ترانسفورماتور پتانسیل: تعریف کاربرد و مزایا

ترانسفورماتور پتانسیل چیست؟

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که ولتاژ و جریان بالا چگونه اندازه گیری می شوند؟ زیرا کار با آنها بسیار خطرناک است و ابزاری که ما استفاده می کنیم نمی تواند چنین سطح ولتاژ یا جریان بالایی را تحمل کند. برای این منظور، از ترانسفورماتورهای خاصی استفاده می شود که آن را به سطح ایمن کاهش می دهد و امکان نظارت مداوم بر ولتاژ و جریان بالا را فراهم می کند. ترانسفورماتور جریان CT و ترانسفورماتور پتانسیل PT دو ابزاری هستند که برای اندازه گیری جریان و ولتاژ بالا استفاده می شوند. در ادامه با ما در آداک، شرکت سازنده تابلو برق در ایران همراه باشید تا در این باره بیشتر بدانید. اگر قصد سفارش ساخت تابلو برق را دارید هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور (Transformer) وسیله ای است که انرژی الکتریکی را از طریق القای متقابل از یک مدار به مدار دیگر منتقل می کند. دارای دو سیم پیچ یعنی اولیه و ثانویه است که به صورت مغناطیسی جفت شده و ایزوله الکتریکی هستند. آنها برای افزایش یا کاهش سطوح ولتاژ و جریان بدون تغییر فرکانس استفاده می شوند. انواع مختلفی از ترانسفورماتورها برای کاربردهای خاص مانند Transformer قدرت، ترانسفورماتور خودکار، ترانسفورماتور و غیره استفاده می شود.

انواع ترانسفورماتور کدام است؟

این وسیله را می توان به دو نوع ترانسفورماتور جریان (CT) و پتانسیل (PT) طبقه بندی کرد. درست مانند CT برای کاهش سطوح جریان برای اندازه گیری، PT برای کاهش سطح ولتاژ استفاده می شود.

ترانسفورماتور پتانسیل چطور کار می کند؟

ترانسفورماتور پتانسیل (همچنین به عنوان ترانسفورماتور ولتاژ شناخته می شود) نوعی ابزار است. این یک ولتاژ کاهنده است که ولتاژ سطح بالا را به سطوح پایین ایمن کاهش می دهد. ولتاژ خروجی ترانسفورماتور پتانسیل را می توان با اتصال یک ولت متر معمولی اندازه گیری کرد. علاوه بر این، همچنین ایزوله بین مدار برق ولتاژ بالا و مدار اندازه گیری ولتاژ پایین را فراهم می کند.

ساختار ترانسفورماتور پتانسیل

ترانسفورماتور پتانسیل یا PT می تواند ساختاری مشابه هر مدل معمولی داشته باشد. این دارای سیم پیچ اولیه و ثانویه تعداد دور سیم پیچ های اولیه بیشتر از تعداد دور سیم پیچ ثانویه است زیرا ترانسفورماتور کاهنده است. طراحی و مواد مورد استفاده برای PT به دستیابی به دقت بیشتر کمک می کند. بنابراین، صرفه جویی در مصرف مواد مورد استفاده مهم تلقی نمی شود. در اینجا به برخی از نکاتی که در ساخت PT استفاده می شود اشاره می کنیم.

• اندازه هادی مورد استفاده در سیم پیچ ها بزرگ است.
• سیم پیچ ها به صورت هم محور پیچیده می شوند تا راکتانس نشتی کاهش یابد.
• ساختار پوسته ای برای ولتاژهای پایین استفاده می شود
• ساختار نوع هسته برای ولتاژهای بالا استفاده می شود.
• سیم پیچ های اولیه ولتاژ بالا برای کاهش هزینه عایق به بخش هایی تقسیم می شوند.
• سیم پیچ ها نیز با لاک کامبریک پوشانده می شوند تا هزینه عایق کاهش یابد.
• فیبر سخت به عنوان جداکننده بین سیم پیچ ها استفاده می شود.
• هسته از مواد با کیفیت بالا ساخته شده است تا چگالی شار کم داشته باشد.
• مواد هسته به آن اجازه می دهد تا با جریان مغناطیسی کم کار کند.
• پایانه های PT به گونه ای طراحی شده اند که تغییر در نسبت ولتاژ با بار حداقل باشد.
• تغییر زاویه فاز بین ورودی و خروجی باید با تغییرات بار حداقل باشد.
• برای ولتاژ بالا از ترانسفورماتور پر روغن برای افزایش عایق و بوش پر از روغن برای اتصال به خط فشار قوی استفاده می شود.

