في أنظمة قياس ومراقبة الطاقة، توجد عدادات الكهرباء التي تتطلب محولات تيار خارجية (CTs) في كل مكان؛ إنها "أعيننا" لاستشعار التيارات الضخمة بدقة. ومع ذلك، يوجد داخل هذا النظام المتطور قاعدة صارمة يجب اتباعها في جميع الأوقات: لا ينبغي أبدًا تشغيل الجانب الثانوي لمحول التيار بدائرة مفتوحة. سوف تتعمق هذه المقالة في المبادئ الأساسية والمخاطر التي تنطوي عليها.
مبدأ التشغيل العادي للمحول الحالي
CT (المحول الحالي) هو نوع خاص من المحولات التي تعمل على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. مبادئ التصميم الأساسية لها هي "الحد الحالي" و"العزلة".
1. الهيكل: يتكون عادةً من قلب حديدي مغلق، وملف أولي بعدد لفات أقل (متصل على التوالي في الدائرة الرئيسية)، وملف ثانوي به عدد أكبر من اللفات (متصل بعداد الكهرباء).
2. الحالة المثالية: في الدائرة المغلقة العادية، يعمل جهاز CT في حالة "دائرة قصيرة-" تقريبًا. وفقا لقانون أمبير للدائرة وقانون الحث الكهرومغناطيسي، فإن التيار الأولي I1 سوف يولد تدفق مغناطيسي متناوب Φ في قلب الحديد، والذي سوف يحفز بعد ذلك تيار I2 على الجانب الثانوي. العلاقة بين الاثنين هي كما يلي:
حيث N1 و N2 هما عدد اللفات في الملفين الأولي والثانوي، وIm هو تيار الإثارة. نظرًا لمقاومة الإثارة الكبيرة جدًا وصغر حجم العناصر في التصميم، يمكن تبسيطها إلى ما يلي في ظل الظروف المثالية:
هنا، يشير Kn إلى نسبة التحويل المقدرة، مثل 1000/5A. في هذه الحالة، يتم تحويل التيار الكبير على الجانب الأساسي بدقة وبشكل متناسب إلى تيار صغير على الجانب الثانوي (عادةً قيمة قياسية تبلغ 5A أو 1A) لقياس آمن للأجهزة. في الوقت نفسه، تكون إمكانات الدائرة الثانوية لمحول التيار (CT) منخفضة جدًا (عادةً بضعة فولتات فقط)، ضمن نطاق آمن.
التحليل الأساسي عندما يكون الجانب الثانوي مفتوحا
عندما تصبح الدائرة الثانوية مفتوحة بسبب الأطراف السائبة، أو الأسلاك المكسورة، أو الانفصال العرضي أثناء الاختبار، فإن حالة التشغيل الخاصة بها تخضع لتغيير كارثي.
| حالة التشغيل | إغلاق عادي | فتح الطريق الثانوي |
|
|
موجود، يتناسب مع I1 |
|
|
Φ |
تم قمعه بشكل فعال بواسطة تدفق إزالة المغناطيسية الناتج عن I2، مع الحفاظ على مستوى منخفض | فقدان التثبيط، والتشبع السريع إلى قيم عالية للغاية |
|
|
منخفض جدًا (عدة فولتات) | تم إحداث جهد عالي يصل إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الفولتات. |
| الطبيعة الجسدية | اقتران قوي، ردود فعل سلبية عميقة: I2 يقاوم بقوة التغييرات في Φ | قطع التغذية الراجعة وتراكم الطاقة: يتم استخدام كل دورات الأمبير الأساسي-I1 وN1 للإثارة. |
العمليات الفيزيائية الأساسية هي كما يلي:
1: اختفاء ردود الفعل إزالة المغناطيسية
أثناء التشغيل العادي، يكون التدفق المغناطيسي الناتج عن التيار الثانوي I2 دائمًا في الاتجاه المعاكس للتدفق المغناطيسي الناتج عن التيار الأولي I1، مما يخلق تأثيرًا قويًا "إزالة المغناطيسية" الذي يحصر التدفق المغناطيسي المدمج في قلب الحديد عند مستوى منخفض. بعد فتح الدائرة، I2=0، ويعود تأثير إزالة المغناطيسية على الفور إلى الصفر.
2: التشبع السريع للتدفق المغناطيسي
يتم تحويل الأمبير الأساسي غير المتوازن-منعطفات I1 وN1 بالكامل إلى دورات أمبير ممغنطة-. نظرًا لأن منطقة المقطع العرضي للقلب- مصممة لكثافة تدفق مغناطيسي منخفضة، فإن القلب يدخل بسرعة في حالة التشبع العميق عند هذه النقطة.
وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، فإن التدفق المغناطيسي المتناوب سيولد قوة دافعة كهربائية عبر الملف. عندما يزداد التدفق المغناطيسي بشكل حاد، سيتم حث جهد عالي للغاية U2 عبر الملف الثانوي.
3: توليد الضغط العالي
في ظل ظروف تردد الطاقة، بالنسبة لتيار أولي يبلغ عدة مئات من الأمبيرات، يمكن أن يصل الجهد الكهربي المستحث على الجانب الثانوي-للدائرة المفتوحة بسهولة إلى عدة آلاف من الفولتات، وفي الحالات القصوى، يمكن أن يتجاوز 10 كيلو فولت.
يتضمن المعيار الوطني GB/T 20840.2-2014 "محولات الأجهزة - الجزء 2: المتطلبات الفنية التكميلية لمحولات التيار" متطلبات صارمة لأداء العزل لمحولات الأجهزة، وقد تجاوز هذا الجهد العالي المفاجئ قدرة التصميم العادية بكثير.
مخاطر الدائرة المفتوحة على الجانب الثانوي لمحول التيار
يمكن للجهد العالي والظواهر المصاحبة الناتجة عن الدائرة الثانوية المفتوحة أن تؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل المتسلسلة للمخاطر.
1. خطر الصدمة الكهربائية: يوجد آلاف الفولتات من الجهد العالي في الأطراف الثانوية، مما يشكل خطرًا جسيمًا لحدوث صدمة كهربائية. قد يتعرض موظفو الصيانة والإصلاح الذين يتعاملون مع هذا الجهد دون اتخاذ احتياطات لصدمة كهربائية.
2. تلف المعدات:
انهيار العزل: سيؤدي الجهد العالي أولاً إلى كسر العزل-بين الطبقات وبين-الملف الثانوي، أو كسر العزل إلى الأرض في الدائرة الثانوية، مما يؤدي إلى تلف دائم لمحول التيار (CT).
السخونة الزائدة والاحتراق: عندما يكون اللب الحديدي مشبعًا بدرجة عالية، فإنه سيولد تيارات دوامية ضخمة وخسائر في التباطؤ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة اللب الحديدي، مما قد يؤدي إلى حرق عزل الملف وحتى التسبب في نشوب حريق.
القوس الكهربائي والانفجار: ستولد نقاط الدائرة المفتوحة (مثل الأطراف السائبة) قوسًا كهربائيًا مستمرًا تحت الجهد العالي. قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة للقوس إلى حرق المعدات، وإشعال المواد القابلة للاحتراق المحيطة، وقد تتسبب الغازات ذات درجة الحرارة المرتفعة-المتراكمة في الخزانة المغلقة في حدوث انفجار كهربائي.
3. مخاطر تشغيل النظام
عدم دقة القياس وفشله: بالنسبة لأجهزة قياس الطاقة من النوع -CT، فإن تيار الإدخال الصفري سيجعلها غير قادرة على قياس الكهرباء، مما يؤدي إلى فقدان الكهرباء واحتمال حدوث نزاعات بشأن التسوية التجارية.
توليد شرارات خطيرة ذات جهد كهربائي عالي-: هذا ليس مجرد مصدر اشتعال، ولكن النبضات الكهرومغناطيسية القوية الناتجة يمكن أن تتداخل أيضًا مع المعدات الإلكترونية القريبة.
تلخيص
تؤدي الدائرة المفتوحة على الجانب الثانوي لمحول التيار إلى تراكم عنيف للطاقة الكهرومغناطيسية، مما يؤدي في النهاية إلى كارثة فيزيائية تتجلى في الجهد العالي، والأقواس الكهربائية القوية، وارتفاع درجة الحرارة. لذلك، في جميع الأعمال التي تتضمن دوائر التصوير المقطعي المحوسب، يجب الالتزام الصارم بـ "منع الدائرة المفتوحة" كإجراء.
وفي الوقت نفسه، يجب تأريض الجانب الثانوي لمحول التيار المتصل بعداد الكهرباء. هذا، إلى جانب "الحظر الصارم للدوائر المفتوحة على الجانب الثانوي"، هما القاعدتان الأساسيتان الصارمتان لتشغيل وصيانة الأشعة المقطعية. بعد التأريض، يمكن تفريغ الجهد العالي الذي ارتفع بسرعة إلى الأرض من خلال سلك التأريض، مما يؤدي إلى تجنب احتراق المعدات أو حوادث الصدمات الكهربائية الناجمة عن الارتفاع المفاجئ في إمكانات الجانب الثانوي.