मापन के लिए उच्च सटीकता वाले ट्रांसफॉर्मर्स का चयन कैसे करें?

ट्रांसफॉर्मर परिशुद्धता वर्गों और मानकों को समझना

CT परिशुद्धता वर्गों का विश्लेषण: IEC 61869-2 के अंतर्गत 0.1, 0.2 और 0.5

करंट ट्रांसफॉर्मर्स को आईईसी 61869-2 दिशानिर्देशों में निर्धारित मानक शुद्धता रेटिंग्स के साथ निर्मित किया जाता है। ये रेटिंग्स मूल रूप से 0.1, 0.2 और 0.5 जैसी संख्याएँ होती हैं, जो हमें विभिन्न लोड पर करंट के मापन के दौरान अनुमत त्रुटि की मात्रा बताती हैं। उदाहरण के लिए, क्लास 0.1 के रूप में चिह्नित एक सीटी (CT), लगभग ±0.1% के भीतर सटीकता बनाए रखता है, जबकि क्लास 0.5 का संस्करण दोनों दिशाओं में आधे प्रतिशत तक विचलित हो सकता है। सामान्य रूप से, संख्या जितनी कम होगी, शुद्धता उतनी ही अधिक होगी। क्लास 0.1 के उपकरणों का उपयोग आमतौर पर उन स्थितियों में किया जाता है जहाँ धन का महत्व सर्वाधिक होता है, क्योंकि यहाँ तक कि छोटी त्रुटियाँ भी बिलिंग गणनाओं को प्रत्यक्ष रूप से प्रभावित कर सकती हैं। क्लास 0.2 अहम सुरक्षा प्रणालियों के लिए पर्याप्त सटीकता प्रदान करता है, बिना अत्यधिक लागत के, जबकि क्लास 0.5 दैनिक निगरानी कार्यों के लिए पूर्णतः उपयुक्त है। मानकों के अनुसार, निर्माताओं को इन उपकरणों का परीक्षण उनकी नामित क्षमता के 5% से लेकर 120% तक की पूरी श्रेणी में करना आवश्यक है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे वास्तविक दुनिया की स्थितियों में उचित रूप से कार्य करें। इसके अतिरिक्त, उन्हें केवल मापन की शुद्धता की ही जाँच नहीं करनी होती, बल्कि अन्य कारकों—जैसे कि फेज कोणों के प्रति उनकी संवेदनशीलता और लोड स्थितियों में परिवर्तन के प्रति उनकी प्रतिक्रिया—की भी जाँच करनी होती है।

सटीकता वर्ग किस प्रकार नामांकित स्थितियों पर अधिकतम अनुमेय त्रुटि को परिभाषित करता है

सटीकता वर्ग मूल रूप से हमें यह बताता है कि प्रयोगशाला की आदर्श परिस्थितियों में (अनुपात और कला दोनों प्रकार की त्रुटियों को संयुक्त रूप से लेते हुए) अधिकतम संभावित त्रुटि क्या हो सकती है। यहाँ हम नामांकित आवृत्ति पर, मानक तापमान (लगभग 20 डिग्री सेल्सियस) पर और जब द्वितीयक भार उस निर्दिष्ट मान के सटीक रूप से मेल खाता है, ऐसे मापनों की चर्चा कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, क्लास 0.2 के धारा ट्रांसफॉर्मर (CT) को लें। यह उपकरण केवल तभी 0.2 प्रतिशत की त्रुटि सीमा के भीतर रहेगा जब यह पूर्ण नामांकित धारा पर कार्य कर रहा होगा और इसका निर्दिष्ट भार स्तर ±25 प्रतिशत के भीतर बना रहेगा। हालाँकि, वास्तविक दुनिया के कारकों के प्रवेश करने पर स्थिति तेज़ी से बिगड़ने लगती है। जब भार, भार सेटिंग्स या आसपास के तापमान में परिवर्तन होते हैं, तो आदर्श परिस्थितियों से भले ही छोटे से अंतर भी उपकरण को उसके घोषित वर्ग विनिर्देशों के बाहर कार्य करने का कारण बन सकते हैं। यदि भार स्वीकार्य सहनशीलता सीमा से अधिक हो जाता है, तो पूरा वर्गीकरण अमान्य हो जाता है, और वास्तविक क्षेत्रीय संचालन के दौरान मापन त्रुटियाँ 0.5 प्रतिशत से अधिक तक बढ़ सकती हैं।