روش کار ترانسفورماتور پتانسیل 

عملکرد PT مشابه هر مدل معمولی است. انرژی الکتریکی بین سیم پیچ اولیه و ثانویه از طریق القای مغناطیسی منتقل می شود. ولتاژ متناوب در اصلی، شار مغناطیسی متناوب را در هسته ترانسفورماتور ایجاد می کند. از آنجایی که هر دو سیم پیچ از یک هسته استفاده می کنند، این شار متناوب باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود. بنابراین جریان در سیم پیچ ثانویه شروع به جریان می کند.

از آنجایی که اولیه تعداد دورهای بیشتری نسبت به پیچ های ثانویه کمتر دارد، ولتاژ القا شده در ثانویه بسیار پایین است. ولتاژ ثانویه با استفاده از یک ولت متر ولتاژ پایین استاندارد اندازه گیری می شود. با استفاده از معادله نسبت دور ترانسفورماتور می توانیم ولتاژ اولیه را محاسبه کنیم.

VP/VS = NP/NS

جایی که در آن:

VP = ولتاژ اولیه
VS = ولتاژ ثانویه
NP = تعداد چرخش در اولیه
NS = تعداد چرخش در ثانویه

از آنجایی که ولت متر امپدانس بسیار بالایی دارد، جریان بسیار کم از سیم پیچ های ثانویه PT عبور می کند. به همین دلیل، PT دارای امتیاز VA بسیار پایین در حدود 200VA است.

نحوه اتصال PT

سیستم PT برخلاف CT که به صورت سری وصل شده است به موازات مدار متصل می شود. اولیه PT مستقیماً به خط برقی که ولتاژ آن اندازه گیری می شود وصل می شود.

در حالی که ثانویه به ابزار اندازه گیری ولتاژ مانند ولت متر، وات متر و غیره متصل است. از آنجایی که ولتاژ در ثانویه بسیار کم است، می توان از یک ولت متر معمولی برای اندازه گیری آن استفاده کرد.

همچنین بخوانید: نحوه ساخت بدنه تابلو برق

اولیه و ثانویه PT به صورت مغناطیسی از طریق القای متقابل جفت می شوند که در آن ولتاژ اولیه بر اساس نسبت چرخش ترانسفورماتور کاهش می یابد. ولتاژ اولیه می تواند تا چند هزار ولت باشد در حالی که ولتاژ ثانویه به زیر 110 ولت می رسد. هر دو سیم پیچ از نظر الکتریکی ایزوله هستند اما به دلایل ایمنی، سیم پیچ ثانویه در یک انتهای خود به زمین متصل می شود.

انواع ترانسفورماتور پتانسیل بر اساس عملکرد

ترانسفورماتور پتانسیل را می توان بر اساس عملکرد آن به دو نوع طبقه بندی کرد

پتانسیل اندازه گیری

نوع اندازه گیری PT ترانسفورماتورهای ابزاری هستند که برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شوند. آنها مدل های درجه پایین با دقت بالا هستند.

پتانسیل حفاظتی

از این نوع PT برای ایجاد حفاظت استفاده می شود زیرا سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی ایزوله هستند و سمت ولتاژ پایین مستقیماً به سمت فشار قوی متصل نیست.

