شرح محولات التيار CT ومكوناتها وأنواعها ومواصفاتها واختباراتها
current transformer
ما هى وظيفة محولات التيار current transformer ؟
وظيفة محول التيار أن يغذى أجهزة القياس / الوقايه بتيار صغير تتناسب قيمته مع التيار الأصلى المار فى الدائره , ويفضل دائما أن تكون قيمة تيار الجانب الثانى فى حدود أقل من 5 أمبير فى الأحوال الطبيعيه , ويتم ذلك بإختيار نسبة تحويل معينه تعرف بـ Turns Ratio , ولها قيم قياسيه أشهرها على سبيل المثال : 100 : 5 - 200 : 5 - 300 : 5 , حتى نصل إلى أقصى قيمه عمليا وهى 3000 : 1 .
ويوصل محول التيار على التوالى مع الدائره المراد قياس تيارها .
تكلم عن تركيب محول التيار ؟
يتكون محول التيار ( C.T ) من :
1- قلب مصنوع من الصلب السليكونى أومصنوع من سبيكه من الحديد والنيكل , ويمثل الدائره المغناطيسيه .
2- ملف إبتدائى عباره عن موصل ذى مقطع كبير , يتكون من لفه واحده أو أكثر ويتصل على التوالى مع الخط (line) الذى سيتم تركيب محول التيار عليه ومن هنا جاءت تسمية محول التيار بـ Series Transformer وإذا كان مقنن محول التيار عاليا , فإن الملف الإبتدائى يكون عباره عن موصل مستقيم يمر خلال الدائره المغناطيسيه .
3- ملف ثانوى عباره عن عدد كبير من اللفات مصنوعه من سلك معزول , تلف على القلب , يتم عزل الملف الإبتدائى عن الملف الثانوى بمادة عزل تعتمد على جهد التشغيل فكلما زاد الجهد زاد العزل .
ويلاحظ أن محول التيار المثالى تكون فيه مقاومة وممانعة الملفات الإبتدائيه والثانويه صغيره جدا
1- قلب مصنوع من الصلب السليكونى أومصنوع من سبيكه من الحديد والنيكل , ويمثل الدائره المغناطيسيه .
2- ملف إبتدائى عباره عن موصل ذى مقطع كبير , يتكون من لفه واحده أو أكثر ويتصل على التوالى مع الخط (line) الذى سيتم تركيب محول التيار عليه ومن هنا جاءت تسمية محول التيار بـ Series Transformer وإذا كان مقنن محول التيار عاليا , فإن الملف الإبتدائى يكون عباره عن موصل مستقيم يمر خلال الدائره المغناطيسيه .
3- ملف ثانوى عباره عن عدد كبير من اللفات مصنوعه من سلك معزول , تلف على القلب , يتم عزل الملف الإبتدائى عن الملف الثانوى بمادة عزل تعتمد على جهد التشغيل فكلما زاد الجهد زاد العزل .
ويلاحظ أن محول التيار المثالى تكون فيه مقاومة وممانعة الملفات الإبتدائيه والثانويه صغيره جدا
طريقة تمثيل محول التيار
كما ذكنا يتكوم محول التيار من ملف إبتدائى وملف ثانوى وقلب حديدى وبالتالى يمكن تمثيله كما فلى الشكل التالى
يمكن أن يحتوى محول التيار على أكثر من ملف ثانوى كما يبين الشكل التالى محول تيار يحتوى على ملفين ثانويين
وتكتب بياناته كالآتى
معنى ذلك أن أحد الملفين الثانويين قدررة المخرج له 15 VA ودرجة الدقه 0.5 ويتخدم لأجهزة القياس بينما الملف الآخر قدرة المخرج له 30 VA ودرجة الدقه 5p20 ويستخدم لأجهزة الوقايه .
والشكل التالى يوضح مقطع فى محول تيار يحتوى على ملفين ثانويين :
معنى ذلك أن أحد الملفين الثانويين قدررة المخرج له 15 VA ودرجة الدقه 0.5 ويتخدم لأجهزة القياس بينما الملف الآخر قدرة المخرج له 30 VA ودرجة الدقه 5p20 ويستخدم لأجهزة الوقايه .
