آموزش و پژوهش علوم صنعت برق

به منظور تایید صحت عملکرد تجهیزات الکتریکی تستهایی بر روی آن‌ها انجام می‌شود. برخی از این تست‌ها در کارخانه و برخی از آن‌ها در تاسیسات و در مرحله پیش راه اندازی (Pre commissioning) صورت می‌گیرند. در این مطلب یا تست ترانس‌های جریان بیشتر آشنا می‌شویم.

به منظور تایید صحت عملکرد تجهیزات الکتریکی تستهایی بر روی آن‌ها انجام می‌شود. برخی از این تست‌ها در کارخانه و برخی از آن‌ها در تاسیسات و در مرحله پیش راه اندازی (Pre commissioning) صورت می‌گیرند.
تست‌های مربوط به ترانس جریان (CT) در تاسیسات:
این تست‌ها شامل موارد زیر می‌باشد:
Visual check شامل موارد زیر است:
-بررسی ظاهر CT و خواندن وچک کردن Data Plate ترانس جریان، صحت نصب و کانکشن CT، عدم کمبود پیچ‌ها و به خصوص پیچ مربوط به Earth :

در تصویر روبرو (شکل ۱) نمایی از یک ترانس جریان نوع قالبی که بیشتر در فیدر‌ها و سوئیچ گیر‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد را مشاهده می‌کنیم. ثانویه CT توسط پیچ Earth به شین Earth وصل می‌شود. این پیچ پشت یکی از پیچهای Connection ثانویه قرار گرفته است.
 

Megger Test: این تست برای تعیین مقاومت عایقی بین اولیه و ثانویه (ها)، اولیه و زمین، ثانویه‌ها و زمین و سیم پیچهای مختلف ثانویه با هم انجام می‌گیرد. مقدار ولتاژ اعمالی ۵۰۰V می‌باشد. لازم به ذکر است قبل از انجام این تست باید Earth از سمت ثانویه باز شود.

تست نسبت تبدیل Ratio Test:

روش ۱:در این حالت ثانویه‌های تمامی هسته‌های CT را اتصال کوتاه کرده و توسط دستگاه تزریق جریان (Current Injection Set)، جریانی برابر جریان نامی به اولیه CT اعمال نموده و مقدار جریان به دست آمده در سمت ثانویه را یادداشت می‌کنند. برای خواندن این جریان از آمپرمتر کلمپی استفاده می‌گردد. خطای اندازه گیری را طبق فرمول زیر به دست می‌آورند:
 

Ratio error % = [(rated ratio – Measured Ratio) * ۱۰۰)]/ (rated ratio)

روش ۲: در این روش مداری مانند شکل ۲ می‌بندیم. نسبت تبدیل از رابطه A۱ /A۲ به دست می‌آید. مقدار A۳ نشان دهنده جریان نشتی است.
 

Polarity Test & continuity test: طبق قرارداد می‌دانیم اگر جریان از سر نقطه دار اولیه یک ترانس وارد شود از سر نقطه دار ثانویه آن خارج می‌گردد. یعنی اگر جریان از سر P۱ وارد شود از سر S۱ خارج می‌شود. برای انجام این کار مطابق شکل یک ولتاژ DC، (۹ V) به صورت لحظه‌ای به اولیه اعمال کرده و با توجه به جهت حرکت عقربه گالوانومتر (یا مولتیمتر آنالوگ دارای نقطه صفر مرکزی central Zero scale)، پلاریته CT تعیین می‌گردد. برای داشتن پلاریته صحیح در لحظه بستن کلید انحراف عقربه به سمت راست و در لحظه باز کردن آن به سمت چپ خواهد بود؛ و بطور کلی حرکت عقربه، نشانه پیوستگی سیم پیچی هاست.

نکته: لازم است که ترمینالهای یک CT با پلاریته صحیح بسته شوند. زیرا در صورت وصل CT با پلاریته اشتباه در CT-های اندازه گیر باعث به وجود آمدن خطا در اندازه گیری و در CT-های حفاظتی باعث بوجود آمدن سیگنالهای نا منظم می‌گردد. البته اگر رله وصل شده به ثانویه جهتی (directional) نباشد، دیگر پلاریته اهمیت ندارد. مثل رله تشخیص جریان توالی صفر که به ثانویه CT کوربالانس (Core balance) وصل می‌شود.

تعیین مقاومت اهمی سیم پیچ ثانویه: از آنجا که مقدار این مقاومت پایین است میتوان با استفاده از دستگاهی مانند پل وتستون آنرا محاسبه نمود. اندازه گیری این مقاومت برای هسته‌های حفاظتی کلاس X. ضروری است.

پس از انجام تست‌های فوق کابل یا پیچ Earth را می‌بندیم؛ و مطابق شکل در CT –های چند Core به کانکشن‌های داخلی مربوط به ترمینال‌های ثانویه نیز توجه می‌کنیم.

در صورتی که در طراحی CT ذکر شده باشد تست‌های زیر نیز انجام خواهند شد:

تست دی الکتریک: بر اساس استاندارد تست دی الکتریک با اعمال ولتاژ ۱۰۰۰ ولت به مدت یک دقیقه و فقط برای ولتاژهای کمتر از ۶۰ V. صورت می‌گیرد. و، چون در تست Megger ولتاژ ۵۰۰ V. اعمال شد، دیگر نیازی به انجام این تست نیست.

