การทดลองที่ 5
Instrument Transformer and Power Measurement
อุปกรณ์การทดลอง
1. Power Meter NANOVIP ELCONTROL ENERGY 1 เครื่อง
2. Ammeter AC JIS C1102 YOKOGAWA 2 เครื่อง
3. voltmeter AC MODLE SK-5000B ACC 2% 2 เครื่อง
4. Wattmeter AC+DC JIS C1102 YOKOGAWA 1 เครื่อง
5. Transformer 440VA 1 เครื่อง
6. Current Transformer GWA 110 1 เครื่อง
7. Jundtion Box 1 กล่อง
8. ชุดโหลดหลอดไป 8 ดวง 1 ชุด
วัตถุประสงค์
1. เพื่อให้นักศึกษาสามารถสังเกตความถูกต้องของการวัดทั้งโดยตรงและโดยอ้อม
2. เพื่อให้นักศึกษาสังเกตความถูกต้องของกระแสและแรงดันที่ต้องผ่าน CT และ PT
PT: Ratio = 2/1 CT: Ratio = 2/1
ทฤษฎี
Current Transformer : CT
ในระบบไฟฟ้าแรงดันสูง (Hight Voltage System) เมื่อเราต้องการทราบปริมาณไฟฟ้าของระบบดังกล่าวนั้น เราไม่สามารถใช้เครื่องมือวัดไฟฟ้าที่มีอยู่ วัดปริมาณไฟฟ้านั้นได้โดยตรง เนื่องจากขีดจำกัดในเรื่องขอบเขตของย่านวัดไฟฟ้าและความปลอดภัย ดังนั้น การแก้ปัญหาดังกล่าวสามารถกระทำได้โดยการใช้อุปกรณ์ร่วมในการวัดปริมาณไฟฟ้า ซึ่งก็ได้แก่ ใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer : CT.) เพื่อแปลงกระแสสูง ๆ ให้ต่ำลง ให้เหมาะสมกับย่านการวัดของเครื่องมือวัดกระแสไฟฟ้า (Ammeter)
หม้อแปลงเครื่องมือวัดไฟฟ้า เป็นหม้อแปลงที่มีขั้วต่อสายทางด้านทุติยภูมิ หรือด้านแรงดันต่ำ ต่อเข้ากับเครื่องมือวัดไฟฟ้า คือ ต่อเข้ากับโวล์ตมิเตอร์ ในกรณีที่เป็นหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า และ ต่อเข้ากับแอมป์มิเตอร์ ในกรณีที่เป็นหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า
โครงสร้าง
หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า จะประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding) และขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) พันอยู่รอบแกนเหล็ก(Core or Laminate ) วงจรฟลักซ์แม่เหล็กปิดเดียวกัน
อัตราส่วนของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดทั้งสองด้าน หรือปริมาณกระแส ด้านปฐมภูมิต่อกระแสทุติยภูมิ ซึ่งเป็นอัตราส่วนที่บ่งบอกถึงชนิดของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (แบบแปลงขึ้น หรือแบบแปลงลง) ที่ได้ออกแบบไว้ เช่น แบบแปลงขึ้น 2.5 / 5 A. หรือแบบแปลงลง 25 / 5A. , 100 / 5 A. หรือเป็นการแยกวงจรการวัดของเครื่องวัดไฟฟ้า ออกจากระบบไฟฟ้าที่มีระดับของกระแสสูงๆ เช่น 5 / 5 A. เป็นต้น
สมการ อัตราส่วนของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer Ratio : a) สามารถเขียนได้ดังนี้
สมการ อัตราส่วนของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer Ratio : a) สามารถเขียนได้ดังนี้
a = อัตราส่วนของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า
I1 = กระแสไฟฟ้าด้านปฐมภูมิ (แอมป์)
I2 = กระแสไฟฟ้าด้านทุติยภูมิ (แอมป์)
N1 = ขดลวดด้านปฐมภูมิ (รอบ)
N2 = ขดลวดด้านปฐมภูมิ (รอบ)
I1 = กระแสไฟฟ้าด้านปฐมภูมิ (แอมป์)
I2 = กระแสไฟฟ้าด้านทุติยภูมิ (แอมป์)
N1 = ขดลวดด้านปฐมภูมิ (รอบ)
N2 = ขดลวดด้านปฐมภูมิ (รอบ)
ข้อควรระวังของ CT
ห้ามเปิดวงจรทางด้านขดลวดทุติยภูมิเด็ดขาด เพราะจะทำให้แกนเหล็กและขดลวดเสียหายหรือไหม้ ได้ ทั้งนี้เพราะ เมื่อเปิดวงจรขดลวดด้านทุติยภูมิ จะทำให้กระแส I2 มีค่าเป็นศูนย์ ทำให้เส้นแรงแม่เหล็ก 2 เป็นศูนย์ด้วย ดังนั้นจึงทำให้เส้นแรงแม่เหล็กลัพธ์ n มีค่าเท่ากับ 1 ซึ่งจะเห็นว่ามีค่าสูงมาก
Potential Transformer : PT
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า หมายถึง อุปกรณ์ที่ใช้ประกอบกับเครื่องวัดแรงดันไฟฟ้า (V) , วัดกำลังไฟฟ้า (P) หรือวัดตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (PF) เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการวัดนั้น มีค่าสูงกว่าพิสัย (Rang) ของเครื่องวัด ที่สามารถวัดค่าได้และให้ความปลอดภัยต่อกิจกรรมการวัดแรงไฟฟ้า ซึ่งหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า จะมีอัตราส่วนของหม้อแปลง (Transformer Ratio : a ) ที่แน่นอนและมีการรั่วไหลของเส้นแรงแม่เหล็กน้อยมาก แรงดันไฟฟ้าด้านด้านทุติยภูมิ ส่วนมากจะกำหนดไว้ไม่เกิน 100 V และมีขนาดกำลังตั้งแต่ 5 – 300 VA
