ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ جديد
ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ جديد
ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان مطرح شده در بخش هاي قبل همگي مبتني بر اصول الكترومغناطيسي و استفاده از هسته ي مغناطيسي مي باشند . هم اكنون روش هاي زيادي جهت انتقال كميت اندازه گيري شده با استفاده از تجهيزات نوري تدوين شده اند .
ترانسفورماتور و جريان و ولتاژ نوري
دياگرام شكل 4-12 خصوصيات اصلي و دياگرام عملكردي يك ترانسديوسر نوري را نمايش مي دهد . مبدل هاي نوري و كانال هاي فيبر نوري ارتباط ميان حسگر و خروجي فشار ضعيف برقرار مي سازند . تفاوت بنياني ميان ترانسديوسرها و ترانسفورماتورهاي اندازه گيري متداول , نياز به يك واسط الكترونيكي جهت عملكرد آنها مي باشد . اين واسط جهت انجام وظيفه ي حسگري و تطابق فناوري جديد حسگر با جريان ها و ولتاژهاي ثانويه مورد نياز مي باشد .
ترانسفورماتور ولتاژ با جريان
ترانسديوسرهاي نوري غيرمتعارف خود در ادوات كوچك تر و سبك تر قابل استفاده مي باشند . اندازه ي كلي و توان نامي مورد نياز اين ادوات تاثير قابل توجهي بر روي اندازه و پيچيدگي حسگر ندارد . انكان دارد كه ساختارهاي عايقي كوچك و سبكي جهت نگهداري تجهيزات حسگر به عنوان جزئي از يك عايق تعبيه شوند . به علاوه , در اين جا مسائل مربوط به اثرات غير خطي و تداخل الكترومغناطيسي در سيم پيچ ثانويه ي ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان متداول به حداقل مي رسد .
ترانسديوسرهاي نوري را مي توان به دو گروه تقسيم كرد . گروه اول ترانسديوسرهاي هيبريد كه در آنها مدارهاي الكتريكي متداولي كه با مبدل هاي نوري مختلف در ارتباط مي باشند , مورد استفاده قرار گرفته اند . گروه دوم ترانسديوسرهاي كاملا نوري مي باشند كه بر اساس اصول پايه اي حسگرهاي نوري پايه ريزي شده اند .
مفاهيم حسگر نوري
رسانه هاي حساس به نور خاصي ( شيشه , بلورها و پلاستيك ) نسبت به ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي از خود حساسيت نشان مي دهند . به گونه اي كه بعضي خصوصيات پرتو نور هنگامي كه از داخل آنها عبور مي كند , تحت تاثير قرار مي گيرد . اجزاي يك ترانسديوسر نوري ساده در شكل 4-13 نمايش داده شده اند .
حالتي در نظر گرفته شود كه پرتو نور از دو فيلتر پلاريزه كننده عبور مي كند . در صورتي كه محور فيلترهاي پلاريزه كننده ي ورودي و خروجي نسبت به هم 45 درجه اختلاف داشته باشند , تنها نيمي از نور عبور خواهد كرد . شدت نور ورودي مرجع در تمامي زمان ها ثابت مي باشد . حال اگر اين دو فيلتر ثابت مانده و يك فيلتر پلاريزه كننده ي سوم ميان آنها اضافه گردد , يك گردش اتفاقي پلاريزه كننده ي مياني در جهت ساعت گرد يا پاد ساعت گرد متناسب با شدت ميدان صورت مي پذيرد . به اين ترتيب شدت پرتو نور خروجي متناسب با شدت ميدان مدوله مي شود .
