أخبار
الصفحة الرئيسية / أخبار / أخبار الصناعة / البناء الداخلي وأنواع محولات التيار

البناء الداخلي وأنواع محولات التيار

تعد محولات التيار من بين المكونات الأكثر دقة في هندسة قياس الطاقة وأنظمة الحماية. ومع ذلك، نادرا ما يتم فحص بنيتها الداخلية بالتفصيل. إن فهم ما هو موجود داخل المحول الحالي، وكيفية اختيار كل جزء، وسبب وجود أنواع بناء مختلفة، يمنح المهندسين والفنيين ومتخصصي المشتريات الأساس لاتخاذ قرارات أفضل بشأن الدقة والتركيب والموثوقية على المدى الطويل.

تتناول هذه المقالة تشريح محول التيار من المادة الأساسية إلى الغلاف الخارجي، وتشرح دور كل مكون، وتصنف أنواع البناء الرئيسية المستخدمة عبر تطبيقات الجهد المنخفض والجهد المتوسط ​​والجهد العالي.

الجوهر: قلب كل محول تيار

النواة المغناطيسية هي العنصر الأكثر تحديدًا للأداء داخل محول التيار. إنه بمثابة الوسيط الذي يتم من خلاله نقل الطاقة من الموصل الأولي إلى الملف الثانوي عن طريق الحث الكهرومغناطيسي. يحدد الشكل والمادة ومنطقة المقطع العرضي للنواة تقريبًا كل خصائص الأداء الخاصة بالجهاز النهائي.

الهندسة الأساسية

يتم تصنيع معظم قلوب المحولات الحالية على شكل حلقي (حلقي). تضمن هندسة الحلقة المغلقة أن مسار التدفق المغناطيسي مستمر، مما يقلل من تسرب التدفق ويساهم في الدقة العالية. تعتبر النوى الحلقية قياسية في أدوات فئة الإيرادات وفئة الحماية لأنها تنتج أخطاء زاوية طور منخفضة جدًا عند التيار المقنن.

بالنسبة لمحولات التيار من النوع الملفوف المستخدمة في التطبيقات ذات النسبة العالية أو المتخصصة، يمكن أن تكون النوى مغلفة في تكوينات مستطيلة أو على شكل حرف C يتم تجميعها من شرائح فولاذية كهربائية موجهة نحو الحبوب. تسمح هذه النوى المصفحة للشركة المصنعة بتخصيص منطقة المقطع العرضي بدقة لتناسب العبء المستهدف وفئة الدقة.

المواد الأساسية المغناطيسية

يتحكم اختيار المادة الأساسية المغناطيسية بشكل مباشر في فئة دقة المحول وسلوك التشبع واستجابة التردد. يلخص الجدول أدناه الخيارات الأكثر شيوعًا:

مادة النفاذية النسبية (تقريبا) حالة الاستخدام النموذجية الميزة الرئيسية
فولاذ السيليكون المدلفن على البارد (CRGO) 5,000 – 30,000 قياس وحماية CTs، 50/60 هرتز انخفاض الخسارة الأساسية، وفعالة من حيث التكلفة
سبائك النيكل والحديد (على سبيل المثال، 78% ني) 50,000 – 200,000 قياس الإيرادات عالي الدقة، الفئة 0.1 و0.2 تيار مغنطيسي منخفض للغاية
سبائك النانو البلورية ما يصل إلى 150،000 بيئات واسعة النطاق وغنية بالتوافقيات استجابة ممتازة عالية التردد
معدن غير متبلور (ميتجلاس) 100.000 قياس الطاقة في تطبيقات الشبكة الذكية خسائر التباطؤ منخفضة جدا
الفريت 1,000 – 15,000 الاستشعار الحالي عالي التردد (نطاق كيلو هرتز) خسارة تيار إيدي ضئيلة عند الترددات العالية

بالنسبة لقياس تردد الطاقة القياسي عند 50 هرتز أو 60 هرتز، يظل فولاذ السيليكون CRGO هو الخيار المهيمن بسبب توازنه المفضل بين التكلفة والتوافر والأداء المغناطيسي. يتم حجز سبائك النيكل والحديد من أجل قياس الإيرادات بدقة CT حيث يجب الاحتفاظ بالأخطاء في حدود 0.1٪ أو 0.2٪ عبر نطاق عبء واسع.

التصفيح الأساسية والعزل

لتقليل خسائر التيار الدوامي، يتم تصفيح قلوب السيليكون والفولاذ إلى شرائح رفيعة، يتراوح سمكها عادةً بين 0.23 مم و0.35 مم. يتم تغليف كل تصفيح بطبقة عازلة رقيقة — عادةً ما تكون معالجة بالفوسفات أو ورنيش عضوي — تمنع التيار من التدفق بين الطبقات. يعمل التصفيح الأكثر إحكامًا والشرائط الرقيقة على تقليل الخسائر وتراكم الحرارة أثناء ظروف التحميل الزائد المستمرة.

