שנאי זרם, המקוצר לעתים קרובות כ-CT, הוא שנאי מכשיר חשמלי שנועד למדוד זרם חילופין בצורה בטוחה ומדויקת. זה עובד על ידי המרת זרם ראשוני גדול שזורם דרך מוליך לזרם משני קטן יותר, פרופורציונלי, שניתן לנטר בקלות על ידי מונים, ממסרי הגנה וציוד בקרה. שנאי זרם נמצאים בשימוש נרחב במערכות חשמל, אוטומציה תעשייתית, מערכות ניהול אנרגיה ויישומי בדיקות חשמל.
עקרון הפעולה של שנאי זרם מבוסס על אינדוקציה אלקטרומגנטית, אשר התגלה על ידי מייקל פאראדיי. כאשר זרם חילופין זורם דרך מוליך, הוא יוצר שדה מגנטי משתנה סביב המוליך. שנאי זרם משתמש בשדה המגנטי הזה כדי להשרות זרם מתאים בפיתול המשני שלו.
שנאי זרם טיפוסי מורכב משלושה חלקים עיקריים: ליבה מגנטית, פיתול ראשוני וסלילה משנית. הליבה המגנטית עשויה בדרך כלל מפלדת סיליקון למינציה או חומרים אחרים בעלי חדירות גבוהה המנחים ביעילות את השטף המגנטי. הפיתול הראשוני מחובר בסדרה עם המוליך הנושא את הזרם הנמדד. בעיצובים רבים, הפיתול העיקרי הוא פשוט המוליך עצמו העובר דרך ליבת השנאי, במיוחד בשנאי זרם טבעות או מפוצלים. הפיתול המשני כרוך סביב הליבה המגנטית ומחובר למכשירי מדידה או הגנה.
כאשר זרם חילופין זורם דרך המוליך הראשוני, הוא מייצר שטף מגנטי בליבה. מכיוון שהזרם מתחלף, השטף המגנטי משתנה ללא הרף. על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי, שטף מגנטי משתנה גורם לכוח אלקטרו-מוטורי בפיתול המשנית. המתח המושרה הזה מניע זרם דרך המעגל המשני.
גודל הזרם המשני תלוי ביחס הסיבובים בין הפיתולים הראשוניים והמשניים. לדוגמה, ב-CT עם יחס סיבובים של 1000 ל-1, זרם ראשוני של 1000 אמפר יפיק זרם משני של 1 אמפר. יחס פרופורציונלי זה מאפשר למכשירים למדוד זרמים גדולים מאוד בעקיפין מבלי להיחשף לעומסי מתח גבוה או זרם כבד.
המעגל המשני של שנאי זרם מחובר בדרך כלל להתקנים עם עכבה נמוכה כגון מד זרם או ממסרי הגנה. ה-CT פועל קרוב למצב קצר חשמלי בצד המשני. במצב זה, הזרם המשני יוצר שדה מגנטי משלו שמתנגד לשדה המגנטי הראשוני, שומר על איזון בליבה. זה מבטיח שהזרם המשני משקף במדויק את הזרם הראשוני.
בטיחות היא היבט קריטי של פעולת השנאים הנוכחיים. אסור להשאיר את הפיתול המשני פתוח במעגל בזמן שהראשי מופעל. משני פתוח עלול לגרום להתפתחות מתחים גבוהים בצורה מסוכנת על פני המסופים עקב היעדר זרם משני מנוגד. הדבר עלול לפגוע בבידוד ולהוות סכנות חמורות לציוד ולצוות.
שנאי זרם מספקים גם בידוד חשמלי בין מעגלי הספק גבוה ומכשירי מדידה. בידוד זה משפר את בטיחות המערכת ומאפשר שימוש במכשירי מתח נמוך סטנדרטיים בסביבות מתח גבוה. בנוסף, CT מסייעים בהפחתת עלויות מערכת המדידה על ידי ביטול הצורך במוני כבד המסוגלים לטפל בזרמים גדולים ישירות.
שנאי זרם מודרניים מתוכננים עם דיוק גבוה, יציבות תרמית ועמידות מכנית. כמה סוגים מתקדמים כוללים CTs ליבה מפוצלת להתקנה קלה, CTs סליל Rogowski למדידה גמישה, ו-CTs בדרגת הגנה המיועדים לזיהוי תקלות והפעלת ממסר.
לסיכום, שנאי זרם מודד זרם באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית כדי להמיר זרם ראשוני גדול לזרם משני קטן יותר ופרופורציונלי. היחס המדויק שלו, הבידוד החשמלי ויתרונות הבטיחות הופכים אותו למכשיר חיוני במערכות מדידה והגנה חשמליות מודרניות.
