محول التيار محولات التيار

محولات التيار

Image Clampmeter Clampmeter محول تيار رقمي
وظيفة محول التيار أن يغذي جهاز قياس جهاز القياس أو الوقاية ب تيار صغير تتناسب قيمته مع التيار الأصلي المار في الدائرة , ويفضل دائما أن تكون قيمة تيار الجانب الثانوي في حدود أقل من 5 أمبير في الأحوال الطبيعية , ويتم ذلك بإختيار نسبة تحويل معينة تعرف ب (turns ratio) . ولها قيم قياسية أشهرها على سبيل المثال ( 5 100 ) , ( 5 200 ) , ( 5 300 ) . حتي تصل إلى أقصى قيمة عمليا وهي ( 1 3000 ) .

وأحد أهم الفروق التي تميز محول التيار عن محول محولات القوى أو محول جهد سعوي محولات الجهد أن الملف الإبتدائي له يدخل على التوالي في الدائرة المراد قياس تيارها CT’s or Current Transformers and Ammeters.

توصيل محولات التيار مع أجهزة الوقاية

في بعض الأحيان , يتم توصيل الملف الثانوي مباشرة إلى مرحل الريلاي < >( Relay ) , بمعنى إستخدام التيار الثانوي مباشرة ليمر في ملف جهاز الوقاية. وفي أحيان أخرى يتم توصيل مقاومة صغيرة جد بين طرفي الملف الثانوي (تصل إلى جزء من عشرة من الأوم ) وينشأ عليها جهد يتناسب مع قيمة التيار المار في الملف الثانوي لمحول التيار < >( CT ).

وهذا الأسلوب يستخدم غالبا مع أجهزة الوقاية الرقمية والتي تحتاج إلى تحويل التيار إلى جهد تمهيدا لتحويله إلى أرقام رقمية < >( Digital numbers ) بواسطة محول < >(A / D converter ).

مكان تركيب محول التيار

وبالنسبة لمكان توصيل محول التيار في الشبكة ففي الغالب بالنسبة للخطوط على سبيل المثال

  • يتم توصيل محول التيار الخاص بوقاية الخطوط بين قضيب توصيل قضيب التوصيل وبين قاطع الدارة الكهربائية قاطع الدائرة .
  • يتم توصيل محول التيار الخاص بوقاية قضيب توصيل قضيب التوصيل بعد قاطع الدارة الكهربائية قاطع الدائرة .

وهذاالترتيب يؤمن أعلى درجة من درجات الحماية , وضمان عدم وجود أي نقطة غير محمية في هذة المنطقة .

الإستخدام

Image CurrentTransformers محول تيار يستخدم ك جهاز قياس لمصدر تيار ثلاثي الأوجة 400 أمبير

يستخدم محول التيار في التطبيقات التالية

  • هندسة الوقاية الكهربائية أجهزة الوقاية .
  • أجهزة القياس والتحكم .

ومن المهم التأكد على أن محولات التيار المستخدمة مع أجهزة الوقاية تتميز بقدرتها على العمل بدقة في مدى واسع للتيار , لأن تيارات الأعطال متغيرة القيمة بشكل واسع .
على عكس محولات التيار المستخدمة في أجهزة القياس حيث يكون لها مدى محدود للدقة المطلوبة .

النظرية الأساسية لمحول التيار

File Ideal Transformar.png 320 محول متصل بمصدر VP على الجانب الإبتدائي عليه حمل ZL في الجانب الثانوي حيث 0 < ZL < âˆ‍. Stromwandler Zeichnung.svg النظرية العلمية لعمل محول التيار
Stromwandler wickel Zeichnung.svg مخطط لمحول التيار

يتم توصيل طرفي الملف الإبتدائي في محولات التيار على التوالي داخل الدائرة الكهربائية الدائرة المراد قياس تيار كهربائي تيارها , في حين يوصل جهاز الوقاية / القياس بين طرفي الملف الثانوي ومحول التيار .

