बिजली मीटरिंग और निगरानी प्रणालियों में, बिजली मीटर जिन्हें बाहरी वर्तमान ट्रांसफार्मर (सीटी) की आवश्यकता होती है, सर्वव्यापी हैं; वे विशाल धाराओं को सटीक रूप से महसूस करने वाली हमारी "आँखें" हैं। हालाँकि, इस परिष्कृत प्रणाली के भीतर एक आयरनक्लाड नियम छिपा हुआ है जिसका हर समय पालन किया जाना चाहिए: वर्तमान ट्रांसफार्मर के द्वितीयक पक्ष को कभी भी खुले सर्किट के साथ संचालित नहीं किया जाना चाहिए। यह लेख अंतर्निहित सिद्धांतों और इसमें शामिल खतरों पर प्रकाश डालेगा।
वर्तमान ट्रांसफार्मर का सामान्य संचालन सिद्धांत
CT (करंट ट्रांसफार्मर) एक विशेष प्रकार का ट्रांसफार्मर है जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत के आधार पर संचालित होता है। इसके मूल डिज़ाइन सिद्धांत "वर्तमान कमी" और "अलगाव" हैं।
1. संरचना: इसमें आम तौर पर एक बंद लोहे की कोर, कम घुमाव वाली एक प्राथमिक वाइंडिंग (मुख्य सर्किट में श्रृंखला में जुड़ी हुई), और अधिक घुमाव वाली एक माध्यमिक वाइंडिंग (बिजली मीटर से जुड़ी) होती है।
2. आदर्श स्थिति: एक सामान्य बंद सर्किट में, सीटी लगभग "शॉर्ट-सर्किट" स्थिति में काम करता है। एम्पीयर के सर्किट नियम और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, प्राथमिक धारा I1 लौह कोर में एक वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न करेगा, जो फिर द्वितीयक पक्ष पर एक धारा I2 प्रेरित करेगा। दोनों के बीच संबंध इस प्रकार है:
जहां N1 और N2 प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग में घुमावों की संख्या हैं, और Im उत्तेजना धारा है। डिज़ाइन में बहुत बड़ी उत्तेजना प्रतिबाधा और बेहद छोटे Im के कारण, इसे आदर्श परिस्थितियों में निम्नलिखित में सरल बनाया जा सकता है:
यहां, Kn का तात्पर्य रेटेड परिवर्तन अनुपात से है, जैसे कि 1000/5A। इस मामले में, सुरक्षित उपकरण माप के लिए प्राथमिक पक्ष पर बड़े वर्तमान को सटीक और आनुपातिक रूप से द्वितीयक पक्ष पर एक छोटे वर्तमान (आमतौर पर 5 ए या 1 ए का मानक मूल्य) में परिवर्तित किया जाता है। इसके साथ ही, सुरक्षित सीमा के भीतर, वर्तमान ट्रांसफार्मर (सीटी) की द्वितीयक सर्किट क्षमता बहुत कम (आमतौर पर केवल कुछ वोल्ट) होती है।
द्वितीयक पक्ष खुला होने पर सिद्धांत विश्लेषण
जब परीक्षण के दौरान ढीले टर्मिनलों, टूटे तारों या आकस्मिक वियोग के कारण द्वितीयक सर्किट खुला हो जाता है, तो इसकी परिचालन स्थिति में भयावह परिवर्तन होता है।
| परिचालन स्थिति | सामान्य समापन | माध्यमिक सड़क का उद्घाटन |
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मौजूद है, I1 के आनुपातिक |
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Φ |
निम्न स्तर को बनाए रखते हुए, I2 द्वारा उत्पन्न विचुंबकीय प्रवाह द्वारा प्रभावी ढंग से दबाया जाता है | अवरोध का नुकसान, अत्यधिक उच्च मूल्यों तक तेजी से संतृप्ति |
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बहुत कम (कई वोल्ट) | हजारों या यहां तक कि दसियों हजार वोल्ट का उच्च वोल्टेज प्रेरित किया गया था। |
| भौतिक प्रकृति | मजबूत युग्मन, गहरी नकारात्मक प्रतिक्रिया: I2 दृढ़ता से Φ में परिवर्तन का विरोध करता है | फीडबैक कटऑफ और ऊर्जा संचय: सभी प्राथमिक एम्पीयर - मोड़ I1 और N1 का उपयोग उत्तेजना के लिए किया जाता है। |
इसकी मुख्य भौतिक प्रक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
1: डिमैग्नेटाइजिंग फीडबैक का गायब होना
सामान्य ऑपरेशन के दौरान, द्वितीयक धारा I2 द्वारा उत्पन्न चुंबकीय प्रवाह हमेशा प्राथमिक धारा I1 द्वारा उत्पन्न चुंबकीय प्रवाह के विपरीत दिशा में होता है, जिससे एक मजबूत "डीमैग्नेटाइजिंग" प्रभाव पैदा होता है जो लौह कोर में संयुक्त चुंबकीय प्रवाह को निम्न स्तर तक सीमित कर देता है। सर्किट खुलने के बाद, I2=0, और डीमैग्नेटाइजिंग प्रभाव तुरंत शून्य पर वापस आ जाता है।
2: चुंबकीय प्रवाह की तीव्र संतृप्ति
