یک سیستم قدرت مانند یک ارکستر سمفونیک بزرگ عمل می کند، با اجزای مختلفی که برای ارائه انرژی با هماهنگی کار می کنند. با این حال، درست همانطور که یک ارکستر ممکن است با نت های ناهماهنگ مواجه شود، سیستم های الکتریکی نیز با خطاهای مخرب مواجه می شوند. هنگامی که اتصال کوتاه یا خطاهای اتصال به زمین در شبکه های برق رخ می دهد - شبیه صداهای ناهنجاری که اجرای موسیقی را قطع می کنند - می توانند عملیات را مختل کنند، به تجهیزات آسیب برسانند و خطرات ایمنی ایجاد کنند. برای تشخیص و حذف سریع این اختلالات، سیستم های حفاظت دیفرانسیل توسعه یافتند، که ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته به عنوان اجزای حیاتی آنها عمل می کنند.

ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته ابزارهای تخصصی هستند که در درجه اول در حفاظت دیفرانسیل سیستم قدرت استفاده می شوند. بر خلاف ترانسفورماتورهای جریان معمولی، آنها دارای دو سیم پیچ یا کویل مستقل هستند که هر کدام سیگنال های جریان را از یک فاز سیستم قدرت دریافت می کنند. با مقایسه جریان های این سیم پیچ ها، سیستم می تواند ناهنجاری هایی از جمله خطاهای اتصال به زمین، اتصال کوتاه فاز به فاز یا تخریب عملکرد را تشخیص دهد. پس از تشخیص ناهنجاری ها، سیستم حفاظت بلافاصله فعال می شود تا مدار معیوب را ایزوله کند و از تجهیزات و پرسنل محافظت کند.

ترانسفورماتور جریان فاز شکافته بر اساس قانون جریان کیرشهف عمل می کند. در شرایط عادی، جریان های عبوری از هر دو سیم پیچ از نظر اندازه برابر اما در جهت مخالف باقی می مانند و در نتیجه جریان دیفرانسیل صفر ایجاد می شود. هنگامی که خطاهای داخلی رخ می دهد - مانند خطاهای اتصال به زمین - تعادل جریان بین سیم پیچ ها از بین می رود و یک جریان دیفرانسیل قابل اندازه گیری ایجاد می شود. سیستم حفاظت، اندازه و جهت این جریان را تجزیه و تحلیل می کند تا نوع و مکان خطا را تعیین کند، سپس دستورات قطع را برای قطع مدار آسیب دیده صادر می کند.

به طور خاص، این ترانسفورماتورها در ارتباط با رله های دیفرانسیل کار می کنند که زمانی فعال می شوند که جریان دیفرانسیل از آستانه های از پیش تعریف شده فراتر رود و باعث فعال شدن کلیدهای مدار می شود. برای افزایش حساسیت و قابلیت اطمینان، اغلب از اقدامات اضافی مانند رله های دیفرانسیل درصدی استفاده می شود که خطاهای نسبت ترانسفورماتور و جریان های هجومی را در نظر می گیرند.

ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته در دو پیکربندی اصلی وجود دارند:

• نوع پنجره: با طراحی دایره ای یا مستطیلی با یک دهانه مرکزی، اینها به کابل های برق یا شینه ها اجازه می دهند مستقیماً از آن عبور کنند. ساختار جمع و جور و ساده آنها نصب و نگهداری آسان را در سطوح ولتاژ و ظرفیت جریان مختلف تسهیل می کند.
• نوع میله: با گنجاندن یک میله هادی به عنوان سیم پیچ اولیه، این طراحی جریان نامی و توانایی مقاومت در برابر زمان کوتاه ترانسفورماتور را افزایش می دهد و آن را برای کاربردهای جریان بالا مناسب می کند.

این ترانسفورماتورها نقش های حیاتی را در سراسر شبکه های برق ایفا می کنند، از جمله:

• حفاظت از ژنراتور: محافظت در برابر خطاهای سیم پیچ از جمله اتصال کوتاه فاز به فاز، خطاهای دور به دور و خطاهای اتصال به زمین
• حفاظت از ترانسفورماتور: تشخیص خرابی سیم پیچ و خطاهای مخزن
• حفاظت از شینه: شناسایی اتصال کوتاه و خطاهای اتصال به زمین در شینه های برق
• حفاظت از موتور: جلوگیری از آسیب ناشی از خرابی های سیم پیچ داخلی

طراحی، ساخت و آزمایش ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته باید با استانداردهای بین المللی و داخلی مطابقت داشته باشد تا عملکرد و ایمنی تضمین شود. استانداردهای کلیدی عبارتند از:

• CSA (انجمن استانداردهای کانادا)
• IEC (کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک)
• NEMA (انجمن ملی تولیدکنندگان برق)
• IEEE (موسسه مهندسان برق و الکترونیک)

این مشخصات پارامترهای مهمی از جمله ولتاژ/جریان نامی، کلاس دقت، جریان مقاومت در برابر زمان کوتاه، استحکام عایق و افزایش دما را به همراه روش های آزمایش مربوطه تعیین می کنند.

انتخاب ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته مناسب مستلزم در نظر گرفتن عوامل متعددی است:

• ولتاژ و جریان نامی سیستم
• کلاس دقت مورد نیاز برای طرح های حفاظتی
• ظرفیت مقاومت در برابر اتصال کوتاه که با الزامات سیستم مطابقت دارد
• محدودیت های نصب و پیکربندی فیزیکی
• نیازهای خاص محیطی (دمای بالا، رطوبت، اتمسفر انفجاری)

بسیاری از تولیدکنندگان از فناوری کپسوله سازی رزین اپوکسی برای این ترانسفورماتورها استفاده می کنند که مزایای زیر را ارائه می دهد:

• خواص عایق برتر که از شکست ولتاژ بالا جلوگیری می کند
• مقاومت مکانیکی بهبود یافته که از اجزای داخلی محافظت می کند
• مقاومت موثر در برابر رطوبت و گرد و غبار که قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد
• قابلیت های بازدارنده شعله در فرمولاسیون های انتخابی

زیرساخت های برق قدیمی اغلب به دلیل تخریب عملکرد یا نیازهای حفاظتی در حال تکامل، نیاز به ارتقاء ترانسفورماتور دارند. ملاحظات کلیدی عبارتند از:

• سازگاری با سیستم های حفاظت موجود با توجه به نسبت، دقت و سیم کشی
• قابلیت اطمینان و پایداری عملیاتی
• مقرون به صرفه بودن در عین برآورده کردن الزامات فنی

با تکامل شبکه های هوشمند و پست های دیجیتال، ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته با فرصت ها و چالش های جدیدی روبرو هستند. روندهای نوظهور عبارتند از:

• تبدیل سیگنال دیجیتال برای پردازش داده های پیشرفته
• ویژگی های هوشمند مانند خود تشخیصی و کالیبراسیون تطبیقی
• طراحی های جمع و جور با استفاده از مواد پیشرفته
• راه حل های حفاظتی یکپارچه که عملکردهای متعدد را ترکیب می کنند

به عنوان اجزای اساسی سیستم های حفاظت دیفرانسیل، ترانسفورماتورهای جریان فاز شکافته نقش های ضروری در حفظ پایداری و ایمنی شبکه ایفا می کنند. پیشرفت های تکنولوژیکی به تکامل آنها به سمت راه حل های دیجیتال، هوشمند، جمع و جور و یکپارچه ادامه خواهد داد و عملکرد قابل اعتماد سیستم قدرت را برای سال های آینده تضمین می کند.