والشكل التالى يوضح مقطع فى محول تيار يحتوى على ملفين ثانويين :
ما هى أنواع محولات التيار ؟
يوجد ثلاثة أنواع من محولات التيار هى :
1- محول تيار من النوع شباك ( حلقى ) Window–type C.T or Ring- type C.T or Through-type C.T
يتكون من قلب على شكل حلقه أسطوانيه مصنوعه من شرائح الحديد , يتم لف الملف الثانوى على القلب – بينما يعتبر الكابل أو الخط الما خلال الفتحه الحلقيه لمحول التيار هو الملف الإبتدائى
الشكل التالى ( أ) يوضح محولى تيار من النوع الحلقى يمران خلال كابل (L,K) بينما فى ( ب) تم توصيل الملفين الثانويين لمحولى التيار على التوالى وتوصيلهما على جهاز حمايه أو قياس
فى شكل (جـ) تم توصيل كل ملف ثانوى على جهاز مستقل (حمايه أو قياس)
الشكل التالى ( أ) يوضح محولى تيار من النوع الحلقى يمران خلال كابل (L,K) بينما فى ( ب) تم توصيل الملفين الثانويين لمحولى التيار على التوالى وتوصيلهما على جهاز حمايه أو قياس
فى شكل (جـ) تم توصيل كل ملف ثانوى على جهاز مستقل (حمايه أو قياس)
2- محول تيار من النوع ذى القضيب Bar-Type C.T
يحتوى هذا النوع على قضيب مصمت (solid Bar) هو الملف الإبتدائى لمحول التيار , ويتم توصيله على التوالى مع الخط أو الكابل المراد تركيب محول التيار عليه ويتحمل هذا النوع الإجهادات الناتجه عن التيارات المرتفعه .
حيث N هى النسبه بين عدد لفات الملف الثانوى إلى عدد لفات الملف الإبتدائى وتعرف بـ Turns Ratio
وعند توصيل محول التيار إلى جهاز ما للقياس أو الوقايه له معاوقه ZB , فإن التيار المار فى الملف الإبتدائى سوف ينشأ فيضا مغناطيسيا سوف ينتج عنه ظهور جهد e.m.f بين طرفى الثانوى ويرمز له بالرمز Es , وهو الذى يتسبب فى مرور تيار Is كما فى الشكل 6-2 وبالتالى يظهر على طرفى جهاز الوقايه / القياس جهد قدره Vo/p يساوى
حيث تمثل RCT المقاومه المكافئه لمحول التيار المستخدم وقد يضاف لها مقاومة أسلاك التوصيل RL
لاحظ هذا الجهد الناشئ بين طرفى الملف الثانوى يتناسب طرديا مع معدل تغير الفيض بمعنى أن
وطبقا للنظريه العامه للمحولات فإن أقصى جهد EK ينشأ بين طرفى المحول ويعرف بـ Knee- point Voltage يساوى
وكلما كان جهاز الوقايه يمثل low burden على محول التيار كلما كان ذلك أفضل لأننا لن نحتاج فى هذه الحاله إلى محول ذى قدره عاليه . وهذه إحدى الميزات العديده لأجهزة الوقايه الرقميه لأنها تمثل Low Burden مقارنة بأنواع الأجهزة التقليديه (Electromagnetic or static relays) .
ويوضح الشكل التالى قيمة معاوقة جهاز الوقايه / القياس على إحتمالية تشبع محول التيار , فكلما زادت مقاومة الجهاز , كلما زاد الجهد بين أطرافه , كلما إقترب من نقطة الإنقلاب وهذا يعنى أن محول التيار على وشك أن يتشبع .
3- محول تيار من النوع الملفوف Wound-Type C.T
يتكون من قلب من شرائح الحديد وملف إبتدائى وملف ثانوى منفصلين وغالبا يكون الملف الإبتدائى عباره عن لفه أو أكثر من موصل ذى مقطع كبير , ويتصل على التوالى مع الدائره المراد تركيب محول التيار عليها
هذا النوع أحيانا يحتوى على نسبة تحويل ثنائيه (Dual Ratio) أى يحتوى المحول على ملفين إبتدائيين يتم توصيلهما على التوالى أو التوازى على حسب نسبة التحويل . الشكل التالى يوضح محول تيار يحتوى على ملفين إبتدائيين وملف ثانوى ونسبة التحويل (100-200/5) أى يمكن الحصول على نسبة تحويل 100/5 إذا تم توصيل الملفين الإبتدائيين على التوالى كما فى شكل (أ) أو الحصول على نسبة تحويل 200/5 إذا تم توصيل الملفيين الإبتدائيين على التوازى كما فى شكل (ب) .
كيف يتم توصيل محولات التيار مع أجهزة الوقايه ؟
فى بعض الأحيان يتم توصيل الملف الثانوى مباشرة إلى الـ Relay ؛ بمعنى إستخدام تيار الملف الثانوى ليمر مباشرة فى ملف جهاز الوقايه كما فى الشكل أ , وفى أحيان أخرى يتم توصيل مقاومه صغيره جدا بين طرفى الملف الثانوى – تصل إلى جزء من عشرة من الأوم – وينشأعليها جهد يتناسب مع التيار المار فى الملف الثانوى للـ CT , كما فى الشكل ب
وهذا الأسلوب يستخدم غالبا مع أجهزة الوقايه الرقميه والتى تحتاج إلى تحويل التيار إلى جهد تمهيدا لتحويله إلى Digital Numbers بواسطةA/D Converter
ما هى نظرية عمل محول التيار ؟
يتم توصيل طرفى الملف الإبتدائى لمحول التيار على التوالى مع الدائره المراد قياس تيارها , فى حين يوصل جهاز القياس / الوقايه بين طرفى الملف الثانوى محول التيار .
