ترانسفورماتور جریان که اغلب به اختصار CT نامیده می شود، یک ترانسفورماتور ابزار الکتریکی است که برای اندازه گیری جریان متناوب به طور ایمن و دقیق طراحی شده است. این کار با تبدیل یک جریان اولیه بزرگ که از یک هادی می گذرد به یک جریان ثانویه کوچکتر و متناسب عمل می کند که به راحتی توسط متر، رله های حفاظتی و تجهیزات کنترل قابل نظارت است. ترانسفورماتورهای جریان به طور گسترده در سیستم های قدرت، اتوماسیون صنعتی، سیستم های مدیریت انرژی و کاربردهای تست الکتریکی استفاده می شوند.
اصل کار ترانسفورماتور جریان بر اساس القای الکترومغناطیسی است که توسط مایکل فارادی کشف شد. هنگامی که جریان متناوب از یک هادی عبور می کند، یک میدان مغناطیسی متغیر در اطراف هادی ایجاد می کند. یک ترانسفورماتور جریان از این میدان مغناطیسی برای القای جریان متناظر در سیم پیچ ثانویه خود استفاده می کند.
یک ترانسفورماتور جریان معمولی از سه بخش اصلی تشکیل شده است: یک هسته مغناطیسی، یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه. هسته مغناطیسی معمولاً از فولاد سیلیکونی چند لایه یا سایر مواد با نفوذپذیری بالا ساخته می شود که به طور موثر شار مغناطیسی را هدایت می کند. سیم پیچ اولیه به صورت سری با هادی حامل جریان مورد اندازه گیری متصل می شود. در بسیاری از طرح ها، سیم پیچ اولیه به سادگی خود هادی است که از هسته ترانسفورماتور عبور می کند، به خصوص در ترانسفورماتورهای جریان نوع حلقه یا هسته تقسیم شده. سیم پیچ ثانویه به دور هسته مغناطیسی پیچیده می شود و به دستگاه های اندازه گیری یا محافظ متصل می شود.
هنگامی که جریان متناوب از طریق هادی اولیه عبور می کند، یک شار مغناطیسی در هسته ایجاد می کند. از آنجا که جریان متناوب است، شار مغناطیسی به طور مداوم در حال تغییر است. طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، یک شار مغناطیسی در حال تغییر، نیروی الکتروموتور را در سیم پیچ ثانویه القا می کند. این ولتاژ القایی جریانی را از مدار ثانویه عبور می دهد.
مقدار جریان ثانویه به نسبت چرخش بین سیم پیچ اولیه و ثانویه بستگی دارد. به عنوان مثال، در یک CT با نسبت دورهای 1000 به 1، یک جریان اولیه 1000 آمپر جریان ثانویه 1 آمپر تولید می کند. این رابطه تناسبی به ابزارها اجازه می دهد تا جریان های بسیار بزرگ را به طور غیرمستقیم بدون قرار گرفتن در معرض ولتاژ بالا یا بارهای جریان سنگین اندازه گیری کنند.
مدار ثانویه ترانسفورماتور جریان معمولاً به دستگاههای امپدانس کم مانند آمپرمترها یا رلههای محافظ متصل میشود. CT نزدیک به شرایط اتصال کوتاه در سمت ثانویه عمل می کند. تحت این شرایط، جریان ثانویه میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند که با میدان مغناطیسی اولیه مخالف است و تعادل را در هسته حفظ می کند. این تضمین می کند که جریان ثانویه به طور دقیق جریان اولیه را منعکس می کند.
ایمنی یک جنبه حیاتی در عملیات ترانسفورماتور جریان است. سیم پیچ ثانویه هرگز نباید در مدار باز رها شود در حالی که سیم اولیه برق دارد. یک ثانویه باز می تواند به دلیل عدم وجود جریان ثانویه مخالف باعث ایجاد ولتاژهای خطرناک در سراسر پایانه ها شود. این ممکن است به عایق آسیب برساند و خطرات جدی برای تجهیزات و پرسنل ایجاد کند.
ترانسفورماتورهای جریان همچنین عایق الکتریکی بین مدارهای توان بالا و ابزار اندازه گیری را فراهم می کنند. این جداسازی ایمنی سیستم را بهبود می بخشد و به ابزارهای استاندارد ولتاژ پایین اجازه می دهد تا در محیط های ولتاژ بالا استفاده شوند. علاوه بر این، CT ها با حذف نیاز به مترهای سنگین که قادر به کنترل مستقیم جریان های بزرگ هستند، به کاهش هزینه های سیستم اندازه گیری کمک می کنند.
ترانسفورماتورهای جریان مدرن با دقت بالا، پایداری حرارتی و دوام مکانیکی طراحی شده اند. برخی از انواع پیشرفته عبارتند از CT های هسته تقسیم شده برای نصب آسان، CT های سیم پیچ Rogowski برای اندازه گیری انعطاف پذیر و CT های کلاس حفاظت که برای تشخیص عیب و عملیات رله طراحی شده اند.
به طور خلاصه، یک ترانسفورماتور جریان، جریان را با استفاده از القای الکترومغناطیسی اندازه گیری می کند تا یک جریان اولیه بزرگ را به یک جریان ثانویه کوچکتر و متناسب تبدیل کند. نسبت دقیق، جداسازی الکتریکی و مزایای ایمنی آن را به یک وسیله ضروری در سیستمهای اندازهگیری و حفاظت الکتریکی مدرن تبدیل کرده است.
