पावर सिस्टम में दो प्रमुख प्रकार के इंस्ट्रूमेंट ट्रांसफार्मर होते हैं।

I. वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर (VT)

वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर (पोटेंशियल ट्रांसफॉर्मर, संक्षिप्त रूप में PT; वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर, संक्षिप्त रूप में VT) एक विद्युत उपकरण है जो शक्ति परिपथों में वोल्टेज स्तर को बदलने के लिए प्रयोग किया जाता है।

1. कार्य सिद्धांत

वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर विद्युत चुंबकीय प्रेरण के सिद्धांत पर कार्य करता है और इसकी संरचना पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर के समान होती है, जिसमें मुख्य रूप से प्राथमिक फेरी, द्वितीयक फेरी और कोर शामिल होते हैं। प्राथमिक फेरी मापी जा रहे उच्च-वोल्टेज परिपथ से समानांतर रूप से जुड़ी होती है और इसमें बहुत सारी फेरियाँ होती हैं।

द्वितीयक फेरी, जिसमें कम फेरियाँ होती हैं, मापन उपकरणों, सुरक्षा रिले, और अन्य लोडों से जुड़ी होती है। सामान्य कार्यावधि के दौरान, द्वितीयक तरफ लगभग खुला परिपथ की स्थिति में होती है। विद्युत चुंबकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, प्राथमिक और द्वितीयक वोल्टेज का अनुपात फेरियों के अनुपात के बराबर होता है (U₁/U₂ = N₁/N₂)। यह उच्च वोल्टेज को आनुपातिक रूप से मानकीकृत कम वोल्टेज (आमतौर पर 100V या 100/√3 V) में घटाने की अनुमति देता है, जिससे मापन और सुरक्षा उपकरणों के लिए यह सुरक्षित और उपयुक्त हो जाता है।

इसका विद्युतीय प्रतीक निम्नलिखित है:

2. कार्य

• वोल्टेज मापन: उच्च प्रणाली वोल्टेज को मानकीकृत कम वोल्टेज (जैसे, 100V या 100/√3 V) में घटाता है, जिसे वोल्टमीटर, ऊर्जा मीटर और अन्य मापन उपकरणों द्वारा प्रयोग किया जाता है, जिससे विद्युत प्रणाली के वोल्टेज का वास्तविक समय में निगरानी की जा सकती है।
• रिले सुरक्षा: सुरक्षा रिले को अतिवोल्टेज, कम वोल्टेज और अन्य सुरक्षा कार्यों के लिए विश्वसनीय वोल्टेज सिग्नल प्रदान करता है। जब असामान्य वोल्टेज स्थिति होती है, तो सुरक्षा प्रणाली तेजी से प्रतिक्रिया करती है, दोषी परिपथ को अलग करने के लिए ट्रिप कमांड ट्रिगर करती है और प्रणाली और उपकरणों की सुरक्षा सुनिश्चित करती है।
• ऊर्जा मापन और बिलिंग: ऊर्जा मीटरों के साथ संयुक्त रूप से काम करता है, जिससे उच्च वोल्टेज परिपथों में शक्ति उपभोग का सटीक मापन होता है। यह बिजली कंपनी की बिलिंग और ऊर्जा वसूली के लिए एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करता है।

3. विशेषताएँ

• उच्च सटीकता: मापन ग्रेड वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर में उच्च सटीकता कक्ष (जैसे, 0.2, 0.5) होते हैं, जो सटीक वोल्टेज मापन और ऊर्जा मापन को सुनिश्चित करते हैं। सुरक्षा ग्रेड VTs तेज अनुक्रिया को प्राथमिकता देते हैं और अपेक्षाकृत कम सटीकता कक्ष (जैसे, 3P, 6P) होते हैं।
• उच्च आइसोलेशन की आवश्यकता: उच्च वोल्टेज VTs को उच्च संचालन वोल्टेज का सामना करना पड़ता है और आमतौर पर तेल-डूबे, SF₆ गैस, या ठोस रेजिन आइसोलेशन का प्रयोग किया जाता है, जिससे स्थिर और विश्वसनीय प्रदर्शन मिलता है। निम्न वोल्टेज VTs अधिकतर सूखे प्रकार के होते हैं, जिनकी संरचना सरल होती है और उनका रखरखाव आसान होता है।
• द्वितीयक तरफ शॉर्ट सर्किट नहीं होना चाहिए: द्वितीयक तरफ पर शॉर्ट सर्किट होने से अत्यधिक विद्युत धारा उत्पन्न हो सकती है, जो फेरियों को गर्म करके नष्ट कर सकती है। इसलिए, द्वितीयक परिपथ को फ्यूज या मिनीक्यूर सर्किट ब्रेकर से सुरक्षित किया जाना चाहिए।