ومن المعروف أن تيار الثانوى يتناسب مع تيار الإبتدائى طبقا للنظريه العامه للمحولات يعنى أن :وعند توصيل محول التيار إلى جهاز ما للقياس أو الوقايه له معاوقه ZB , فإن التيار المار فى الملف الإبتدائى سوف ينشأ فيضا مغناطيسيا سوف ينتج عنه ظهور جهد e.m.f بين طرفى الثانوى ويرمز له بالرمز Es , وهو الذى يتسبب فى مرور تيار Is كما فى الشكل 6-2 وبالتالى يظهر على طرفى جهاز الوقايه / القياس جهد قدره Vo/p يساوى
حيث F هى التردد وN هى عدد اللفات .
وتستخدم هذه القيمه لتحديد أقصى معاوقه ZB يمكن توصيلها بين طرفى محول تيار معين
وتستخدم هذه القيمه لتحديد أقصى معاوقه ZB يمكن توصيلها بين طرفى محول تيار معين
تكلم عن منحنى المغناطيسيه لمحول التيار ؟
من المعروف أن لكل CT منحنى مغناطيسيه خاص به يوضح العلاقه بين الفولت الذى ينشأ فى الملف الثانوى والتيار المسبب للفيض , وهو التيار المعروف بـ Ie Excitation Current . وهذا التيار يمثل جزء صغير من التيار المتولد فى الجانب الثانوى , وهو يسحب داخل المعاوقه الداخليه لمحول التيار Ze التى تظهر ضمن الدائره المكافئه لمحول التيار فى الشكل التالى . لاحظ أن جهاز الوقايه/ القياس المركب بين طرفى الثانوى يسحب الجزء الأكبر من تيار الثانوى .
ويعرف منحنى المغناطيسيه بـ Magnetization Curve ويسمى أيضا بـ Excitation Curve وتوجد عليه نقطة Knee-point وتسمى نقطة الإنقلاب وتعرف هذه النقطه بأنها النقطه التى تتسبب فى زياده قدرها 10 % فى قيمة الجهد Es نتيجة إرتفاع قيمة التيار Ie بمقدار 50 % .بمعنى آخر , أنها النقطه التى يبدأ بعدها الـ CT فى دخول مرحلة ما يسمى بالـ Saturation . وأغلب محولات التيار يجب أن تعمل فى المنطقه الخطيه قبل هذه النقطه حتى لا يحدث تشبع للمحول .
تكلم عن مشكلة التشبع ؟
معلوم أن التيار الكهربى المتردد ينتج عنه فيض مغناطيسي متردد يتناسب طرديا معه , وبالتالى كلما زاد التيار زاد الفيض , ومشكلة التشبع تحدث مع الزياده الكبيره فى قيمة التيار (عند حدوث العطل) , حيث يتسبب ذلك فى نشوء فيض عالى جدا لا يستطيع القلب الحديدي تحمله فيحدث له مايسمى التشبع saturation يتسبب تشبع القلب الحديدى فى توقف زيادة الفيض العالى , وبالتالى تثبت قيمة الفيض على قيمه معينه ثابته (حد التشبع) , بمعنى أن معدل التغير فى الفيض أصبح صغيرا ( تذكر أن التيار يتناسب طرديا مع معدل تغير الفيض dΦ/dt ) , وبالتالى لا ينشأ أى تيار فى الملف الثانوى (يصل تقريبا إلى الصفر )
لاحظ فى الشكل التالى ذلك النقص التدريجى فى مركبة الـ DC Componenet وهى أحد العوامل الأساسيه فى تشوه قيمة تيار الثانوى مقارنة بتيار الإبتدائى , وتتوقف قيمتها على لحظة القفل وعلى قيمة X , R للدائره بينما تتوقف مدة بقائها على قيمة الـ X , R فقط . لاحظ أيضا أن الإختلاف فى القيمه ليس بسبب الـ turns ratio فحسب , وإنما أيضا بسبب الـ saturation كذلك , ولذا نقول أن التيار قد حدث له تشوه Distortion وبالتالى لا نتوقع أداءا سليما لجهاز الوقايه مهما كانت دقته ما لم يتم حل هذه المشكله .
لاحظ فى الشكل التالى ذلك النقص التدريجى فى مركبة الـ DC Componenet وهى أحد العوامل الأساسيه فى تشوه قيمة تيار الثانوى مقارنة بتيار الإبتدائى , وتتوقف قيمتها على لحظة القفل وعلى قيمة X , R للدائره بينما تتوقف مدة بقائها على قيمة الـ X , R فقط . لاحظ أيضا أن الإختلاف فى القيمه ليس بسبب الـ turns ratio فحسب , وإنما أيضا بسبب الـ saturation كذلك , ولذا نقول أن التيار قد حدث له تشوه Distortion وبالتالى لا نتوقع أداءا سليما لجهاز الوقايه مهما كانت دقته ما لم يتم حل هذه المشكله .