वास्तविक दुनिया में ट्रांसफॉर्मर की शुद्धता निर्धारित करने वाले प्रमुख विद्युत पैरामीटर

लोड मिलान और द्वितीयक प्रतिबाधा: शुद्धता में कमी को रोकना

ट्रांसफॉर्मर्स के संदर्भ में लोड (भार) को सही तरीके से निर्धारित करना बहुत महत्वपूर्ण है। द्वितीयक वाइंडिंग पर लगने वाला लोड आमतौर पर व्यवहार में देखे जाने वाले अप्रिय शुद्धता संबंधी मुद्दों का कारण बनता है। यदि वास्तविक लोड VA इकाई में निर्धारित अधिकतम मान से अधिक हो जाता है, तो स्थिति तेज़ी से गड़बड़ होने लगती है। कोर संतृप्त हो जाता है, जिससे अनुपात और कला कोण (फेज एंगल) दोनों के मापन में व्याघात उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, एक क्लास 0.5 धारा ट्रांसफॉर्मर लीजिए। यदि इसे 40% अधिक लोड (ओवरबर्डन) पर संचालित किया जाए, तो यह अचानक एक क्लास 0.8 इकाई की तरह व्यवहार करने लगता है। द्वितीयक प्रतिबाधा (इम्पीडेंस) को भी नज़रअंदाज़ न करें। उच्च प्रतिबाधा का अर्थ है कि कनेक्टिंग तारों और रिले कुंडलियों के माध्यम से वोल्टेज ड्रॉप अधिक होगा, जिससे सिग्नल की गुणवत्ता प्रभावित होती है। हमने ऐसे मामले देखे हैं जहाँ केवल 20% का असंगति (मिसमैच) बिलिंग मीटरों में अकेले ही लगभग 0.4% की त्रुटि जोड़ देती है। ऐसा विचलन पूरी तरह से क्लास 0.2 अनुपालन को समाप्त कर देता है। जिन्हें गंभीर सटीकता की आवश्यकता होती है, उनके लिए लोड मिलान (बर्डन मैचिंग) को सटीक रूप से प्राप्त करना अब केवल एक अच्छी प्रथा नहीं रह गई है; यह पूर्णतः आवश्यक है कि उनके उपकरण सामान्य संचालन स्थितियों के दौरान IEC 61869-2 विनिर्देशों के भीतर बने रहें।

अंकित बनाम वास्तविक धारा सीमा: माप ट्रांसफॉर्मरों में रैखिकता और कम भार त्रुटि

ट्रांसफॉर्मर्स अपनी ऑपरेटिंग करंट रेंज के 'स्वीट स्पॉट' (आदर्श सीमा) के बाहर काम करने पर गैर-रैखिक होने के प्रवण होते हैं। जब करंट उनकी रेटेड करंट के लगभग 5% से कम होता है, तो कोर का उत्तेजन (एक्साइटेशन) पर्याप्त नहीं होता, जिससे महत्वपूर्ण त्रुटियाँ उत्पन्न होती हैं। यहाँ तक कि उन उन्नत श्रेणी 0.5 के ट्रांसफॉर्मर्स के लिए भी हल्के लोड पर काम करते समय कभी-कभी त्रुटि 1% से अधिक हो सकती है। उच्च छोर पर भी स्थिति और भी खराब हो जाती है। एक बार जब हम रेटेड क्षमता से 120% से अधिक करंट पर धकेलते हैं, तो चुंबकीय संतृप्ति (मैग्नेटिक सैचुरेशन) शुरू हो जाती है और रैखिकता को पूरी तरह से बिगाड़ देती है, जिससे विचलन आमतौर पर 2% से अधिक कूद जाते हैं। एक सामान्य सीटी (CT) का उदाहरण लें, जिसकी रेटिंग 100 ऐम्पियर है। यह लगभग 10 ऐम्पियर से लेकर 120 ऐम्पियर तक के करंट के दायरे में अच्छी तरह काम करता है, लेकिन यदि करंट को 5 ऐम्पियर जैसे मान तक गिरा दिया जाए, तो अचानक त्रुटि 2% से अधिक होने लगती है। सटीकता बनाए रखने के लिए, इंजीनियरों को ऐसे ट्रांसफॉर्मर्स का चयन करना चाहिए जिनका वास्तविक दुनिया के ऑपरेटिंग करंट, रेटेड रेंज के मध्य भाग में सहजता से स्थित हो—बस न्यूनतम और अधिकतम मानों के बीच कहीं भी नहीं। यह दृष्टिकोण हल्के लोड के कारण उत्पन्न होने वाली त्रुटियों से बचने में सहायता करता है और संकेत की गुणवत्ता को बिगाड़ने वाली संतृप्ति समस्याओं को भी रोकता है।