منحنی مغناطیس شوندگی: برای انجام این تست به تجهیزات زیر نیاز داریم:

آمپرمتر آنالوگ کلاس ۰. ۵ یا ۱
ولتمتر آنالوگ کلاس ۰. ۵ یا ۱
ترانس ولتاژ PT
منبع تغذیه متغیر ۰ - ۲۴۰  ولت و حداقل ۱۰ آمپر جریان

مثال برای یک CT با نسبت تبدیل ۵۰۰ / ۱ و ولتاژ نقطه زانو VK= ۴۲۰ V.
ولتاژ نقطه زانو و ماکزیمم جریان Ie از روابط زیر به دست می‌آیند:
 

VK = ۲ If (RP+Rs)

Ie = (Is-Ir) /n
If= جریان ثانویه در ماکزیمم جریان خطا
Ir= جریان ستینگ رله
Rs= مقاومت سیم پیچ ثانویه CT
RP= مقاومت هادی بین رله و CT
N= شماره گروه حفاظتی CT که بسته به نوع حفاظت و نوع باسبار دارد:
N= ۲: برای حفاظت دیفرانسیل ماشین یا ترانسفورماتور
N= ۳: برای حفاظت REF (Restricted Earth Fault) در سیم پیچهای مثلث
N= ۴: برای حفاظت REF (Restricted Earth Fault) در سیم پیچهای ستاره

انواع ترانسهای جریان و تعاریف مربوط به ترانس جریان
ترانس‌های جریان از نظر هسته به دو نوع تقسیم می‌شوند:
۱ - ترانس‌های جریان با هسته اندازه گیری:
هسته این نوع CT-‌ها باید در جریان‌های اتصال کوتاه سریعاً به اشباع رفته و مانع از ازدیاد جریان در ثانویه و در نتیجه مانع سوختن و صدمه دیدن دستگاه‌های اندازه گیری شوند. این گونه ترانس‌های جریان می‌بایست در جریان نامی و مقادیر نزدیک به آن از دقت لازم برخوردار باشند.

۲ - ترانس‌های جریان با هسته حفاظتی:
این گونه هسته‌ها باید به گونه‌ای طراحی شوند که دیرتر به اشباع رفته تا بتوانند متناسب با افزایش جریان در اولیه، آن را در ثانویه ظاهر کرده و در جریانهای اتصال کوتاه هم بتوانند دقت لازم را داشته باشند تا با تشخیص این اضافه جریان در ثانویه توسط رله‌های حفاظتی فرمان قطع یا تریپ به کلیدهای مربوطه داده تا قسمتهای اتصالی شده و معیوب از شبکه جدا شوند. این هسته‌ها سه گونه مختلف دارند:

الف) هسته‌های حفاظتی a. P. b. (جهت حفاظت اضافه جریان و Earth fault)
ب) هسته‌های کلاس X. (برای حفاظت دیفرانسیل و Restricted earth fault) برای این نوع هسته‌ها بردن تعریف نمی‌شود و در هنگام تست CT باید مقاومت ثانویه را اندازه گیری کنیم تا از حد مجاز تعیین شده بیشتر نباشد.

ج) هسته‌های شکاف هوایی (TPy,TPz,TPc): این هسته‌ها جهت رله اتوریکلوزر، جهت خطاهای گذرا همانند رعد و برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تعاریف مربوط به ترانس جریان:
جریان نامی: مقدار جریانهای اولیه و ثانویه است که ترانس جریان بر اساس آن طراحی و ساخته شده است. جریانی که در حالت عادی از اولیه CT می‌گذرد می‌تواند تا ۱. ۲ برابر جریان نامی اولیه باشد. ولی بهتر است این جریان به جریان نامی اولیه CT نزدیک باشد. مقادیر نامی جریانهای نامی اولیه و ثانویه را در قسمت اول ملاحظه فرمایید.

بردن (burden): بردن عبارتست از مجموع کل امپدانسهای تجهیزات وصل شده به ثانویه CT (شامل دستگاه‌های اندازه گیری یا حفاظتی، کابلهای ارتباطی). مقدار بردن با ولت آمپر مشخص می‌گردد. مثلاً برای بک CT با نسبت تبدیل ۱۰۰۰ / ۱ و cos j= ۰. ۸ پسفاز و بردن ۳۰ VA داریم:
۳۰VA/ ۱A= ۳۰A=V ولتاژ دو سر بار

|Z|= ۳۰V/ ۱A= ۳۰ W. امپدانس بار

Z= ۳۰Ðcos- ۱۰. ۸ = ۲۴ +j۱۶

نسبت تبدیل نامی: نسبت جریان نامی اولیه CT به جریان نامی ثانویه آن

جریان حرارتی (thermal) Ith: عبارت است از مقدار جریانی که به اولیه ترانس جریان، به مدت یک ثانیه اعمال می‌شود و از نقطه نظر حرارتی مشکلی برای آن بوجود نمی‌آید.

جریان دینامیکی:حداکثر جریانیست که از اولیه CT می‌گذرد و از نقطه نظر نیروی مکانیکی اعمال شده، CT با مشکل مواجه نخواهد شد. میزان این جریان معمولاً ۲. ۵ برابر Ith می‌باشد.

توان نامی: میزان توانی است که یک CT در جریان و بردن نامی به مدار ثانویه تحویل می‌دهد. طبق استاندارد مقادیر این توان عبارتند از: ۲. ۵، ۵، ۱۰، ۱۵، ۳۰ ولت آمپر. البته در کاربردهای خاص مقادیر بزرگتری نیز وجود دارند (مثلاً ۵۰VA).