4. अनुप्रयोग स्थितियाँ

• उच्च वोल्टेज अनुप्रयोग: 1 kV और उससे ऊपर के वोल्टेज वाले प्रसारण रेखाओं और सबस्टेशनों (जैसे, 10 kV, 35 kV, 110 kV प्रणाली) के लिए उपयुक्त है। बसबार या लाइन वोल्टेज की निगरानी करने और सुरक्षा प्रणालियों को इनपुट देने के लिए प्रयोग किया जाता है, जिससे ग्रिड का सुरक्षित और स्थिर संचालन सुनिश्चित होता है।
• निम्न वोल्टेज अनुप्रयोग: 1 kV से नीचे के वितरण प्रणालियों (जैसे, 220V आवासीय परिपथ, 380V औद्योगिक प्रणाली) के लिए उपयुक्त है। आमतौर पर निम्न वोल्टेज स्विचगियर में स्थापित किया जाता है, जिससे उपभोक्ता-पक्ष के वोल्टेज की निगरानी की जा सकती है या ऊर्जा मीटरों के साथ शक्ति मापन के लिए इंटरफेसिंग की जा सकती है।

II. धारा ट्रांसफॉर्मर (CT)

धारा ट्रांसफॉर्मर (CT), जिसे धारा ट्रांसड्यूसर भी कहा जाता है, एक उपकरण ट्रांसफॉर्मर है जो सामान्य संचालन स्थिति में, प्राथमिक धारा के साथ लगभग समानुपातिक द्वितीयक धारा उत्पन्न करता है, जब सही रूप से जोड़ा जाता है, तो दोनों के बीच फेज अंतर शून्य के करीब होता है।

1. कार्य सिद्धांत

धारा ट्रांसफॉर्मर विद्युत चुंबकीय प्रेरण के सिद्धांत पर कार्य करता है और इसकी संरचना पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर के समान होती है, जिसमें मुख्य रूप से प्राथमिक फेरी, द्वितीयक फेरी और चुंबकीय कोर शामिल होते हैं। प्राथमिक फेरी मापी जा रहे परिपथ से श्रृंखला में जुड़ी होती है और इसमें बहुत कम फेरियाँ होती हैं (कभी-कभी केवल एक फेरी), जिसमें उच्च प्राथमिक धारा बहती है।

द्वितीयक फेरी, जिसमें बहुत अधिक फेरियाँ होती हैं, मापन उपकरणों, सुरक्षा रिले, और अन्य लोडों से श्रृंखला में जुड़ी होती है, जिससे एक बंद परिपथ बनता है। सामान्य कार्यावधि के दौरान, द्वितीयक तरफ लगभग शॉर्ट सर्किट की स्थिति में होती है। विद्युत चुंबकीय प्रेरण के अनुसार, प्राथमिक और द्वितीयक धारा का अनुपात फेरियों के अनुपात के व्युत्क्रमानुपाती होता है (I₁/I₂ = N₂/N₁)। यह बड़ी धाराओं को मानकीकृत कम स्तर की धाराओं (आमतौर पर 5A या 1A) में आनुपातिक रूप से घटाने की अनुमति देता है, जिससे मापन, निगरानी और सुरक्षा की सुविधा होती है।

इसका विद्युतीय प्रतीक निम्नलिखित है:

