Current transformer (CT) คืออะไร ใช้งานอย่างไร

Current Transformer (CT) หรือที่เรียกว่า “หม้อแปลงกระแส” เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการวัดและตรวจสอบกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า มันทำงานโดยการแปลงกระแสไฟฟ้าที่มีค่ามากในวงจรหลักให้กลายเป็นกระแสที่มีค่าน้อยลง ซึ่งสามารถวัดได้ง่ายกว่า โดยทั่วไป CT จะใช้ในการวัดกระแสไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และนำสัญญาณนั้นไปใช้ในการวัด การควบคุม หรือการป้องกันในวงจรต่างๆ

หลักการทำงานของ CT

คือการทำให้กระแสที่ไหลผ่านขดลวดหลักในวงจรสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะถูกถ่ายทอดไปยังขดลวดรองที่อยู่ในตัว CT โดยที่กระแสในขดลวดรองนี้จะมีขนาดที่สัมพันธ์กับกระแสในวงจรหลัก แต่มีค่าต่ำกว่า เพื่อให้สามารถวัดได้ง่ายและปลอดภัย การแปลงค่ากระแสนี้ทำให้สามารถใช้มิเตอร์ไฟฟ้าหรือระบบการวัดที่มีความละเอียดต่ำในการวัดกระแสที่มีขนาดใหญ่มากในวงจรหลัก

หลักการทำงานของหม้อแปลงกระแส (CT Working Principle)

กระแสไฟฟ้า Iₚ ไหลผ่านตัวนำหลัก (Main Primary Conductor)
สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำถูกสร้างขึ้นรอบตัวนำหลัก
ขดลวดทุติยภูมิที่พันรอบแกนแม่เหล็กจะได้รับแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
กระแสไฟฟ้า Iₛ ไหลในขดลวดทุติยภูมิ ซึ่งสามารถวัดได้ผ่านแอมมิเตอร์หรืออุปกรณ์วัดอื่น ๆ
อัตราส่วนของ Iₚ / Iₛ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของรอบขดลวด (Turn Ratio) ของหม้อแปลง

ภาพนี้แสดงหลักการทำงานของ หม้อแปลงกระแส (Current Transformer – CT)

ภาพนี้แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ หม้อแปลงกระแส

ส่วนประกอบของหม้อแปลงกระแส (Current Transformer - CT)

ภาพประกอบในด้านซ้ายแสดงองค์ประกอบหลักของหม้อแปลงกระแส ซึ่งได้แก่

🔹 ขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding)

- เป็นตัวนำหลัก (Main Primary Conductor) ที่กระแสไฟฟ้า Iₚ (Primary Current) ไหลผ่าน
- มักเป็นสายไฟหรือบัสบาร์ในระบบไฟฟ้าแรงสูง
- กระแสที่ไหลผ่านขดลวดนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ

🔹 แกนแม่เหล็ก (Hollow Core)

- ทำจากวัสดุแม่เหล็ก เช่น เหล็กซิลิคอน เพื่อลดการสูญเสียพลังงาน
- สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสปฐมภูมิจะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าไปยังขดลวดทุติยภูมิ

🔹 ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding)

- พันรอบแกนแม่เหล็กเพื่อรับพลังงานที่ถูกเหนี่ยวนำ
- กระแสที่เกิดขึ้นในขดลวดนี้เรียกว่า Iₛ (Secondary Current)
- กระแสทุติยภูมิมีขนาดลดลงจากกระแสปฐมภูมิขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของหม้อแปลง (Turn Ratio)

🔹 แอมมิเตอร์ (Ammeter)

- ใช้วัดกระแสไฟฟ้าที่ขดลวดทุติยภูมิ
- ค่ากระแสที่วัดได้ถูกลดลงตามอัตราส่วนของหม้อแปลง

ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสีย (Burden) คืออะไร ใช้งานอย่างไร คำนวณอย่างไร ?

ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสีย หรือที่เรียกว่า “Burden” ในระบบไฟฟ้า หมายถึงค่าของการสูญเสียพลังงานที่เกิดขึ้นจากการทำงานของอุปกรณ์วัด เช่น หม้อแปลงกระแส (CT) หรือหม้อแปลงแรงดัน (VT) โดยเฉพาะในกรณีของ CT (Current Transformer) ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียจะเป็นตัวแสดงถึงการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการใช้กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดใน CT ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดกระแสไฟฟ้า ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียหรือ Burden มักจะถูกระบุในหน่วยโอห์ม (Ω) หรือ วัตต์ (W) โดยทั่วไปแล้ว ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียนี้จะสัมพันธ์กับความต้านทานของขดลวดใน CT หรือ VT ที่ใช้ในการวัด โดยจะมีผลโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านและความแม่นยำในการแปลงค่า เมื่อพูดถึง “Burden” ในการใช้งานของ CT จะหมายถึงภาระที่เกิดจากการที่วงจรการวัดเชื่อมต่อกับวงจรหลักผ่านอุปกรณ์ที่มีภาระไฟฟ้ารวม เช่น วัดกระแสจากหม้อแปลง กระแสที่ไหลผ่านจะถูกแปลงไปเป็นแรงดันที่เหมาะสมกับเครื่องมือวัด ซึ่งค่า Burden จะส่งผลต่อความแม่นยำของการวัดค่า หากมีค่า Burden สูงเกินไป จะทำให้การแปลงกระแสเป็นค่าที่แม่นยำยากขึ้น หรือเกิดการสูญเสียพลังงานในการแปลง