المقطع العرضي الأساسي الحلقي: مكدس التصفيح التصفيحات المعزولة النافذة (التمرير الأساسي) اللف الثانوي قلب حلقي - مسار تدفق مغناطيسي مغلق

اللف الثانوي: تحويل التدفق إلى إشارة قابلة للقياس

يتم لف الملف الثانوي مباشرة على القلب ويكون مسؤولاً عن إنتاج تيار الخرج الذي تقيسه الأجهزة والمرحلات والعدادات. يؤثر البناء المادي لهذا الملف على الدقة والأداء الحراري.

لف الأسلاك والمواد الموصلة

تقريبا جميع اللفات الثانوية يتم جرحها من الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا. مزيج النحاس من الموصلية الكهربائية العالية، والليونة، وخصائص درجة الحرارة المفهومة جيدًا يجعله الاختيار القياسي. في التصميمات المتخصصة خفيفة الوزن، يتم استخدام أسلاك الألمنيوم أحيانًا، على الرغم من أنها تتطلب مقاطع عرضية أكبر لتحقيق نفس هدف المقاومة وتتطلب إنهاء دقيق لمنع التآكل.

يتم اختيار مقياس السلك لتلبية مواصفات مقاومة الملف الثانوي (غالبًا ما تسمى Rct - مقاومة الملف الثانوي). يسمح الجزء السفلي من Rct بتسليم جزء أكبر من EMF الثانوي المتاح إلى العبء الخارجي بدلاً من تبديده داخليًا كحرارة. ويؤثر هذا بشكل مباشر على الدقة عند مستويات العبء المنخفضة.

تقنية اللف وعدد المنعطفات

يحدد عدد دورات الملف الثانوي نسبة التحويل بالاشتراك مع اللفات الأولية. بالنسبة لمحول تيار قياسي من النوع الشريطي أو من النوع النافذة حيث يكون الأولي عبارة عن موصل تمريري واحد، فإن عدد اللفات الأولية هو 1. يتم بعد ذلك تعيين اللفات الثانوية لتحقيق النسبة المطلوبة - على سبيل المثال، 200 دورة لنسبة 200:1 في محول 200 أمبير / 1 أمبير.

يتم توزيع اللفات بشكل موحد حول الحلقي لضمان توازن القوة الدافعة المغناطيسية ولتقليل تدفق التسرب. يعد التوحيد أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص في التصميمات عالية الدقة حيث يمكن حتى لعدم التناسق الصغير في توزيع الملفات أن يؤدي إلى أخطاء زاوية الطور القابلة للقياس.

العزل بين الطبقات

تتطلب اللفات متعددة الطبقات عزلًا بين الطبقات لمنع انهيار الجهد بين المنعطفات ذات الإمكانات المختلفة. تشمل المواد العازلة الشائعة بين الطبقات ما يلي:

  • شريط فيلم بوليستر (نوع مايلر) - يستخدم في CTs ذات الجهد المنخفض إلى المتوسط لتحقيق التوازن بين قوة العزل الكهربائي والمظهر الرقيق
  • فيلم بوليميد (نوع كابتون) — يتم اختياره عندما تتجاوز درجات حرارة التشغيل 130 درجة مئوية أو عند الحاجة إلى عزل رقيق جدًا دون التضحية بتحمل الجهد
  • ورق نومكس - يستخدم في البيئات الجافة ذات درجات الحرارة العالية حيث تتحلل المواد القائمة على السليلوز

ترتيبات الموصلات الأولية في بناء المحولات الحالية

يمكن ترتيب الجانب الأساسي لمحول التيار بعدة طرق مختلفة ومتميزة، كل منها يؤدي إلى نوع بناء ميكانيكي مختلف. هذا هو الأساس الأساسي لتصنيف الصور المقطعية حسب التصميم المادي.

نوع الشريط

يمر قضيب ناقل صلب أو مجوف عبر نافذة مجموعة القلب واللف. لا يتم لف أي ملف أساسي على الجهاز. يشكل الشريط نفسه منعطفًا أساسيًا واحدًا.

نوع النافذة

يشبه النوع الشريطي، لكن الموصل الأساسي عبارة عن كبل خارجي أو قضيب توصيل يتم تمريره عبر نافذة مفتوحة في جسم التصوير المقطعي المحوسب. لا يحتوي المحول على موصل أساسي مدمج.

