ما المقصود بمحول التيار-الداخلي أحادي الطور؟ كيف يعمل؟

المحولات الحالية هي أدوات أساسية لا غنى عنها في قياس وحماية ومراقبة أنظمة الطاقة. سواء في غرف توزيع المصانع أو المحطات الفرعية أو خزانات التوزيع في المباني، يمكن العثور عليها تقريبًا في أي مكان يتطلب القياس الحالي. تلعب محولات التيار الداخلية أحادية الطور-، باعتبارها النوع الأكثر استخدامًا، دورًا حاسمًا في تحويل التيارات الكبيرة في خطوط الجهد العالي-إلى تيارات أصغر مناسبة للاستخدام الآمن بواسطة الأجهزة والمرحلات. ستقدم هذه المقالة بشكل منهجي التعريف والهيكل ومبدأ العمل لمحولات التيار الداخلية أحادية الطور-، مما يساعد محترفي الكهرباء والمبتدئين على تكوين فهم واضح.

المحول الحالي (CT) هو جهاز قياس وتحويل متخصص. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تحويل التيارات الكبيرة بشكل متناسب في نظام الطاقة إلى تيارات قياسية أصغر. عادةً، يقوم بتحويل تيار أساسي كبير إلى مخرج قياسي 5A أو 1A على الجانب الثانوي، مما يضمن الاستخدام الآمن للمعدات الثانوية مثل أدوات قياس الطاقة، ومقاييس التيار الكهربائي، ومقاييس الواط، وأجهزة حماية المرحل.
لماذا هذا التحويل ضروري؟ هناك سببان: أولاً، يصل التيار الخطي في أنظمة الطاقة غالبًا إلى مئات أو حتى آلاف الأمبيرات، مما يجعل الاتصال المباشر بالأجهزة العادية مستحيلاً. ثانيًا، لا يمكن توصيل خطوط الجهد العالي-بأجهزة القياس مباشرة؛ وإلا فإن المشغلين سيواجهون خطر التعرض لصدمة كهربائية. تحقق محولات التيار العزل الكهربائي من خلال مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى تقليل التيار بشكل متناسب وعزل جانب الجهد العالي- تمامًا عن الدائرة الثانوية ذات الجهد المنخفض-، مما يضمن بشكل أساسي سلامة موظفي القياس والمعدات.

داخلي: يشير هذا إلى نموذج محول مصمم خصيصًا لبيئات التثبيت الداخلية. تم تصميم هيكل العزل ومستوى حماية الغلاف ومسافة الزحف للظروف الداخلية وهي غير مناسبة للاستخدام المباشر في البيئات الخارجية الرطبة أو المتسخة أو المطر-.
-مرحلة واحدة: هذا يعني أن كل محول يقيس تيار خط طور واحد فقط، مع تكوين وحدة واحدة لكل مرحلة. في نظام ثلاثي-أطوار، إذا كان قياس تيار ثلاث-ثلاث أطوار مطلوبًا، فعادةً ما تكون هناك حاجة إلى محولين أو ثلاثة محولات طور واحد-(اعتمادًا على طريقة توصيل الأسلاك). بالمقارنة مع محولات التيار المتكاملة -ثلاثية الطور، تكون محولات التيار أحادية الطور-أصغر حجمًا وأكثر مرونة في التثبيت، مما يسهل وضعها في خزانات التوزيع المختلفة، ومجموعات المفاتيح الكهربائية، وصناديق القياس.