धारा ट्रांसफॉर्मर के प्राथमिक और द्वितीयक निर्धारित धारा का अनुपात धारा रूपांतरण अनुपात (Ke) कहलाता है। धारा रूपांतरण अनुपात के लिए व्यंजक निम्नलिखित है:

नोट:

• W₁, W₂ ट्रांसफॉर्मर की प्राथमिक और द्वितीयक फेरियों की संख्या है;
• I₁ₑ, I₂ₑ प्राथमिक और द्वितीयक फेरियों की निर्धारित धाराएँ हैं;
• I₁, I₂ प्राथमिक और द्वितीयक फेरियों में वास्तविक धाराएँ हैं।

2. कार्य

• धारा मापन: उच्च प्राथमिक धाराओं को मानकीकृत कम द्वितीयक धाराओं (जैसे, 5A या 1A) में घटाता है, जिससे एम्पीयरमीटर, ऊर्जा मीटर, और अन्य उपकरणों द्वारा लोड धारा का वास्तविक समय में मापन किया जा सकता है।
• रिले सुरक्षा: सुरक्षा रिले को अतिधारा, अंतर, और दूरी सुरक्षा के लिए धारा सिग्नल प्रदान करता है। जब शॉर्ट सर्किट या अतिप्रतिबंध जैसे दोष होते हैं, तो सुरक्षा प्रणाली ट्रिप सिग्नल ट्रिगर करती है, जिससे शक्ति सप्लाई को अलग किया जाता है, उपकरणों की क्षति और प्रणाली की अस्थिरता से बचा जाता है।
• विद्युतीय अलगाव: उच्च वोल्टेज/उच्च धारा प्राथमिक परिपथ और मापन, नियंत्रण, और सुरक्षा के लिए प्रयोग किए जाने वाले निम्न वोल्टेज द्वितीयक परिपथों के बीच गैल्वेनिक अलगाव प्रदान करता है। यह कर्मचारियों और द्वितीयक उपकरणों की सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

3. विशेषताएँ

• उच्च विश्वसनीयता: शॉर्ट सर्किट की घटनाओं के दौरान उच्च यांत्रिक और ऊष्मीय तनाव का सामना करना चाहिए। CTs अत्यधिक दोष स्थितियों में अक्षुण्य रहने के लिए उत्कृष्ट गतिक और ऊष्मीय स्थिरता के साथ डिजाइन किए जाते हैं।
• एकाधिक फेरी डिजाइन: उच्च वोल्टेज CTs अक्षरतः एक से अधिक द्वितीयक फेरियों वाले होते हैं - एक मापन के लिए (उच्च सटीकता, जैसे, कक्ष 0.5) और दूसरा सुरक्षा के लिए (व्यापक सीमा और तेज अनुक्रिया, जैसे, कक्ष 5P या 10P)। निम्न वोल्टेज CTs आमतौर पर बुनियादी अनुप्रयोग की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक या दो फेरियों वाले होते हैं।
• द्वितीयक तरफ खुला सर्किट नहीं होना चाहिए: द्वितीयक तरफ पर खुला सर्किट होने से फेरी पर अत्यधिक विद्युत वोल्टेज (कई kV तक) उत्पन्न हो सकता है, जो आइसोलेशन टूटने, उपकरण की क्षति, और विद्युत झटके के गंभीर जोखिम पैदा कर सकता है। इसलिए, द्वितीयक परिपथ को संचालन के दौरान बंद रखा जाना चाहिए - इसे खोलना निषेधित है।

4. अनुप्रयोग स्थितियाँ

• उच्च वोल्टेज अनुप्रयोग: 1 kV और उससे ऊपर के वोल्टेज वाले प्रसारण रेखाओं और सबस्टेशनों (जैसे, 10 kV, 35 kV, 110 kV प्रणाली) में प्रयोग किया जाता है। ट्रांसफॉर्मर, सर्किट ब्रेकर, और बसबार जैसे महत्वपूर्ण उपकरणों के धारा मापन और सुरक्षा के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जा