نوع الجرح

يتم لف واحدة أو أكثر من المنعطفات الأولية على القلب بجانب الملف الثانوي. يتيح نسب تحويل عالية من التيارات الأولية الصغيرة.

سبليت كور

ينقسم القلب إلى نصفين منفصلين يمكن فتحهما وتثبيتهما حول موصل موجود دون فصل الدائرة.

بناء المحولات الحالية من النوع الشريطي

يستخدم محول التيار من النوع الشريطي موصلًا أساسيًا ثابتًا يتم تركيبه في المصنع - عادةً ما يكون شريطًا من النحاس أو الألومنيوم - والذي يمر عبر مركز مجموعة اللب والملف الحلقية أو المستطيلة. يتم تغليف الملف الأساسي والثانوي حول هذا الشريط. يوفر هذا البناء أقصى قدر من الصلابة الميكانيكية ويفضل تركيبات المفاتيح الكهربائية وقضبان التوصيل حيث تتراوح معدلات التيار الأولية من 400 أمبير إلى عدة آلاف من الأمبيرات.

نظرًا لأن الشريط تم ضبطه في المصنع، فإن CTs من النوع الشريطي غير قابلة للتعديل ميدانيًا. يتم تحديد التيار الأساسي المقدر عند التصنيع. ومع ذلك، فهي مستقرة للغاية على مدى عقود من الخدمة لأنه لا توجد وصلات ميكانيكية في المسار الأساسي يمكن أن تتفكك أو تتآكل.

بناء المحولات الحالية من نوع النافذة

تتكون محولات التيار المقطعية من النوع النافذة، والتي تسمى أحيانًا محولات التيار من النوع الدائري أو الدوناتي، من جرح حلقي مع ملف ثانوي ومحاطة بغطاء يحتوي على فتحة مركزية. يتم تمرير الموصل الأساسي - أيًا كان الكابل أو شريط التوصيل الذي يحمل التيار المقاس - عبر هذه الفتحة عند التثبيت. لا يتم إجراء أي اتصال كهربائي بين جسم الأشعة المقطعية والموصل الأساسي؛ المحول يعمل بحتة عن طريق الحث.

هذا التصميم متعدد الاستخدامات لأنه يمكن تركيب نموذج CT واحد على موصلات ذات مقاطع عرضية مختلفة، طالما أن الموصل يتناسب فعليًا من خلال النافذة. يتم استخدام CTs من نوع النافذة على نطاق واسع في لوحات اللوحات ومراقبة الكابلات وتعديل التركيبات الحالية.

بناء محولات تيار الجرح

في محولات التيار الملفوفة، يتكون الملف الأولي من لفة واحدة أو أكثر من موصل نحاسي معزول ملفوف مباشرة على القلب إلى جانب الملف الثانوي. يتم استخدام هذا الترتيب عندما يكون التيار الأولي منخفضًا نسبيًا - عادةً أقل من 100 أمبير - وينتج الموصل أحادي المرور تدفقًا غير كافٍ لإجراء قياس دقيق.

من خلال إضافة دورتين أو ثلاثة أو أكثر من الدورات الأولية، يتم مضاعفة نسبة التحويل الفعالة دون الحاجة إلى نواة أكبر فعليًا. إن المقطع المقطعي المجروح مع 5 دورات أولية و 1000 دورة ثانوية له نسبة فعالة تبلغ 1000: 5، أو 200: 1، مع محرك أساسي ذو 5 دورات يؤدي إلى تدفق أكبر لنفس الخط الحالي مقارنة بالشريط الأساسي الفردي.

عادةً ما تكون CTs من النوع المجروح أكثر تكلفة من أنواع القضبان أو النوافذ بنفس التصنيف الحالي، لأن عملية اللف الإضافية تضيف عمالة ويجب تصنيف عزل الموصل الأساسي للجهد الكامل من خط إلى خط للنظام.

تقسيم المحولات الحالية الأساسية: البناء والتطبيقات

ال تقسيم المحولات الحالية الأساسية يحل مشكلة عملية محددة: كيفية تركيب محول تيار على موصل لا يمكن فصله أو فصله. ينقسم القلب المغناطيسي إلى نصفين على طول مفصل مُجهز بدقة. تعمل آلية المفصلة أو المزلاج على إبقاء النصفين مغلقين أثناء التشغيل وتسمح بفصلهما للتثبيت.

عندما يكون النصفان الأساسيان مفتوحين، يمكن وضع الأشعة المقطعية حول كابل مباشر. بمجرد إغلاقها وإغلاقها، تكتمل الدائرة المغناطيسية ويعمل الجهاز بشكل مماثل لجهاز CT حلقي صلب ذي أبعاد مكافئة.

