محولات التيار في الاتصالات Current Transformer

في مرفق الطاقة الكهربائية تُستخدم محولات التيار “CT” لقياس وحماية خطوط النقل “TL”، كما تُستخدم أنظمة ناقلات خطوط الطاقة “PLC” للاتصال بين المحطات الفرعية الكهربائية وحماية خط النقل، ومع ذلك مع الاستخدام المتزايد للألياف الضوئية للاتصال ويرجع ذلك أساساً إلى معدل نقل البيانات المرتفع وعلاقة الإشارة والضوضاء المنخفضة يفقد هذا التطبيق إمكاناته.

ما هي محولات التيار

محولات التيار “CT”: هو نوع من “محولات الأجهزة” المصممة لإنتاج تيار متناوب في ملفه الثانوي الذي يتناسب مع التيار الذي يتم قياسه في الابتدائي، كما تعمل المحولات الحالية على تقليل تيارات الجهد العالي إلى قيمة أقل بكثير، وتوفر طريقة ملائمة لمراقبة تدفق التيار الكهربائي الفعلي بأمان في خط نقل التيار المتردد باستخدام مقياس التيار الكهربائي القياسي، ويختلف مبدأ تشغيل محول التيار الأساسي قليلاً عن محول الجهد العادي.

كما يجب تحديد وظائف أخرى للمعدات التي لا تزال قيد الاستخدام أحدها هو اكتشاف الأعطال أي دوائر قصيرة وأضرار سلاسل خطوط النقل العازلة، والغرض هو التحقق من إمكانية استخدام المسار إلى الأرض التي تقدمها “CTs” بدلاً من أدوات التوصيل السعوية أو المحولات المحتملة السعوية لاكتشاف العوازل التالفة، ونظراً لأن المحولات الحالية موجودة دائماً في جميع فتحات خطوط النقل “TL’s“.

• “CT” هي اختصار لـ “Current Transformer”.

• “TL” هي اختصار لـ “transportation lines”.

• “PLC” هي اختصار لـ “Power Line Communication”.

أساسيات محولات التيار

على عكس الجهد أو محول الطاقة يتكون المحول الحالي من دورة واحدة فقط أو عدد قليل جداً من الدورات كملف أساسي، كما يمكن أن يكون هذا الملف الأساسي إمّا من دورة واحدة مسطحة أو لفائف من الأسلاك الثقيلة ملفوفة حول القلب أو مجرد موصل، أو قضيب ناقل يوضع من خلال ثقب مركزي.

وبسبب هذا النوع من الترتيب غالباً ما يُشار إلى المحول الحالي أيضاً باسم “محول متسلسل”، حيث أنّ الملف الأساسي الذي لا يحتوي أبداً على أكثر من عدد قليل جداً من المنعطفات، يكون متسلسلاً مع الموصل الحامل الحالي الذي يزود حمولة، ومع ذلك قد يحتوي الملف الثانوي على عدد كبير من لفات الملف الملفوفة على نواة مغلفة من مادة مغناطيسية منخفضة الفقد.

كما يحتوي هذا القلب على مساحة مقطع عرضي كبيرة بحيث تكون كثافة التدفق المغناطيسي التي تم إنشاؤها منخفضة باستخدام سلك منطقة مقطع عرضي أصغر بكثير، واعتماداً على مقدار التيار الذي يجب أن ينخفض ​​لأسفل أثناء محاولته إخراج تيار ثابت مستقل عن الموصل كحمل.

كما سيوفر اللف الثانوي تياراً إمّا في دائرة كهربائية قصيرة وعلى شكل مقياس التيار الكهربائي أو في حمل مقاوم، وحتى يصبح الجهد الناتج في المرحلة الثانوية كبيراً بما يكفي لإشباع القلب أو التسبب في حدوث عطل بسبب الانهيار المفرط للجهد.

وعلى النقيض من محول الجهد فإنّ التيار الأولي لمحول التيار لا يرتبط بتيار الحمل الثانوي ولكن بدلاً من ذلك يتم التحكم فيه من خلال حمل خارجي، حيث عادةً ما يتم تصنيف التيار الثانوي عند معيار “1 أمبير” أو “5 أمبير” للحصول على تصنيفات تيار أولي أكبر.

أنواع محولات التيار

1- محول تيار الجرح

• يتم توصيل الملف الأولي للمحولات فعلياً في سلسلة مع الموصل الذي يحمل التيار المقاس المتدفق في الدائرة.

• يعتمد حجم التيار الثانوي على نسبة المنعطفات للمحول.

2- محول التيار الحلقي

• لا يحتوي على ملف أولي، وبدلاً من ذلك يتم تمرير الخط الذي يحمل التيار المتدفق في الشبكة من خلال نافذة أو ثقب في المحول الحلقي.