هنگامي كه يك ماده ي حساس به نور ( شيشه يا بلور ) در معرض يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي متغير قرار مي گيرد , نقش پلاريزه كننده ي فرد را ايفا مي كند . تغييرات ميدان مغناطيسي با الكتريكي كه حسگر نوري در معرض آنها مي باشد , به صورت تغييرات شدت پرتو نور ورودي كه به آشكارساز نوري مي رسد , مورد پايش قرار مي گيرد . شدت نور خروجي حول سطح شدت ميدان صفر كه برابر 50 درصد شدت نور ورودي مرجع است , نوسان مي كند . در انتها , شدت نور مدوله شده با توجه به حضور ميدان هاي متغير , دوباره به جريان ها با ولتاژهاي متغير تبديل مي گردد .
ترانسديوسرها از حسگر اثر مغناطيسي _ نوري جهت اندازه گيري نوري جريان استفاده مي كنند . اين امر نشان مي دهد كه حسگر اساساً به جريان حساس نمي باشد بلكه نسبت به ميدان مغناطيسي توليد شده توسط جريان حساسيت نشان مي دهد . هر چند كه تجهيزات كلاماً نوري قابل دسترس مي باشند , اكثر ترانسديوسرهاي جرياني تجاري در دسترس بر اساس حسگر شيشه اي عمل مي كنند . از سوي ديگر اكثر ترانسديوسرهاي ولتاژي داراي حسگرهاي الكتريكي – نوري مي باشند . اين امر بيانگر اين حقيقت است كه حسگر مورد استفاده به ميدان القاء شده حساس مي باشد .
ترانسديوسرهاي هيبريد
ترانسديوسرهاي هيبريد جديد را مي توان به دو نوع تقسيم كرد . ترانسديوسرهايي كه داراي حسگرهاي فعال و آنهايي كه داراي حسگرهاي غيرفعال مي باشند . اصل عملكردي ترانسديوسرهاي داراي حسگر فعال , تبديل خروجي ترانسفورماتور اندازه گيري متداول موجود به يك خروجي نوري ايزوله با استفاده از يك سيستم مبدل نوري مي باشد . ممكن است كه اين سيستم تبديل , نياز به منبع تغذيه داشته باشد , از اين رو به آن حسگر فعال اطلاق مي شود . استفاده از يك سيستم ايزوله كننده ي نوري موجب مجزا شدن جريان ها و ولتاژهاي خروجي ثانويه ي ترانسفورماتورهاي اندازه گيري مي گردد . از اين رو ارتباط ميان اتاق كنترل و تجهيزات كليد زني تنها از طريق يك كابل نوري برقرار مي گردد .
ترانسديوسرهاي كاملاً نوري
اين ترانسفورماتورهاي اندازه گيري كاملاً مبتني بر مواد حساس به نور ساخته شده اند و كاملاً غيرفعال مي باشند . عمل حس كردن به صورت مستقيم از طريق ماده اي حساس به نور و يك كابل نوري به دست مي آيد . اين كابل ميان واحد اصلي و موقعيت نصب حسگر قرار گرفته و ارتباط مخابراتي را فراهم مي كند .
عنصر حس كننده از جنس مواد حساس به نور بوده كه در داخل ميدان الكتريكي يا مغناطيسي مورد اندازه گيري قرار مي گيرد . در مورد تجهيزات اندازه گيري جريان , عنصر حساس حتي به طور آزادانه در داخل ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد . اين عنصر را مي توان در داخل فاصله ي هوايي هسته ي مغناطيسي نيز قرار دارد . در مورد تجهيزات اندازه گيري ولتاژ گزينه هاي مشابهي وجود دارند . با اين تفاوت كه در اين جا حسگر نسبت به ميدان هاي الكتريكي حساس مي باشد . امكان تركيب هر دو حسگر در داخل يك محفظه وجود دارد . به اين ترتيب ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان در داخل يك محفظه تعبيه مي شوند , كه موجب صرفه جويي در فضا در داخل پست مي گردد .