ال key engineering challenge in split-core design is minimizing the air gap at the joint. Even a microscopic gap in the magnetic circuit dramatically increases the magnetizing current required and introduces errors, particularly at low primary current levels near 5% to 20% of the rated value. Manufacturers address this through:

  • تصنيع دقيق لأسطح التزاوج بتفاوتات أقل من 10 ميكرومتر
  • استخدام مواد أساسية عالية النفاذية تكون أكثر تحملاً للفجوات الصغيرة المتبقية
  • مزالج محملة بنابض تطبق قوة تثبيت متسقة للحفاظ على تزاوج النصفين بقوة
  • المواد الأساسية النانوية أو غير المتبلورة، والتي تحافظ على خطأ أقل حتى مع إغلاق غير كامل قليلاً

تُستخدم أجهزة CT المنفصلة على نطاق واسع في تدقيق الطاقة، وأنظمة إدارة الطاقة في المباني، ولوحات مراقبة الطاقة المعدلة، وأي تطبيق حيث يجب إجراء التثبيت دون إيقاف تشغيل الدائرة المراقبة. وهي متوفرة في فئات الدقة من الفئة 1 إلى الفئة 0.5 اعتمادًا على المادة الأساسية وجودة الوصلة.

محول التيار الحلقي: لماذا يهيمن الشكل الدائري

ال toroidal current transformer is by far the most common construction used in modern panel-mount and inline current measurement. Its defining feature is the doughnut-shaped core, which creates a closed magnetic path with no deliberate air gap (in solid-core versions) and no exposed pole faces.

الكفاءة المغناطيسية للنواة الحلقية

نظرًا لأن التدفق المغناطيسي يدور بالكامل داخل المادة الأساسية في تصميم حلقي، فلا يهرب أي تدفق إلى الهواء المحيط. وهذا له نتيجتان عمليتان. أولاً، تيار المغنطة المطلوب لإنشاء تدفق العمل منخفض جدًا، مما يقلل بشكل مباشر من خطأ النسبة وإزاحة الطور. ثانيًا، يكون التصوير المقطعي الحلقي أقل حساسية بكثير لموضع الموصل الأساسي داخل النافذة - وهي خاصية تسمى مناعة الخطأ الموضعي - مقارنة بالتصميمات ذات النواة المستطيلة.

في التصوير المقطعي الحلقي المصمم جيدًا، يؤدي نقل الموصل الأساسي من مركز النافذة إلى موضع خارج المركز إلى حدوث خطأ إضافي بنسبة أقل من 0.05%. في التصوير المقطعي المحوسب ذو النواة المستطيلة، يمكن أن تؤدي نفس الإزاحة إلى حدوث أخطاء تتجاوز 0.3%.

تصنيع النوى الحلقية

يتم تصنيع النوى الحلقية لمحولات التيار بإحدى الطرق الثلاث اعتمادًا على المادة المستهدفة:

  1. النوى الشريط الجرح — يتم لف شريط متواصل من الفولاذ السليكوني، أو سبائك الحديد والنيكل، أو الشريط البلوري النانوي بشكل حلزوني حول شياق ثم يتم معالجته بالحرارة لتخفيف الضغط الميكانيكي الناتج أثناء اللف. يتم استخدام هذه الطريقة للحصول على أعلى درجات الدقة.
  2. نوى التصفيح مكدسة — يتم تكديس الصفائح المثقوبة الفردية وتشذيرها لتشكل حلقة، تُستخدم عادةً للنوى ذات القطر الأكبر حيث يؤدي لف الشريط إلى إنتاج ضغط داخلي مفرط.
  3. نوى الفريت المسحوقة أو الملبدة — تستخدم للتطبيقات عالية التردد. يتم ضغط الفريت في قالب حلقي وتكلس عند درجة حرارة عالية.
CT الحلقية: مسار التدفق مقابل CT المستطيلة حلقية الأساسية تدفق مغلق - لا يوجد تسرب قلب مستطيل تسرب تدفق بعض التدفق يتسرب في الزوايا

أنظمة العزل في محولات التيار

يجب أن يؤدي العزل المقطعي وظيفتين في وقت واحد: عزل الموصل الأولي عالي الجهد عن الدائرة الثانوية ذات الجهد المنخفض، وحماية الملف والتجمع الأساسي من التدهور البيئي. يعتمد نظام العزل المختار على الجهد المقنن والبيئة المحيطة والمتطلبات الميكانيكية للتطبيق.

