اندازه گیری جریان متناوب

اندازه گیری جریان متناوب

در این مطلب از مبحث آموزش برق صنعتی می خواهیم شما را با نحوه اندازه گیری جریان متناوب در حوزه برق صنعتی و قدرت آشنا کنیم.

آمپرمتر: مقدار موثر جریان الکتریکی عبوری از یک مصرف کننده یک فاز یا سه فاز به وسیله آمپرمتر اندازه گیری می شود. این اندازه گیری با دو روش برای حالت های مختلف امکان پذیر است.

اندازه گیری جریان متناوب به صورت مستقیم

در این روش آمپر به صورت سری در مدار قرار گرفته و مقدار کمیت مورد سنجش را اندازه گیری کرده و آن را نمایش می دهد. طرز نمایش دادن مقدار کمیت اگر به صورت اعداد باشد به آن آمپر دیجیتالی ( مانند شکل زیر) می گویند. اگر طرز نمایش دادن مقدار کمیت به وسیله عقربه باشد به آن آمپرمتر آنالوگ می گویند. این نوع آمپرها می تواند به صورت تابلویی یا آزمایشگاهی با توجه به نیاز و نحوه نصب در سیستم انتخاب گردد. حداکثر مقدار جریان قابل اندازه گیری در حالت مستقیم معمولا 50 آمپر به صورت صنعتی و 10 یا 20 آمپر به صورت آزمایشگاهی می باشد.

 

اندازه گیری جریان بارهای القایی

در اندازه گیری جریان AC و انتخاب نوع آمپر باید به نوع بار از نظر خاصیت اهمی، سلفی و خازنی توجه داشته باشد. اگر مصرف کننده خاصیت اهمی داشته باشد جریان آمپر می تواند تا حداکثر جریان مصرف کننده انتخاب گردد. یعنی اگر حداکثر جریان مصرف کننده 10 آمپر باشد می توان با آمپر 10-0 آمپر مقدار جریان را اندازه گیری نمود.

اگر مصرف کننده خاصیت، اهمی – خازنی یا اهمی – سلفی داشته باشد و جریان نامی مصرف کننده 10 آمپر باشد. نمی توان با آمپر 10-0 آمپری این جریان را اندازه گیری نمود. چون در بارهای غیراهمی جریان AC در لحظه اول افزایش یافته و بعد از طی مدت زمان مشخص به مقدار نامی خود می رسد. مثال زیر این مطلب را همراه با مدار مربوطه بیان می کند.

مثال: الکتروموتور سه فاز القایی با جریان نامی 10 آمپر مفروض است آمپر موجود حداکثر می تواند 20 آمپر AC را اندازه گیری نماید. طرز اندازه گیری جریان الکترو موتور را همراه با مدار مربوطه توضیح دهید؟

حل: اگر مستقیما این آمپر در مسیر جریان الکتروموتور قرار گیرد در لحظه راه اندازی آمپرمتر می سوزد.

علت: می دانیم جریان راه اندازی الکتروموتورهای القایی باتوجه به نوع بارشان 5 تا 7 برابر جریان نامی می باشد. پس در لحظه راه اندازی جریان عبوری می تواند بین 50 تا 70 آمپر باشد. (حداقل 50=10×5 و حداکثر 70=10×7) که این جریان بیش از جریان قابل تحمل آمپرتر می باشد.

برای اندازه گیری جریان با همین آمپرمتر می توان از مدار شکل زیر استفاده نمود. به طوری که در لحظه راه اندازی کلید K وصل بوده و بعد از راه اندازی، که جریان موتور برابر با جریان نامی شد، می توان کلید K را قطع نموده و مقدار جریان را اندازه گیری کرد این کار باعث می شود که جریان راه اندازی از کلید عبور نموده و آسیبی به آمپرمتر نزند.

اندازه گیری جریان متناوب به صورت غیر مستقیم

در جریان متناوب برای اندازه گیری جریان های بالای 50 آمپر از ترانسفورماتورهای جریان (Current Ttransformer- C.T) استفاده می کنند. کار این دستگاه ها تبدیل جریان های زیاد به جریان کم قابل اندازه گیری و در ضمن حفاظت دستگاه های اندازه گیری در مقابل ضربات ممکنه می باشد. این دستگاه (C.T) جریان هایی از 5 تا 6000 آمپر را به 5 آمپر یا 1 آمپر تبدیل می کند. تلفات ترانسفورماتورهای جریان بسیار کم و دقت آن ها زیاد است و در کلاس دقت 0.2، 0.5، 1، 3، 10 ساخته می شوند. هسته آن ها از صفحات (نیکل – آهن) با ضخامت 0.1 تا 0.5 و یا از جنس فریت یکپارچه با قابلیت نفوذ مغناطیسی زیاد ساخته شده است. عایق این ترانسفورماتورها تا 60 کیلووات از نوع جامد و از 60 کیلووات به بالا روغن می باشد.