در تمامي حالات يك فيبر نوري عهده دار انتقال نور مرجع از منبع به واسط و فيبر نوري ديگر عهده دار انتقال نور انعكاسي به مدار تحليل كننده مي باشد . برخلاف ترانسفورماتورهاي اندازه گيري متدال مستقل , ترانسفورماتورهاي اندازه گيري نوري نيازمند يك واسط الكتريكي جهت عملكرد خود مي باشند . از اين رو حسگر اين نوع ترانسديوسرها (مواد حساس به نور) غيرفعال مي باشد . با اين وجود صحت عملكرد آنها منوط به واسطي است كه در اتاق كنترل تغذيه مي شود .
سيستم هاي حسگر ديگر
سيستم هاي ديگر ي نيز جهت اندازه گيري ولتاژ و جريان خطوط مطرح شده اند كه در اين جا معرفي مي شوند .
ترانسفورماتور جريان با شار صفر ( اثر هال )
در اين حالت عنصر حس كننده يك ويفر نيمه هادي كه در داخل فاصله ي هوايي يك هسته ي مغناطيسي قرار داده شده است . اين نوع ترانسفورماتورها نسبت به جريان هاي مستقيم نيز حساس مي باشند . اين ترانسفورماتور نيازمند يك منبع تغذيه است كه از طريق خط با منبع تغذيه ي جداگانه اي تغذيه مي شود . معمولاً حداقل جريان قابل اندازه گيري در اين ترانسفورماتور برابر 1/0 درصد جريان نامي مي باشد . در ساده ترين حالت , ولتاژ ايجاد شده توسط اثر هال به طور مستقيم با جريان مغناطيسي مورد اندازه گيري متناسب مي باشد . در كاربردهاي دقيق تر و حساس تر , جريان از طريق يك ثانويه , سيم پيچ با چند دور , تامين مي گردد كه در اطراف حلقه ي مغناطيسي جهت متعادل كردن ميدان مغناطيسي فاصله ي هوايي قرار گرفته است . با استفاده از اين تجهيزات , امكان اندازه گيري بسيار دقيق جريان هاي مستقيم و با فركانس بالا فراهم مي آيد .
حسگر هيبريد مغناطيسي _ نوري
اين نوع از ترانسفورماتورها اغلب در مورد خطوط انتقال بلند جبران سازي شده توسط خازن سري مورد استفاده قرار مي گيرند در اين مورد نياز به اندازه گيري جريان زمين نشده وجود دارد . در اين حالت تعدادي حسگر جريان بر روي هر فاز مورد نياز مي باشد تا حفاظت در مقابل موج هاي ضربه اي خازن و تعادل را فراهم كنند . راه حل ترجيحي استفاده از ترانسفورماتورهاي داراي هسته ي مغناطيسي به شكل نوروئيد كه به سيستم هاي ايزوله كننده ي فيبر نوري متصل شده اند , مي باشد . اين حسگرها معمولاً از نوع فعال مي باشند زيرا كه سيستم ايزوله كننده نياز به منبع تغذيه دارد . اين ترانسفورماتور در شكل 4-17 نشان داده شده است .
سيم پيچ هاي روگوسكي
سيم پيچ روگوسكي براساس ترانسفورماتور داراي هسته ي هوايي با امپدانس بسيار بالا طراحي شده است . سيم پيچ ثانويه بر روي تروئيدي از جنس عايق پيچيده مي شود . در اغلب موارد سيم پيچ روگوسكي به يك تقويت كننده متصل مي گردد . اين امر به دليل فراهم آوردن انرژي كافي جهت تجهيزات حفاظتي و اندازه گيري متصل شده و تطبيق امپدانس ورودي اين دستگاه مي باشد . سيم پيچ روگوسكي نيازمند يك پارچه سازي ميدان مغناطيسي است كه در نتيجه داراي تاخير زمان و فاز به علت انجام اين يك پارچه سازي مي باشد . اين خطا را مي توان در داخل رله ي ديجيتال تصحيح كرد .
ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان مطرح شده در بخش هاي قبل همگي مبتني بر اصول الكترومغناطيسي و استفاده از هسته ي مغناطيسي مي باشند . هم اكنون روش هاي زيادي جهت انتقال كميت اندازه گيري شده با استفاده از تجهيزات نوري تدوين شده اند .
ترانسفورماتور و جريان و ولتاژ نوري
دياگرام شكل 4-12 خصوصيات اصلي و دياگرام عملكردي يك ترانسديوسر نوري را نمايش مي دهد . مبدل هاي نوري و كانال هاي فيبر نوري ارتباط ميان حسگر و خروجي فشار ضعيف برقرار مي سازند . تفاوت بنياني ميان ترانسديوسرها و ترانسفورماتورهاي اندازه گيري متداول , نياز به يك واسط الكترونيكي جهت عملكرد آنها مي باشد . اين واسط جهت انجام وظيفه ي حسگري و تطابق فناوري جديد حسگر با جريان ها و ولتاژهاي ثانويه مورد نياز مي باشد .
ترانسفورماتور ولتاژ با جريان
ترانسديوسرهاي نوري غيرمتعارف خود در ادوات كوچك تر و سبك تر قابل استفاده مي باشند . اندازه ي كلي و توان نامي مورد نياز اين ادوات تاثير قابل توجهي بر روي اندازه و پيچيدگي حسگر ندارد . انكان دارد كه ساختارهاي عايقي كوچك و سبكي جهت نگهداري تجهيزات حسگر به عنوان جزئي از يك عايق تعبيه شوند . به علاوه , در اين جا مسائل مربوط به اثرات غير خطي و تداخل الكترومغناطيسي در سيم پيچ ثانويه ي ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان متداول به حداقل مي رسد .
ترانسديوسرهاي نوري را مي توان به دو گروه تقسيم كرد . گروه اول ترانسديوسرهاي هيبريد كه در آنها مدارهاي الكتريكي متداولي كه با مبدل هاي نوري مختلف در ارتباط مي باشند , مورد استفاده قرار گرفته اند . گروه دوم ترانسديوسرهاي كاملا نوري مي باشند كه بر اساس اصول پايه اي حسگرهاي نوري پايه ريزي شده اند .
مفاهيم حسگر نوري
رسانه هاي حساس به نور خاصي ( شيشه , بلورها و پلاستيك ) نسبت به ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي از خود حساسيت نشان مي دهند . به گونه اي كه بعضي خصوصيات پرتو نور هنگامي كه از داخل آنها عبور مي كند , تحت تاثير قرار مي گيرد . اجزاي يك ترانسديوسر نوري ساده در شكل 4-13 نمايش داده شده اند .
حالتي در نظر گرفته شود كه پرتو نور از دو فيلتر پلاريزه كننده عبور مي كند . در صورتي كه محور فيلترهاي پلاريزه كننده ي ورودي و خروجي نسبت به هم 45 درجه اختلاف داشته باشند , تنها نيمي از نور عبور خواهد كرد . شدت نور ورودي مرجع در تمامي زمان ها ثابت مي باشد . حال اگر اين دو فيلتر ثابت مانده و يك فيلتر پلاريزه كننده ي سوم ميان آنها اضافه گردد , يك گردش اتفاقي پلاريزه كننده ي مياني در جهت ساعت گرد يا پاد ساعت گرد متناسب با شدت ميدان صورت مي پذيرد . به اين ترتيب شدت پرتو نور خروجي متناسب با شدت ميدان مدوله مي شود .
هنگامي كه يك ماده ي حساس به نور ( شيشه يا بلور ) در معرض يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي متغير قرار مي گيرد , نقش پلاريزه كننده ي فرد را ايفا مي كند . تغييرات ميدان مغناطيسي با الكتريكي كه حسگر نوري در معرض آنها مي باشد , به صورت تغييرات شدت پرتو نور ورودي كه به آشكارساز نوري مي رسد , مورد پايش قرار مي گيرد . شدت نور خروجي حول سطح شدت ميدان صفر كه برابر 50 درصد شدت نور ورودي مرجع است , نوسان مي كند . در انتها , شدت نور مدوله شده با توجه به حضور ميدان هاي متغير , دوباره به جريان ها با ولتاژهاي متغير تبديل مي گردد .
