Bir güç sistemi, enerji sağlamak için uyum içinde çalışan çeşitli bileşenlerle büyük bir senfoni orkestrası gibi çalışır. Ancak, bir orkestranın uyumsuz notalarla karşılaşabileceği gibi, elektrik sistemleri de kesintiye uğratıcı arızalarla karşı karşıyadır. Güç ağlarında kısa devreler veya toprak arızaları meydana geldiğinde - bir müzik performansını kesintiye uğratan rahatsız edici seslere benzer şekilde - operasyonları bozabilir, ekipmana zarar verebilir ve güvenlik tehlikeleri yaratabilir. Bu kesintileri derhal tespit etmek ve ortadan kaldırmak için, ayrık faz akım transformatörlerinin kritik bileşenleri olarak hizmet ettiği diferansiyel koruma sistemleri geliştirilmiştir.

Ayrık faz akım transformatörleri, öncelikle güç sistemi diferansiyel korumasında kullanılan özel cihazlardır. Geleneksel akım transformatörlerinden farklı olarak, güç sisteminin bir fazından akım sinyalleri alan iki bağımsız sargıya veya bobine sahiptirler. Bu sargılardan gelen akımları karşılaştırarak, sistem toprak arızaları, fazlar arası kısa devreler veya performans düşüşü dahil olmak üzere anormallikleri tespit edebilir. Anormallikler tespit edildiğinde, koruma sistemi derhal arızalı devreyi izole etmek için devreye girerek hem ekipmanı hem de personeli korur.

Ayrık faz akım transformatörü, Kirchhoff'un Akım Yasası'na göre çalışır. Normal koşullar altında, her iki sargıdan akan akımlar büyüklük olarak eşit, ancak yön olarak zıt kalır ve sıfır diferansiyel akım oluşur. Toprak arızaları gibi iç arızalar meydana geldiğinde, sargılar arasındaki akım dengesi bozulur ve ölçülebilir bir diferansiyel akım üretilir. Koruma sistemi, arıza türünü ve yerini belirlemek için bu akımın büyüklüğünü ve yönünü analiz eder, ardından etkilenen devreyi kesmek için gezi komutları verir.

Özellikle, bu transformatörler, diferansiyel akım önceden tanımlanmış eşikleri aştığında devreye giren ve devre kesicileri tetikleyen diferansiyel rölelerle birlikte çalışır. Hassasiyeti ve güvenilirliği artırmak için, transformatör oranı hatalarını ve ani akımları hesaba katan yüzde diferansiyel röleler gibi ek önlemler sıklıkla kullanılır.

Ayrık faz akım transformatörleri iki ana konfigürasyonda gelir:

• Pencere Tipi: Merkezi bir açıklığa sahip dairesel veya dikdörtgen bir tasarıma sahip olup, güç kablolarının veya bara hatlarının doğrudan geçmesine izin verir. Kompakt, basit yapıları, çeşitli gerilim seviyelerinde ve akım kapasitelerinde kolay kurulum ve bakımı kolaylaştırır.
• Bar Tipi: Birincil sargı olarak bir iletken barı içeren bu tasarım, transformatörün nominal akımını ve kısa süreli dayanma kapasitesini artırarak yüksek akım uygulamaları için uygun hale getirir.

Bu transformatörler, aşağıdakiler dahil olmak üzere güç ağları boyunca kritik roller üstlenir:

• Jeneratör Koruması: Fazlar arası kısa devreler, sargılar arası arızalar ve toprak arızaları dahil olmak üzere sargı arızalarına karşı koruma
• Transformatör Koruması: Sargı arızalarını ve tank arızalarını tespit etme
• Baralar Koruması: Güç baralarındaki kısa devreleri ve toprak arızalarını belirleme
• Motor Koruması: İç sargı arızalarından kaynaklanan hasarları önleme

Ayrık faz akım transformatörlerinin tasarımı, üretimi ve test edilmesi, performansı ve güvenliği sağlamak için uluslararası ve yerel standartlara uygun olmalıdır. Temel standartlar şunları içerir:

• CSA (Kanada Standartlar Birliği)
• IEC (Uluslararası Elektroteknik Komisyonu)
• NEMA (Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği)
• IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü)

Bu özellikler, nominal gerilim/akım, doğruluk sınıfı, kısa süreli dayanım akımı, yalıtım dayanımı ve sıcaklık artışı gibi kritik parametreleri ve ilgili test yöntemlerini yönetir.

Uygun ayrık faz akım transformatörlerini seçmek, birden fazla faktörün dikkate alınmasını gerektirir:

• Sistem gerilimi ve akım değerleri
• Koruma şemaları için gerekli doğruluk sınıfı
• Sistem gereksinimlerini karşılayan kısa devre dayanım kapasitesi
• Kurulum kısıtlamaları ve fiziksel konfigürasyon
• Özel çevresel ihtiyaçlar (yüksek sıcaklık, nem, patlayıcı ortamlar)

Birçok üretici, bu transformatörler için aşağıdakileri sunan epoksi reçine kapsülleme teknolojisini kullanır:

• Yüksek gerilim arızalarını önleyen üstün yalıtım özellikleri
• İç bileşenleri koruyan gelişmiş mekanik dayanım
• Güvenilirliği artıran etkili nem ve toz direnci
• Seçili formülasyonlarda alev geciktirici yetenekler

Eskiyen güç altyapısı, performans düşüşü veya gelişen koruma ihtiyaçları nedeniyle genellikle transformatör yükseltmeleri gerektirir. Temel hususlar şunlardır:

• Oran, doğruluk ve kablolama açısından mevcut koruma sistemleriyle uyumluluk
• Güvenilirlik ve operasyonel istikrar
• Teknik gereksinimleri karşılarken maliyet etkinliği

Akıllı şebekeler ve dijital trafo merkezleri geliştikçe, ayrık faz akım transformatörleri yeni fırsatlarla ve zorluklarla karşı karşıya kalmaktadır. Gelişen eğilimler şunları içerir:

• Gelişmiş veri işleme için dijital sinyal dönüşümü
• Kendi kendine teşhis ve uyarlanabilir kalibrasyon gibi akıllı özellikler
• Gelişmiş malzemeler kullanan kompakt tasarımlar
• Çoklu fonksiyonları birleştiren entegre koruma çözümleri

Diferansiyel koruma sistemlerinin temel bileşenleri olarak, ayrık faz akım transformatörleri, şebeke kararlılığını ve güvenliğini korumada vazgeçilmez roller oynamaktadır. Teknolojik gelişmeler, dijital, akıllı, kompakt ve entegre çözümlere doğru evrimlerini yönlendirmeye devam edecek ve gelecek yıllarda güvenilir güç sistemi işletimini sağlayacaktır.