في أنظمة قياس ومراقبة الطاقة، تكون عدادات الطاقة التي تتطلب محولات تيار خارجية (CTs) موجودة في كل مكان؛ إنها "أعيننا" لاستشعار التيارات الكبيرة بدقة. ومع ذلك، ضمن هذا النظام المعقد توجد قاعدة حاسمة يجب اتباعها دائمًا: يجب عدم تشغيل الجانب الثانوي للمحول الحالي مطلقًا في حالة الدائرة- المفتوحة. سوف تتعمق هذه المقالة في المبادئ والمخاطر الكامنة وراء هذه القاعدة.
مبدأ العمل الطبيعي للمحول الحالي
محول التيار (CT) هو نوع خاص من المحولات يعمل على أساس مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. ويركز تصميمه الأساسي على "الحد من التيار" و"العزلة".
1. الهيكل: يتكون عادةً من قلب حديدي مغلق، وملف أولي بعدد لفات أقل (متصل على التوالي مع الدائرة الرئيسية)، وملف ثانوي به عدد أكبر من اللفات (متصل بمقياس الطاقة).
2. الحالة المثالية: في الدائرة المغلقة عادة، يعمل CT في حالة "دائرة قصيرة-" تقريبًا. وفقا لقانون أمبير للدائرة وقانون الحث الكهرومغناطيسي، فإن التيار الأولي I1 يولد تدفق مغناطيسي متناوب Φ في قلب الحديد، والذي بدوره يحفز تيار I2 في الجانب الثانوي. العلاقة بينهما هي :
I1 × N1=I2 × N2 + Im×N1
حيث N1 وN2 هما عدد لفات الملفين الأولي والثانوي، وIm هو تيار الإثارة. نظرًا لمقاومة الإثارة الكبيرة في التصميم، فإن Im صغير جدًا، لذا في الحالة المثالية، يمكن تبسيطه إلى:
هنا، Kn هي نسبة التحويل المقدرة، على سبيل المثال، 1000/5A. في هذا الوقت، يتم تحويل التيار الكبير على الجانب الأساسي بدقة وبشكل متناسب إلى تيار صغير على الجانب الثانوي (عادةً قيمة قياسية تبلغ 5A أو 1A) للقياس الآمن بواسطة الجهاز. وفي الوقت نفسه، فإن إمكانات الدائرة الثانوية لجهاز التصوير المقطعي منخفضة جدًا (عادةً بضعة فولتات فقط)، وهي ضمن النطاق الآمن.
التحليل الأساسي عندما يكون الجانب الثانوي مفتوحًا-مدارًا
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 | مغلق عادة | الدائرة المفتوحة الثانوية |
|---|---|---|
| التيار الثانوي I₂ |
الحاضر، يتناسب مع I₁ | I₂ = 0 |
| التدفق المغناطيسي الأساسي Φ |
يعمل تدفق إزالة المغناطيسية الناتج عن I₂ على منع التدفق الأساسي بشكل فعال، مع الحفاظ على مستوى منخفض | ضاع القمع. يتشبع التدفق بسرعة إلى مستوى عالٍ للغاية |
| الجهد الثانوي U₂ |
منخفض جدًا (بضعة فولتات) | الجهد العالي المستحث في نطاق عدة كيلو فولت يصل إلى عشرات الكيلوفولت |
| الطبيعة الفيزيائية | اقتران قوي وردود فعل سلبية عميقة: I₂ يعارض بشدة التغييرات في Φ | تمت مقاطعة التغذية الراجعة، وتراكم الطاقة: يتم استخدام كل دورات الأمبير الأولي-(I₁N₁) في المغنطة |
العمليات الفيزيائية الأساسية هي كما يلي👇:
1. اختفاء ردود الفعل المغنطيسية:أثناء التشغيل العادي، يكون التدفق المغناطيسي الناتج عن التيار الثانوي I2 دائمًا معاكسًا في الاتجاه للتدفق المغناطيسي الناتج عن التيار الأولي I1، مما يخلق تأثيرًا قويًا "إزالة المغناطيسية" الذي يحد من التدفق المغناطيسي الناتج في قلب الحديد إلى مستوى منخفض. بعد فتح الدائرة، I2=0، وينخفض تأثير إزالة المغناطيسية على الفور إلى الصفر.
2. التشبع السريع للتدفق المغناطيسي:يتم تحويل دورات الأمبير الأولية غير المتوازنة-I1N1 بالكامل إلى دورات أمبير مثيرة-. نظرًا لأن منطقة المقطع العرضي للقلب الحديدي- مصممة لكثافة تدفق مغناطيسي منخفضة، فإن القلب الحديدي يدخل بسرعة في حالة التشبع العميق.
