دليل تصميم محولات التيار للحماية والقياس

دليل تصميم محولات التيار للحماية والقياس

محولات التيار (CTs) هي أجهزة دقيقة تقوم بتحويل التيارات الأولية إلى قيم ثانوية قياسية للمفاتيح الكهربائية وأجهزة القياس. يتضمن تصميم محول التيار موازنة الأداء المغناطيسي والحدود الحرارية والمتانة الميكانيكية لتلبية متطلبات الدقة تحت ظروف تشغيل متفاوتة.

تعريف سريع: يُعد تصميم محول التيار عملية هندسية تشمل اختيار مواد القلب وتكوينات اللف ونظم العزل لإعادة إنتاج التيارات الأولية بدقة عند قيمة ثانوية مُصغّرة.

النتائج الرئيسية من المشروع

• يجب أن يتماشى تصميم محول التيار مع المعايير IEC 61869-2 وIEEE C57.13 من حيث الدقة والسلامة والاختبار.
• تحدد اشباع النواة، وحجم الملف، والأداء الحراري موثوقية محول التيار أثناء الأعطاب.
• تقدم شركة إينوي للطاقة محولات تيار مصممة خصيصاً لتطبيقات الحماية والقياس والمحطات الفرعية الرقمية.
• تُوجه المراجع الخارجية من IEC وIEEE وNERC مواصفات الاختبار وبروتوكولات الصيانة.

تحديد أهداف التصميم

يحدد المصممون أولاً ما إذا كان محول التيار مخصصاً للحماية أم للقياس أم لكلا الوظيفتين. تعطي محولات الحماية أولوية للأداء العابر ولجهد نقطة الركبة العالية لتجنب الازدهار خلال الأعطاب. بينما تركز محولات القياس على الدقة عبر نطاقات الأحمال. وتؤثر الظروف البيئية وقيود التركيب والتكامل مع معدات التشغيل على اختيار الشكل الهندسي والعوازل.

أساسيات الدائرة المغناطيسية

يشكل قلب المحول التياري دائرة مغناطيسية توجه التدفق المغناطيسي الناتج عن التيار الابتدائي. ويحدد مساحة المقطع العرضي للقلب وطول المسار المغناطيسي كلًا من تيار المغنطة وخصائص التشبع. ويستخدم المصممون مواد عالية النفاذية لتقليل تيار المغنطة، مما يضمن اتباع التيار الثانوي لموجة التيار الابتدائي.

قد تُدخل الفجوات الهوائية، التي غالبًا ما تكون غير مرغوبة، عمداً في محولات تيار خاصة للتحكم في التشبع. ومع ذلك، فإن هذه الفجوات تزيد من تيار المغنطة وتقلل الدقة، وبالتالي يجب نمذجتها بعناية.

مواءمة المعايير والمراجع

• IEC 61869-2:2012 — يوفر درجات الدقة، والحدود الحرارية، وإجراءات الاختبار. المصدر: اللجنة الكهروتقنية الدولية
• IEEE C57.13-2016 — يغطي متطلبات محولات القياس في أمريكا الشمالية. المصدر: المعهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين
• NERC PRC-005 — يوضح فترات الصيانة لمكونات نظام الحماية. المصدر: NERC

تضمن الامتثال أن تفي المحولات التيارية بتوقعات الدقة العالمية ومتطلبات التدقيق التنظيمي.

حسابات تصميم القلب

يحسب المهندسون المساحة العرضية للنواة باستخدام كثافة التدفق القصوى المسموح بها للمادة المختارة، مع أخذ التيار الابتدائي ونسبة اللفات والتكرار بعين الاعتبار. ويجب أن تظل كثافة التدفق أقل من عتبة التشبع في ظل ظروف العطل القصوى.

يتم حساب جهد نقطة الركبة من خصائص النواة ونسبة اللفات، لضمان قدرة محولات الحماية على الاستمرار في الإخراج عندما تتعرض الدوائر الثانوية لأحمال عالية. كما يحدد المهندسون التيار الممغنط ومنحنيات الاستثارة للتحقق من الدقة ضمن الفئات المحددة.

اعتبارات اللف والحمل

يشمل تصميم اللف الثانوي اختيار مقاس الموصل وعدد اللفات لتحقيق النسبة المطلوبة مع تحمل الأحمال الحرارية. وتساهم مقاومة اللف والreakتانسي التسريب في مجموع الحمل ويجب تقليلها إلى الحد الأدنى.

تشمل حسابات الحمل الأجهزة المتصلة—مثل العدادات، والمرحلات—بالإضافة إلى مقاومة التوصيلات. يجب أن يظل الحمل الكلي أقل من القيمة المصنفة للحفاظ على الدقة. تتضمن بعض التصاميم لفات ثانوية متعددة لدوائر الحماية والقياس المنفصلة.

اختيار مواد القلب واللفة

غالبًا ما تستخدم محولات التيار الخاصة بالحماية فولاذ سيليكون موجه الحبيبات أو مواد نانوبلورية لتحقيق كثافة تدفق تشبع عالية. أما محولات التيار الخاصة بالقياس فقد تستخدم سبائك غير متبلورة لتحسين الدقة عند التيارات المنخفضة. وتُستخدم أسلاك نحاسية مغلفة بطبقة عازلة في اللفات الثانوية، مع إضافة طبقات من الإيبوكسي أو مايلر أو نومكس حسب مستوى الجهد.