سیم پیچ اولیه این ترانسفورماتورها به صورت سری با مصرف کننده قرار گرفته و ثانویه به آمپر وصل می گردد. مقاومت داخلی ثانویه ترانسفورماتور خیلی کوچک بوده و به این جهت ترانسفورماتور در حالت اتصال کوتاه کار می کند. در اکثر این ترانسفورماتورها سیم پیچ اولیه را فقط سیم حامل جریان تشکیل می دهد که آمپر دور مغناطیس کننده ضعیفی تولید می کند در نتیجه مدار مغناطیسی آن ها را کاملا مسدود می سازند و قابلیت نفوذ مغناطیسی هسته باید خیلی زیاد باشد. سیم پیچ ثانویه دارای حلقه های زیاد بوده که به طور یکنواخت روی مدار مغناطیسی پیچیده شده است. در اندازه گیری جریان های کمتر اولیه هم به صورت سیم پیچی با دور مشخص می باشد.

در اندازه گیری های دائمی (در تابلوها) این ترانسفورماتورها روی شین اصلی ( تسمه مسی) یا روی کابل ورودی به صورت ثابت نصب می گردند و در صورتیکه لازم باشد جریان مصرف کننده بدون قطع مدار اندازه گیری شود، از آمپرهای انبری یا گلوئی استفاده می کنند که قسمت گلوئی روی سیم حامل جریان (اولیه) قرار گرفته و از طریق سیم پیچ ثانویه پیچیده شده روی هسته آمپرمتر، جریان عبوری با نسبت تبدیل مشخص وارد آمپر متر شده و اندازه گیری می شود. ثانویه ترانسفورماتورهای جریان نباید در زیر بار باز شود در صورت نیاز باید ثانویه اتصال کوتاه شده، بعد باز شود.

مشکلات باز نمودن ثانویه ترانسفورماتور جریان در حین کار

در لحظه باز شدن ثانویه، جریان ثانویه قطع شده و فوران ثانویه نیز صفر می گردد و فوران منتجه در هسته برابر با فوران اولیه شده که به علت بزرگی آن نیروی محرکه الکتریکی ثانویه افزایش می یابد. افزایش نیروی محرکه الکتریکی را می توان با رابطه زیر هم بیان کرد:

قانون دوم فاراد

1	E = _N Δɸ/ Δt

طبق این رابطه در لحظه قطع ثانویه Δɸ/ Δt (تغییرات فوران نسبت به تغییرات زمان) شدیدا افزایش یافته و باعث بالا رفتن نیروی محرکه الکتریکی (e) می گردد که افزایش ولتاژ در ثانویه باعث صدمه دیدن سیم پیچی ثانویه از نظر عایقی شده و خطراتی برای شخصی که با دستگاه کار می کند به وجود می آورد. به خاطر این که ثانویه ترانسفورماتور جریان نباید زیر بار قطع شود. فیوز در مدار آن نصب نمی شود.

برای انتخاب C.T مناسب باید مقدار کل عبوری را محاسبه نموده و مقدار جریان اولیه C.T را کمی بیشتر از آن انتخاب نمود آمپرمترهایی که در این روش استفاده می کنند نسبت تبدیل آن ها باید برعکس ترانسفورماتور جریان باشد. به عنوان مثال اگر ترانسفورماتور جریان 5/100 انتخاب شده باشد باید آمپرمتر 100/5 انتخاب گردد.

مزایای ترانسفورماتورهای اندازه گیری

1- مدار اندازه گیری از قسمت فشار قوی مجزا شده و خطرات ناشی از فشارهای قوی از بین می رود.

2- به وسیله یک ترانسفورماتور می توان چندین دستگاه اندازه گیری را در آن واحد مورد استفاده قرار داد.

3- ترانسفورماتورهای اندازه گیری انرژی بسیار کمی مصرف می کنند.

4- ترانسفورماتورهای اندازه گیری با این که به وسیله کارخانجات مختلف با مشخصات و دقت معین ساخته می شوند ولی برای انواع اسباب های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

5- مدار اولیه و ثانویه ترانسفورماتور از هم ایزوله (ارتباط الکتریکی ندارد) شده در نتیجه کارکردن در ثانویه بی خطر است.

6- قدرت ترانسفورماتورهای جریان تا 1000 آمپر، V.A5 ، و از 1000 آمپر تا 2000 آمپر V.A10 و از 2000 آمپر به بالا V.A20 می باشد.