โครงสร้าง
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าจะมีโครงสร้างที่เหมือนกันกับหม้อแปลงไฟฟ้าโดยทั่วไป โดยประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding) และขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) พันอยู่รอบแกนเหล็ก (Core Or laminate ) วงจรฟลักซ์แม่เหล็กปิดเดียวกัน
การทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า
การทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า จะมีหลักการคล้าย ๆ กับ หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยทั่วไปกล่าวคือ จะอาศัยหลักการเหนี่ยวนำของขดลวดทั้งสองที่พันอยู่บนแกนเหล็กเดียวกัน โดยจะแปลงแรงดันสูง ทางด้านขดลวดปฐมภูมิ ให้มีพิกัดแรงดันต่ำลงที่ทางด้านทุติยภูมิ เพื่อให้เหมาะสมกับพิสัย (Rang) ของโวลต์มิเตอร์ และเพื่อเกิดความปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน อีกด้วย
การทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า จะมีหลักการคล้าย ๆ กับ หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยทั่วไปกล่าวคือ จะอาศัยหลักการเหนี่ยวนำของขดลวดทั้งสองที่พันอยู่บนแกนเหล็กเดียวกัน โดยจะแปลงแรงดันสูง ทางด้านขดลวดปฐมภูมิ ให้มีพิกัดแรงดันต่ำลงที่ทางด้านทุติยภูมิ เพื่อให้เหมาะสมกับพิสัย (Rang) ของโวลต์มิเตอร์ และเพื่อเกิดความปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน อีกด้วย
เมื่อจ่ายแรงดันV1 เข้าที่ขดลวดปฐมภูมิ จะมีกระแส I1ไหลผ่านขดลวดN1 จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก ∅1ขึ้นที่ขดลวดปฐมภูมิ ทำให้เกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำขึ้นมีค่าเท่ากับE1 และเมื่อขดลวดทั้งสองพันอยู่ในแกนเหล็กเดียวกัน ทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก ∅2ขึ้นที่ขดลวดN2 ทำให้เกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำขึ้นมีค่าเท่ากับE2 ( เมื่อ∅t เป็นผลรวมทางเวคเตอร์ของเส้นแรงแม่เหล็กรวมทั้งสองขดลวดที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา)
เป็นรูปที่แสดงการทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเขียนเป็นสมการ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำได้ ดังนี้
เป็นรูปที่แสดงการทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเขียนเป็นสมการ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำได้ ดังนี้
λV = Potential Transformer Ratio
E1 = แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ขดลวดปฐมภูมิ (Volt)
E2 = แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
V1 = แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดปฐมภูมิ (Volt)
V2= แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
N1 = จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
N2 = จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
ตารางผลการทดลอง
N1 = จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
N2 = จำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Volt)
ตารางผลการทดลอง
สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองในการวัดทั้งทางตรงและทางอ้อมสามารถทำได้แต่อาจจะเกิดค่าผิดพลาดเกิดขึ้นเล็กน้อย CT และ PT อาจจะแปลงได้ไม่คงทีเท่ากับ 2:1 หรือ การอ่านจากมิเตอร์เข็มไม่คงที่ แต่ก็สามารถทำให้ได้ทราบว่า CT และ PT นั้นสามารถแปลงกระแส และแรงดันได้ ซึ่งจะทำให้ง่ายต่อใช้เครื่องการวัด และเกิดความปลอดภัยในการวัดแรงดันสูงอีกด้วย