انواع PT بر اساس ساخت

ترانسفورماتور پتانسیل را می توان بر اساس ساختار آن به دو نوع طبقه بندی کرد

PT الکترومغناطیسی

ترانسفورماتور پتانسیلی که از القای الکترومغناطیسی برای تبدیل ولتاژ بالا به ولتاژ پایین استفاده می کند، PT الکترومغناطیسی نامیده می شود. این مدل های معمولی از نوع wound-type هستند که سیم پیچ اولیه و ثانویه در اطراف یک هسته مغناطیسی پیچیده شده اند. بنابراین به آنها ترانسفورماتورهای پتانسیل نوع wound که از نوع پوسته و هسته هستند نیز گفته می شود. چنین PT ها از هیچ قطعه الکترونیکی دیگری برای کاهش ولتاژ مانند خازن استفاده نمی کنند.

اشکال PT الکترومغناطیسی مشکل عایق بودن آن در ولتاژ بالا است. به همین دلیل طراحی آن برای ولتاژ بالای 10Kv بسیار پیچیده می شود. بنابراین از تقسیم کننده های خازنی در نوع زیر برای رفع مشکل عایق استفاده می شود.

PT خازنی

این ترکیبی از تقسیم کننده پتانسیل خازنی و الکترومغناطیسی (کمکی) است. تقسیم کننده پتانسیل خازنی برای تقسیم ولتاژ خط بالا برای کاهش آن به زیر 10 کیلو ولت استفاده می شود. خازن ها به صورت سری در سمت اولیه کمکی متصل می شوند. ترانسفورماتور کمکی ولتاژ را با دقت بالایی کاهش می دهد تا توسط ولت متر اندازه گیری شود. از این ها برای خطوط برق استفاده می شود.

خطا در ترانسفورماتور پتانسیل

در یک دستگاه ایده آل، ولتاژ اولیه و ثانویه دقیقاً به نسبت دورهای آن هستند و هر دو در فاز هستند. اما عملاً افت ولتاژ در اولیه به دلیل راکتانس آن وجود دارد که باعث ایجاد خطای نسبت ولتاژ و خطای تغییر فاز می شود. در اینجا برخی از خطاهایی که ممکن است در PT رخ دهد آورده شده است.

پیشنهاد مطالعه بیشتر: صفر تا صد تابلو برق فشار ضعیف

خطای نسبت

خطای نسبت تغییر در نسبت ولتاژ به دلیل تغییر در بار است. بار متغیر جریان مغناطیسی و تلفات هسته را تغییر می دهد که بر ولتاژ ثانویه PT تأثیر می گذارد. به عبارت ساده، نسبت اسمی آن با نسبت واقعی آن متفاوت است. خطای نسبت داده شده توسط

خطای نسبت = (نسبت اسمی – نسبت واقعی) / نسبت واقعی

نسبت خطا = (Kn – R)/R

% خطای نسبت = {(Kn – R)/R} x 100

جایی که

Kn = نسبت اسمی (نسبت امتیازی)
R = نسبت ولتاژ اولیه به ثانویه واقعی
نسبت اسمی نسبت ولتاژ نامی اولیه به ولتاژ نامی ثانویه است.

خطای نسبت ولتاژ

خطای نسبت ولتاژ تفاوت بین ولتاژ ایده آل و ولتاژ عملی یا واقعی است. در اینجا فرمول یافتن خطای نسبت ولتاژ وجود دارد

خطای نسبت ولتاژ = (VP – KnVS)/ VP

درصد خطای نسبت ولتاژ = {(VP – KnVS)/ VP} x 100

جایی که

Kn = نسبت اسمی (نسبت امتیازی)
VP = ولتاژ اولیه واقعی
VS = ولتاژ ثانویه واقعی

خطای زاویه فاز

خطای زاویه فاز تفاوت بین فاز ولتاژ اولیه و ولتاژ ثانویه معکوس است. در حالت ایده آل، ولتاژ اولیه در فاز با ولتاژ ثانویه معکوس است. اما عملاً راکتانس سیم‌پیچ‌ها وجود دارد که فاز ولتاژ ثانویه را تغییر می‌دهد و خطای زاویه فاز ایجاد می‌کند.

