مقدمة
قد يكون قياس التيار الكهربائي العالي مباشرة أمرًا صعبًا وغير آمن لأن العديد من العدادات الكهربائية وأجهزة المراقبة مصممة لقبول مدخلات التيار الصغيرة نسبيًا فقط. يحل محول التيار (CT) هذه المشكلة عن طريق تحويل تيار أولي مرتفع إلى تيار ثانوي أقل يمكن قياسه بأمان بواسطة الأدوات الكهربائية القياسية.
تستخدم محولات التيار على نطاق واسع في توزيع الطاقة، والأنظمة الكهربائية الصناعية، والمفاتيح الكهربائية، وقياس الطاقة، والمولدات، وأنظمة الحماية. باستخدام الحث الكهرومغناطيسي ونسبة التحويل المختارة بعناية، يوفر التصوير المقطعي تمثيلًا متناسبًا للتيار الأساسي دون الحاجة إلى جهاز القياس لحمل تيار النظام بالكامل.
من المهم فهم كيفية تقليل المحول الحالي للتيار العالي عند اختيار CT لتطبيقات القياس.
كيف يمكن للمحول الحالي تقليل التيار؟
يقوم محول التيار بتخفيض التيار من خلال الحث الكهرومغناطيسي.
يحمل اللف الأساسي للمقطع التيار الذي يجب قياسه. يخلق هذا التيار مجالًا مغناطيسيًا في قلب التصوير المقطعي. يؤدي التدفق المغناطيسي المتغير إلى إحداث تيار في الملف الثانوي.
يحتوي الملف الثانوي على عدد مختلف من اللفات من الجانب الأساسي. تحدد علاقة الدوران هذه نسبة CT وتسمح بتمثيل التيار الأساسي الكبير بتيار ثانوي أصغر.
على سبيل المثال، فكر في التصوير المقطعي المحوسب بنسبة تصنيف 500/5A.
عندما يكون التيار الأساسي 500 أمبير، يكون التيار الثانوي حوالي 5 أمبير في ظل الظروف المقدرة. إذا كان التيار الأساسي هو 250 أمبير، فسيكون التيار الثانوي حوالي 2.5 أمبير، على افتراض أن CT يعمل ضمن نطاقه المحدد.
وبالتالي فإن أداة القياس تتلقى إشارة تيار أصغر بكثير بدلاً من استقبال التيار الأساسي 500A مباشرة.
فهم نسبة CT
تعتبر نسبة CT من أهم المواصفات لتقليل التيار.
يتم التعبير عن النسبة بشكل عام على النحو التالي:
التيار الأساسي: التيار الثانوي
لـ 500/5A CT:
* التصنيف الأساسي الحالي=500A
* التيار الثانوي=5A
* نسبة CT=100:1
وهذا يعني أن التيار الثانوي يبلغ حوالي 1/100 من التيار الأساسي في ظل ظروف التشغيل ذات الصلة.
قد تشمل الأمثلة الشائعة الأخرى ما يلي:
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
تعتمد النسبة الصحيحة على التيار الأساسي المتوقع ومتطلبات أجهزة القياس المتصلة.
لماذا لا يتم توصيل التيار العالي مباشرة بجهاز القياس؟
العدادات الكهربائية القياسية ليست مصممة بشكل عام لحمل مئات أو آلاف الأمبيرات بشكل مستمر.
قد يتطلب توصيل جهاز قياس بدائرة تيار عالية-مباشرة موصلات كبيرة جدًا ومعدات متخصصة وإجراءات أمان إضافية. كما أنه سيجعل نظام القياس أكثر تعقيدًا.
يوفر التصوير المقطعي المحوسب بديلاً عمليًا.
يمر موصل التيار العالي-عبر الجانب الأساسي للأشعة المقطعية أو يتصل به، بينما يتصل جهاز القياس بالجانب الثانوي الحالي-السفلي.
على سبيل المثال، بدلاً من توصيل عداد الطاقة مباشرة بدائرة 500 أمبير، يمكن لـ 500/5A CT أن يزود المقياس بتيار ثانوي مقدر بحد أقصى 5A.
وهذا يجعل نظام القياس أكثر عملية ويسمح باستخدام أجهزة القياس القياسية في تطبيقات التيار العالي-.
دور الحث الكهرومغناطيسي
الحث الكهرومغناطيسي هو المبدأ الفيزيائي الأساسي الذي يسمح للأشعة المقطعية بتحويل التيار.