ترانسديوسرها از حسگر اثر مغناطيسي _ نوري جهت اندازه گيري نوري جريان استفاده مي كنند . اين امر نشان مي دهد كه حسگر اساساً به جريان حساس نمي باشد بلكه نسبت به ميدان مغناطيسي توليد شده توسط جريان حساسيت نشان مي دهد . هر چند كه تجهيزات كلاماً نوري قابل دسترس مي باشند , اكثر ترانسديوسرهاي جرياني تجاري در دسترس بر اساس حسگر شيشه اي عمل مي كنند . از سوي ديگر اكثر ترانسديوسرهاي ولتاژي داراي حسگرهاي الكتريكي – نوري مي باشند . اين امر بيانگر اين حقيقت است كه حسگر مورد استفاده به ميدان القاء شده حساس مي باشد .
ترانسديوسرهاي هيبريد
ترانسديوسرهاي هيبريد جديد را مي توان به دو نوع تقسيم كرد . ترانسديوسرهايي كه داراي حسگرهاي فعال و آنهايي كه داراي حسگرهاي غيرفعال مي باشند . اصل عملكردي ترانسديوسرهاي داراي حسگر فعال , تبديل خروجي ترانسفورماتور اندازه گيري متداول موجود به يك خروجي نوري ايزوله با استفاده از يك سيستم مبدل نوري مي باشد . ممكن است كه اين سيستم تبديل , نياز به منبع تغذيه داشته باشد , از اين رو به آن حسگر فعال اطلاق مي شود . استفاده از يك سيستم ايزوله كننده ي نوري موجب مجزا شدن جريان ها و ولتاژهاي خروجي ثانويه ي ترانسفورماتورهاي اندازه گيري مي گردد . از اين رو ارتباط ميان اتاق كنترل و تجهيزات كليد زني تنها از طريق يك كابل نوري برقرار مي گردد .
ترانسديوسرهاي كاملاً نوري
اين ترانسفورماتورهاي اندازه گيري كاملاً مبتني بر مواد حساس به نور ساخته شده اند و كاملاً غيرفعال مي باشند . عمل حس كردن به صورت مستقيم از طريق ماده اي حساس به نور و يك كابل نوري به دست مي آيد . اين كابل ميان واحد اصلي و موقعيت نصب حسگر قرار گرفته و ارتباط مخابراتي را فراهم مي كند .
عنصر حس كننده از جنس مواد حساس به نور بوده كه در داخل ميدان الكتريكي يا مغناطيسي مورد اندازه گيري قرار مي گيرد . در مورد تجهيزات اندازه گيري جريان , عنصر حساس حتي به طور آزادانه در داخل ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد . اين عنصر را مي توان در داخل فاصله ي هوايي هسته ي مغناطيسي نيز قرار دارد . در مورد تجهيزات اندازه گيري ولتاژ گزينه هاي مشابهي وجود دارند . با اين تفاوت كه در اين جا حسگر نسبت به ميدان هاي الكتريكي حساس مي باشد . امكان تركيب هر دو حسگر در داخل يك محفظه وجود دارد . به اين ترتيب ترانسفورماتورهاي ولتاژ و جريان در داخل يك محفظه تعبيه مي شوند , كه موجب صرفه جويي در فضا در داخل پست مي گردد .