خطای نسبت تبدیل (Ratio error): میزان انحراف جریان ثانویه از مقدار تئوری، به ازای یک جریان مشخص اولیه می‌باشد. به شکل زیر نگاه کنید:
 

Ip= جریان موثر اولیه
Is= جریان موثر ثانویه
Kn=نسبت تبدیل نامی
 

%= ((KnIs-Ip) / Ip) * ۱۰۰ = [Is- (Ip/Kn) / (Ip/Kn)]* ۱۰۰ = (Is-I’p) / I’p) * ۱۰۰ خطای نسبت تبدیل
خطای جابجایی فاز (Phase displacement error): اختلاف فاز بین جریانهای اولیه و ثانویه یک ترانس جریان بر حسب رادیان می‌باشد. در صورتی که خطایی وجود نداشته باشد این مقدار برابر با صفر است. (نه ۱۸۰ درجه)
خطای مرکب (Composite error): خطایی است که هم دامنه و هم فاز را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
نقطه اشباع یا نقطه زانو (Knee point): نقطه ایست که در آن به ازای ۱۰ % افزایش در ولتاژ، جریان به اندازه ۵۰ % تغییرات داشته باشد.
جریان حد دقت (Accuracy limit current): حداکثر جریانی که از نقطه نظر خطای مجاز (خطای مرکب) می‌توان به CT اعمال کرد را جریان حد دقت می‌گویند. به عبارت دیگر بالاترین حد جریان اولیه که با در نظر گرفتن خطای مرکب می‌تواند به ثانویه انتقال یابد.
ضریب حد دقت: نسبت جریان حد دقت اولیه به جریان نامی اولیه را گویند.
کلاس دقت: برای CT اندازه گیری عبارت است از حداکثر خطای جریان مجاز در جریان نامی بر حسب درصد. برای CT-های اندازه گیر این کلاس‌ها عبارتند از: ۰. ۱، ۰. ۲، ۰. ۵، ۱، ۳ و ۵. به عنوان مثال کلاس دقت CL= ۱ یعنی ۱ % خطا در جریان نامی
برای CT-های حفاظتی عبارتست از حداکثر خطای مرکب مجاز در دقت نامی حدجریان اولیه و با حرف P. نمایش داده می‌شود؛ و طبق استاندارد شامل ۵P, ۱۰P و ۱۵P می‌باشد.
برای هسته‌های حفاظتی درصد خطای جریان را بصورت a. P. b. بیان می‌کنند. مثلا ۲۰ P. ۵؛ و این بدین معناست که در b. برابر جریان نامی خطای مرکب کمتر از a% باشد. (در ۲۰ برابر جریان نامی حداقل خطا ۵ %)
برای هسته‌های نوع x : پارامترهای اساسی این نوع هسته‌ها عبارتند از: ولتاژ در نقطه اشباع، جریان مغناطیس شوندگی در نقطه اشباع و حداکثر مقاومت اهمی سیم پیچ
ضریب ایمنی Security factor: عبارتست از نرخ جریان اولیه محدود به جریان اولیه نامی؛ بنابراین یک SF بالا نشان دهنده یک تغییر زیاد از جریان اولیه باشد که می‌تواند به تجهیزات وصل شده به ثانویه آسیب وارد نماید؛ بنابراین این مقدار باید پایین نگه داشته شود تا فقط جریانهایی در حد جریان نامی اندازه گیری شوند، نه جریانهای خطا.

انواع ترانس جریان از نظر ساختمانی:
۱ - نوع حلقوی
۲ - نوع قالبی یا رزینی (Casting Resin)
۳ - نوع بوشینگی (Bushing Type)
۴ - CT‌های هسته بالا AOK (Top Core)
۵ - CT‌های هسته پایین (Tank Type)

نوع حلقوی: در این نوع CT-‌ها هادی حامل ولتاژ اولیه از درون یک حلقه مانند که در واقع ثانویه CT است عبور می‌کند؛ و به CBCT مشهور هستند. گاهی اوقات به این نوع ترانسها، ترانسهای جریان پنجره‌ای می‌گویند.


 

نمونه هایی از ترانس‌های جریان نوع حلقوی (پنجره ای)

ترانس جریان نوع قالبی Bar primary: در مکان هایی که استفاده از نوع حلقوی مشکل باشد از این نوع CT استفاده می‌گردد. در این حالت اولیه به صورت یکپارچه با CT قرار دارد. از این نوع CT‌ها بیشتر در مناطق گرمسیری به منظور جلو گیری از نفوذ رطوبت و گرد و خاک به داخل CT استفاده می‌شود.



 

دو نمونه ترانس جریان قالبی

نوع بوشینگی: از این نوع ترانس جریان در هر نوع تجهیزاتی که دارای شیلد زمین شده در اطراف هادی جریان باشند می‌توان استفاده نمود. در این نوع CT-‌ها هسته و سیم پیچ ثانویه در داخل بوشینگ تجهیزات قرار داشته و از هادی داخل بوشینگ بعنوان سیم پیچ اولیه ترانس جریان استفاده می‌گردد.

از CT‌های نوع بوشینگی دردستگاه هایی نظیر کلید‌های فشار قوی از نوع DETUNK TYPE و یا بوشینگ راکتور‌ها به منظور صرفه جویی در هزینه‌های ساخت استفاده می‌شود.

 

ترانس جریان نوع بوشینگی

ترانس جریان با هسته بالا AOK: هادی اولیه در این نوع ترانس جریان ۴۰۰ کیلو ولت روغنی هسته بالا، میله‌ای راست و کوتاه با تلفات حرارتی بسیار کم می‌باشد. استفاده از این نوع CT-‌ها در ولتاژهای بالاتر از ۳۳۰ کیلو ولت بدلیل طراحی اقتصادی از سابر مدل‌ها ارزانتر است. در این ترانس مسیر طی شده توسط سیم پیچ اولیه در داخل ترانس کوتاه‌ترین مسیر بوده و طراحی آن به گونه ایست که سیم پیچ ثانویه با کمترین فاصله هوایی پیرامون هسته پیچیده شده و هادی اولیه از وسط این حلقه عبور می‌کند. ضمن این دو سیم پیچ با عایق بندی مناسبی از هم ایزوله می‌باشند.

به منظور جلوگیری از انقباض و انبساط روغن در اثر تغییرات درجه حرارت ناشی از تغییرات بار شبکه از گاز نیتروژن یا دیافراگم ارتجاعی با لاستیکی در بالای CT استفاده می‌شود.