ومن المعروف أن تيار الثانوي يتناسب مع تيار الإبتدائي طبقا للنظرية العامة لل محول محولات , بمعنى أن

n frac V_ ext P V_ ext S frac -N_ ext P -N_ ext S

frac V_ ext P V_ ext S frac I_ ext S I_ ext P frac N_ ext P N_ ext S sqrt frac L_ ext P L_ ext S n .

حيث

< >Vp هو جهد كهربائي جهد الإبتدائي

< >Vs هو جهد كهربائي جهد الثانوي

< >Ip هو تيار كهربائي تيار الإبتدائي

< >Is هو تيار كهربائي تيار الثانوي

< >n هي النسبة بين عدد لفات الملف الثانوي إلى عدد لفات الملف الإبتدائي , وهي تسمي ب ( turns ratio ) .

وعند توصيل < >محول تيار إلى جهاز ما للوقاية أو للقياس له معاوقة Z , فإن التيار المار بالإبتدائي سوف ينشأ فيضا مغناطيسيا ينتج عنه ظهور جهد < >EMF بين طرفي الثانوي يرمز له بالرمز < >Es , وهو الذي يتسبب في مرور تيار < >Is . وبالتالي يظهر على طرفي جهاز الحماية أو القياس جهد قدره Vo يساوي

nobr Z’_ ext L frac V_ ext P I_ ext P frac aV_ ext S I_ ext S /a a^2frac V_ ext S I_ ext S a^2 Z_ ext L .

وهذا الجهد الناشئ بين طرفي الملف الثانوي تناسب طردي (رياضيات) يتناسب طرديا مع معدل تغير الفيض , بمعني أن

V_ ext S -N_ ext S frac mathrm d Phi mathrm d t

V_ ext P -N_ ext P frac mathrm d Phi mathrm d t

ومن المعروف أن الفيض اللازم لينشأ Es يساوي

E_ ext rms frac 2 pi f N a B_ ext peak sqrt 2 approx 4.44 f N a B_ ext peak

حيث

B هي كثافة الفيض المغناطيسي كثافة الفيض في القلب الحديدي .

A هي مساحة مقطع القلب الحديدي .

منحنى المغناطيسية

Magnetization curves.svg منحنيات المغناطيسي لتسعة مواد ذات مغناطيسية حديدية تبين الوصول إلى التشبع 1.صفيحة من الحديد , 2.حديد سيليكوني , 3.حديد مصبوب , 4.سبيكة حديد و تنجستن , 5.حديد مغناطيس , 6.حديد مصبوب, 7. النيكل , 8. الكوبلت , 9. ماغنتيت خام.

من المعروف أن لكل محول تيار منحنى مغناطيسي خاص به يوضح العلاقة بين فرق الجهد الذي ينشأ في الملف الثانوي و التيار المسبب ل الفيض المغناطيسي لفيض , وهو التيار المعروف ب Ie . وهذا التيار يمثل جزء صغير من التيار المتولد في الجانب الثانوي , وهو يسحب داخل المعاوقة الداخلية لمحول التيار Ze التي تظهر ضمن الدائرة المكافئة لمحول التيار. ودائما ما يسحب هندسة الوقاية الكهربائية جهاز الوقاية / جهاز قياس القياس المركب بين طرفي الثانوي الجزء الأكبر من تيار الثانوي Current transformers.

ويوجد على منحنى المغناطيسية نقطة هامة تسمى نقطة الإنقلاب ( knee point ) . وتعرف هذة النقطة طبقا لل IEC بأنها النقطة التي تتسبب في زيادة قدرها 10 في قيمة الجهد Es نتيجة إرتفاع قيمة التيار Ie بمقدار 50 .
وبمعني آخر, هي النقطة التي يبدأ بعدها محول التيار في دخول مرحلة التشبع, وأغلب محولات التيار يجب أن تعمل في المنطقة الخطية قبل هذه النقطة حتي لا يحدث تشبع للمحول.

