Akım Trafosu

Akım Trafosu, birincil sargıdaki sabit potansiyelin bir sonucu olarak birincil sargıdan akan akımla orantılı olarak bir çıktı üretir.

Akım Transformatörü (  CT  ), birincil ölçülen akımla orantılı olan sarma ikincil olarak bir alternatif akım üretmek için tasarlanmıştır “ölçüm transformatörü” bir türüdür. Akım transformatörleri , yüksek voltaj akımlarını çok daha düşük bir değere düşürür ve standart bir ampermetre kullanarak bir AC iletim hattında akan gerçek elektrik akımının güvenli bir şekilde izlenmesi için uygun bir yol sağlar. Temel akım trafosunun çalışma prensibi, sıradan bir gerilim trafosununkinden biraz farklıdır.

Geçen sefer baktığımız gerilim veya güç trafosunun aksine, akım trafosu birincil sargısı olarak yalnızca bir veya çok az dönüşten oluşur. Bu birincil sargı, tek bir düz dönüş, çekirdeğin etrafına sarılmış bir ağır hizmet teli bobini veya gösterildiği gibi merkezi bir delikten yerleştirilmiş bir iletken veya bar olabilir.

Bununla birlikte, ikincil sargı, düşük kayıplı manyetik malzemeden bir lamine çekirdek üzerine sarılmış çok sayıda bobin dönüşüne sahip olabilir. Bu çekirdeğin geniş bir kesit alanı vardır, bu nedenle oluşturulan manyetik akı yoğunluğu, bağlı olandan bağımsız olarak sabit bir akım çıkarmaya çalışırken akımın ne kadar düşürülmesi gerektiğine bağlı olarak çok daha küçük kesit alanlı tel kullanılarak düşürülür.

Sekonder sargı, bir ampermetre şeklinde kısa devreye veya sekonderde indüklenen voltaj, çekirdeği doyuracak veya aşırı voltaj arızasından arızaya neden olacak kadar büyük olana kadar dirençli bir yüke bir akım besleyecektir.

Bir gerilim trafosunun aksine, bir akım trafosunun birincil akımı, ikincil yük akımına bağlı değildir, bunun yerine harici bir yük tarafından kontrol edilir. İkincil akım, daha büyük birincil akım derecelendirmeleri için genellikle standart 1 Amper veya 5 Amper olarak derecelendirilir.

Üç temel akım transformatörü türü vardır: Wound , toroidal ve bar .

• Wound Akım Trafosu – Transformatörlerin birincil sargısı, devrede akan ölçülen akımı taşıyan iletken ile fiziksel olarak seri olarak bağlanır. Sekonder akımın büyüklüğü, transformatörün dönüş oranına bağlıdır.
• Toroidal Akım Trafosu – Bunlar birincil sargı içermez. Bunun yerine, ağda akan akımı taşıyan hat, toroidal transformatördeki bir pencere veya delikten geçirilir. Bazı akım trafolarında, bağlı oldukları devrenin bağlantısını kesmeden açılmasını, kurulmasını ve kapatılmasını sağlayan bir “bölünmüş çekirdeğe” sahiptir.
• Bar Tipi Akım Trafosu – Bu tip akım trafosu, ana devrenin gerçek kablosunu veya barasını birincil sargı olarak kullanır, bu da tek bir dönüşe eşdeğerdir. Sistemin yüksek çalışma voltajından tamamen yalıtılmıştırlar ve genellikle akım taşıyan cihaza cıvatalanırlar.

Akım transformatörü, normal çalışma için bilinen bir orandaki standart bir çıkışa, binlerce amperden 5 Amper veya 1 Ampere kadar akım seviyelerini azaltabilir veya “düşürebilir”. Bu nedenle, küçük ve hassas enstrümanlar ve kontrol cihazları, herhangi bir yüksek voltajlı güç hattından uzakta yalıtıldıkları için CT’ler ile birlikte kullanılabilir. Wattmetreler, güç faktörü ölçerler, watt-saat ölçerler, koruyucu röleler veya manyetik devre kesicilerde açma bobinleri veya MCB’ler gibi akım trafoları için çeşitli ölçüm uygulamaları ve kullanımları vardır.

Genellikle akım trafoları ve ampermetreler, akım trafosunun tasarımının, ampermetrede tam ölçekli bir sapmaya karşılık gelen bir maksimum sekonder akım sağlayacak şekilde olduğu, uyumlu bir çift olarak birlikte kullanılır. Çoğu akım trafosunda, birincil ve ikincil sargılardaki iki akım arasında yaklaşık bir ters dönüş oranı vardır. Bu nedenle CT’nin kalibrasyonu genellikle belirli bir ampermetre tipi içindir.