تغليف الراتنج (صب الايبوكسي أو البولي يوريثين)

ال majority of low-voltage and medium-voltage current transformers used in metering panels and switchgear are manufactured by casting or vacuum-injecting epoxy resin around the wound core assembly. This process, often called molded-case construction, creates a solid, void-free insulating body that:

  • يوفر قوة عازلة تتجاوز 3 كيلو فولت/مم لأنظمة الإيبوكسي القياسية
  • يمنع دخول الرطوبة دون إغلاق إضافي
  • يحمي القلب والملف ميكانيكيًا من الاهتزاز والصدمات
  • يسمح بالتحكم الدقيق في أبعاد الجسم الخارجي لتركيب اللوحة

يتم استخدام التشريب بالضغط الفراغي (VPI) للتجمعات الأكبر حجمًا حيث يكون الصب غير عملي. يتم غمر الملف في الراتينج تحت فراغ لإزالة الهواء المحبوس، ثم يتم ضغطه لإجبار الراتينج على الدخول في كل فراغ قبل المعالجة.

العزل المملوء بالزيت

عادةً ما تستخدم محولات التيار ذات الجهد العالي التي تزيد عن 36 كيلو فولت الزيوت المعدنية كوسيلة عازلة وتبريد أساسية. يتم وضع قلب الجرح والتجميع الثانوي داخل خزان معدني مغلق مملوء بالزيت المعدني من فئة المحولات. يتم لف ورق السليلوز العازل حول الموصل الأساسي في طبقات متعددة، مما يؤدي إلى زيادة مسافة الزحف اللازمة لتحمل جهد الخط.

تعتبر المحولات المقطعية المملوءة بالزيت هي المعيار للتركيبات 110 كيلو فولت، و220 كيلو فولت، و500 كيلو فولت في محطات النقل الفرعية. يسمح أخذ عينات الزيت وتحليل الغاز المذاب بشكل منتظم لفرق الصيانة باكتشاف التدهور الأولي في العزل قبل حدوث الأعطال.

محولات التيار المعزولة بالغاز

في تركيبات المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز (GIS)، يتم دمج محولات التيار في حاوية GIS وتستخدم غاز سداسي فلوريد الكبريت (SF6) كوسيلة عازلة. تستفيد هذه المحولات من نفس البصمة المدمجة مثل المفاتيح الكهربائية المحيطة ولا تحتاج إلى صيانة سائلة، على الرغم من أنه يجب مراقبة نظام الغاز المحكم للتأكد من الضغط والنقاء.

تصميمات من النوع الجاف ومعزولة بالهواء

بالنسبة للتركيبات الداخلية في البيئات الخاضعة للرقابة بجهد يصل إلى حوالي 36 كيلو فولت، توفر أجهزة CT من النوع الجاف التي تستخدم مواد عازلة صلبة (الألياف الزجاجية المرتبطة بالراتنج، أو الراتنج المصبوب، أو Nomex) بديلاً للتصميمات المملوءة بالزيت. فهي أخف وزنًا، وتقضي على مخاطر تسرب النفط، وتبسط عملية الصيانة، على الرغم من أنها أكثر حساسية للتكثيف والتلوث إذا تم استخدامها في البيئات الخارجية القاسية.

تصنيف محولات التيار حسب نوع البناء

ال following table consolidates the major construction types, their typical current ranges, accuracy capabilities, and primary application sectors:

نوع البناء المنعطفات الأولية النطاق الحالي النموذجي أفضل فئة دقة التطبيقات الرئيسية
نوع الشريط 1 (شريط ثابت) 400 أ – 5000 أ 0.2 ثانية المفاتيح الكهربائية، قياس بسبار
نوع النافذة/الحلقة 1 (مرور) 50 أ – 3000 أ 0.5 لوحات اللوحة ومراقبة الكابلات
نوع الجرح 2 - 20 1 أ – 100 أ 0.1 قياس الدقة المنخفضة الحالية
سبليت كور Type 1 (مرور) 50 أ – 3000 أ 0.5 - 1 التحديثية، ومراجعة الطاقة، ونظام إدارة المباني
حلقية (صلبة) 1 (مرور) 5 أ – 5000 أ 0.1 قياس الإيرادات والحماية
نوع الخزان المملوء بالزيت 1 - 4 10 أمبير - 4000 أمبير (جهد عالي) 0.2 محطات النقل الفرعية
نظم المعلومات الجغرافية المتكاملة 1 200 أ – 5000 أ 0.2 تركيبات نظم المعلومات الجغرافية ذات الجهد العالي

كيف يؤثر البناء الداخلي على الدقة والأداء

إن اختيار محول التيار المناسب ليس مجرد مسألة مطابقة النسبة الحالية. يحدد البناء الداخلي كيفية تصرف جهاز CT عبر نطاق التشغيل الخاص به، في ظل اختلاف العبء، وفي درجات حرارة مرتفعة، وفي وجود التوافقيات.