تتكون محولات التيار الداخلية أحادية الطور- بشكل أساسي من الأجزاء التالية من الخارج إلى الداخل:
1. الأساسية
القلب هو قلب الدائرة المغناطيسية للمحول، وعادةً ما يكون مصنوعًا من صفائح فولاذية من السيليكون -عالية النفاذية، مما يشكل حلقة تدفق مغناطيسي مغلقة. تؤثر مساحة المادة والمقطع العرضي - للنواة بشكل مباشر على فئة الدقة وخصائص الخطأ للمحول. تتطلب محولات القياس نفاذية قلب عالية وخسارة تباطؤ منخفضة؛ تعطي محولات الحماية الأولوية لقدرة المركز على منع التشبع المبكر في ظل أعطال التيار العالية-.
2. اللف الأولي (الملف الأولي)
يحتوي الملف الأولي على عدد قليل جدًا من اللفات، عادةً ما تكون من لفة واحدة إلى بضع لفات فقط، وأحيانًا يتم تشكيلها بشكل مباشر بواسطة قضيب توصيل أو قضيب نحاسي يمر عبر القلب. يتم توصيل الملف الأولي على التوالي بخط الطاقة المقاس، ويتدفق التيار الأولي الكبير عبر هذا الملف لتوليد مجال مغناطيسي.
3. اللف الثانوي (الملف الثانوي) اللف الثانوي لديه عدد أكبر من اللفات ويتم لفه حول القلب الحديدي. إنه يحقق اقترانًا كهرومغناطيسيًا مع الملف الأولي عبر المجال المغناطيسي لقلب الحديد، مما يؤدي إلى توليد تيار ثانوي. عادةً ما يتم تمييز طرفي الملف الثانوي بـ S1 وS2 (أو K1 وK2) للأداة الخارجية واتصال المرحل.
4. العازل يلتف العازل حول القلب الحديدي والملف، مما يؤدي إلى عزل الدائرة الأولية ذات الجهد العالي- تمامًا عن الدائرة الثانوية ذات الجهد المنخفض-. تتضمن طرق العزل الشائعة لمحولات التيار الداخلية صب راتنجات الإيبوكسي (الصب المتجانس، العزل الجيد، الهيكل المدمج) وتغليف الورق العازل بالورنيش (عملية تقليدية، مناسبة للمنتجات ذات السعة الكبيرة-.
5. حامل الإسكان والتركيب عادة ما يكون الغلاف عبارة عن صب راتنجات الإيبوكسي المتجانسة أو غلاف معدني. تشتمل طرق التثبيت على -أنواع الجدران، والأعمدة، والجلب، مع تحديد أشكال مختلفة اعتمادًا على موقع التثبيت وهيكل الدائرة.

يعتمد مبدأ عمل محولات التيار -الداخلية أحادية الطور على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. جوهرها هو نفس جوهر المحول، ولكن ظروف التشغيل مختلفة بشكل كبير. عملية العمل الأساسية هي كما يلي:
عندما يتدفق التيار الأولي I₁ خلال الملف الأولي (N₁ يتحول) في الدائرة قيد الاختبار، وفقًا لقانون أمبير، يولد التيار تدفقًا مغناطيسيًا متناوبًا Φ في القلب الحديدي. يمر هذا التدفق المغناطيسي المتناوب عبر الملف الثانوي مع دورات N₂، ووفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، يتم تحفيز قوة دافعة كهربائية ثانوية في الملف الثانوي، وبالتالي توليد تيار ثانوي I₂ في الدائرة الثانوية المتصلة بالحمل (المقاومة الداخلية للأداة).
الفرق الرئيسي بين المحول الحالي والمحول هو: يعمل المحول في ظل ظروف قريبة من -عدم التحميل-، ويختلف الجهد الثانوي مع الحمل؛ بينما يعمل محول التيار بشكل طبيعي مع جانبه الثانوي في حالة دائرة - قصيرة - قريبة (مع الحد الأدنى من المقاومة الداخلية للأداة)، ويكون للتيار الثانوي علاقة تناسبية ثابتة مع التيار الأساسي، بغض النظر عن حجم الحمل. وبسبب هذه الخاصية، يجب ألا يتم تشغيل الجانب الثانوي لمحول التيار بدائرة مفتوحة. بمجرد فتح الدائرة-، سيزداد التدفق المغناطيسي عبر القلب بشكل كبير بسبب فقدان أمبير إزالة المغناطيسية-من المنعطفات على الجانب الثانوي، مما يؤدي إلى تشبع القلب الزائد-وينتج جهدًا كهربائيًا عاليًا بشكل خطير (يصل إلى عدة كيلو فولت) على الجانب الثانوي، مما يهدد بشكل خطير سلامة المعدات والأفراد.