Çoğu akım trafosu, birincil ve ikincil akımların 100/5 gibi bir oran olarak ifade edildiği standart ikincil 5 amper değerine sahiptir. Bu, birincil akımın ikincil akımdan 20 kat daha büyük olduğu anlamına gelir, bu nedenle birincil iletkende 100 amper akarken, ikincil sargıda 5 amper akmasına neden olur. Örneğin 500/5’lik bir akım trafosu, birincil iletkendeki 500 amper için sekonderde 5 amper, 100 kat daha fazla üretecektir.

Sekonder sargı sayısı Ns artırılarak sekonder akım, ölçülen birincil devredeki akımdan çok daha küçük yapılabilir çünkü Ns arttıkça, Is orantılı bir miktarda azalır. Başka bir deyişle, birincil ve ikincil sargılardaki sarım sayısı ve akım ters orantılıdır.

Bir akım trafosu, diğer herhangi bir trafo gibi, amper dönüş denklemini sağlamalıdır ve çift sargılı voltaj trafoları hakkındaki öğreticimizden bu dönüş oranının şuna eşit olduğunu biliyoruz:

nereden alıyoruz:

Mevcut oran, dönüş oranını belirleyecektir ve birincil, genellikle bir veya iki dönüşten oluştuğundan, ikincil birkaç yüz dönüşe sahip olabilir, birincil ve ikincil arasındaki oran oldukça büyük olabilir. Örneğin, birincil sargının akım değerinin 100A olduğunu varsayalım. Sekonder sargının standart değeri 5A’dır. Daha sonra birincil ve ikincil akımlar arasındaki oran 100A ila 5A veya 20:1’dir. Başka bir deyişle, birincil akım, ikincil akımdan 20 kat daha fazladır.

Bununla birlikte, 100/5 olarak derecelendirilen bir akım trafosunun 20/1 olarak derecelendirilen veya 100/5’in alt bölümleri ile aynı olmadığı belirtilmelidir. Bunun nedeni, 100/5 oranının, birincil akımın ikincil akımlara gerçek oranını değil, “giriş/çıkış akımı derecesini” ifade etmesidir. Ayrıca, birincil ve ikincil sargılardaki dönüş sayısı ve akımın ters orantılı olduğuna dikkat edin.

Ancak, bir akım transformatörü dönüş oranındaki nispeten büyük değişiklikler, bir birincil dönüşün bir geçişe eşit olduğu ve pencereden birden fazla geçişin elektrik oranının değiştirilmesiyle sonuçlandığı CT’nin penceresinden birincil dönüşleri değiştirerek elde edilebilir.

Örneğin, 300/5A ilişkisi olan bir akım trafosu, ana birincil iletkeni gösterildiği gibi iki veya üç kez iç penceresinden geçirerek 150/5A veya hatta 100/5A’lık bir diğerine dönüştürülebilir. Bu, daha küçük birincil akım hatlarında kullanıldığında ampermetre için maksimum çıkış akımı sağlamak için daha yüksek değerli bir akım trafosuna izin verir.

Akım Trafosu Birincil Dönüş Oranı

Akım Trafosu Soru Örneği 1

Primerinde 1 ve sekonderinde 160 tur olan bir çubuk tipi akım trafosu, 0,2Ω iç direnci olan standart bir ampermetre aralığı ile kullanılacaktır. Birincil akım 800 Amper olduğunda ampermetrenin tam ölçekli bir sapma vermesi gerekir. Ampermetre boyunca maksimum ikincil akımı ve ikincil voltajı hesaplayın.

İkincil Akım:

Ampermetre boyunca voltaj:

Yukarıda, akım trafosunun sekonderi çok küçük bir dirence sahip olan ampermetreye bağlandığından, sekonder sargıdaki voltaj düşüşünün tam primer akımda sadece 1.0 volt olduğunu görebiliriz.

Ancak ampermetre çıkarılırsa, ikincil sargı etkin bir şekilde açık devre olur ve bu nedenle transformatör bir yükseltici transformatör görevi görür. Bu kısmen, ikincil kaçak reaktans ikincil indüklenen voltajı etkilediğinden ikincil çekirdekteki mıknatıslanma akısındaki çok büyük artıştan kaynaklanır, çünkü ikincil sargıda bunu önleyecek karşıt akım yoktur.

