محول التيار

مكان تركيب محول التيار

إضافةً إلى ذلك، يتم توصيل محول التيار الخاص بوقاية قضيب التوصيل بعد قاطع الدائرة .

في هذا الإطار، وبالنسبة لمكان توصيل محول التيار في الشبكة ففي الغالب بالنسبة للخطوط مثلًا :

في هذا الإطار، وهذا الترتيب يؤمن أعلى درجة من درجات الحماية، وضمان عدم وجود أي نقطة غير محمية في هذه المنطقة .

وفي هذا الصدد، يتم توصيل محول التيار الخاص بوقاية الخطوط بين قضيب التوصيل وبين قاطع الدائرة .

اختبار قيمة نسبة التحويل

علاوةً على ذلك، ويعتبر اختبار نسب التحويل هو أسهل هذه الاختبارات 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 الابتدائي.

توصيف محولات التيار

علاوةً على ذلك، النوع ومن أشهر الأنواع المستعملة في الوقاية 10P , 5P فضلًا عن class X الذي يستعمل غالبا مع أجهزة الوقاية التفاضلية وذلك طبقا للمواصفات البريطانية BS . وكلما كانت الدقة المطلوبة عالية، كلما كان الجهاز المستعمل برقم أصغر .

علاوةً على ذلك، وبمعنى آخر هو أقصى تيار يمر في الابتدائي قبل أن يتشبع القلب، ويتشوه تيار الثانوي .

من أهم الكميات التي يجب توصيفها بدقة مع محول التيار:

لدى IEC مسميات أخرى وهي TPX , 10P , 5p , TPZ , TPY .

من جهة ثانية، معامل التشبع فهي المقياس لأقصى تيار يمر في الجانب الابتدائي دون أن تتأثر دقة القراءة في الجانب الثانوي .

وعلى صعيد آخر، أقصى تيار في مدة وجيزة وغالبا يشار إلى تيار الثانوي، وتكون المدة المحسوب عليها أقصى تيار تتراوح بين نصف ثانية وثلاث ثوان .

وفي السياق ذاته، نسبة التحويل وأقصاها عمليا هي 1 : 3000 , وبالطبع هناك قيم أصغر من ذلك .

علاوةً على ذلك، أقصى تيار يتحمله وغالبا يشار إلى أقصى تيار في الجانب الابتدائي .

وفي السياق ذاته، 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 نستعمل تيارا ثانويا يساوي 1 أمبير .

وعلى صعيد آخر، الحمل ويعرف بالفولت أمبير ( VA ) والقيم التالية تعبر عن أشهر القيم المستعملة : ( 2.5 , 5 , 7.5 , 10 , 15 , 30 ) فولت أمبير .

مشكلة فتح دائرة الثانوي

علاوةً على ذلك، ولذا فإنه من الضروري أن يتم نزع جهاز الوقاية من الجانب الثانوي لمحول التيار لأي سبب من الأسباب، ويلزم أن يستبدل الجهاز بدائرة قصر short circuit على أطراف الثانوي للمحول . وبالتالي يظل هناك تيار في الثانوي وتظل هناك mmf معاوقة لتلك الموجودة في الابتدائي، فلا يرتفع الجهد على أطراف محول التيار .

كذلك، عند توصيل مصدر كهربي على الجانب الابتدائي فإنه ينشأ قوة دافعة مغناطيسية mmf , تقوم بدفع 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 الابتدائي .

من جهة ثانية، وفي حالة فتح دائرة الثانوي في محول التيار، فلن تنشأ أي mmf مضادة لتلك المتولدة في الابتدائي، وبالتالي تكون كل mmf في الابتدائي مركزة على القلب فقط، ويظهر جهد عالي على أطراف المحول بسبب مرور كل تيار الابتدائي المعاوقة الموازية Ze . وهذا الجهد العالي يمثل خطورة ليس فقط على المحول وإنما على الأشخاص المتعاملين مع هذه المحولات في حالة صيانتها كمثال .