مشكلة التشبع

من المعروف أن التيار المتردد التيار الكهربي المتردد مصاحب دائما ب فيض مغناطيسي متردد تناسب طردي (رياضيات) يتناسب طرديا معه , وبالتالي كلما زاد التيار زاد الفيض المغناطيسي الفيض . ومشكله التشبع تحدث مع الزيادة الكبيرة في قيمة التيار ( أي عند حدوث عطل ) , حيث يتسبب ذلك في نشوء فيض عالى جدا لا يستطيع القلب الحديدي تحملة فيحدث له ما يسمى بالتشبع transformer saturation .

والقلب الحديدي في هذة الحالة يشبة طريق كبير يمر فيه عدد من السيارات , لكن الطريق له قدرة إستيعابية محددة فإذا زاد عدد السيارات به فإن المرور حتما سيتوقف ونقول بأن الطريق قد حدث له تشبع , وهذا تماما ما يحدث في القلب الحديدي حيث يتسبب التشبع في توقف زيادة الفيض العالي , وبالتالي تثبت قيمة الفيض على قيمة معينة ثابتة ( حد التشبع ) بمعني أن معدل التغير في الفيض قد أصبح صغيرا , وبالتالي لا ينشأ أي تيار في الملف الثانوي ( يصل تقريبا إلى الصفر ) .

ويعتبر النقص التدريجي في مركبة التيار المستمر ( DC component ) هي أحد العوامل الأساسية في تشوه قيمة تيار الثانوي مقارنة بالتيار الإبتدائي وتتوقف قيمتها عى لحظة القفل وعلى قيمة المقاومة R والمعاوقة X الموجوده في الدائرة .
بينما تتوقف مدة بقائها على قيمة المقاومة R والمعاوقة X فقط .

مشكلة فتح دائرة الثانوي

عند توصيل مصدر تيار مصدر كهربي على الجانب الإبتدائي فإنه ينشأ قوة دافعة مغناطيسية < >mmf , تقوم بدفع الفيض المغناطيسي الفيض في القلب الحديدي , ثم يقطع هذا الفيض ملفات الثانوي فينشأ فيه تيار ثانوي , ثم يقوم التيار الثانوي بتوليد < >mmf جديدة ومعاكسة لتلك الموجودة في الإبتدائي .

وفي حالة فتح دائرة الثانوي في محول التيار , فلن تنشأ أي < >mmf مضادة لتلك المتولدة في الإبتدائي , وبالتالي تكون كل < >mmf في الإبتدائي مركزة على القلب فقط , ويظهر جهد عالي على أطراف المحول بسبب مرور كل تيار الإبتدائي المعاوقة الموازية Ze . وهذا جهد عال الجهد العالي يمثل خطورة ليس فقط على المحول وإنما على الأشخاص المتعاملين مع هذة المحولات في حالة صيانتها كمثال .

ولذا فإنه من الضروري أن يتم نزع جهاز الوقاية من الجانب الثانوي لمحول التيار لأي سبب من الأسباب , ويلزم أن يستبدل الجهاز ب< > دائرة قصر < >short cicuit على أطراف الثانوي للمحول . وبالتالي يظل هناك تيار في الثانوي وتظل هناك < >mmf معاوقة لتلك الموجودة في الإبتدائي , فلا يرتفع الجهد على أطراف محول التيار .

تأثير الحمل

يتم تعريف الحمل الكهربائي الحمل على أنه قيمة load الموجودة في دائرة الجانب الثانوي لل محول ( هذا التعريف يصلح لمحولات الجهد ومحولات التيار معا ) . وأحيانا ( خاصه مع محولات التيار ) يشار إليه على أنه قيمة الحمل أو المعاوقة الموجودة في دائرة الملف الثانوي للمحول .