ترانس جریان هسته پایین (tank type (IMB)): هادی اولیه این نوع ترانس جریان روغنی از نوع Hair Pin است و مخزن مربوطه از نظر فضای مورد نیاز هسته‌ها بسیار انعطاف پذیر می‌باشد.

با استفاده از کاغذ عایق مناسب در عایق پیچی هادی اولیه، تلفات عایقی بسیار کم بوده و در نتیجه استقامت عایقی و مقاومت در برابر پیرشدگی Ageing افزایش یافته است. دراین نوع ترانس هادی اولیه به شکل U. درون بوشینگ قرار گرفته است. عایق پیچی هادی اولیه آنرا از سیم پیچ ثانویه که با حداقل فاصله هوای روی هسته پیچیده شده ایزوله می‌نماید و فاصله بین این دو سیم پیج نیز با روغن پر می‌شود.

به منظور انقباض و انبساط روغن در اثر تغییرات بار شبکه از بالشتک‌های ارتجاعی لاستیکی (دیافراگم ارتجاعی) یا گاز نیتروژن استفاده می‌گردد.


شمایی از ترانسهای جریان هسته بالا و هسته پایین:

قسمت‌های مختلف ترانس جریان هسته پایین:
 

                        ترانس جریان هسته                         پایین ترانس جریان هسته بالا

در تصویر زیر Name plate یک ترانس جریان به همراه توضیحات مربوطه را می‌بینید.

در قسمت سوم به بحث در مورد CT کوربالانس Core balance و تست‌های مربوط به CT-‌ها خواهیم پرداخت.

ترانس جریان، نوعی از ترانس است که اولیه آن از یک یا چند حلقه تشکیل شده و ثانویه آن به گونه‌ای طراحی می‌شود که جریان سیستم قدرت را به مقداری مناسب جهت استفاده در دستگاه‌های اندازه گیری و حفاظتی تبدیل کرده، ضمن اینکه سیستم اندازه گیری یا حفاظتی را از سیستم قدرت ایزوله کند. در ادامه بیشتر با این تجهیز آشنا می‌شویم.

همانطور که می‌دانیم دستگاههای اندازه گیری جریان به صورت سری در مدار قرار می‌گیرند. در جریانهای پایین جهت اندازه گیری جریان، آمپرمتر به طور مستقیم در مدار قرار می‌گیرد.
 

این آمپرمتر‌ها در سطح ولتاژ پایین (Low Voltage) و جریان‌های کم، کاربرد مستقیم دارند؛ و در ولتاژ‌ها و جریان‌های بالا قابل استفاده نمی‌باشند؛ لذا توسط ترانسفورماتورهای اندازه گیری، سطح ولتاژ و جریان را تا اندازه‌ای کاهش می‌دهند که بتوان از دستگاه‌های اندازه گیری برای خواندن جریان یا ولتاژ استفاده نمود.

در اینجا فقط ترانس جریان (CT) مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تعریف: ترانس جریان، نوعی از ترانس است که اولیه آن از یک یا چند حلقه تشکیل شده و ثانویه آن به گونه‌ای طراحی می‌شود که جریان سیستم قدرت را به مقداری مناسب جهت استفاده در دستگاه‌های اندازه گیری و حفاظتی تبدیل کرده، ضمن اینکه سیستم اندازه گیری یا حفاظتی را از سیستم قدرت ایزوله کند.

مقدار جریان خروجی (ثانویه) CT مطابق استاندارد IEC ۱۸۵ (سال ۱۹۶۶) ۱، ۲ و ۵ آمپر می‌باشد. البته ۱ و ۵ آمپر متداول‌تر است. مقدار جریان ورودی (اولیه) ۱۰، ۱۲. ۵، ۱۵، ۲۰، ۲۵، ۳۰، ۴۰، ۵۰، ۶۰ و ۷۵ آمپر و مضارب ۱۰ مقادیر ذکر شده است.

در سطح ولتاژهای بالا بهتر است از CT-هایی با ثانویه ۵ آمپر استفاده گردد تا میزان ولتاژ القایی در ثانویه در مواقع OC (مدار باز) کمتر شود و به CT، مدارات، دستگاه‌ها و شخص آسیب کمتری وارد شود.

نسبت تبدیل یک CT برابر است با I۱ /I۲ و عموماً CT-‌ها با همین مشخصه شناخته می‌شوند. مثلاً CT هزار به یک ۱۰۰۰ / ۱A.

ترانس جریان بسته به نیاز می‌تواند بیش از یک هسته ثانویه داشته باشد. (تا ۶ هسته). این ثانویه‌ها برای استفاده در دستگاه‌های اندازه گیری یا حفاظتی بکار می‌روند. شکل ۲ شمای ساده‌ای از یک ترانس جریان را نشان می‌دهد.

 

شکل ۲

ترمینال‌های ورودی معمولاً با حروف بزرگ K. و L. (یا P۱ و P۲) و ترمینال‌های ثانویه با حروف کوچک k. و l. (یا S۱ و S۲) مشخص می‌شوند.

یک سوال: با توجه به فرمول اساسی ترانس‌ها (N۱ /N۲ =V۱ /V۲ =I۲ /I۱) در حالت ایده ال به هر میزان جریان ثانویه CT یک کاهش یابد، به همان اندازه ولتاژ ثانویه افزایش می‌یابد. حال در یک سیستم فشار قوی –مثلاً ۱۳۲KV با فرض جریان ۱۰۰۰ آمپر- آیا برای یک CT ۱۰۰۰ / ۱ در ثانویه ولتاژی برابر با ۱۰۰۰ * ۱۳۲kv= ۱۳۲MV خواهیم داشت؟

جواب: مسلماً پاسخ منفی است. برای درک بهتر مسئله به شکل ۳ نگاه کنید. ولتاژ اولیه CT، برابر با ولتاژ خط نیست بلکه برابر با حاصلضرب جریان عبوری از اولیه در میزان مقاومت آن قسمت از هادی است که از درون ثانویه CT عبور می‌کند. مقدار این مقاومت بسیار بسیار ناچیز است و طبق رابطه V=RI، مقدار ولتاژ دو سر اولیه CT مقداری در حد میلی ولت است؛ و بنابراین ولتاژ القاء شده در ثانویه CT در حد چندین ولت است. البته موارد ذکر شده مربوط به زمانیست که ثانویه CT اتصال باز نباشد.

