หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าทำงานอย่างไร? คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับหลักการทำงานของ CT

การแนะนำ

ในบทความก่อนหน้านี้ เราได้แนะนำ สิ่งที่หม้อแปลงกระแส (CT) คืออะไร รวมถึงโครงสร้างพื้นฐาน ประเภททั่วไป และการใช้งานทั่วไป

อย่างไรก็ตาม สำหรับวิศวกรอุปกรณ์ ผู้วางระบบไฟฟ้า และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อ การทำความเข้าใจเฉพาะคำจำกัดความของหม้อแปลงกระแสอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ

ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการเลือกผลิตภัณฑ์และการออกแบบระบบคือวิธีการทำงานของหม้อแปลงกระแสและวิธีที่ทำให้สามารถวัดกระแสได้อย่างปลอดภัยและแม่นยำ

หม้อแปลงกระแสไม่ได้เปลี่ยนกระแสที่ไหลผ่านวงจรปฐมภูมิโดยตรง แต่จะใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิที่เป็นสัดส่วนกับกระแสปฐมภูมิ

ช่วยให้ระบบไฟฟ้าสามารถวัดกระแสไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ ขณะเดียวกันก็รักษาการแยกทางไฟฟ้าระหว่างวงจรกระแสสูงและอุปกรณ์วัด

ในบทความนี้ เราจะอธิบายหลักการทำงานของหม้อแปลงกระแส การทำงานของส่วนประกอบแต่ละส่วน และปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด CT

1. เหตุใดหม้อแปลงกระแสจึงสามารถวัดกระแสสูงได้

เครื่องมือวัดแบบทั่วไปไม่สามารถวัดแอมแปร์หลายร้อยหรือหลายพันแอมแปร์ได้โดยตรงในระบบไฟฟ้ากระแสสูง

การเชื่อมต่ออุปกรณ์วัดเข้ากับวงจรกระแสไฟสูงโดยตรงอาจทำให้เครื่องมือเสียหาย และสร้างความเสี่ยงด้านความปลอดภัยให้กับผู้ปฏิบัติงาน

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหานี้

โดยจะใช้สนามแม่เหล็กเป็นสื่อกลางในการถ่ายโอนพลังงาน ช่วยให้วงจรหลักและวงจรการวัดยังคงแยกทางไฟฟ้าได้ ในขณะเดียวกันก็สะท้อนการเปลี่ยนแปลงของกระแสหลักได้อย่างแม่นยำ

ดังนั้น CT ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความปลอดภัยในการวัดเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในระบบตรวจสอบพลังงานสมัยใหม่อีกด้วย

2. โครงสร้างพื้นฐานของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

หม้อแปลงกระแสทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญหลายประการ:

• ตัวนำหลัก
• แกนแม่เหล็ก
• ขดลวดทุติยภูมิ
• โครงสร้างที่อยู่อาศัยและฉนวน

ตัวนำหลักมักจะเป็นสายเคเบิลหรือตัวนำที่กำลังวัด

เมื่อกระแสไฟฟ้ากระแสสลับไหลผ่านตัวนำหลัก มันจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปภายในแกนแม่เหล็ก

ขดลวดทุติยภูมิวางอยู่รอบๆ แกนแม่เหล็ก เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะถูกสร้างขึ้นในขดลวดทุติยภูมิตามหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เอาต์พุตรองให้สัญญาณกระแสตามสัดส่วนที่สามารถใช้ได้เป็นเมตร ระบบตรวจสอบ หรืออุปกรณ์ควบคุม

ภาพที่ 2: โครงสร้างหน้าตัดของหม้อแปลงกระแส

3. หลักการทำงานของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

หลักการทำงานของหม้อแปลงกระแสจะขึ้นอยู่กับกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์

กระบวนการดำเนินการสามารถเข้าใจได้ในสี่ขั้นตอนง่ายๆ:

ขั้นตอนที่ 1

กระแสไฟ AC ไหลผ่านตัวนำหลัก

↓

ขั้นตอนที่ 2

กระแสจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปภายในแกนแม่เหล็ก

↓

ขั้นตอนที่ 3

ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดกระแสในขดลวดทุติยภูมิ

↓

ขั้นตอนที่ 4

ด้านทุติยภูมิจะส่งสัญญาณกระแสออกเป็นสัดส่วนกับกระแสปฐมภูมิ

ตลอดกระบวนการนี้:

• วงจรหลักและวงจรรองไม่ได้เชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรง
• พลังงานถูกถ่ายโอนผ่านสนามแม่เหล็ก

นี่คือสาเหตุที่หม้อแปลงกระแสให้การแยกทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ระหว่างวงจรกระแสสูงและอุปกรณ์ตรวจวัด

4. เหตุใดอัตราส่วนการหมุนจึงกำหนดกระแสไฟขาออก

ปัจจัยสำคัญที่ช่วยให้สามารถวัดกระแสตามสัดส่วนได้คืออัตราส่วนรอบของขดลวด

ตามหลักการของหม้อแปลง อัตราส่วนระหว่างการหมุนของขดลวดปฐมภูมิและการหมุนของขดลวดทุติยภูมิจะกำหนดอัตราส่วนกระแสไฟขาออก

ตัวอย่างเช่น:

หม้อแปลงกระแส 100A / 5A

ซึ่งหมายความว่า:

• พิกัดกระแสหลัก: 100A
• กระแสไฟขาออกรอง: 5A

เมื่อกระแสไฟหลักถึง 100A ฝั่งทุติยภูมิจะเอาท์พุตประมาณ 5A

ดังนั้น เมื่อเลือกหม้อแปลงกระแส วิศวกรจำเป็นต้องเลือกอัตราส่วนการแปลงที่ถูกต้องตามพิกัดกระแสของการใช้งาน

5. เหตุใดหม้อแปลงกระแสจึงสามารถวัดกระแสไฟ AC ได้เท่านั้น

นี่เป็นคำถามทั่วไปสำหรับวิศวกรที่เพิ่งเริ่มใช้เทคโนโลยี CT

หม้อแปลงกระแสอาศัยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

เนื่องจากกระแสไฟ AC เปลี่ยนทิศทางและขนาดอย่างต่อเนื่อง จึงสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องภายในแกนแม่เหล็ก

อย่างไรก็ตาม กระแสไฟฟ้ากระแสตรงจะสร้างสนามแม่เหล็กคงที่หลังจากเข้าสู่สถานะเสถียร เนื่องจากไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก หม้อแปลงกระแสแบบเดิมจึงไม่สามารถวัดกระแส DC ได้

สำหรับการวัดกระแส DC วิศวกรมักจะใช้เทคโนโลยีทางเลือก เช่น:

• เซ็นเซอร์กระแสฮอลล์เอฟเฟกต์
• เซ็นเซอร์ฟลักซ์เกต
• Rogowski Coils (สำหรับการใช้งานเฉพาะ)