لماذا يجب قصر طرفي محول التيار عند عدم اتصالهم بحمل؟
في محول التيار تتحدد قيمة تيار الابتدائي (المار في الكابل أو الخط أو القضبان العمومية...إلخ) حسب ظروف الشبكة ولا دخل لتيار الثانوي في قيمته (على عكس محول الجهد). أي أن تيار الابتدائي مستقل عن ظروف المحول بما فيها ظروف دائرته الثانوية. يقوم معظم تيار الابتدائي بإنتاج الفيض المغناطيسي في قلب المحول الذي يقوم بتوليد قوة دافعة كهربية في ملفات الثانوي. أي أن تيار الابتدائي يمثل (في أغلبه) تيار المغنطة. يقوم تيار الحمل (في الثانوي) بمهمة إنتاج فيض مغناطيسي معاكس لفيض الابتدائي مما يُحد من الفيض المحصل وبالتالي من الجهد على طرفي الملف الثانوي. وفي حالة عدم اتصال دائرة الثانوي لمحول تيار بحمل مع بقائها مفتوحة فإن تيار الثانوي ينعدم، وينعدم معه التأثير المضاد للفيض المغناطيسي الكبير الناتج من تيار الابتدائي ذي القيمة العالية (أو العالية جداً). وحينئذ يرتفع فرق الجهد بين طرفي الثانوي (المفتوحين) إلى مستويات كبيرة جداً قد تصل إلى الحد الذي يسبب مخاطر كبيرة لكلٍ من المحول أو للشخص المتعامل معه أو للمُعدة التي تحتوي المحول أو المجاورة له. كما يتأثر القلب الحديدي للمحول في هذه الحالة بالقيمة العالية جداً للفيض المغناطيسي بما تسببه من تعرضه للتشبع الشديد وكذلك مستويات عالية من الحرارة الناتجة من التيارات الدوامية والتخلف المغناطيسي.
ما هو مصطلح BURDEN ؟؟
كلمة BURDEN وهي مصطلح يعبر عن حمل دوائر القياس والوقاية الموصلة على ثانوي محول التيار. و تقاس ال BURDEN بال Volt Ampere وليس بالأوم ولكنهما متكافئان ويمكن إستنتاج أحدهما بدلالة الآخر فعلى سبيل المثال محول التيار الذى يتحمل burden قدره 12.5 VA وتياره الطبيعى فى الثانوى يساوى 5A يمكنه فى الواقع تحمل توصيل Burden قدره
ZB = P/ I^2 = 12.5 / 25 = 0.5 Ω
ودائما ما تكتب على ال Name Plate كرقم مثل 15 VAاو 30 VA و دائما ما يذكر بجوارها رقم الAccuracy مثل 5P20 اذا كانت دائرة وقاية او مثلا Cl 0.5 اذا كانت دائرة قياسوكلما كان جهاز الوقايه يمثل low burden على محول التيار كلما كان ذلك أفضل لأننا لن نحتاج فى هذه الحاله إلى محول ذى قدره عاليه . وهذه إحدى الميزات العديده لأجهزة الوقايه الرقميه لأنها تمثل Low Burden مقارنة بأنواع الأجهزة التقليديه (Electromagnetic or static relays) .
ويوضح الشكل التالى قيمة معاوقة جهاز الوقايه / القياس على إحتمالية تشبع محول التيار , فكلما زادت مقاومة الجهاز , كلما زاد الجهد بين أطرافه , كلما إقترب من نقطة الإنقلاب وهذا يعنى أن محول التيار على وشك أن يتشبع .
ماهو الفرق بين محول التيار المستخدم في القياس عن محولات التيار المستخدمه في الحمايه؟
وظيفة محولات التيار الخاصة بأجهزة القياس هو قياس التيار في حالات الحمل الطبيعي
أما محولات التيار الخاصة بأجهز الحمايه فوظيفتها قياس التيار خلال الأعطال
وعليه فإن منحني المغنطة لهذه المحولات تعتمد على وظيفتها فمحولات القياس تتميز بمنحني خطي بدقه عاليه نسبياً عند التيارات الصغيره وتكون عروة المنحنى (KNEE POINT) لهذه المحولات منخفضه أي يحدث اشباع للقلب الحديدي لهذه المحولات في حالة الأعطال.
أما محولات الحمايه فتمتاز بمنحني غير خطي عند التيارات الصغيره نسبياً و منحني خطي عند التيارات العالية وتكون عروة المنحنى (KNEE POINT) لهذه المحولات مرتفعه أيأنه لا يحدث اشباع للقلب الحديدي لهذه المحولات في حالة الأعطال.
وهذه مقارنه بين النوعين
أما محولات التيار الخاصة بأجهز الحمايه فوظيفتها قياس التيار خلال الأعطال
وعليه فإن منحني المغنطة لهذه المحولات تعتمد على وظيفتها فمحولات القياس تتميز بمنحني خطي بدقه عاليه نسبياً عند التيارات الصغيره وتكون عروة المنحنى (KNEE POINT) لهذه المحولات منخفضه أي يحدث اشباع للقلب الحديدي لهذه المحولات في حالة الأعطال.