در تمامي حالات يك فيبر نوري عهده دار انتقال نور مرجع از منبع به واسط و فيبر نوري ديگر عهده دار انتقال نور انعكاسي به مدار تحليل كننده مي باشد . برخلاف ترانسفورماتورهاي اندازه گيري متدال مستقل , ترانسفورماتورهاي اندازه گيري نوري نيازمند يك واسط الكتريكي جهت عملكرد خود مي باشند . از اين رو حسگر اين نوع ترانسديوسرها (مواد حساس به نور) غيرفعال مي باشد . با اين وجود صحت عملكرد آنها منوط به واسطي است كه در اتاق كنترل تغذيه مي شود .
سيستم هاي حسگر ديگر
سيستم هاي ديگر ي نيز جهت اندازه گيري ولتاژ و جريان خطوط مطرح شده اند كه در اين جا معرفي مي شوند .
ترانسفورماتور جريان با شار صفر ( اثر هال )
در اين حالت عنصر حس كننده يك ويفر نيمه هادي كه در داخل فاصله ي هوايي يك هسته ي مغناطيسي قرار داده شده است . اين نوع ترانسفورماتورها نسبت به جريان هاي مستقيم نيز حساس مي باشند . اين ترانسفورماتور نيازمند يك منبع تغذيه است كه از طريق خط با منبع تغذيه ي جداگانه اي تغذيه مي شود . معمولاً حداقل جريان قابل اندازه گيري در اين ترانسفورماتور برابر 1/0 درصد جريان نامي مي باشد . در ساده ترين حالت , ولتاژ ايجاد شده توسط اثر هال به طور مستقيم با جريان مغناطيسي مورد اندازه گيري متناسب مي باشد . در كاربردهاي دقيق تر و حساس تر , جريان از طريق يك ثانويه , سيم پيچ با چند دور , تامين مي گردد كه در اطراف حلقه ي مغناطيسي جهت متعادل كردن ميدان مغناطيسي فاصله ي هوايي قرار گرفته است . با استفاده از اين تجهيزات , امكان اندازه گيري بسيار دقيق جريان هاي مستقيم و با فركانس بالا فراهم مي آيد .
حسگر هيبريد مغناطيسي _ نوري
اين نوع از ترانسفورماتورها اغلب در مورد خطوط انتقال بلند جبران سازي شده توسط خازن سري مورد استفاده قرار مي گيرند در اين مورد نياز به اندازه گيري جريان زمين نشده وجود دارد . در اين حالت تعدادي حسگر جريان بر روي هر فاز مورد نياز مي باشد تا حفاظت در مقابل موج هاي ضربه اي خازن و تعادل را فراهم كنند . راه حل ترجيحي استفاده از ترانسفورماتورهاي داراي هسته ي مغناطيسي به شكل نوروئيد كه به سيستم هاي ايزوله كننده ي فيبر نوري متصل شده اند , مي باشد . اين حسگرها معمولاً از نوع فعال مي باشند زيرا كه سيستم ايزوله كننده نياز به منبع تغذيه دارد . اين ترانسفورماتور در شكل 4-17 نشان داده شده است .
سيم پيچ هاي روگوسكي
سيم پيچ روگوسكي براساس ترانسفورماتور داراي هسته ي هوايي با امپدانس بسيار بالا طراحي شده است . سيم پيچ ثانويه بر روي تروئيدي از جنس عايق پيچيده مي شود . در اغلب موارد سيم پيچ روگوسكي به يك تقويت كننده متصل مي گردد . اين امر به دليل فراهم آوردن انرژي كافي جهت تجهيزات حفاظتي و اندازه گيري متصل شده و تطبيق امپدانس ورودي اين دستگاه مي باشد . سيم پيچ روگوسكي نيازمند يك پارچه سازي ميدان مغناطيسي است كه در نتيجه داراي تاخير زمان و فاز به علت انجام اين يك پارچه سازي مي باشد . اين خطا را مي توان در داخل رله ي ديجيتال تصحيح كرد .
+ نوشته شده در سه شنبه بیست و پنجم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 19:12 توسط ناهید جعفرزاده
|