خطأ النسبة وأصوله

ينشأ خطأ النسبة لأن التيار المغنطيسي - التيار المطلوب لإنشاء التدفق في القلب - لا يظهر في الخرج الثانوي. يتم سحب كل التيار المغنطيسي من التيار الأساسي ولكن لا يصل أي منه إلى العبء. كلما زاد تيار المغنطة بالنسبة للتيار الأولي، كلما زاد خطأ النسبة. تتطلب نوى النيكل والحديد والبلورات النانوية، مع نفاذيتها العالية جدًا، تيارًا مغنطيسيًا أقل بكثير من نوى السيليكون والصلب، وبالتالي تحقق أخطاء نسبة أقل في نفس المقطع العرضي للنواة.

خطأ في إزاحة الطور

إزاحة الطور هي الفرق الزاوي، الذي يتم قياسه بالدقائق القوسية، بين طور التيار الأولي وطور التيار الثانوي (معكوس الاتجاه). يعد إزاحة الطور مهمًا بشكل خاص في عامل القدرة وقياس الطاقة لأنه حتى الخطأ الزاوي الصغير يؤدي إلى خطأ يعتمد على جيب التمام في حسابات الواط/ساعة. يمكن أن تؤدي إزاحة الطور لمدة 10 دقائق على حمل عند عامل قدرة 0.5 إلى حدوث خطأ في قياس الطاقة يبلغ حوالي 0.5%.

العبء وتأثيره على الدقة

ال secondary burden — the total impedance of connected instruments, wiring resistance, and relay coils — directly affects the accuracy class performance. Most accuracy class specifications (IEC 61869, IEEE C57.13) define performance at a rated burden and at 25% of rated burden. A CT specified as Class 0.5 at a 5 VA burden will perform within 0.5% ratio error only when the connected burden does not exceed 5 VA. Exceeding the rated burden increases secondary terminal voltage, drives the core toward saturation, and degrades accuracy.

الأداء التوافقي

في تركيبات المحركات ذات السرعات المتغيرة، وأفران القوس، وأنظمة الطاقة في مراكز البيانات، يحتوي التيار الأساسي على محتوى توافقي كبير - غالبًا عند التوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة. تظهر نوى السيليكون والفولاذ القياسية خسائر متزايدة وتشوه زاوية الطور عند الترددات التوافقية. توفر النوى البلورية النانوية وغير المتبلورة، مع منحنى نفاذيتها المسطح الذي يمتد إلى عدة كيلو هرتز، دقة أفضل بكثير على أشكال الموجات المشوهة وهي الخيار المفضل لمحللات جودة الطاقة من الفئة A.

العوامل المؤثرة على الدقة - الداخلية مقابل الخارجية المواد الأساسية (النفاذية، الخسارة) مقاومة اللف (قيمة Rct) العبء المتصل (تحميل VA) مقاومة الأسلاك (طول الكابل، AWG) القياس فئة الدقة العوامل الداخلية العوامل الخارجية

السكن الخارجي وتكوينات التركيب

ال enclosure of a current transformer protects the active components from environmental exposure and provides the mechanical interface for installation. Housing design varies significantly between application categories.

غطاء علبة مصبوب مثبت على اللوحة

يتم إنتاج CTs ذات الجهد المنخفض للوحات القياس عالميًا تقريبًا في البوليستر المقوى بالألياف الزجاجية (GRP) أو العلب المصنوعة من البولي كربونات والتي يتم تشكيلها عن طريق صب الحقن حول المجموعة الأساسية من الراتنج المصبوب. يشتمل الغلاف على عروات تثبيت أو مشابك سكة DIN، وكتل طرفية ثانوية مصنفة لتيار الخرج المتوقع، وعلامات القطبية (P1/P2 للأبتدائي، S1/S2 للثانوي) وفقًا لمعايير IEC.

جلبة نوع المحولات الحالية

إن جلبة CTs عبارة عن مجموعات على شكل حلقة مصممة للانزلاق فوق جلبة البورسلين أو البوليمر لمحول الطاقة أو قاطع الدائرة. ليس لديهم سكن خاص بهم؛ بدلاً من ذلك، يتم تثبيتها بين شفة الجلبة وغطاء خزان المحولات. تعد البطانة CTs من أكثر التصميمات المدمجة، حيث توفر البطانة نفسها الموصل الأساسي وعزل الجهد.