عندما يتدفق التيار عبر الموصل الأساسي، فإنه ينتج تدفقًا مغناطيسيًا في قلب الأشعة المقطعية. هذا التدفق المغناطيسي يستحث تيارًا ثانويًا.
يتم تحديد العلاقة بين التيارات الأولية والثانوية من خلال تكوين اللف وتصميم الأشعة المقطعية.
للحصول على CT مثالي مبسط، يمكن تمثيل العلاقة تقريبًا على النحو التالي:
الملكية الفكرية / هل ≈ نس / نب
أين:
* الاي بي=الابتدائي الحالي
* هل=تيار ثانوي
* Np=عدد اللفات الأولية
* Ns=عدد اللفات الثانوية
في العديد من تصميمات CT العملية، خاصة تصميمات النوافذ والحلقات-، قد يتكون الملف الأولي بشكل فعال من الموصل الذي يمر عبر القلب، بينما يحتوي الملف الثانوي على العديد من اللفات.
يسمح هذا الترتيب بتمثيل تيار أولي مرتفع بتيار ثانوي أصغر بكثير.
مثال على التخفيض الحالي
لنفترض أن وحدة التغذية الصناعية تحمل عادة ما يقرب من 800 أمبير وأن عداد الطاقة مصمم لاستقبال مدخلات 5 أمبير CT.
يمكن أن يكون للتصوير المقطعي المناسب نسبة 800/5A.
عندما يكون التيار الأساسي 800A:
التيار الثانوي ≈ 5A
إذا انخفض الحمل إلى 400A:
التيار الثانوي ≈ 2.5A
إذا زاد الحمل إلى 600A:
التيار الثانوي ≈ 3.75A
وبالتالي يتلقى جهاز القياس إشارة تيار متناسبة بينما يظل تيار التغذية الفعلي أعلى بكثير.
يمكن لنظام القياس بعد ذلك استخدام نسبة CT لحساب أو عرض التيار الأساسي الفعلي.
لا تقوم الأشعة المقطعية ببساطة "بالحد" من التيار
من المهم أن نفهم أن محول التيار لا يعمل مثل جهاز تقييد التيار التقليدي-.
لا يقلل التصوير المقطعي (CT) من تدفق التيار عبر الدائرة الأولية. لا تزال المعدات الكهربائية والحمل تستقبل التيار الأساسي الفعلي الذي يتطلبه النظام.
بدلاً من ذلك، يقوم CT بإنشاء تيار ثانوي متناسب لأغراض القياس والحماية.
على سبيل المثال، لا يقلل CT 1000/5A حمل 1000A إلى 5A. يستمر تيار 1000A في التدفق في الدائرة الأولية. ينتج التصوير المقطعي إشارة ثانوية 5A متناسبة تقريبًا في ظل الظروف المقدرة.
هذا التمييز مهم عند شرح كيفية عمل CT.
أهمية الدقة
يجب أن يمثل التيار الثانوي المنخفض التيار الأساسي بدقة حتى يعمل نظام القياس بشكل صحيح.
يمكن أن تتأثر دقة التصوير المقطعي بما يلي:
* نسبة الأشعة المقطعية
* فئة الدقة
* العبء الثانوي
* الخصائص الأساسية
* تيار التشغيل
* درجة حرارة
* تكرار
* التشبع
* مقاومة الأسلاك
بالنسبة لقياس الطاقة، تعد دقة القياس ذات أهمية خاصة لأن أخطاء التصوير المقطعي يمكن أن تؤثر على استهلاك الطاقة المحسوب.
بالنسبة لأنظمة الحماية، يجب أن يحافظ جهاز CT أيضًا على الأداء المناسب أثناء الظروف الحالية غير الطبيعية.
العبء والتحول الحالي
الدائرة الثانوية CT لديها عبء محدد. يشمل العبء الحمل الذي تفرضه العدادات والمرحلات والكابلات والمكونات الأخرى المتصلة.
إذا كان العبء مرتفعًا جدًا، فقد لا يحافظ جهاز CT على أدائه المحدد.
على سبيل المثال، قد يكون لجهاز CT حمل ثانوي محدد قدره 5 VA أو 10 VA اعتمادًا على تصميمه. يجب أن تظل الدائرة الثانوية المتصلة الفعلية ضمن التصنيف المطبق.
يمكن للكابلات الطويلة أن تزيد من المقاومة الثانوية وبالتالي تزيد من العبء.
يساعد تحديد حجم الأسلاك الثانوية بشكل صحيح على الحفاظ على التحويل الدقيق للتيار.