يشمل التصميم الميكانيكي هياكل الدعم وأطر التثبيت وتقنيات العزل الراتنجي لتحمل قوى القصر الدائري. وتتطلب محولات التيار الخارجية غلافات مقاومة للعوامل الجوية، في حين يتم دمج محولات التيار الداخلية مع أقسام المعدات الكهربائية.

الأداء الحراري والميكانيكي

تُنتج محولات التيار الحرارة من خلال خسائر النحاس وعَزْلِ النواة. ويضمن النمذجة الحرارية أن يبقى ارتفاع درجة الحرارة ضمن الحدود المحددة من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). ويمكن للمصممين استخدام مغلفات راتنجية صب أو مغمورة في الزيت لتبديد الحرارة بفعالية.

يمكن أن تتجاوز القوى الناتجة عن الدائرة القصيرة عدة كيلو نيوتن، خاصة في التطبيقات ذات التيار العالي. ويجب أن تكون أطر محولات التيار، والأقواس الداعمة، والعوازل قادرة على مقاومة الإجهادات الميكانيكية لتجنب التشوه أو فشل العزل.

الاختبار والتحقق

تخضع نماذج محولات التيار الأولية لاختبارات روتينية ونوعية وخاصة: اختبارات دقة النسبة، واختبارات قطبية، واختبارات العزل، واختبارات التحمل من التيار لفترة قصيرة، وقياسات التفريغ الجزئي. وتؤكد منحنيات الاستثارة جهد نقطة الركبة، بينما تتحقق اختبارات ارتفاع درجة الحرارة من صحة التصميم الحراري.

تساعد أدوات النمذجة الرقمية، مثل تحليل العناصر المنتهية (FEA)، في التحقق من توزيع التدفق المغناطيسي والإجهاد الميكانيكي قبل إجراء الاختبارات الفعلية. وتقوم مختبرات شركة Enwei Electric بجمع البيانات للتحقق من الامتثال للمواصفات المطلوبة من العملاء والمعايير الدولية.

قائمة مهندس لمراجعة تصميم محول التيار

• تحديد التطبيق: الحماية، القياس، أو كليهما معًا.
• اختيار مادة القلب وتحديد المساحة المقطعية لتجنب التشبع.
• حساب نسبة اللفات، وفولتية نقطة الركبة، والتيار المغناطيسي.
• تقييم الحمل بما في ذلك الأجهزة المتصلة والأسلاك.
• تصميم العزل، وإدارة الحرارة، والدعامات الميكانيكية للبيئة التشغيلية.
• تخطيط اختبارات التحقق وفقًا للمعايير IEC 61869-2 وIEEE C57.13.

خبرة Enwei Electric في تصميم محولات التيار

تُصنّع Enwei Electric محولات تيار متوسطة ومنخفضة الجهد بنسب قابلة للتخصيص، وأصناف دقة وأنظمة عزل. استكشف خيارات المنتجات على https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. التكامل مع لوحة التبديل ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) والمحولات ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) يضمن أداءً متكاملاً للنظام.

الأسئلة الشائعة في الهندسة حول تصميم محولات التيار

كيف تمنع اشباع المحول الحالي أثناء الأعطال؟

قم بالتصميم لجهد نقطة الركبة العالي من خلال اختيار مادة قلب مناسبة، وزيادة عدد اللفات، وإدارة الحمل للبقاء ضمن الحدود المقدرة.

هل يمكن لمحول تيار واحد أن يخدم كلًا من الحماية والقياس؟

نعم، مع وجود ملفين ثانويين مزدوجين مصممين لفئات دقة مختلفة، ولكن يجب إدارة الحمل بعناية لتجنب التأثير المتبادل.

ما الدعم التصميمي الذي تقدمه شركة Enwei Electric؟

توفر شركة Enwei Electric هندسة التطبيقات، واختيار النسبة، واختبارات التحقق لتوفير محولات تيار مخصصة لمتطلبات الحماية أو القياس.

دعوة للعمل: صمم محولات دقيقة مع Enwei Electric

يُعد التصميم القوي للمحول الحالي أمرًا أساسيًا لقياس دقيق وحماية موثوقة. شارك مع شركة Enwei Electric للحصول على حلول محولات تيار مصممة، واختبارها، ودعم دمج الأنظمة. اتصل بشركة Enwei Electric اليوم لتسريع مشروع تصميم المحول الحالي الخاص بك.

تطبيقات المشروع

شاهد أمثلة للنشر العملي وعروض مميزة من مختلف مراكز منتجات Enwei Electric:

• حلول المحولات للمشاريع التوزيعية والصناعية.
• محفظة معدات التبديل تغطي غرف التحكم متوسطة ومنخفضة الجهد.
• نطاقات المحولات الحالية تدعم القياس الدقيق والحماية.
• المحطات الفرعية الجاهزة التي تدمج المحولات ومعدات التبديل والألواح.