وفقا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، فإن التدفق المغناطيسي المتناوب يولد قوة دافعة كهربائية عبر اللفات. مع الزيادة السريعة في التدفق المغناطيسي، سيتم حث جهد عالي للغاية U2 عبر الملف الثانوي.
3. توليد الجهد العالي:في ظل ظروف تردد الطاقة، بالنسبة لتيار أولي يبلغ عدة مئات من الأمبيرات، يمكن أن يصل الجهد الكهربي المستحث على الجانب الثانوي ذو الدائرة المفتوحة- بسهولة إلى عدة آلاف من الفولتات، وفي الحالات القصوى، يمكن أن يتجاوز 10 كيلو فولت.
مخاطر الدائرة المفتوحة على الجانب الثانوي لمحول التيار.
يمكن أن يؤدي الجهد العالي والظواهر المرتبطة به الناتجة عن الدائرة الثانوية المفتوحة-إلى حدوث سلسلة من مخاطر التفاعلات المتسلسلة-.
1. خطر حدوث صدمة كهربائية للموظفين
توجد آلاف الفولتات من الجهد العالي على أطراف الأسلاك الثانوية، مما يؤدي بشكل مباشر إلى حدوث خطر شديد لصدمة كهربائية. قد يتعرض موظفو الصيانة والفحص لصدمة كهربائية إذا لمسوا هذه الأجهزة عن طريق الخطأ دون حماية مناسبة.
2. تلف المعدات
● انهيار العزل: سوف يتخلل الجهد العالي أولاً العزل بين لفات الملف الثانوي، أو بين الطبقات، أو العزل بين الدائرة الثانوية والأرض، مما يؤدي إلى تلف دائم في CT.
● ارتفاع درجة الحرارة والحرق: بعد أن يصبح القلب مشبعًا بدرجة عالية، فإنه يولد تيارًا دواميًا هائلًا وخسائر تباطؤ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة القلب. قد يؤدي ذلك إلى حرق العزل المتعرج وحتى نشوب حريق.
● القوس والانفجار: ستؤدي نقاط الدائرة المفتوحة- (مثل أطراف التوصيل السائبة) إلى توليد أقواس مستمرة تحت الجهد العالي. يمكن أن تؤدي درجة الحرارة المرتفعة للأقواس إلى إتلاف المعدات، وإشعال المواد المحيطة القابلة للاحتراق، وقد يتسبب الغاز ذو درجة الحرارة العالية المتراكم-في الخزانات المغلقة في حدوث انفجار كهربائي.
3. المخاطر التي تواجه تشغيل النظام
فقدان وفشل القياس: بالنسبة إلى عدادات الكهرباء من النوع -CT، يصبح تيار الإدخال صفرًا، مما يجعلها غير قادرة على قياس الكهرباء. وهذا يؤدي إلى فقدان الكهرباء المقيسة وقد يؤدي إلى نزاعات حول التسويات التجارية.
شرارات الجهد العالي-الخطيرة: لا تعمل هذه الشرارات كمصدر للاشتعال فحسب، بل يمكن للنبضات الكهرومغناطيسية الشديدة التي تولدها أن تتداخل أيضًا مع المعدات الإلكترونية القريبة.
خاتمة
تؤدي الدائرة المفتوحة على الجانب الثانوي لمحول التيار (CT) إلى تراكم عنيف للطاقة الكهرومغناطيسية، والتي يتم إطلاقها في النهاية في شكل جهد عالي، وأقواس قوية، وارتفاع درجة الحرارة - وهي عملية فيزيائية كارثية. لذلك، في جميع الأعمال التي تتضمن دوائر CT، يجب أن يكون "منع الدوائر المفتوحة" إجراءً متبعًا بدقة.
وفي الوقت نفسه، يجب تأريض الجانب الثانوي لمحول التيار المتصل بمقياس الطاقة. هذا، إلى جانب "الحظر الصارم للدوائر المفتوحة على الجانب الثانوي"، هما القاعدتان الأساسيتان الصارمتان لتشغيل وصيانة الأشعة المقطعية. يسمح التأريض بتفريغ الجهد العالي بسرعة إلى الأرض من خلال سلك التأريض، مما يمنع الزيادة المفاجئة في إمكانات الجانب الثانوي التي قد تتسبب في تلف المعدات أو حوادث الصدمات الكهربائية.