أما محولات الحمايه فتمتاز بمنحني غير خطي عند التيارات الصغيره نسبياً و منحني خطي عند التيارات العالية وتكون عروة المنحنى (KNEE POINT) لهذه المحولات مرتفعه أيأنه لا يحدث اشباع للقلب الحديدي لهذه المحولات في حالة الأعطال.
محول التيار المستخدم مع أجهزة القياس
* حدود التيار من 5% إلى 120% من قيمة التيار المقنن .
* ذو درجة دقه عاليه .
* قدرة خرج المحول صغيره .
* جهد التشبع صغير Low Saturation Voltage
* ذو درجة دقه عاليه .
* قدرة خرج المحول صغيره .
* جهد التشبع صغير Low Saturation Voltage
محول التيار المستخدم مع أجهزة الوقايه
* حدود التيار عند قيم أكبر من التيار المقنن .
* ذو درجة دقه منخفضه ( مسموح بخطأ نسبة تحويل أكبر من النسبه المسموح بها فى أجهزة القياس) .
* قدرة مخرج المحول أكبر من تلك التى تستخدم فى دوائر القياس .
* جهد التشبع عالى High Saturation Voltage
* ذو درجة دقه منخفضه ( مسموح بخطأ نسبة تحويل أكبر من النسبه المسموح بها فى أجهزة القياس) .
* قدرة مخرج المحول أكبر من تلك التى تستخدم فى دوائر القياس .
* جهد التشبع عالى High Saturation Voltage
ما أهم مواصفات محول التيار ؟
من أهم الكميات التى يجب توصيفها بدقه مع محول التيار ما يلى :
1- الحمل Rated Burden هى القدرة بالفولت أمبير التى يمكن تحميلها على محولات التيار أو الجهد بصفة دائمة على أن تظل قيمة الخطأ فى التيار وزاوية الوجه فى الحدود المسموح بها حسب مستوى الدقة للمحولات وهى تقاس بالـ VA
ومن أشهر القيم المستخدمه : (2.5 , 5 , 7.5 , 10 , 15 , 30 VA)
2- أقصى تيار يتحمله Continous Rated Current : وغالبا يشار إلى أقصى تيار فى الجانب الإبتدائى .
3- أقصى تيار فى مده وجيزه Short circuit current & duration time : وغالبا يشار إلى تيار الثانوى وغالبا تكون المده المحسوب عليها أقصى تيار تتراوح بين نصف ثانيه وثلاث ثوانى .
4- تيار الثانوى Rated : وغالبا يكون 1 أو 2 أو 5 أمبير . وغالبا إذا زادت المسافه بين محول التيار وبين جهاز الحمايه عن 30 متر فإننا نستخدم تيارا ثانويا يساوى 1A .
5- نسبة التحويل Turns ratio : وأقصاها عمليا 3000/1 وهناك بالطبع قيم أصغر من ذلك .
6- الـ Class : وتعتبر من أهم وأشهر القيم التى يوصف بها المحول .
ومن أشهر الـ Classes المستخدمه فى الوقايه فقط هى 10P , 5p بالإضافه إلى الـ Class X الذى يستخدم مع أجهزة الوقايه التفاضليه وذلك طبقا للمواصفات البريطانيه BS . وغالبا يستخدم Class 5P مع Instantenous OC relays بينما يستخدم Class 10P مع أجهزة الـ overcurrent من النوع المعروف بـ IDMT , بمعنى أنه كلما كانت الدقه المطلوبه عاليه كلما تميزت الـ Class المستخدمه برقم أصغر , أما التطبيقات التى لا تحتاج لدقه عاليه فيكتفى فيها بـ Class X
7- Accuracy limit Factor ALF : قيمه تعبر عن أقصى تيار يمر فى الجانب الإبتدائى دون أن تتأثر دقة القراءه فى الجانب الثانوى , بمعنى آخر أقصى تيار يمر فى الإبتدائى قبل أن يتشبع القلب , ويتشوه تيار الثانوى .
على سبيل المثال لو أن محول تيار له نسبة تحويل 200/1 وكانت قيمة ALF = 5 , فهذا يعنى أن أقصى قيمه لتيار الإبتدائى دون أن يحدث تشوه فى تيار الثانوى تساوى 200*5 = 1000 .
ومن الصيغ المفيده جدا والتى تعتمد على ALF تلك التى تظهر فى المعادله (2-2) والتى تحدد قيمة أقصى جهد ينشأ بين طرفى الـ CT بدلالة الـ ALF :
وهى تعطى قيمه قريبه لقيمة الـ VK والتى سبق وحسبناها من المعادله (1-2) مع ملاحظة أن المعادله (1-2) كانت يدلالة Bmax وهى بقيمه لا يسهل حسابها أو معرفتها ومن هنا جاءت قيمة هذه المعادله التقريبيه .
( 30VA) هو الـ rated burden
هذه المعلومات تعنى أن هذا الـ CT له دقة قياس ( نسبة خطأ ) قدرها 5% ويمكنه المحافظه على هذه الدقه فى مدى قدره 10 أمثال تياره الطبيعى الذى يساوى 1A فى الثانوى .