ماذا يحدث أثناء ارتفاع خطأ التيار؟
أثناء حدوث ماس كهربائي أو خطأ آخر، قد يصبح التيار الأساسي أعلى بكثير من تيار التشغيل العادي.
يجب تحديد التصوير المقطعي وفقًا للتطبيق لأن القلب المغناطيسي يمكن أن يقترب من التشبع في ظل الظروف الحالية- العالية.
عندما يتشبع CT، فإن تياره الثانوي قد لا يعيد إنتاج شكل موجة التيار الأساسي بدقة.
بالنسبة لتطبيقات القياس، يمكن أن ينتج عن ذلك قراءات غير دقيقة. بالنسبة لتطبيقات الحماية، يمكن أن يؤثر ذلك على الإشارة المتاحة لمرحلات الحماية.
ولذلك تم تصميم واختيار CTs الحماية بخصائص مناسبة لظروف الخطأ المتوقعة.
لماذا تعتبر CTs مفيدة لأجهزة قياس الطاقة
غالبًا ما تتطلب عدادات الطاقة معلومات عن التيار والجهد لحساب الطاقة الكهربائية والطاقة.
في أنظمة التيار العالي-، تسمح المحولات المقطعية لمقياس الطاقة باستقبال إشارة تيار منخفضة-مناسبة بدلاً من توصيله مباشرة بالتيار الأساسي الكبير.
وهذا يجعل القياس القائم على التصوير المقطعي -عمليًا من أجل:
* المنشآت الصناعية
* المباني التجارية
* لوحات التوزيع
* مولدات
* محركات كبيرة
* أنظمة توزيع الطاقة
* أنظمة الطاقة المتجددة
يستخدم المقياس نسبة CT لتحويل التيار الثانوي المقاس إلى التيار الأساسي المقابل للحساب والعرض.
اختيار نسبة CT الصحيحة
اختيار النسبة الصحيحة أمر ضروري.
يجب اختيار CT وفقًا لتيار الحمل الطبيعي المتوقع، والحد الأقصى لتيار التشغيل، ونطاق القياس، ومتطلبات جهاز القياس المتصل أو نظام المراقبة.
على سبيل المثال، إذا كان النظام يعمل بشكل طبيعي حول 400 أمبير، فإن استخدام CT بنسبة أعلى بكثير قد يؤدي إلى تشغيل CT بنسبة مئوية منخفضة نسبيًا من تياره المقدر.
من ناحية أخرى، لا ينبغي تشغيل جهاز CT بشكل روتيني أعلى من تياره الأساسي المقدر ما لم يسمح التصميم المحدد بذلك.
تعتمد أفضل نسبة على التطبيق الكامل بدلاً من مجرد اختيار أكبر صورة مقطعية متاحة.
اعتبارات السلامة
يجب تركيب وتشغيل CTs بعناية.
والأهم من ذلك، يجب عدم ترك دائرة CT ثانوية نشطة-مفتوحة أثناء تدفق التيار الأساسي. يمكن أن يتطور الجهد الخطير عبر المحطات الثانوية.
قبل فصل الأسلاك الثانوية للأشعة المقطعية، يجب اتباع الإجراءات المناسبة، بما في ذلك طرق التوصيل والعزل المحددة من قبل الشركة المصنعة حيثما أمكن ذلك.
يجب أن يتبع التثبيت أيضًا متطلبات السلامة الكهربائية المعمول بها وتعليمات الشركة المصنعة.
خاتمة
يقوم محول التيار بتقليل التيار العالي للقياس باستخدام الحث الكهرومغناطيسي لإنتاج تيار ثانوي متناسب ولكن أصغر بكثير.
على سبيل المثال، يمثل 500/5A CT تيارًا أوليًا قدره 500A مع تيار ثانوي يبلغ حوالي 5A في ظل الظروف المقدرة. لا يتم تقليل التيار الأولي العالي نفسه؛ وبدلاً من ذلك، يوفر CT إشارة تيار أقل-يمكن توصيلها بأمان بالعدادات المناسبة ومعدات الحماية.
تؤثر نسبة CT وفئة الدقة والعبء والخصائص الأساسية وتيار التشغيل وسلوك التشبع والأسلاك والظروف البيئية على جودة التحول الحالي.
من خلال تحديد نسبة CT الصحيحة وتثبيت المحول بشكل صحيح، يمكن قياس ومراقبة الأنظمة الكهربائية ذات التيار العالي-بأمان وكفاءة.