ट्रांसफॉर्मर के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले पर्यावरणीय और सिस्टम-स्तरीय कारक

तापमान, आवृत्ति और हार्मोनिक्स: आदर्श शुद्धता से विचलनों का मात्रात्मक आकलन

ट्रांसफॉर्मर्स अक्सर प्रयोगशाला परीक्षणों में निर्दिष्ट किए गए से कहीं अधिक पर्यावरणीय और प्रणालीगत तनाव के संपर्क में आने पर अपनी सटीकता खो देते हैं। जब तापमान में परिवर्तन होता है, तो यह कोर की पारगम्यता और वाइंडिंग प्रतिरोध दोनों को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, यदि तापमान सामान्य संचालन सीमा से केवल 8 डिग्री सेल्सियस अधिक हो जाता है, तो यह इन्सुलेशन के आयु बढ़ने की दर को तेज कर देता है और IEC 60076-7 (2023) के अनुसार माप अनुपातों में स्पष्ट परिवर्तन का कारण बनता है। एक अन्य समस्या ग्रिड आवृत्ति अस्थिरता से उत्पन्न होती है, जो कमजोर ग्रिड या अलग-थलग प्रणालियों में काफी आम है। यह कोर संतृप्ति त्रुटियों का कारण बनती है, विशेष रूप से जब आवृत्तियाँ सामान्य स्तर से नीचे गिर जाती हैं। हार्मोनिक विकृतियाँ एक और जटिल समस्या उत्पन्न करती हैं। कुल हार्मोनिक विकृति (THD) के 10% से अधिक तीसरे और पाँचवें क्रम के हार्मोनिक्स तरंग रूप के आकार को इस प्रकार विकृत कर देते हैं कि मानक सटीकता रेटिंग्स इन्हें ध्यान में नहीं लेतीं। डीसी ऑफसेट धाराएँ स्थिति को और भी खराब कर देती हैं, क्योंकि वे कोर में अवशेष चुंबकत्व उत्पन्न करती हैं, जिससे तरंग रूपों के शून्य बिंदुओं को पार करने के समय का पता लगाने की क्षमता प्रभावित हो जाती है। वास्तविक दुनिया के परीक्षणों से एक रोचक तथ्य भी सामने आया है। जो ट्रांसफॉर्मर्स नियंत्रित प्रयोगशाला वातावरण में कक्षा 0.5 के मानकों को पूरा करते हैं, वे इन सभी संयुक्त तनावों—जैसे ऊष्मा, हार्मोनिक्स और आवृत्ति परिवर्तनों—के सामने आकर आमतौर पर केवल लगभग 1.0 स्तर की सटीकता प्राप्त कर पाते हैं। इन समस्याओं से निपटने के लिए, इंजीनियरों को गर्म स्थापनाओं में लोड क्षमता को लगभग 15 से 20 प्रतिशत तक कम करने की योजना बनानी चाहिए और कुल हार्मोनिक विकृति 8 प्रतिशत से अधिक होने पर हार्मोनिक फ़िल्टर्स की स्थापना करनी चाहिए।

महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए उच्च-शुद्धता ट्रांसफॉर्मरों का सत्यापन और विनिर्देशन

केस अध्ययन: उप-केंद्र ऊर्जा मीटरिंग में एक क्लास 0.2 धारा ट्रांसफॉर्मर द्वारा 0.5-स्तर की शुद्धता क्यों प्रदान की गई

एक सबस्टेशन पर ऊर्जा मीटरिंग परियोजना में गंभीर समस्याएँ उत्पन्न हो गईं, क्योंकि एक क्लास 0.2 करंट ट्रांसफॉर्मर (CT) का प्रदर्शन वास्तव में केवल 0.5 स्तर की शुद्धता तक ही सीमित रहा। इस मामले की जाँच करने पर, हमें पता चला कि क्षेत्र में वास्तव में तीन अलग-अलग समस्याएँ थीं, जिन पर कारखाने में कैलिब्रेशन के समय विचार नहीं किया गया था। सबसे पहले, आसपास के सभी गैर-रैखिक भारों के कारण हार्मोनिक विकृति स्तर 15% THD से काफी अधिक हो गया, जिससे कला कोण त्रुटियाँ उत्पन्न हुईं, जिन्हें सामान्य अनुपात त्रुटि परीक्षण पूरी तरह से याद कर गए। फिर तापमान संबंधी समस्या भी थी। उपकरण को -10 डिग्री सेल्सियस से लेकर 50 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान परिवर्तनों का सामना करना पड़ा, और इससे कोर पारगम्यता में परिवर्तन हुआ, जिससे निर्दिष्ट अनुपात त्रुटि के अतिरिक्त 0.1% की अतिरिक्त अनुपात त्रुटि उत्पन्न हुई। और अंत में, द्वितीयक भार 4.5 VA पाया गया, जो CT की 3.2 VA रेटिंग से 40% अधिक है। इस अंतर ने कला विस्थापन में 0.3 डिग्री की वृद्धि कर दी और समग्र शुद्धता को गंभीर रूप से प्रभावित किया। ये सभी कारक मिलकर कुल त्रुटि को 0.2% की सीमा से अतिक्रमित कर देते हैं। इससे हमें एक महत्वपूर्ण शिक्षा मिलती है: केवल इतना ही पर्याप्त नहीं है कि कोई वस्तु प्रयोगशाला परीक्षणों में सफल हो जाए—इसका यह अर्थ नहीं है कि वह वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों में भी पूर्णतः कार्य करेगी। जब महत्वपूर्ण विद्युत मापनों की बात आती है, तो विनिर्देशों में वास्तविक हार्मोनिक प्रोफाइल, यथार्थवादी तापमान सीमाएँ और वास्तविक भार मापनों को ध्यान में रखना आवश्यक है, बजाय उपकरण के लेबल पर छपे डेटा पर केवल निर्भर रहने के।

सामान्य प्रश्न

सीटी शुद्धता वर्ग क्या हैं?
0.1, 0.2 और 0.5 जैसे सीटी शुद्धता वर्ग IEC 61869-2 मानकों के अनुसार धारा ट्रांसफॉर्मरों की अधिकतम अनुमेय त्रुटि को दर्शाते हैं। संख्या जितनी कम होगी, मापन उतना ही अधिक सटीक होगा।

ट्रांसफॉर्मरों के लिए भार मिलान क्यों महत्वपूर्ण है?
भार मिलान सुनिश्चित करता है कि ट्रांसफॉर्मर की द्वितीयक वाइंडिंग पर लगाया गया भार उसकी नामांकित क्षमता के अनुरूप हो, जिससे कोर संतृप्ति को रोका जा सके और शुद्धता बनी रहे।

पर्यावरणीय कारक ट्रांसफॉर्मर की शुद्धता को कैसे प्रभावित करते हैं?
तापमान परिवर्तन, आवृत्ति अस्थिरता और हार्मोनिक विकृतियाँ जैसे कारक कोर की पारगम्यता और वाइंडिंग प्रतिरोध को बदलकर ट्रांसफॉर्मर की शुद्धता में कमी का कारण बन सकते हैं।