بمعنى آخر : أن هذا الـ CT يمكنه تحمل تيار بحد أقصى 10 A فى الثانوى , وهو يعادل 1000 A فى الإبتدائى , مع بقاء نسبة الخطأ فى الحدود المقرره لها شريطة أن تكون الأحمال الموصله عليه 30 VA .
1- الحمل Rated Burden هى القدرة بالفولت أمبير التى يمكن تحميلها على محولات التيار أو الجهد بصفة دائمة على أن تظل قيمة الخطأ فى التيار وزاوية الوجه فى الحدود المسموح بها حسب مستوى الدقة للمحولات وهى تقاس بالـ VA
ومن أشهر القيم المستخدمه : (2.5 , 5 , 7.5 , 10 , 15 , 30 VA)
2- أقصى تيار يتحمله Continous Rated Current : وغالبا يشار إلى أقصى تيار فى الجانب الإبتدائى .
3- أقصى تيار فى مده وجيزه Short circuit current & duration time : وغالبا يشار إلى تيار الثانوى وغالبا تكون المده المحسوب عليها أقصى تيار تتراوح بين نصف ثانيه وثلاث ثوانى .
4- تيار الثانوى Rated : وغالبا يكون 1 أو 2 أو 5 أمبير . وغالبا إذا زادت المسافه بين محول التيار وبين جهاز الحمايه عن 30 متر فإننا نستخدم تيارا ثانويا يساوى 1A .
5- نسبة التحويل Turns ratio : وأقصاها عمليا 3000/1 وهناك بالطبع قيم أصغر من ذلك .
6- الـ Class : وتعتبر من أهم وأشهر القيم التى يوصف بها المحول .
ومن أشهر الـ Classes المستخدمه فى الوقايه فقط هى 10P , 5p بالإضافه إلى الـ Class X الذى يستخدم مع أجهزة الوقايه التفاضليه وذلك طبقا للمواصفات البريطانيه BS . وغالبا يستخدم Class 5P مع Instantenous OC relays بينما يستخدم Class 10P مع أجهزة الـ overcurrent من النوع المعروف بـ IDMT , بمعنى أنه كلما كانت الدقه المطلوبه عاليه كلما تميزت الـ Class المستخدمه برقم أصغر , أما التطبيقات التى لا تحتاج لدقه عاليه فيكتفى فيها بـ Class X
7- Accuracy limit Factor ALF : قيمه تعبر عن أقصى تيار يمر فى الجانب الإبتدائى دون أن تتأثر دقة القراءه فى الجانب الثانوى , بمعنى آخر أقصى تيار يمر فى الإبتدائى قبل أن يتشبع القلب , ويتشوه تيار الثانوى .
على سبيل المثال لو أن محول تيار له نسبة تحويل 200/1 وكانت قيمة ALF = 5 , فهذا يعنى أن أقصى قيمه لتيار الإبتدائى دون أن يحدث تشوه فى تيار الثانوى تساوى 200*5 = 1000 .
ومن الصيغ المفيده جدا والتى تعتمد على ALF تلك التى تظهر فى المعادله (2-2) والتى تحدد قيمة أقصى جهد ينشأ بين طرفى الـ CT بدلالة الـ ALF :
ما المقصود بالرمز التالى 100/1 , 5P10 , 30 VA ؟
100/1 هى نسبة التحويل Turns ratio
5P10 تعنى أنه محول تيار للوقايه والرقم الذى يظهر على يسار الحرف P وهو رقم 5 يعنى مستوى الدقه Accuracy class والرقم الذى على يمين الحرف P يمثل معامل أقصى حدود الدقه Accuracy limit Factor ALF
( 30VA) هو الـ rated burden
هذه المعلومات تعنى أن هذا الـ CT له دقة قياس ( نسبة خطأ ) قدرها 5% ويمكنه المحافظه على هذه الدقه فى مدى قدره 10 أمثال تياره الطبيعى الذى يساوى 1A فى الثانوى .
بمعنى آخر : أن هذا الـ CT يمكنه تحمل تيار بحد أقصى 10 A فى الثانوى , وهو يعادل 1000 A فى الإبتدائى , مع بقاء نسبة الخطأ فى الحدود المقرره لها شريطة أن تكون الأحمال الموصله عليه 30 VA .
5P10 تعنى أنه محول تيار للوقايه والرقم الذى يظهر على يسار الحرف P وهو رقم 5 يعنى مستوى الدقه Accuracy class والرقم الذى على يمين الحرف P يمثل معامل أقصى حدود الدقه Accuracy limit Factor ALF5P10 تعنى أنه محول تيار للوقايه والرقم الذى يظهر على يسار الحرف P وهو رقم 5 يعنى مستوى الدقه Accuracy class والرقم الذى على يمين الحرف P يمثل معامل أقصى حدود الدقه Accuracy limit Factor ALF
( 30VA) هو الـ rated burden
هذه المعلومات تعنى أن هذا الـ CT له دقة قياس ( نسبة خطأ ) قدرها 5% ويمكنه المحافظه على هذه الدقه فى مدى قدره 10 أمثال تياره الطبيعى الذى يساوى 1A فى الثانوى .