Sonuçlar, ikincil sargıda Vp(Ns/Np) oranına eşit, ikincil sargıda indüklenen çok yüksek bir voltajdır. Örneğin, yukarıdaki akım trafomuzun 480 volttan topraklama üç fazlı bir güç hattında kullanıldığını varsayalım. Öyleyse:

Bu yüksek voltajın nedeni, birincil ve ikincil sargılarda dönüş başına volt oranının neredeyse sabit olması ve Vs = Ns*Vp olarak Ns ve Vp değerlerinin yüksek değerler olması, dolayısıyla Vs’nin aşırı yüksek olmasıdır.

Bu nedenle bir akım trafosu, ana primer akım içinden geçerken asla açık devre bırakılmamalı veya yüksüz olarak çalıştırılmamalıdır, tıpkı bir gerilim trafosunun asla kısa devreye girmemesi gibi. Ampermetre (veya yük) kaldırılacaksa, şok riskini ortadan kaldırmak için önce ikincil terminaller arasında bir kısa devre yerleştirilmelidir.

Bu yüksek voltajın nedeni, sekonder açık devre olduğunda, transformatörün demir çekirdeğinin yüksek derecede doygunlukta çalışması ve onu durduracak hiçbir şey olmaması, anormal derecede büyük bir sekonder voltaj üretmesidir ve yukarıdaki basit örneğimizde bu hesaplanmıştır. 76.8kV’de!. Bu yüksek ikincil voltaj, CT’nin terminallerine yanlışlıkla dokunulursa yalıtıma zarar verebilir veya elektrik çarpmasına neden olabilir.

El Tipi Akım Trafoları

Şu anda mevcut olan birçok özel tip akım trafosu vardır. Devre yüklemesini ölçmek için kullanılabilecek popüler ve taşınabilir bir “multimetre” olan tip, gösterildiği gibi “kelepçe metre” olarak adlandırılır.

Akım taşıyan bir iletkenin etrafını açıp kapatır ve etrafındaki manyetik alanı belirleyerek akımını ölçer, genellikle dijital bir ekranda devreyi kesmeden veya açmadan hızlı bir ölçüm okuması sağlar.

El tipi kelepçe tipi CT’nin yanı sıra, bir ucu çıkarılabilir olan ayrık çekirdekli akım trafoları mevcuttur, böylece yüklemek için yük iletkeni veya bara bağlantısının kesilmesi gerekmez. Bunlar, 1″ ila 12″ (25 ila 300mm) arasında kare pencere boyutlarıyla 100 ila 5000 amper arasındaki akımları ölçmek için mevcuttur.

Daha sonra özetlemek gerekirse, Akım Trafosu (CT) , birincil akımı manyetik bir ortam aracılığıyla ikincil akıma dönüştürmek için kullanılan bir tür alet transformatörüdür. İkincil sargısı daha sonra aşırı akım, düşük akım, tepe akımı veya ortalama akım koşullarını tespit etmek için kullanılabilen çok daha düşük bir akım sağlar.

Bir akım trafosunun birincil bobini her zaman ana iletken ile seri olarak bağlanır ve bu da seri trafo olarak da adlandırılır. Nominal ikincil akım, ölçüm kolaylığı için 1A veya 5A olarak derecelendirilmiştir. Wound, Toroidal, Donut veya Bar tiplerinde olduğu gibi tek bir birincil dönüş veya genellikle düşük akım oranları için birkaç sargılı birincil dönüş olabilir.

Akım trafoları orantılı akım cihazları olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, bir akım trafosunun sekonder sargısı asla bir açık devreye çalıştırılmamalıdır, tıpkı bir gerilim trafosunun asla kısa devreye çalıştırılmaması gibi.

Enerji verilmiş bir akım trafosunun sekonder devresinin açık devre yapılması çok yüksek voltajlara neden olacaktır, bu nedenle ampermetre çıkarılacaksa veya sistem açılmadan önce bir CT kullanımda değilse terminalleri kısa devre edilmelidir.

Transformatörlerle ilgili bir sonraki öğreticide, 3 fazlı kaynakları sağlamak için kullanılan Üç Fazlı Transformatör adı verilen daha büyük bir güç transformatörü üretmek için üç ayrı transformatörü bir yıldız veya delta konfigürasyonunda birbirine bağladığımızda ne olduğuna bakacağız.