند. با این حال، اگر چگالی شار مغناطیسی هسته در ترانسفورماتور افزایش یابد و به حد اشباع برسد، با افزایش اشباع، Zm به سرعت کاهش می یابد و رابطه متناسب خطی بین جریان های تحریک مختلف شکسته می شود. عواملی که باعث می شود ترانسفورماتور جریان به حالت اشباع برسد عمدتاً عبارتند از: جریان بیش از حد; بار بیش از حد هنگامی که بار متصل به ترانسفورماتور جریان بیش از حد بزرگ باشد، ولتاژ ثانویه افزایش می یابد و باعث می شود که چگالی شار مغناطیسی هسته آهنی افزایش یافته و به حالت اشباع برسد.
هنگامی که ترانسفورماتور جریان به اشباع می رسد، ویژگی ها به شرح زیر است: جریان ثانویه کاهش می یابد، و شکل موج جریان دارای اعوجاج زیادی از اجزای هارمونیک مرتبه بالا است. مقاومت داخلی حتی نزدیک به صفر کاهش می یابد. اگر یک خطا رخ دهد، شکل موج جریان نزدیک به صفر باشد، ترانسفورماتور جریان باعث انتقال رابطه خطی می شود. در لحظه بروز خطا، ترانسفورماتور پس از حدود 5 ثانیه تاخیر شروع به اشباع می کند. در شرایط عادی باز کردن مدار ثانویه ترانسفورماتور جریان اکیدا ممنوع است. زیرا در حین کار ترانسفورماتور جریان، هنگامی که مدار باز ثانویه رخ می دهد، جریان اولیه به جریان تحریک تبدیل می شود و باعث افزایش چگالی شار مغناطیسی هسته آهنی و در نتیجه اشباع سریع ترانسفورماتور جریان می شود. شار مغناطیسی اشباع ولتاژ بالاتری تولید می کند که باعث آسیب بیشتر به تاسیسات عایق سیم پیچ اولیه و ثانویه می شود و به راحتی امنیت شخصی را تهدید می کند.
1. ضربه حفاظت ترانسفورماتور و اقدامات متقابل
به طور کلی ترانسفورماتورها ظرفیت کم و قابلیت اطمینان بالایی دارند و بیشتر بر روی شینه های 10 کیلوولت و 35 کیلوولت نصب می شوند. جریان اتصال کوتاه ولتاژ بالا مانند جریان اتصال کوتاه سیستم است، در حالی که جریان اتصال کوتاه در سمت ولتاژ پایین نسبتاً زیاد است. اگر حفاظت ترانسفورماتور در محل قرار نگیرد، عملکرد ایمن ترانسفورماتور یا کل سیستم را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. ترانسفورماتورهای سنتی دارای دستگاه های محافظ فیوز هستند که از مزایای ایمنی و قابلیت اطمینان برخوردار هستند. با این حال، با بهبود الزامات اتوماسیون سیستم و افزایش ظرفیت اتصال کوتاه، روش‌های سنتی دیگر نمی‌توانند پاسخگوی نیازها باشند. برای برخی از پست های تازه ساخته یا بازسازی شده، آنها اغلب مجهز به کابینت سوئیچ ترانسفورماتور هستند و دستگاه های حفاظتی سیستم مشابه خطوط 10 کیلوولت هستند. با این حال، نقطه ضعف این است که مشکل اشباع ترانسفورماتورهای جریان اغلب نادیده گرفته می شود. در عین حال به دلیل ظرفیت کم و جریان اولیه ترانسفورماتور از ترانسفورماتور اشتراکی استفاده می شود. به منظور اطمینان از دقت اندازه گیری، نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان کاهش می یابد. هنگامی که ترانسفورماتور از کار بیفتد، باعث اشباع ترانسفورماتور جریان می شود و سرعت جریان ثانویه کاهش می یابد و باعث می شود محافظ ترانسفورماتور از کار کردن خودداری کند. اگر در سمت ولتاژ بالا ترانسفورماتور خطا رخ دهد، جریان اتصال کوتاه حاصله به طور خودکار عمل حفاظت پشتیبان را قطع می کند. اگر عیب در سمت ولتاژ پایین رخ دهد، جریان اتصال کوتاه تولید شده نمی تواند به مقدار راه اندازی حفاظت پشتیبان برسد، که باعث می شود عیب غیر قابل جابجایی باشد و حتی باعث سوختن ترانسفورماتور می شود که به طور جدی بر روی دستگاه تأثیر می گذارد. عملکرد ایمن سیستم
برای حل خرابی حفاظتی ترانسفورماتور، باید از پیکربندی منطقی ترانسفورماتور شروع کنیم. هنگام انتخاب ترانسفورماتور جریان، باید مشکل اشباع ناشی از خرابی ترانسفورماتور را در نظر بگیریم. ترانسفورماتورهای جریان با عملکردهای مختلف باید از یکدیگر متمایز شوند. به عنوان مثال، ترانسفورماتور برای اندازه گیری باید در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور تنظیم شود تا از الزامات دقت اندازه گیری اطمینان حاصل شود. ترانسفورماتور برای حفاظت عموماً در سمت ولتاژ بالا ترانسفورماتور تنظیم می شود تا از کار حفاظتی اطمینان حاصل شود.
2. نفوذ حفاظتی فعلی و اقدامات متقابل
پس از اشباع شدن ترانسفورماتور جریان، باعث کاهش جریان معادل ثانویه می شود و باعث می شود حفاظت از کارکرد خودداری کند. وقتی از منبع تغذیه دور باشد یا ضریب امپدانس زیاد باشد، جریان اتصال کوتاه در خروجی خط کم خواهد بود. با این حال، اگر مقیاس سیستم گسترش یابد، جریان اتصال کوتاه بر همین اساس افزایش می‌یابد، حتی به صدها برابر جریان اولیه ترانسفورماتور می‌رسد و باعث اشباع ترانسفورماتور در سیستمی می‌شود که در ابتدا به طور معمول کار می‌کرد. در عین حال، خطاهای جریان اتصال کوتاه فرآیندهای گذرا هستند و تعداد زیادی مولفه فاز مختلف در جریان وجود دارد که اشباع ترانسفورماتور جریان را تسریع می کند. اگر یک خطای اتصال کوتاه در یک خط 10 کیلو ولت رخ دهد، اشباع ترانسفورماتور جریان جریان را در سمت ثانویه کاهش می دهد و باعث می شود که دستگاه محافظ از کار کردن خودداری کند. قطع سوئیچ سمت ولتاژ پایین شینه و ترانسفورماتور اصلی باعث افزایش دامنه خطا و طولانی شدن زمان می شود که بر قابلیت اطمینان منبع تغذیه تأثیر می گذارد.
در موارد شدید، عملکرد ایمن تجهیزات را تهدید می کند.
با توجه به تحلیل فوق، هنگامی که ترانسفورماتور جریان اشباع می شود، باعث می شود که جریان اولیه به جریان تحریک تبدیل شود. در همان زمان، جریان ثانویه صفر است، جریان عبوری از رله نیز صفر است و دستگاه حفاظتی در تجهیزات از کار کردن خودداری می کند. با توجه به مشکلات فوق، امپدانس بار ترانسفورماتور باید تا حد امکان کاهش یابد تا از اشتراک ترانسفورماتورهای جریان جلوگیری شود و در عین حال سطح مقطع و طول کابل کابل افزایش یابد. نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان نباید خیلی کم باشد و باید به مشکل اشباع ناشی از اتصال کوتاه خط توجه شود.