تأثير الحمل

علاوةً على ذلك، وفي الغالب يعرف الحمل لمحول التيار بالفولت أمبير وليس بالأوم , ولكن بالطبع هما متكافئان ويمكن إستنتاج أحدهما بدلالة الآخر . فمثلًا :

في هذا الإطار، 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 .

في هذا الإطار، وكلما كان جهاز الوقاية يمثل حملا صغيرا كلما كان ذلك أفضل، لأننا لن نحتاج في هذه الحالة إلى محول ذي قدرة عالية . وهذه إحدى الميزات العديدة لأجهزة الوقاية الرقمية ( أنها تمثل حمل صغير مقارنة بأنواع أجهزة الوقاية التقليدية ) .

مقاومة جهاز الوقاية .

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

مقاومة الأسلاك .

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

علاوةً على ذلك، وبصفة عامة فإن الحمل من النقاط الهامة التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار عند اختيار محول التيار . وهي تشمل :

محولات التيار

من جهة ثانية، وظيفة محول التيار أن يغذي جهاز القياس أو الوقاية بتيار 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 باختيار نسبة تحويل معينة تعرف ب (turns ratio). ولها قيم قياسية أشهرها مثلًا (5 : 100)، ( 5 : 200 )، ( 5 : 300 ). حتي تصل إلى أقصى قيمة عمليا وهي (1 : 3000).

إضافةً إلى ذلك، وأحد أهم الفروق الذي تميز محول التيار عن محولات القوى أو محولات الجهد أن الملف الابتدائي له يدخل على التوالي في الدائرة المراد قياس تيارها.

اختبار القطبية

ومن جهة أخرى، للتأكد من صحة القطبية قبل توصيل محول التيار يمكن إجراء اختبار فليكر ( flicker Test ) حيث يتم توصيل فولتميتر بين طرفي الثانوي لمحول التيار، بينما توصل بطارية جهد 6 فولت بين طرفي الابتدائي. فعند توصيل البطارية في الدائرة ينحرف مؤشر الفولتميتر إلى الجهة الموجبة، وعند فصل البطارية ينعكس في الاتجاه الآخر، وبذلك يتم معرفة الطرف الموجب من الطرف السالب.

الاستخدام

من جانب آخر، ومن المهم التأكد على أن محولات التيار المستعملة مع أجهزة الوقاية تتميز بقدرتها على العمل بدقة في مدى واسع للتيار، لأن تيارات الأعطال متغيرة القيمة بشكل واسع.

• يستعمل محول التيار في التطبيقات التالية:
• أجهزة الوقاية.
• أجهزة القياس والتحكم.

وفي هذا الصدد، على عكس محولات التيار المستعملة في أجهزة القياس حيث يكون لها مدى محدود للدقة المطلوبة.

اختبار منحني المغناطيسية

إضافةً إلى ذلك، ويحتاج هذا الاختبار 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 الابتدائي يظل مفتوحا بدون أي حمل أثناء الاختبار.

• انظر كذلك
• محول
• محول جهد سعوي
• محول تضمين
• محول مقوم
• محول تردد
• محول دلتا ستار
• المغير
• قبعة الألومنيوم
• أجهزة
• منظم الجهد
• قدرة التيار المتردد
• جهاز إنذار الحريق
• مصابيح الإضاءة
• أعطال منظومة القوى

من جهة ثانية، ويبدأ الاختبار بزيادة تدريجية للجهد حتى نصل إلى نقطة عندها تتسبب أي زيادة طفيفة في الجهد في زيادة ضخمة في التيار، وهي ما تسمى بنقطة الانقلاب . 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.

توصيل محولات التيار مع أجهزة الوقاية

في هذا الإطار، في بعض الأحيان، يتم توصيل الملف الثانوي مباشرة إلى الريلاي ( Relay ) , بمعنى استخدام التيار الثانوي مباشرة ليمر في ملف جهاز الوقاية. وفي أحيان أخرى يتم توصيل مقاومة صغيرة جدا 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).

في هذا الإطار، وهذا الأسلوب يستعمل غالبا مع أجهزة الوقاية الرقمية والتي تحتاج إلى تحويل التيار إلى جهد تمهيدا لتحويله إلى أرقام رقمية (Digital numbers) بواسطة محول (A / D converter ).