असंतुलित प्राथमिक एम्पीयर {{0} मोड़ I1 और N1 पूरी तरह से चुंबकीय एम्पीयर {{3} मोड़ में परिवर्तित हो जाते हैं। चूंकि कोर क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र कम चुंबकीय प्रवाह घनत्व के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए कोर इस बिंदु पर तेजी से एक गहरी संतृप्ति स्थिति में प्रवेश करता है।
फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह वाइंडिंग में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल प्रेरित करेगा। जब चुंबकीय प्रवाह तेजी से बढ़ता है, तो द्वितीयक वाइंडिंग में एक अत्यंत उच्च वोल्टेज U2 प्रेरित होगा।
3: उच्च दबाव का उत्पन्न होना
बिजली आवृत्ति स्थितियों के तहत, कई सौ एम्पीयर की प्राथमिक धारा के लिए, खुले सर्किट माध्यमिक पक्ष पर प्रेरित वोल्टेज आसानी से कई हजार वोल्ट तक पहुंच सकता है, और चरम मामलों में, यह 10 किलोवोल्ट से अधिक हो सकता है।
राष्ट्रीय मानक जीबी/टी 20840.2-2014 "इंस्ट्रूमेंट ट्रांसफार्मर - भाग 2: वर्तमान ट्रांसफार्मर के लिए अनुपूरक तकनीकी आवश्यकताएँ" में उपकरण ट्रांसफार्मर के इन्सुलेशन प्रदर्शन के लिए सख्त आवश्यकताएं हैं, और यह अचानक उच्च वोल्टेज इसकी सामान्य डिजाइन क्षमता से कहीं अधिक है।
वर्तमान ट्रांसफार्मर के द्वितीयक पक्ष पर खुले सर्किट के खतरे
द्वितीयक खुले सर्किट द्वारा उत्पन्न उच्च वोल्टेज और संबंधित घटनाएं खतरों की श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला को ट्रिगर कर सकती हैं।
1. बिजली के झटके का खतरा: माध्यमिक टर्मिनलों पर हजारों वोल्ट का उच्च वोल्टेज मौजूद होता है, जो सीधे तौर पर बिजली के झटके का गंभीर खतरा पैदा करता है। रखरखाव और मरम्मत कर्मी जो सावधानी के बिना इस वोल्टेज के संपर्क में आते हैं, उन्हें बिजली का झटका लग सकता है।
2. उपकरण क्षति:
इंसुलेशन टूटना: उच्च वोल्टेज सबसे पहले सेकेंडरी वाइंडिंग के इंटर-टर्न और इंटर-लेयर इंसुलेशन को तोड़ देगा, या सेकेंडरी सर्किट में जमीन पर इंसुलेशन को तोड़ देगा, जिससे वर्तमान ट्रांसफार्मर (सीटी) को स्थायी नुकसान होगा।
ओवरहीटिंग और बर्नआउट: जब आयरन कोर अत्यधिक संतृप्त होता है, तो यह भारी एड़ी धाराएं और हिस्टैरिसीस हानि उत्पन्न करेगा, जिससे आयरन कोर अत्यधिक गर्म हो जाएगा, जिससे वाइंडिंग इन्सुलेशन जल सकता है और यहां तक कि आग भी लग सकती है।
इलेक्ट्रिक आर्क और विस्फोट: खुले सर्किट बिंदु (जैसे ढीले टर्मिनल) उच्च वोल्टेज के तहत एक निरंतर इलेक्ट्रिक आर्क उत्पन्न करेंगे। चाप का उच्च तापमान उपकरण को जला सकता है, आसपास के ज्वलनशील पदार्थों को प्रज्वलित कर सकता है, और सीलबंद कैबिनेट में जमा उच्च तापमान वाली गैसें विद्युत विस्फोट का कारण भी बन सकती हैं।
3. सिस्टम ऑपरेशन खतरे
मीटरिंग की अशुद्धि और विफलता: सीटी - प्रकार के ऊर्जा मीटरों के लिए, शून्य इनपुट करंट उन्हें बिजली मापने में असमर्थ बना देगा, जिसके परिणामस्वरूप बिजली खो जाएगी और संभावित व्यापार निपटान विवाद होंगे।
खतरनाक उच्च वोल्टेज स्पार्क्स का उत्पादन: यह न केवल एक इग्निशन स्रोत है, बल्कि इसके परिणामस्वरूप मजबूत विद्युत चुम्बकीय पल्स भी पास के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में हस्तक्षेप कर सकते हैं।
संक्षेप करें
वर्तमान ट्रांसफार्मर के द्वितीयक पक्ष पर एक खुला सर्किट विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के एक हिंसक संचय को ट्रिगर करता है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः उच्च वोल्टेज, मजबूत विद्युत चाप और अति ताप के रूप में प्रकट होने वाली भौतिक तबाही होती है। इसलिए, सीटी सर्किट से जुड़े सभी कार्यों में, "ओपन सर्किट रोकथाम" का एक प्रक्रिया के रूप में सख्ती से पालन किया जाना चाहिए।
इस बीच, बिजली मीटर से जुड़े वर्तमान ट्रांसफार्मर के द्वितीयक पक्ष को ग्राउंड किया जाना चाहिए। यह, "द्वितीयक पक्ष पर खुले सर्किट को सख्ती से प्रतिबंधित करने" के साथ, सीटी संचालन और रखरखाव के दो मुख्य कठोर नियम हैं। ग्राउंडिंग के बाद, जो उच्च वोल्टेज आया है उसे ग्राउंडिंग तार के माध्यम से तुरंत जमीन पर छोड़ा जा सकता है, जिससे उपकरण जलने या माध्यमिक साइड क्षमता में अचानक वृद्धि के कारण होने वाली बिजली के झटके से होने वाली दुर्घटनाओं से बचा जा सकता है।