وفي الغالب يعرف الحمل لمحول التيار ب فولت أمبير الفولت أمبير وليس ب الأوم , ولكن بالطبع هما متكافئان ويمكن إستنتاج أحدهما بدلاله الآخر . فعلي سبيل المثال

محول التيار الذي يتحمل حمل قدرة 12.5 فولت أمبير وتياره الطبيعي في الثانوي يساوي 5 أمبير , يمكنه في الواقع تحمل توصيل حمل قدره 0.5 أوم . بقسمة القدرة على مربع التيار .

وبصفة عامة فإن الحمل من النقاط الهامة التي يجب أن تؤخذ بعين الإعتبار عند إختيار محول التيار . وهي تشمل

  • مقاومة كهربية مقاومة الأسلاك .
  • مقاومة كهربية مقاومة جهاز الوقاية .

وعلى ضوء قيمة هذة المعاوقة التي يراها محول التيار في دائرة الملف الثانوي له فإنه من الممكن تحديد إلى أي مدى يمكن إستخدام هذا المحول في مجال القياسات العامة أو مجال الوقاية .

وكلما كان جهاز الوقاية يمثل حمل صغير كلما كان ذلك أفضل , لأننا لن نحتاج في هذة الحالة إلى محول ذي قدرة عالية . وهذة إحدى الميزات العديدة لأجهزة الوقاية الرقمية ( أنها تمثل حمل صغير مقارنة بأنواع أجهزة الوقاية التقليدية ) .

توصيف محولات التيار

Image SF6 current transformer TGFM-110 Russia محول تيار يستخدم غاز SF6 في روسيا
من أهم الكميات التي يجب توصيفها بدقة مع محول التيار Protective Relays Application Guide, (The General Electric Company Limited of England, 1975) pages 78-87

  • الحمل ويعرف ب فولت أمبير الفولت أمبير ( VA ) والقيم التالية تعبر عن أشهر القيم المستخدمة ( 2.5 , 5 , 7.5 , 10 , 15 , 30 ) فولت أمبير .
  • أقصى تيار يتحملة وغالبا يشار إلى أقصى تيار في الجانب الإبتدائي .
  • أقصى تيار في مدة وجيزة وغالبا يشار إلى تيار الثانوي , وتكون المدة المحسوب عليها أقصى تيار تتراوح بين نصف ثانية وثلاث ثوان .
  • تيار الثانوي المقنن وغالبا ما يكون 1 أو 2 أو 5 أمبير . وإذا زادت المسافة بين محول التيار وبين أجهزة الحماية عن 30 متر فإننا نستخدم تيارا ثانويا يساوي 1 أمبير .
  • نسبة التحويل وأقصاها عمليا هي 1 3000 , وبالطبع هناك قيم أصغر من ذلك .
  • النوع ومن أشهر الأنواع المستخدمة في الوقاية 10P , 5P بالإضافة إلى X الذي يستخدم غالبا مع أجهزة الوقاية التفاضلية وذلك طبقا للمواصفات البريطانية BS . وكلما كانت الدقة المطلوبة عالية , كلما كان الجهاز المستخدم برقم أصغر .
  • لدى IEC مسميات أخرى وهي TPX , 10P , 5p , TPZ , TPY .

  • معامل التشبع فهي المقياس لأقصى تيار يمر في الجانب الإبتدائي دون أن تتأثر دقة القراءة في الجانب الثانوي .
  • وبمعني آخر هو أقصى تيار يمر في الإبتدائي قبل أن يتشبع القلب , ويتشوه تيار الثانوي .

    الإختبارات الأساسية لمحول التيار

    هناك ثلاثة إختبارات أساسية Current Transformer working]يجب إجراؤها قبل البدء في إدخال محولات التيار في الخدمة وهي[http //www.powermetrix.com/wordpress/wp-content/uploads/ /01/GLEMS 20 20- 20Inst 20Xformers 20Theory 20and 20Testing.pdf Testing Current Transformers

    1. إختبار القطبية .
    2. إختبار قيمة نسبة التحويل .
    3. إختبار منحني المغناطيسية .