تصميمات خارجية معزولة بالبورسلين والبوليمر

يتم وضع محولات التيار الخارجية ذات الجهد المتوسط والعالي في مجموعات محكمة الغلق مع سقائف عازلة مركبة من البورسلين أو مطاط السيليكون. تم تصميم ملف السقيفة للحفاظ على مسافة زحف كافية في ظل ظروف التلوث - يتطلب معيار IEC حدًا أدنى للزحف يبلغ 16 مم / كيلو فولت للبيئات الملوثة قليلاً وما يصل إلى 31 مم / كيلو فولت للمواقع شديدة التلوث. لقد حلت الأغطية المركبة من مطاط السيليكون محل الخزف إلى حد كبير في المنشآت الجديدة بسبب وزنها الخفيف وأداء التلوث الفائق في البيئات الملوثة ومقاومة الكسر الهش.

دمج المحولات الحالية في أنظمة القياس

يتضمن نظام قياس التيار الكامل التصوير المقطعي والأسلاك المترابطة وأداة الاستقبال. ال تقسيم المحولات الحالية الأساسية غالبًا ما يكون الخيار المفضل في مشاريع القياس التحديثية لهذا السبب - حيث يمكن تركيبه دون انقطاع الخدمة. بمجرد تركيبه، يتصل جهاز CT الثانوي بعدادات الطاقة، أو محللات الطاقة، أو مرحلات الحماية من خلال دوائر CT المخصصة، والتي يجب أن تظل مغلقة طوال الوقت أثناء التشغيل لتجنب ظروف الجهد الزائد الثانوية الخطيرة.

معايير الدقة وتسميات الفئة

يتم تحديد فئات دقة المحولات الحالية وفقًا للمعايير الدولية والإقليمية. المواصفة الأكثر مرجعية هما IEC 61869-2 (IEC 60044-1 سابقًا) وIEEE C57.13. يساعد فهم تسميات الفصل في تحديد CT المناسب للتطبيق.

فئات قياس IEC

تحدد المواصفة IEC 61869-2 فئات دقة القياس بأنها 0.1، 0.2، 0.2S، 0.5، 0.5S، 1، و3. تشير اللاحقة "S" (خاصة) إلى دقة ممتدة عند التيار المنخفض - على وجه التحديد، يجب أن يفي جهاز CT بمواصفات نسبة الخطأ الخاصة به حتى 1% من التيار المقنن بدلاً من 5% القياسية. الفئة 0.5S و0.2S مطلوبة لأجهزة قياس الطاقة من فئة الإيرادات بموجب العديد من الأطر التنظيمية، لأن الأحمال تعمل في كثير من الأحيان أقل بكثير من 100% من التيار الأساسي المقدر لـ CT.

فئات حماية IEC

يتم تحديد الأشعة المقطعية من فئة الحماية من خلال عامل الحد من الدقة (ALF) وسلوك نقطة الركبة. الفئتان 5P و10P هما التسميات القياسية، حيث يشير الرقم إلى الحد الأقصى للخطأ المركب عند عامل حد الدقة المقدر. يحافظ 5P20 CT على خطأ مركب لا يتجاوز 5% عندما يكون التيار الأساسي 20 مرة من التيار المقدر - وهو الشرط المطلوب للتشغيل الموثوق لمرحلات التيار الزائد أثناء ظروف الخطأ.

فئات IEEE

ال IEEE C57.13 standard uses a letter-number combination: the letter (C, K, T, or X) indicates the performance basis, and the number indicates the secondary terminal voltage at rated burden and 20 times rated current. A C200 CT can deliver its rated secondary current into a burden that develops 200 V at 20 times rated primary current without exceeding 10% ratio error. This classification system is prevalent in North American utility and industrial protection practice.

الأسئلة المتداولة

س1: ماذا يوجد داخل محول التيار؟

يحتوي محول التيار على قلب مغناطيسي (عادةً فولاذ سيليكون حلقي، أو سبائك حديد النيكل، أو مادة بلورية نانوية)، ولف ثانوي من سلك نحاس مطلي بالمينا ملفوف على القلب، وعزل بين الطبقات، وعلبة عازلة خارجية (عادةً راتنجات الإيبوكسي لأنواع الجهد المنخفض)، ووصلات طرفية ثانوية. تحتوي الأنواع ذات الجهد العالي أيضًا على عزل الزيت أو الغاز المحيط بمجموعة القلب والملف.

س2: ما الفرق بين محول تيار الجرح ومحول التيار من النوع الشريطي؟

يحتوي محول التيار الملفوف على دورة واحدة أو أكثر من الأسلاك النحاسية المعزولة كملف أساسي، ملفوفة على القلب. وهذا يجعلها مناسبة للتيارات الأولية المنخفضة (عادةً أقل من 100 أمبير) حيث يولد الموصل أحادي المرور تدفقًا غير كافٍ. يحتوي محول التيار من النوع الشريطي على موصل أولي صلب مركب في المصنع ويمر عبر النافذة الأساسية، ويشكل دورة أولية واحدة بالضبط. يتم استخدامه للتيارات الأولية العالية ويوفر أقصى قدر من الاستقرار الميكانيكي.