شکل ۳

نکته بسیار مهم: هیچوقت ترمینالهای ثانویه یک CT را باز باقی نگذارید و ترمینالهای بدون استفاده را اتصال کوتاه کنید؛ و همچنین در هنگام تعمیر دستگاه وصل شده به ثانویه لازم است قبل از بیرون آوردن آن، ابتدا ثانویه را اتصال کرد؛ و پس از جایگذاری مجدد، اتصال کوتاه را برداشت. این نکته را در تمامی مواقع به خاطر داشته باشید. اما دلیل این امر چیست؟

همانطور که می‌دانیم در ترانسفورماتورها، جریان اولیه تابعی از جریان ثانویه است. یعنی به نسبت باری که به ثانویه ترانس متصل است جریانی از ثانویه عبور کرده و با توجه به نسبت تبدیل ترانس، به همان نسبت جریانی از اولیه نیز خواهد گذشت.

یعنی اگر از جریانهای نشتی و بی باری و ... صرف نظر کرده و ترانس را ایده ال در نظر بگیریم، زمانی که باری به ثانویه وصل نیست، از اولیه نیز جریانی عبور نخواهد کرد. اما از آنجا که ترانسهای جریان (CT-ها) به صورت سری در مدار قرار می‌گیرند، همواره عبور جریان از اولیه را خواهیم داشت، و متعاقب آن آمپردوری در اولیه تولید خواهد شد، اما از آنجا که در ثانویه باری وجود ندارد پس جریانی از آن نمی‌گذرد و در نتیجه آمپر دوری نیز وجود ندارد که با آمپر دور اولیه مخالفت کند. بنابراین فلو ((φ=NI/R در طرف اولیه بالاتر رفته و این افزایش فلو باعث ایجاد ولتاژ بسیار بزرگی (در حد چندین کیلو ولت) در ثانویه و همچنین گرم شدن هسته می‌شود و این امر سبب بروز جرقه در ثانویه یا حتی انغجار CT می‌گردد.

لازم است که ترمینالهای یک CT با پلاریته صحیح بسته شوند. زیرا در صورت وصل CT با پلاریته اشتباه در CT-های اندازه گیر به وجود آمدن خطا در اندازه گیری و در CT-های حفاظتی بوجود آمدن سیگنالهای نا منظم را خواهیم داشت.

در قسمت‌های بعد به تعاریف مربوط به CT، انواع CT و موارد کاربرد آن‌ها و تست‌های مربوط به CT-‌ها می‌پردازیم.

DCS چیست ؟

DCS مخفف Disterbuted Control System یعنی سیستم کنترل توزیع شده هست ، همینطور که از اسمش پیداست سیستمی هست که در اون کنترل فرایند توریع شده هست این کنترلی که ازش صحبت میکنم بر پایه PLC هست ، معمولاً در یک سیستم کنترلی توزیع شده چند تا CPU داریم که از طریق یک شبکه صنعتی با هم در ارتباط هستند هر CPU کار خاصی رو انجام میده و یک CPU بر کل فرایند و کار CPU های دیگه نظارت میکنه ( ممکنه این CPU ها به PLC مستقلی متعلق باشند و یا پردازنده کمکی جهت پردازشگر اصلی باشند در ضمن پردازشکر مرکزی هم ممکنه بیشتر از یکی باشه ) . پس تا اینجا فکر کنم مشخص شده باشه که DCS یک نوع روش پیاده سازی سیستم کنترلی هست ، یعنی اینجوری نیست که شما برید بازار بگید آقا یک DCS میخواستم ! میتونید DCS رو مثل یک کامپیوتر خانگی نصور کنید که قطعات مختلفش مثل رم و سی پی یو و مادر برد و... رو جداگانه از بازار میخرید و روی هم سوار می کنید و در اخر یک کامپیوتر دارید ، دی سی اس هم همینطوره ، شما پی ال سی و سخت افزار های مختلف رو میخرید و ارتباط بین اونها رو برقرار میکنید و در اخریک سیستم دی سی اس دارید ، از همینجا میشه فهمید که دی سی اس هم معماری و پیاده سازی های مختلفی داره !

- کجاها کاربرد داره؟ 
 معمولاً جاهایی از DCS استفاده میشه که

1. ورودی و خروجی خیلی زیاد داشته باشیم
2. امنیت فرایند برامون مهم باشه
3.   فرایند بزرگ و پیچیده باشه

و معمولاً در صنایع نفت و گاز ، خودرو سازی ، کارخانجات ، نیروگاهها و پستهای برق ،و... استفاده میشه . دی سی اس سیستم گرون قیمتی هست که بین 500 میلیون تا چندین میلیارد تومان قیمت داره

همانگونه که از اسم آن مشخص است ، یک سیستم کنترل توزیع شده سیستمی است که عملکرد آن بجای اینکه در یک نقطه متمرکز باشد، پراکنده است .

تعریف DCS

همانگونه که از اسم آن مشخص است ، یک سیستم کنترل توزیع شده سیستمی است که عملکرد آن بجای اینکه در یک نقطه متمرکز باشد، پراکنده است . یک سیستم کنترل توزیع شده از تعدادی ماجولهای میکروپروسسوری تشکیل شده که با همکاری یکدیگر عملکرد یک سیستم را کنترل مونیتور میکند. کامپیوتر ها با توجه به جغرافیای محل پخش می شوند، بنابر این این مسئله باعث کاهش هزینه نصب و سیم کشی می گردد.