بعد فهم مبدأ العمل، من الضروري أيضًا التعرف على المعلمات الأساسية التالية:
نسبة التيار المقنن (نسبة التحويل): مثل 100/5، 200/5، 400/5، وما إلى ذلك، تمثل نسبة التيار المقنن على الجانب الأساسي إلى التيار المقنن على الجانب الثانوي، هي المعلمة الأساسية للاختيار.
فئة الدقة (درجة الدقة): الشائعة هي 0.1، 0.2، 0.5 (للقياس) و5P، 10P (للحماية). كلما كان الرقم أصغر، كلما زادت الدقة. وينبغي اختيار درجات مختلفة لتطبيقات مختلفة.
الحمل الثانوي المقدر (VA): يشير هذا إلى القدرة الظاهرة المقابلة للحد الأقصى المسموح به للممانعة المتصلة بالجانب الثانوي للمحول الحالي. القيم المشتركة هي 5VA، 10VA، 15VA، 30VA، وما إلى ذلك. يجب ألا تتجاوز المعاوقة الإجمالية للأدوات المتصلة هذه القيمة؛ وإلا فإن الخطأ سيزيد.
جهد العزل المقدر (Um): يشير هذا إلى فئة جهد تحمل العزل للجانب الأساسي لمحول التيار إلى الأرض وإلى الجانب الثانوي، مثل 0.72 كيلو فولت، 3.6 كيلو فولت، 7.2 كيلو فولت، إلخ.

السيناريوهات تُستخدم محولات التيار الداخلية أحادية الطور- على نطاق واسع في التطبيقات التالية: دوائر القياس والحماية في أنظمة توزيع الطاقة بالمصانع؛ الكشف عن التيار في مجموعة المفاتيح الكهربائية 10 كيلو فولت وخزانات توزيع الجهد المنخفض-؛ حاضِر

أخذ العينات في أجهزة حماية مرحل المحطات الفرعية؛ صناديق قياس الطاقة في غرف توزيع المباني؛ ودوائر المراقبة الحالية في أنظمة الأتمتة الصناعية.

س1: لماذا لا يمكن أن يكون الجانب الثانوي لمحول التيار مفتوحًا-مدارًا؟
ج: عندما يكون الجانب الثانوي مفتوحًا-مدارًا، يفقد التدفق المغناطيسي في قلب الحديد تأثير إزالة المغناطيسية للتيار الثانوي، مما يتسبب في زيادة حادة في التدفق المغناطيسي. يؤدي هذا إلى توليد جهد عالي يصل إلى عدة آلاف من الفولتات على الجانب الثانوي، مما قد يؤدي بسهولة إلى انهيار عزل محول التيار وحوادث الصدمات الكهربائية. يجب أن يكون الجانب الثانوي ذو دائرة قصيرة-قبل تفكيك الجهاز.

س2: هل من الآمن اختيار نسبة تحويل أكبر لمحول التيار؟
ج: ليس بالضرورة. ستؤدي نسبة التحويل الكبيرة جدًا إلى عدم كفاية التيار الثانوي تحت الحمل العادي، مما يؤدي إلى زيادة أخطاء القياس وقراءات الأجهزة غير الدقيقة. وينبغي اختيار نسبة التحويل المناسبة على أساس الحد الأقصى الفعلي للحمل الحالي؛ بشكل عام، يفضل تيار التشغيل العادي من 60% إلى 80% من التيار الأولي المقدر.

س3: هل يمكن تركيب محولات التيار الداخلي في الخارج؟
ج: لا. تم تصميم هيكل العزل ومسافة الزحف لمحولات التيار الداخلية من أجل بيئات داخلية نظيفة. سوف تعمل البيئات الخارجية الرطبة والقذرة والأشعة فوق البنفسجية على تسريع تقادم العزل، مما يؤدي إلى وميض زاحف أو انهيار العزل. ويجب استخدام محولات تيار خارجية مخصصة.