Is هو تيار الثانوي

• ومن المعروف أن الفيض اللازم لينشأ Es يساوي :
• حيث:
• B هي كثافة الفيض في القلب الحديدي.
• A هي مساحة مقطع القلب الحديدي.

وعلى صعيد آخر، n هي النسبة بين عدد لفات الملف الثانوي إلى عدد لفات الملف الابتدائي، وهي تسمي ب ( turns ratio ).

من جانب آخر، وهذا الجهد الناشئ بين طرفي الملف الثانوي يتناسب طرديا مع معدل تغير الفيض , بمعنى أن :

علاوةً على ذلك، وعند توصيل محول تيار إلى جهاز ما للوقاية أو للقياس له معاوقة Z , فإن التيار المار بالابتدائي 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

النظرية الأساسية لمحول التيار

ومن جهة أخرى، يتم توصيل طرفي الملف الابتدائي في محولات التيار على التوالي داخل الدائرة المراد قياس تيارها، في حين يوصل جهاز الوقاية / القياس بين طرفي الملف الثانوي ومحول التيار.

• .
• حيث
• Vp هو جهد الابتدائي
• Vs هو جهد الثانوي
• Ip هو تيار الابتدائي

في هذا الإطار، ومن المعروف أن تيار الثانوي يتناسب مع تيار الابتدائي طبقا للنظرية العامة للمحولات، بمعنى أن:

حيث

Ip هو تيار الابتدائي .

Is هو تيار الثانوي .

الاختبارات الأساسية لمحول التيار

• اختبار القطبية.
• اختبار قيمة نسبة التحويل.
• اختبار منحنى المغناطيسية.

وفي هذا الصدد، هناك ثلاثة اختبارات أساسية يجب إجراؤها قبل البدء في إدخال محولات التيار في الخدمة وهي:

منحنى المغناطيسية

علاوةً على ذلك، 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 حتى لا يحدث تشبع للمحول.

من جانب آخر، ويوجد على منحنى المغناطيسية نقطة هامة تسمى نقطة الانقلاب ( knee point ) . وتعرف هذه النقطة طبقا لل IEC بأنها النقطة التي تتسبب في زيادة قدرها 10 % في قيمة الجهد Es نتيجة ارتفاع قيمة التيار Ie بمقدار 50 % .

وفي هذا الصدد، من المعروف أن لكل محول تيار منحنى مغناطيسي خاص به يوضح العلاقة بين فرق الجهد الذي ينشأ في الملف الثانوي والتيار المسبب للفيض , 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 جهاز الوقاية / القياس المركب بين طرفي الثانوي الجزء الأكبر من تيار الثانوي.

مشكلة التشبع

من جانب آخر، والقلب الحديدي في هذه الحالة يشبه 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 ) بمعنى أن «معدل التغير» في الفيض قد أصبح صغيرا، وبالتالي لا ينشأ أي تيار في الملف الثانوي ( يصل على وجه التقريب إلى الصفر ) .

من جهة ثانية، من المعروف أن التيار الكهربي المتردد مصاحب دائما بفيض مغناطيسي متردد يتناسب طرديا معه، وبالتالي كلما زاد التيار زاد الفيض . ومشكلة التشبع تحدث مع الزيادة الكبيرة في قيمة التيار ( أي عند حدوث عطل ) , حيث يتسبب ذلك في نشوء فيض عالي جدا لا يستطيع القلب الحديدي تحمله فيحدث له ما يسمى بالتشبع.

إضافةً إلى ذلك، ويعتبر النقص التدريجي في مركبة التيار المستمر ( DC component ) هي أحد العوامل الأساسية في تشوه قيمة التيار الثانوي مقارنة بالتيار الابتدائي وتتوقف قيمتها عى لحظة القفل وعلى قيمة المقاومة R والمعاوقة X الموجودة في الدائرة .

إضافةً إلى ذلك، بينما تتوقف مدة بقائها على قيمة المقاومة R والمعاوقة X فقط .