نمودار فازور ترانسفورماتور پتانسیل

نمودار فازور ترانسفورماتور پتانسیل در زیر آورده شده است. این نمودار فازور IP جریان اولیه، VP ولتاژ اولیه، IS جریان ثانویه و VS ولتاژ ثانویه را نشان می دهد.

جایی که

VP = ولتاژ اولیه
EP = EMF القایی اولیه
RP = مقاومت سیم پیچ اولیه
XP = راکتانس سیم پیچ اولیه
β = خطای زاویه فاز.
IP = جریان اولیه
Io = جریان تحریک
Im = جریان مغناطیسی (بخشی از Io)
Iw = جریان از دست دادن هسته (بخشی از Io)
Kn = نسبت چرخش ترانسفورماتور
Φm = شار اصلی
VS = ولتاژ ثانویه
ES = EMF القایی ثانویه
RS = مقاومت سیم پیچ ثانویه
XS = راکتانس سیم پیچ ثانویه
IS = جریان ثانویه

مرجع نمودار فازور داده شده شار اصلی Φm است. ولتاژ القایی اولیه با تفریق تلفات ناشی از مقاومت سیم پیچ اولیه RP و راکتانس XP به دست می آید. افت ولتاژ ناشی از سیم‌پیچ‌های اولیه IPRP و راکتانس سیم‌پیچ‌ها IPXP است.

جریان تحریک Io مجموع برداری جریان مغناطیسی Im و جریان از دست دادن هسته IW است. مجموع بردار جریان تحریک Io و جریان ثانویه معکوس ضرب در نسبت دور 1/Kn به IP جریان اولیه منجر می شود.

به دلیل القای متقابل، emf اولیه در سیم پیچ های ثانویه به emf ثانویه ES تبدیل می شود. ولتاژ ثانویه VS که در خروجی سیم‌پیچ‌های ثانویه ظاهر می‌شود، با کم کردن افت ولتاژ ناشی از مقاومت سیم‌پیچ‌های ثانویه RS و راکتانس XS به دست می‌آید.

مزایا و معایب ترانسفورماتور پتانسیل

در اینجا برخی از مزایای ترانسفورماتور پتانسیل آورده شده است.

• این وسیله به اندازه گیری ولتاژهای بسیار بالا به ویژه با استفاده از ترانسفورماتور پتانسیل خازنی کمک می کند.
• یک ترانسفورماتور پتانسیل یک ولت متر معمولی را قادر می سازد تا ولتاژهای بسیار بالا را اندازه گیری کند.
• با داشتن عایق الکتریکی بین ولت متر و خط ولتاژ بالا محافظت می کند

معایب ترانسفورماتور پتانسیل 

• نمی توان از آن برای اندازه گیری DC ولتاژ بالا استفاده کرد بلکه فقط AC را اندازه گیری کرد.
• آنها بر خلاف یک مدل معمولی گران هستند.

کاربردهای ترانسفورماتور پتانسیل

در اینجا برخی از کاربردهای ترانسفورماتور پتانسیل آورده شده است

• عمدتا برای اندازه گیری ولتاژ بالا استفاده می شود.
• برای اهداف حفاظت الکتریکی استفاده می شود.
• در دستگاه های اندازه گیری برای صورتحساب انرژی استفاده می شود.
• برای نظارت بر بار صنعتی استفاده می شود.
• در شبکه های ارتباطی حامل خطوط برق استفاده می شود
• برای همگام سازی ژنراتور و فیدر استفاده می شود.

اگر قصد سفارش ساخت تابلو برق را دارید هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

ساخت و تولید تابلو برق صنعتی

اگر قصد خرید تابلو برق برای شرکت یا مجموعه خود را دارید، کارشناسان آداک بهین نیرو آماده ارائه خدمات مشاوره در زمینه طراحی، ساخت، نصب و خدمات پس از فروش انواع تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط به شما مشتری گرامی می باشند. بدین منظور کافیست از طریق شماره های زیر یا تکمیل فرم مربوطه با اسکن کد QR، با ما تماس بگیرید:

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144498064

ایمیل: sales@adakbn-co.com