ตัวอย่างการคำนวณกำลังไฟฟ้าสูญเสีย

การคำนวณกำลังไฟฟ้าสูญเสีย (Burden) ของหม้อแปลงกระแส (CT) คือการคำนวณกำลังที่สูญเสียไปในขดลวดภายใน CT ซึ่งสัมพันธ์กับค่าความต้านทานของวงจรโหลด (Load Resistance) ที่ต่อออกมาและกระแสที่ไหลผ่าน CT

สูตรการคำนวณ Burden:
Burden (VA) = Secondary Current2×Load Resistance (Ω)
หรือ
$Burden (VA)$ $= R ^{load} ( V ^{secondary} ) ^{2}$

Secondary Current (Iₛ) คือ กระแสที่ออกจากขดลวดรอง (secondary coil) ของ CT
Load Resistance (Rₗ) คือ ความต้านทานของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับขดลวดรอง
Vₛ (Voltage Secondary) คือ แรงดันที่เกิดจากการแปลงจากกระแสในวงจรหลักไปสู่ขดลวดรอง

ตัวอย่าง:
สมมติว่า CT มีการตั้งค่าเป็น 100:5 (แปลงกระแส 100 แอมป์ในวงจรหลักเป็น 5 แอมป์ในขดลวดรอง) และในวงจรรองเชื่อมต่อกับโหลดที่มีความต้านทาน 10 โอห์ม

Secondary Current (Iₛ) = 5 A
Load Resistance (Rₗ) = 10 Ω

Burden = (5A) 2 ×10Ω
Burden = 25 A 2 × 10Ω
Burden = 25A2×10Ω
Burden = 250VA

ตารางตัวอย่างการคำนวณ Burden

Secondary Current (Iₛ)	Load Resistance (Rₗ)	Burden (VA)
5 A	10 Ω	250 VA
10 A	5 Ω	500 VA
3 A	20 Ω	180 VA
8 A	15 Ω	960 VA
2 A	50 Ω	200 VA

จากตัวอย่างและตาราง จะเห็นว่าเมื่อค่า Secondary Current และ Load Resistance เปลี่ยนไป ค่า Burden ก็จะเปลี่ยนตามไป ซึ่งค่า Burden ที่สูงจะส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานมากขึ้นในวงจรการวัด ดังนั้นควรเลือกใช้ค่า Load Resistance ที่เหมาะสมเพื่อให้การวัดมีประสิทธิภาพและไม่สูญเสียพลังงานมากเกินไป

CT มักจะถูกใช้ในหลายๆ ด้าน เช่น การวัดกระแสในระบบจ่ายไฟฟ้า การควบคุมการทำงานของเครื่องจักร การตรวจสอบการใช้งานของเครื่องมือไฟฟ้า หรือแม้กระทั่งการป้องกันความผิดปกติในระบบไฟฟ้า เช่น การลัดวงจรหรือกระแสเกินกำหนด ในระบบนี้ CT จะส่งสัญญาณกระแสที่แปลงแล้วไปยังอุปกรณ์วัดหรือระบบควบคุมเพื่อตรวจสอบและวิเคราะห์

การใช้งานของ CT ยังสามารถช่วยให้การติดตั้งและการตรวจสอบระบบไฟฟ้าทำได้ง่ายและปลอดภัยยิ่งขึ้น โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่กระแสไฟฟ้าในวงจรหลักมีความสูงเกินกว่าที่อุปกรณ์วัดจะสามารถวัดได้โดยตรง นอกจากนี้ CT ยังมีประโยชน์ในการแยกอุปกรณ์วัดออกจากระบบไฟฟ้าที่ทำงานอยู่ โดยไม่ต้องเชื่อมต่อกับวงจรหลักโดยตรง ซึ่งทำให้การทำงานปลอดภัยและลดความเสี่ยงจากการเกิดอุบัติเหตุได้

นอกจากนี้ ยังมีการใช้งาน CT ในการควบคุมกระแสในสาขาต่างๆ เช่น การตรวจสอบการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, การป้องกันกระแสเกินในระบบการจ่ายไฟฟ้า, และระบบชาร์จรถไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็น Ev station หรือ Home Charger และระบบอื่นๆเกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้ากระแสสลับ โดยสามารถส่งข้อมูลที่ได้จาก CT ไปยังระบบการควบคุมอัตโนมัติหรือระบบตรวจสอบเพื่อดำเนินการป้องกันหรือตัดวงจรในกรณีที่เกิดปัญหา