DCS یک شبکه کامپیوتری است اما با شبکه های کامپیوتری خانگی و یا اداری موجود تفاوت دارد چرا که در DCS مسئله پردازش بلادرنگ مطرح می باشد مخالف آنچه در پردازشهای دسته ای در کامپیوترهای اداری یا خانگی دیده می شود. تفاوت دو روش پردازش در نحوۀ اجرای برنامه های آنهاست . در کامپیوترهای معمول نحوۀ پردازش بدینگونه می باشد که در یک زمان تنها یک برنامه منفرد اجرا می گردد بطوریکه این برنامه با یک سری داده های ثابت و مشخص شروع به محاسبات پیچیده نموده و در نهایت به نتایج مطلوب ختم می گردد و هنگامی که پردازش تمام شد برنامه متوقف شده تا برای اجرای مجدد با یک سری داده جدید فرمان بگیرد.

در روش پردازش « بلادرنگ » نیز پردازش با یک سری داده های ثابت شروع می شود، با این تفاوت که اجرای همان برنامه بطور مداوم ( چندین بار در ثانیه ) تکرار شده و داده ها را با توجه به داده های مرحله قبل تازه می گرداند. بعنوان مثال از یک عملکرد بلادرنگ می توان از همان کنترل اتوماتیک سرعت ماشین نام برد. کنترل با داده ثابت سرعت مطلوب شروع شده و در هر مرحله سرعت ماشین نمونه برداری می شود و با توجه به اختلاف آن با سرعت مطلوب ، سیگنالهای کنترلی مبنی بر باز یا بسته شدن دریچه بنزین اعمال می کردند.

یک کنترلر DCS نیز به همین طریق عمل می کند، یعنی بطور مداوم از صدها و شاید هزار سیستم تحت کنترل نمونه برداری کرده و محاسباتی را بر مبنای یک طرح مشخص برای سیستمهای مربوطه تکرار می کند. داده هایی که از محیط دریافت می شود را می توان به دو گروه تقسیم کرد :

داده های دریافتی سیستم DCS ( دو گروه اصلی )

الف – داده های آنالوگ : این داده بطور پیوسته تغییر می کنند و از طریق حلقه های کنترلی نرم افزاری که بنا به نیاز ممکن است شامل کنترلرهای نسبی ، Lead Lag یا PID باشد آنالیز شده و سیگنالهای خروجی مناسب صادر می شود.

ب – داده های گسسته : کارکردن با این داده ها ساده تر بوده وبا توجه به سیگنالهای دریافتی و روابط منطقی عاملی را قطع یا وصل می کند. برای دریافت داده ها از محیط DCS نیز مانند تمام کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی به یک سری المانها ، نظیر دماسنج ؛ فشار سنج ؛ آمپرمتر ، تجزیه کننده ها و غیره احتیاج می باشد. مقادیر المانها به سیگنالهای الکتریکی تبدیل شده و DCS آنها را خوانده و به دیجیتال تبدیل می کند. داده های بدست آمده در موارد زیر استفاده می شوند:
- حلقه های کنترلی ( فیدبک ها ) جهت کنترل آنالوگ
- اجرای برنامه های منطقی جهت صدور دستورالعمل های قطع و وصل
- نمایش مقادیر روی صفحه مونیتور
- تهیه و گزارش از وضعیت سیستم بصورت کپی سخت افزاری و غیره
- اعلام خط در وضعیت نامناسب سیستم تحت کنترل و بسیاری از عملیات های دیگر که متناظر با نوع سیستم قابل تعریف است.