بمعنى آخر : أن هذا الـ CT يمكنه تحمل تيار بحد أقصى 10 A فى الثانوى , وهو يعادل 1000 A فى الإبتدائى , مع بقاء نسبة الخطأ فى الحدود المقرره لها شريطة أن تكون الأحمال الموصله عليه 30 VA .
( 30VA) هو الـ rated burden
هذه المعلومات تعنى أن هذا الـ CT له دقة قياس ( نسبة خطأ ) قدرها 5% ويمكنه المحافظه على هذه الدقه فى مدى قدره 10 أمثال تياره الطبيعى الذى يساوى 1A فى الثانوى .
بمعنى آخر : أن هذا الـ CT يمكنه تحمل تيار بحد أقصى 10 A فى الثانوى , وهو يعادل 1000 A فى الإبتدائى , مع بقاء نسبة الخطأ فى الحدود المقرره لها شريطة أن تكون الأحمال الموصله عليه 30 VA .
إختبارات محولات التيار
الأختبارات التى يجب إجراؤها على محولات التيار قبل البدء فى إدخال محولات التيار فى الخدمه :1- إختبار نسبة التحويل Turns ratio : وذلك بإمرار تيار فى الملف الإبتدائى وقياس تيار الثانوى
2- إختبار القطبيه Polarity test : وذلك بتوصيل بطاريه جهدها 6 V بين طرفى الملف الإبتدائى للـ CT وتوصيل فولتميتر بين طرفى الثانوى , فعند توصيل البطاريه فى الدائره ينحرف مؤشر الفولتميتر إلى الجهه الموجبه , وعند فصل البطاريه ينعكس فى الإتجاه الآخر , وعندها تكون S1 هى الطرف الموصل إلى موجب الفولتميتر
ملحوظه : تيار الثانوى ( من S1 إلى S2 فى الدائره الخارجيه ) يكون دائما فى نفس إتجاه تيار الإبتدائى المار من P1 إلى P2 كما فى الشكل 12-2 . لاحظ أن التيار فى الملف الثانوى نفسه يسير فى عكس إتجاه الإبتدائى .
3- إختبار التشبع Saturation test : وذلك بتسليط جهد على الملف الثانوى مع قياس التيار الذى ينشأ فى الملف الثانوى علما بأن الجانب الإبتدائى يظل مفتوحا بدون أى حمل أثناء الإختبار .
ويبدأ الإختبار بزيادة الجهد تدريجيا وقياس قيمة التيار حتى تصل إلى مرحلة التشبع التى تبدأ من النقطة التى إذا زاد الجهد فيها بنسبة 10 % فأن تيار الملف الثانوى يزيد بنسبة 50 % وبعد هذه النقطة فان أى زيادة صغيرة فى الجهد تؤدى إلى زيادة كبيرة جدا فى التيار وبذلك يدخل المحول مرحلة التشبع .
وعندئذ يبدأ تسجيل القراءات : حيث نبدأ فى خفض قيمة الجهد تدريجيا وتسجيل قيم التيار المقابله لكل قيمه من قيم الجهد والتأكد من وصول الجهد إلى صفر فى النهايه للتأكد من حدوث Demagnetization للقلب والآن يمكنك رسم منحنى المغناطيسيه .
4- قياس المقاومه الداخليه للملف الثانوى : وذلك عن طريق توصيل مصدر جهد مستمر يمكن التحكم فيه عن طريق مقاومة متغيرة ويتم رفع الجهد تدريجيا وقياس قيم التيار والجهد المستمر وتحسب المقاومة حسب قانون أوم بالعلاقة المقاومة = متوسط قيمة الجهد ÷ متوسط قيمة التيار
5- اختبار العزل بواسطة الميجر 1000 فولت : ولا تقل مقاومة العزل للملفات الثانوية مع الأرضى عن 10 ميجا أوم ولا تقل مقاومة العزل للملفات الابتدائية مع الأرضى عن 20 ميجا أوم
6- قياس الاستمرارية للملفات الثانوية (continuity)
2- إختبار القطبيه Polarity test : وذلك بتوصيل بطاريه جهدها 6 V بين طرفى الملف الإبتدائى للـ CT وتوصيل فولتميتر بين طرفى الثانوى , فعند توصيل البطاريه فى الدائره ينحرف مؤشر الفولتميتر إلى الجهه الموجبه , وعند فصل البطاريه ينعكس فى الإتجاه الآخر , وعندها تكون S1 هى الطرف الموصل إلى موجب الفولتميتر
ويبدأ الإختبار بزيادة الجهد تدريجيا وقياس قيمة التيار حتى تصل إلى مرحلة التشبع التى تبدأ من النقطة التى إذا زاد الجهد فيها بنسبة 10 % فأن تيار الملف الثانوى يزيد بنسبة 50 % وبعد هذه النقطة فان أى زيادة صغيرة فى الجهد تؤدى إلى زيادة كبيرة جدا فى التيار وبذلك يدخل المحول مرحلة التشبع .