س 3: لماذا تعتبر المواد الأساسية مهمة جدًا في بناء المحولات الحالية؟

ال core material determines the magnetizing current the transformer requires to function. High-permeability materials (nickel-iron, nanocrystalline) need very little magnetizing current, which directly reduces both ratio error and phase displacement. Silicon steel is adequate for Class 0.5 and Class 1 applications. For Class 0.1 and 0.2 revenue metering, nickel-iron alloy cores are typically required. For harmonic-rich environments, nanocrystalline materials offer the best combination of accuracy and wide-frequency performance.

س4: ما هو محول التيار الحلقي ولماذا يفضل؟

يستخدم محول التيار الحلقي نواة مغناطيسية على شكل حلقة، مما يخلق مسار تدفق مغناطيسي مغلق تمامًا بدون فجوات هوائية ولا وجوه قطبية مكشوفة. يقلل هذا التصميم من تسرب التدفق المغناطيسي، ويقلل من تيار المغنطة المطلوب، ويجعل المحول غير حساس نسبيًا لموضع الموصل الأساسي داخل النافذة. تجعل هذه الخصائص CTs الحلقية الخيار المفضل للقياس عالي الدقة وللتركيبات حيث لا يمكن توسيط الموصل الأساسي بدقة.

س5: كيف يحافظ محول التيار المنفصل على الدقة بالرغم من وجود وصلة في قلبه؟

تعتمد الدقة في التصوير المقطعي المحوسب على تقليل فجوة الهواء الفعالة عند المفصل بين النصفين الأساسيين. يستخدم المصنعون أسطح تزاوج دقيقة الصنع، وآليات تثبيت محملة بنابض لتطبيق ضغط ثابت، ومواد أساسية عالية النفاذية (غالبًا سبائك بلورية نانوية) تكون بطبيعتها أكثر تحملاً للفجوات الصغيرة المتبقية. في ظل الظروف المثالية مع وصلة مثبتة جيدًا، يمكن أن يحقق جهاز CT عالي الجودة دقة من الفئة 0.5، وهو ما يكفي لمعظم تطبيقات القياس الفرعي وإدارة الطاقة.

س6: ماذا يعني تعيين فئة الدقة لمحولات التيار؟

ال accuracy class number represents the maximum allowable ratio error (in percent) at rated burden and at 100% of rated primary current for standard classes, or down to 1% of rated current for "S" class designations. For example, a Class 0.5 CT must not exceed a 0.5% ratio error, while a Class 0.5S CT must also hold within 0.5% ratio error at primary currents as low as 1% of the rated value. Protection-class CTs use different designations (such as 5P20) that express composite error and accuracy limit factor rather than ratio error alone.

س 7: هل يمكن استخدام محول التيار من نوع النافذة مع أي حجم للموصل؟

يمكن لـ CT من نوع النافذة أن يستوعب أي موصل يتلاءم فعليًا مع فتحة النافذة الخاصة به والذي يقع تياره المقدر ضمن التصنيف الحالي الأساسي لـ CT. لا يقوم جهاز CT نفسه بأي اتصال كهربائي مع الموصل، فهو يعمل فقط عن طريق الحث الكهرومغناطيسي. تتضمن القيود العملية القطر الداخلي للنافذة (الذي يجب أن يكون كبيرًا بما يكفي للموصل بما في ذلك عزله)، ومواصفات التيار الأولي المُقدر، والتي يجب أن تتطابق مع تيار التشغيل العادي للموصل لضمان عمل CT ضمن نطاق الدقة الخاص به.

س8: ماذا يحدث إذا تركت المرحلة الثانوية لمحول التيار دائرة مفتوحة؟

إذا تم فتح الدائرة الثانوية لمحول تيار التشغيل أثناء تدفق التيار الأولي، فإن التيار الأولي يستمر في مغنطة القلب دون وجود تيار ثانوي لمعارضته. يؤدي هذا إلى دفع النواة إلى عمق التشبع في كل نصف دورة، مما يولد فولتات ذروة عالية للغاية في الأطراف الثانوية - ربما آلاف الفولتات. تشكل هذه الفولتية خطورة على الموظفين ويمكن أن تدمر عزل الأشعة المقطعية. يجب أن تكون محولات التيار دائمًا قصيرة الدائرة أو متصلة بحمل مقدر قبل فصل الأدوات عن المحطات الثانوية.

Acrel Co., Ltd.