• تحتوي بعض محولات التيار على “قلب مجزأ” يسمح بفتحه وتركيبه وإغلاقه دون فصل الدائرة المتصلة به.

3- محول التيار من النوع الشريطي

يعتمد هذا النوع من محولات التيار على الكابل الفعلي أو قضيب ناقل الدائرة الرئيسية كملف أساسي، وهو ما يعادل دورة واحدة، وهي معزولة تماماً عن جهد التشغيل العالي للنظام وعادة ما يتم تثبيتها بمسامير في جهاز الحمل الحالي.

يمكن أن تقلل المحولات الحالية أو تنحى المستويات الحالية من آلاف الأمبير إلى مخرجات قياسية ذات نسبة معروفة إلى “5 أمبير” أو “1 أمبير” للتشغيل العادي، وبالتالي يمكن استخدام أدوات وأجهزة تحكم صغيرة ودقيقة مع “CT” لأنّها معزولة بعيداً عن أي خطوط طاقة عالية الجهد.

هناك مجموعة متنوعة من تطبيقات القياس واستخداماته للمحولات الحالية مثل مع مقياس الواطميتر ومقاييس عامل الطاقة، وعدادات الواط في الساعة والمرحلات الواقية أو ملفات الرحلة في قواطع الدائرة المغناطيسية أو “MCB’s”.

مبدأ عمل محولات التيار

تُستخدم المحولات الحالية ومقاييس التيار معاً كزوج متطابق، حيث يكون تصميم المحول الحالي مثل توفير أقصى تيار ثانوي يتوافق مع انحراف كامل النطاق على مقياس التيار، وفي معظم المحولات الحالية توجد نسبة دوران عكسية تقريبية بين التيارين في اللفات الأولية والثانوية، وهذا هو السبب في أنّ معايرة الأشعة المقطعية تكون بشكل عام لنوع معين من مقياس التيار الكهربائي.

تتمتع معظم المحولات الحالية بتصنيف ثانوي قياسي يبلغ “5 أمبير” مع التعبير عن التيارات الأولية والثانوية كنسبة مثل “100/5″، وهذا يُشير إلى أنّ التيار الأساسي أكبر 20 مرة من التيار الثانوي لذلك عندما يتدفق “100 أمبير” في الموصل الأولي سينتج عن ذلك تدفق “5 أمبير” في الملف الثانوي، كما أنّ المحول الحالي “500/5” وسينتج 5 أمبير في المرحلة الثانوية لـ “500 أمبير” في الموصل الرئيسي أي “100 مرة” أكبر.

من خلال زيادة عدد اللفات الثانوية “Ns” يمكن جعل التيار الثانوي أصغر بكثير من التيار في الدائرة الأولية التي يتم قياسها لأنّه مع زيادة “N” وينخفض “​​\ u200b \ u200b” بمقدار متناسب، كما يرتبط عدد المنعطفات والتيار في اللفات الأولية والثانوية بنسب عكسية.

كيفية قياس محولات التيار CT

• تم تصميم محول تيار القياس لقياس التيار باستمرار والعمل بدقة ضمن النطاق الحالي المقدر.

• يتم تحديد حدود الخطأ والإزاحة الحالية بواسطة فئة الدقة، وفئات الدقة هي 0.1 و0.2 و0.5 و1.

• في مقاييس الواط وعدادات الطاقة “energy meters” وعدادات معامل القدرة ينتج عن إزاحة الطور أخطاء، ومع ذلك فإنّ إدخال عدادات الطاقة “energy meters” والطاقة الإلكترونية سمح بمعايرة خطأ المرحلة الحالية.

• عندما يتجاوز التيار التصنيف سوف يتشبع “CT” القياس وبالتالي يحد من المستوى الحالي داخل الجهاز.

• عادةً ما تحتوي المواد الأساسية لهذا النوع من التصوير المقطعي المحوسب على مستوى تشبع منخفض ، مثل البلورات النانوية.

• سلسلة “AP” و”AQ” هي محولات تيار دقيقة بدقة نموذجية تتراوح من “0.1%” إلى “0.2%” ممّا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية وأقل إزاحة في الطور.

• تم تصميم محول تيار الحماية ليعمل بشكل جيد في نطاق التيار الزائد، وهذا يمكن المرحلات الواقية من قياس تيارات الأعطال بدقة حتى في ظروف التيار العالي للغاية.

• يستخدم التيار الثانوي لتشغيل مرحل وقائي يمكنه عزل جزء من دائرة الطاقة الذي يعاني من حالة عطل.

• تتميز المادة الأساسية لهذا النوع من التصوير المقطعي المحوسب بمستوى تشبع عالٍ وعادة ما تكون مصنوعة من فولاذ السليكون.