اجزاء DCS
تقریبا ً هر شرکتی که PLC می سازه یه سیستم DCS مخصوص به خودش رو هم داره ، اما تو ایران بعلت تحریم و سایر مسایل DCS شرکت زیمنس کاربرد بیشتری داره داره که ما هم مبنا رو بر روی همین DCS می گذاریم اما یه دی سی اس رو میشه از دو جهت بررسی کرد
 الف) سخت افزار
 ب) نرم افزار
الف ) سخت افزار رو میشه به بخشهای زیر تقسیم کرد
1-      PLC
2-      شبکه صنعتی
3-      نحوه شبکه بندی
پس ابتدا به بررسی کلی ساختار یه PLC می پردازیم :
PLC یا programmable logic control در ابتدا برای ساده سازی تابلوهای مدار فرمان برق ایجاد شد و سپس توسعه پیدا کرد ، یک PLC شامل یک تعداد ورودی خروجی ، حافظه و CPU هست . بسته به نوع ارتباط این 3 قسمت 2 نوع سی پی یو داریم
کامپکت و ماژولار (قدرت و توانایی هرPLC با توجه به سی پی یو اون تعریف میشه )
در PLC های کامپکت وقتی PLC رو میخرید هر سه قسمت CPU ، حافظه و ) I/O ورودی خروجی ) همراه PLC هست، مثل سی پی یو S7-313C علامت C نشون دهنده کامپکت بودن پی ال سی هست البته میشه I/O رو در مدل کامپکت افزایش داد. گفتم که CPU مهمترین بخش یه PLC هست و کامپکت بودن سی پی یو یعنی سی پی یو ارزون هست و برای کارهای ساده بکار میره پس برای DCS ما از CPUی ماژولار استفاده میکنیم .
کلاٌ زیمنیس در سریS7  دو مدل سی پی یو ارائه میده 300 و 400   ، برای DCS ها بیشتر از سری 400 استفاده میشه مثل CPU-S7-414H علامت اخر سی پی سو ها به این معناست :
H: Hot - : سی پی یو ای که این پسوند رو داره میگه میشه در هنگام کار اون رو Program کرد ( در پی ال سی برنامه نوشته شده رواصطلاحاً داخل سی پی یو می ریزند و به این عمل Download میگن و خوندن برنامه از سی پی یو رو هم اپلود میگن ! درست عکس کامپیوتر! – در حقیقت برنامه داخل حافظه برنامه که روی ماژول CPU قرار داره ریخته میشه .)
F: Fail-Safe – مصون در برابر خطا ، سی پی یو های دارای این پسوند میتونند از ماژولهای خاصی بنام Fail-Safe پشیتبانی کنند
F/FH : یعنی CPU هر دو قابیلت فوق رو باهم داره
2DP : یعنی سی پی یو از Profibus-DP پشتیبانی میکنه و نیازی به خرید ماژول پروفی باس نداریم
C:Compact – کامپکت ، یعنی حافظه و  تعداد محدودی I/O همراه سی پی یو هست ، این نوع سی پی یو ها قدرت سخت افزاری کمتری نسبت به سی پسی و های ماژولار دارند ( یعنی تعداد وقفه کمتری دارند ، تایمر و کانتر شون هم کمتره و I/O های محدودتری رو پشتیبانی میکنند ) اما ارزونتر هستند.
 در یک DCS با توجه به ماژولار بودن CPU عملاٌ مشکل محدود بودن I/O ها رو نداریم :
-          بررسی ماژولهای CPU سری 400   زیمنس :
FM: Function module  ماژولهایی هستند که کارهای خاصی رو انجام میدن مثلاٌ یه ماژول PID کنترلر میتونه بدون نیاز به نوشتن برنامه  PID کنترلر در پی ال سی یک  PID کنترلر رو برای ما فراهم کنه و...
SM: Signal module – کلیه کارتهای ورودی خروجی PLC رو میگن که 4 دسته هستند AI یا Analog Input , AO یا Analog Output و DI یا Digital Input ,  DO یا Digital Output  هر کارت I/O ( همون SM ماژول) نهایتاً به ما 32 تا I/O  میده
CP: Communication Processors پردازنده ارتباطی که برای ارتباط PLC  با شبکه صنعتی مثل اترنت یا پروفی باس استفاده میشه
IM: interface module یا ماژول واسط که برای ارتباط رک مرکزی با سایر رک ها بکار میره ، اما رک چی هست ؟
در سری 400 زیمنس تمام ماژولها (CPU, IO , CP و... ) روی یه برد بنام رک سوار میشن ،این رک یه سری اسلات یا شکاف داره که هر ماژول روی یه شکاف مخصوص از اون قرار میگیره مثلاٌ CPU حتماٌ باید باید روی اسلات دوم بشینه و .. هر رک تعداد محدودی ماژول رو می پذیره مثلاً 8 الی 14 تا گفتیم که هر کارت I/O به ما در نهایت 32 تا I/O میده حالا اگه من مثلاً 1000 تا ورودی خروجی داشته باشم چیکار باید بکنم ؟
در این حالت میان از یه سری رک دیگه بنام رک توسعه استفاده میکنند که روشون فقط و فقط SM و FM  و IM میتونه بشینه ، نه CPU  به این رکها میگن رک توسعه ، رکی که توش CPU قرار داره رک مرکزی نام داره ارتباط رک مرکزی با رک توسعه از طریق ماژولهای IM برقرار میشه یعنی تو رک  مرکزی و همینطور سایر رکها یک ماژول IM میذاریم و اونها رو به هم متصل میکنیم (از طریق شبکه ) رکها مدلهای مختلفی مثل CR ، ER ، UR دارند که برای جلوگیری از پیچیده شدن ازشون میگذرم
یک ماژول دیگه که باقی مونده منبع تعذیه یا PS هست . البته ماژولهای دیگه ای مثل fail/safe و protector هم هست که بعد در مورد آنها توضیح خواهم داد.

مزایای DCS نسبت به سیستم های قدیمی:

- پروژه های بزرگ را می توان به پروسه های کوچکتر تقسیم کرد و کنترل هر قسمت آنرا به یک ماجول DCS سپرد.

- روش کنترل مرکزی که کنترل تمام پروسه بوسیلۀ یک کامپیوتر مرکزی انجام می شود مستلزم داشتن کامپیوتری بزرگ و تجهیزات پیشرفته می باشد که قیمت این سیستمها بسیار زیاد است ، اما در کنترل DCS سخت افزار ماجولها از همان میکروکامپیوترهای معمولی تشکیل شده است.

- نرم افزارهای DCS بخاطر استفاده از میکروکامپیوترها و تقسیم بندی کنترل ، از نرم افزارهای یک کامپیوتر بزرگ در کنترل مرکزی بسیار ارزانتر تمام می شوند.

- برخلاف سیستم متمرکز، در DCS به علت تقسیم بندی کنترل اگر یکی از ماجولها خراب شودکنترل بر روی قسمتهای دیگر به قوت خود باقی می ماند.(Fault isolation )

- سیستمهای DCS دارای قابلیت گسترش هستند. در سیستم کنترل مرکزی گسترش سیستم مستلزم تعویض پردازنده مرکزی و خرید یک سیستم پیشرفته تر است، اما در DCS می توان با اضافه کردن ماجولهای کنترلی بیشتر کنترل را گسترش داد.

- برنامه نویسی DCS در محیط های سطح بالا انجام می شود. این برخلاف کنترلرهای PLC می باشد که نوشتن برنامه در آنها نیازمند آشنائی با سیستمهای میکروپروسسوری می باشد.

- همانطور که پیشتر آمد DCS می تواند از ماجولهای کنترلی بسیاری تشکیل شده باشد که می توانند بطور مستقل و همزمان عمل کنند، بعلاوه دارای قابلیت ارتباط سریع بین ماجولهای خویش است که این ارتباط از طریق خطوط ارتباطی با نام بزرگراههای
داده های بلادرنگ امکان پذیر می گردد.