    إختبار قيمة نسبة التحويل

    ويعتبر إختبار نسب التحويل هو أسهل هذة الإختبارات حيث يوصل جهد على أحد الجانبين ويقاس الجهد الناتج في الجانب الآخر بغرض التأكد من دقة التحويل وعندها نقول أن الثانوي يمثل بصدق ما يحدث في الإبتدائي .

    إختبار القطبية

    للتأكد من صحة القطبية قبل توصيل محول التيار يمكن إجراء < >إختبار فليكر ( flicker Test ) حيث يتم توصيل فولتميتر بين طرفي الثانوي لمحول التيار , بينما توصل بطارية جهد 6 فولت بين طرفي الإبتدائي . فعند توصيل البطارية في الدائرة ينحرف مؤشر فولتميتر الفولتميتر إلى الجهة الموجبة , وعند فصل البطارية ينعكس في الإتجاه الآخر , وبذلك يتم معرفة الطرف الموجب من الطرف السالب .

    إختبار منحني المغناطيسية

    ويحتاج هذا الإختبار إلى جهاز جهد متغير ( < >Variac ) مع أجهزة لقياس التيار والجهد . ويتم تغذية أطراف الجانب الثانوي بالجهد المتغير من الفارياك مع قياس التيار الذي ينشأ في الجانب الثانوي , علما بأن الجانب الإبتدائي يظل مفتوحا بدون أي حمل أثناء الإختبار .

    ويبدأ الإختبار بزيادة تدريجية للجهد حتي نصل إلى نقطة عندها تتسبب أي زيادة طفيفة في الجهد في زيادة ضخمة في التيار , وهي ما تسمي بنقطة الإنقلاب . وعندها يبدأ تسجيل القراءات حيث يتم خفض قيمة الجهد تدريجيا وتسجيل قيم التيار المقابلة لكل قيمة من قيم الجهد ورسم المنحنى . مع التأكد من وصول الجهد إلى صفر في النهاية للتأكد من حدوث نزع للمغنطة الموجودة في القلب .

    أنظر ايضا

    • محول .
    • محول جهد سعوي
    • محول تضمين .
    • محول مقوم .
    • محول تردد .
    • مغير (محولات) المغير .
    • أجهزة .
    • منظم الجهد .
    • قدرة التيار المتردد .
    • إنذار الحريق جهاز إنذار الحريق .
    • مصابيح الإضاءة .
    • أعطال منظومة القوى .
    • قائمة مهندسي الكهرباء .

    Image Leistungsschalter-110KV محول تيار يعمل على خط 110 كيلوفولت
    محول التيار هو عبارة عن جهاز يستخدم لقياس شدة التيار المتردد Instrument transformers]. وهناك اكثر من طريقة لتصميم المحول و يستخدم كأحد المحولات التي تغذي أجهزة القياس و العدادت الكهربائية ( عداد كهرباء ) أو هندسة الوقاية الكهربائية أجهزة الوقاية الكهربائية [http //www.elkor.net/pdfs/AN0305-Current_Transformers.pdf current trasnformer.

    يتكون محول التيار المتناوب من جانبين إبتدائي و ثانويIntroduction to Current Transformers

    الجانب الإبتدائي يتكون من عدد قليل من الحلقات يمر به التيار المتردد المرتفع القيمة.
    الجانب الثانوي يحتوي بالعادة على عدد كبير من اللفات (الحلقات) حول قالب الحديد .

    التيار الناتج في الجانب الثانوي يكون اقل من التيار في الجانب الإبتدائي حسب نسبة عدد اللفات في القسمين و حسب قيمة التيار الرئيسي و هو بالعادة أقل بكثير من الرئيسي حتى يتمكن من قياسه . التيار الفرعي يكون له انزياح زاوي عن الرئيسي أيضا .

    < > frac n1 n2 , Is Ip

    حيث

    < >Ip هو تيار الإبتدائي .

    < >Is هو تيار الثانوي .

    اترك تعليقاً

    لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

    زر الذهاب إلى الأعلى