وعندئذ يبدأ تسجيل القراءات : حيث نبدأ فى خفض قيمة الجهد تدريجيا وتسجيل قيم التيار المقابله لكل قيمه من قيم الجهد والتأكد من وصول الجهد إلى صفر فى النهايه للتأكد من حدوث Demagnetization للقلب والآن يمكنك رسم منحنى المغناطيسيه .
4- قياس المقاومه الداخليه للملف الثانوى : وذلك عن طريق توصيل مصدر جهد مستمر يمكن التحكم فيه عن طريق مقاومة متغيرة ويتم رفع الجهد تدريجيا وقياس قيم التيار والجهد المستمر وتحسب المقاومة حسب قانون أوم بالعلاقة المقاومة = متوسط قيمة الجهد ÷ متوسط قيمة التيار
5- اختبار العزل بواسطة الميجر 1000 فولت : ولا تقل مقاومة العزل للملفات الثانوية مع الأرضى عن 10 ميجا أوم ولا تقل مقاومة العزل للملفات الابتدائية مع الأرضى عن 20 ميجا أوم
6- قياس الاستمرارية للملفات الثانوية (continuity)
كيف يمكن قياس حمولة rated burden محولات التيار ؟
يتم فصل الأطراف الثانوية لمحولات التيار S2 , S1 أو K , L من أقرب روزتة ويتم توصيل مصدر للجهد المتردد يمكن التحكم فى قيمته إلى نقط التوصيل المقابلة للأطراف الثانوية لمحولات التيار والتى تغذى أجهزة الوقاية ويتم رفع الجهد تدريجيا ونلاحظ قيم التيار حتى نصل إلى قيمة التيار الراتبة لمحولات التيارIn ويتم تسجيل قيمة الجهد المناظر لها ويتم
حساب الحمولة = قيمة الجهد المقاس (عند مرور التيار الراتب ) × التيار الراتب للمحول
وتقارن بالقيمة الراتبة لحمولة rated burden محول التيار والمدونة عليه
هل يمكن حساب الجهد الذي يحدث عنده Knee Point في محولات التيار اي معرفة الجهد بطريقة حسابية تساوي تقريبا الجهد من منحنى التشبع
توضيح و تعريف ال Knee Point
ال Knee Point هي النقطة التي اذا ازداد الجهد عندها 10 % يزداد التيار بمقدار 50 % في محول التيار و بعد هذه النقطة يدخل محول التيار في التشبع
الحساب التقريبي ل Knee Point :
لو عندنا محول تيار بياناته كالتالي :
عند استخدام current transformer لقياس التيار فى خطوط الجهد العالى يقوم c.t. بخفض التيار ليتم ادخاله بعد ذلك على اجهزة القياس ونحن نعرف ان الجهد يناسب عكسيا مع التيار اذن لماذا لا يزداد الجهد على الطرف الثانوى للــ c.t على الرغم من ان الجهد على هذه الخطوط قد يصل الى 500kv ؟
ذلك لان محول التيار يسخدم على نقطه معينه فى خط الجهد فيكون voltage drop عند هذه النقطه ضئييل وعندما يقوم c.t بتكبير الجهد تكون القيمه المكبره صغير لا تمثل خطوره عل الاجهزه.
*************************************************
إعداد م / علاء محمد
حساب الحمولة = قيمة الجهد المقاس (عند مرور التيار الراتب ) × التيار الراتب للمحول
وتقارن بالقيمة الراتبة لحمولة rated burden محول التيار والمدونة عليه
هل يمكن حساب الجهد الذي يحدث عنده Knee Point في محولات التيار اي معرفة الجهد بطريقة حسابية تساوي تقريبا الجهد من منحنى التشبع
توضيح و تعريف ال Knee Point
ال Knee Point هي النقطة التي اذا ازداد الجهد عندها 10 % يزداد التيار بمقدار 50 % في محول التيار و بعد هذه النقطة يدخل محول التيار في التشبع
الحساب التقريبي ل Knee Point :
لو عندنا محول تيار بياناته كالتالي :
C.T.R = 300/5 , Is=5 , A , 5 P 10 , 60 VA
Knee Point = 10*60 / Is = 10*60 / 5 = 120 Volt
Vcallculated = ( ALF*Rated burden ) / In
where
In = nominal secondary current
عند استخدام current transformer لقياس التيار فى خطوط الجهد العالى يقوم c.t. بخفض التيار ليتم ادخاله بعد ذلك على اجهزة القياس ونحن نعرف ان الجهد يناسب عكسيا مع التيار اذن لماذا لا يزداد الجهد على الطرف الثانوى للــ c.t على الرغم من ان الجهد على هذه الخطوط قد يصل الى 500kv ؟
ذلك لان محول التيار يسخدم على نقطه معينه فى خط الجهد فيكون voltage drop عند هذه النقطه ضئييل وعندما يقوم c.t بتكبير الجهد تكون القيمه المكبره صغير لا تمثل خطوره عل الاجهزه.
*************************************************
إعداد م / علاء محمد