حجم زیاد اطلاعات و سرعت بالای آن از خصوصیات بارز DCS می باشد که نتیجه آن دقت بیشتر در داده های دریافتی و سرعت بالای محاسبات است. بدیهی است که پرسنل مربوطه می تواند با توجه به این نتایج تصمیمات مناسبتری را اتخاذ کند. لازم به ذکر است که مهمترین پیشرفت DCS مرهون صنعت کامپیوتر در هوش مصنوعی بخصوص سیستمهای خبره می باشد.

ساختمان DCS:

با توجه به تنوع DCS های ارائه شده توسط شرکتهای مختلف ، می توان دریافت که همۀ آنها در حالت کلی در چند قسمت با هم وجه اشتراک دارند. اجزای اصلی یک DCS عبارتند از :

    ماژولهای ورودی – خروجی ( ماجول I/O )
    باس ورودی – خروجی محلی
    ماژولهای کنترلر
    ماژولهای ارتباطی

تکنولوژی های جدیدتر از دی سی اس هم موجوده ؟
بله ، در DCS ما میام یه فرایند پیچیده رو تکه تکه میکنیم و نظارت و اجرا هر قسمت رو به یک CPU یا PLC میدیم و یک یا چند CPUی مرکزی هم میذاریم که بر کار تک تک CPU ها و کل فرایند نظارت میکنه . حالا سیستم جدید تری اومده بنام FCS یا  FeildBus Control System فیلدباس کنترل میگه بجای اینکه ما چندین CPU کنترلی داشته باشیم بیایم اجزای کنترلی رو هوشمند کنیم تا اینجوری فقط یک کنترل مرکزی داشته باشیم که در ارتباط با اجزا هوشمند باشه اینجور خود اجزا میفهمند که باید چیکار کنند مثلاً در نظر بگیرید یه شیر کنترل فشار داریم که قراره فشار یک خط لوله رو از طریق یک سنسور فشاری که  کنترل کنه بطوری که فشار مثلاً روی 80 بار باقی بمونه ، در سیستم دی سی اس به این صورت عمل میکنیم 2 تا سیستم مربوط به خروجی انالوگ سنسور فشار متصل به لوله رو میکشیم میاریم وصل میکنم به ورودی  تو اتاق کنترل دو تا سیم هم از خروجی فرمان از اتاق کنترل میکشیم تا شیر برقی مربوطه فشار بالاتر از 80 که رسید فرمان بازشدن به شیر از طرف اتاق کنترل ارسال میشه و زیر 80 بار هم فرمان بسته شدن از طرف اتاق کنترل صادر میشه . اما FCS میگه بیایم و شیر رو هوشمند انتخاب کنیم بطوری که قابل برنامه ریزی باشه اینجوری دوتا سیم میکشیم از سنسور به شیر که کنار هم هستند و فقط دوتا سیم از شیر میکشیم به اتاق کنترل اونهم برای نظارت اینجا شیر چون هوشمنده میفهمه کجا باید باز و بسته بشه و اولاً سیم کشی ما کمتر میشه دوماً بار پردازشی CPU کمتر میشه سوماً نیازی به پردازنده های دیگه نداریم و سیستم خیلی ساده تر میشه.
چرا از FCS با وجود مزایایی که داره کمتر از  DCS استفاده میشه ؟
در حال حاضر شرکت های مختلفی بعنوان مجری FCS در حال فعالیت هستند که بعنوان نمونه یکی از این شرکت ها ,شرکت برزیلی SMAR هست، FCS علیرغم مزایای زیاد مشکلاتی هم داره که موجب کاربرد کم اون شده

1. امکان پیاده سازی سیستم پیشتیبان یا Redudancy رو نداره
2.   اجزای کنترلی رو پیچیده میکنه
3. توابع و کتابخانه های موجود برای اون به گستردگی DCS نیستند
   
   آینده FCS ؟

فکر میکنم که FCS طی یک بازه زمانی مشخص بایستی جایگزین DCS میشه اما فعلاً خیلی جاها بعلت مشکلات گفته شده از DCS استفاده می کنند و برخی جاها مثل پتروشیمی مروارید بصورت ترکیبی (70% فیلد کنترل و 30% دی سی اس) استفاده میشه

یا مقلب القلوب و الابصار یا مدبرالیل و النهار
یا محول الحول و الاحوال حول حالنا الی احسن الحال

سال و مال و فال و حال و اصل و نسل و بخت و تخت

بادت اندر شهرياري برقرار و بر دوام

سال خرم، فال نيكو، مال وافر، حال خوش،

اصل ثابت، نسل باقي، تخت عالي، بخت رام

بر نماز راستان

بر دانش دانشمندان

بر عدالت زمامداران

و بر بي باكي دليران"

سالي ديگر گذشت و بهاري ديگر در راه است و خداوند را شاكريم كه در عرصه صنعت برق توانستيم دركنار يكديگر با همدلي و همكاري گام هاي مؤثر و موفقي برداريم.

ضمن پاس داشت از تلاش‌هاي بي‌دريغ و صادقانه تمام همكاران عزيزم در صنعت برق کشور سال نو را به شما عزيزان و خانواده‌هاي محترمتان تبريك مي‌گويم و امیدوارم شما جلوداران قافله برق در استان و شهر و روستا، چونان بهار نور را به مردم عزیر ایران هدیه دهید و با درایت و تدبیر، آن‌چنان که باید، خادم این ملت فهیم باشید.و اعتلاي بيش از پيش ميهن عزيزمان و موفقيت روز افزون يكايك شما گراميان را از درگاه خالق هستي آرزومندم.
فرا رسیدن سال نو بر شما و همکاران ارجمندتان مبارک باد.   
 

مجتبی صفابخش

نوروز نود و نه