محولات الجهد (PT) هي محولات تُستخدم في أنظمة الطاقة الكهربائية لتخفيض الجهد الكهربائي من القيم العالية إلى قيم منخفضة، بحيث تكون هذه القيم مناسبة للاستخدام في عدادات القياس، مقاييس الجهد، وريليهات الحماية. وتهدف هذه المحولات إلى توفير مستوى آمن من الجهد يمكن من خلاله مراقبة أداء الشبكة وحمايتها.
1. مبدأ العمل لمحولات الجهد:
تشبه محولات الجهد (Voltage Transformers) في مبدأ عملها المحولات العادية (محولات التيار) في الطريقة التي تقوم بها بنقل الطاقة الكهربائية من الدائرة الأولية إلى الدائرة الثانوية عبر الحث الكهرومغناطيسي.
- الملف الأولي (Primary Coil): يتم توصيله على الجهد المراد تخفيضه. عند مرور التيار عبر هذا الملف، يتولد مجال مغناطيسي.
- الملف الثانوي (Secondary Coil): يتأثر المجال المغناطيسي الناتج من الملف الأولي، مما يتسبب في توليد جهد في الملف الثانوي.
- القلب المغناطيسي (Core): يُستخدم لنقل المجال المغناطيسي بين الملفين الأولي والثانوي، مما يساهم في انتقال الطاقة الكهربائية عبر المحول.
2. النسبة بين الجهد الأولي والثانوي:
- في محولات الجهد، الجهد الثانوي (Secondary Voltage) يتم تحديده من خلال النسبة بين عدد لفات الملف الأولي والثانوي (turns ratio).
- هذه النسبة تُسمى نسبة التحويل (turns ratio)، والتي تحدد مقدار الجهد الذي سيتم تخفيضه.
على سبيل المثال، إذا كانت نسبة التحويل 1000:1، فهذا يعني أنه إذا كان الجهد الأولي (الذي يُمد المحول بالتيار) 110 kV، فإن الجهد الثانوي سيكون 110 V.
3. أهمية جهد ثانوي محدد:
عادةً، يكون الجهد الثانوي للمحول في محطات التحويل أو الأنظمة ذات الجهد المتوسط والعالي هو 110 فولت، وذلك ليكون مناسبًا للتوصيل إلى أجهزة القياس، مثل عدادات الطاقة و مقاييس الجهد، وأيضًا ريليهات الحماية.
تحتاج هذه الأجهزة إلى قياسات دقيقة للمساعدة في:
- تحليل استهلاك الطاقة.
- مراقبة الشبكة الكهربائية.
- تشغيل أنظمة الحماية عندما يكون هناك خلل في النظام.
4. الأخطاء في محولات الجهد:
- في المحولات الحقيقية، قد يحدث خطأ في نسبة الجهد أو في زاوية الطور بين الفولتية الأولية والثانوية.
- الخطأ في الجهد قد يكون ناتجًا عن الخصائص المغناطيسية للقلب، أو المقاومة الداخلية للملفات.
- أما الخطأ في زاوية الطور فهو ناتج عن التأخير الزمني بين تغيرات الجهد في الدائرة الأولية والدائرة الثانوية بسبب الخصائص الحثية للمحول.
5. المخطط الشعاعي لمحولات الجهد:
يمكن تفسير هذه الأخطاء باستخدام المخطط الشعاعي (Vector Diagram). المخطط الشعاعي هو أداة تُستخدم لتمثيل العلاقة بين الجهد الأولي و الجهد الثانوي في المحولات بشكل رسومي. من خلال المخطط الشعاعي، يمكن ملاحظة:
- الفرق بين الزاويتين الخاصة بالجهد الأولي والثانوي.
- الفروق في السعة بين الجهد الفعلي والجهد المحسوب.
يساعد المخطط الشعاعي في تفسير التأثيرات الناتجة عن الخطأ في الجهد و الخطأ في زاوية الطور على الأداء الكلي للمحول.
6. أهمية محولات الجهد في الشبكة الكهربائية:
- الحماية:
تستخدم محولات الجهد في أنظمة الحماية لمراقبة الجهد في الشبكة الكهربائية. عندما يتجاوز الجهد عن الحدود المسموح بها، يمكن للمحول أن يرسل إشارات إلى ريليهات الحماية للقيام بفصل الدائرة. - القياس:
تستخدم محولات الجهد بشكل رئيسي في عدادات القياس لقياس استهلاك الطاقة في الشبكات ذات الجهد العالي. حيث يسمح الجهد المخفض (110 فولت في الغالب) للمعدات والعدادات بالعمل بشكل آمن.
7. خلاصة:
- محولات الجهد (Voltage Transformers) هي أجهزة أساسية في أنظمة الطاقة الكهربائية، حيث تعمل على تخفيض الجهد في الشبكة إلى قيمة آمنة يمكن استخدامها لأغراض القياس والحماية.
- يتم تحديد الجهد الثانوي للمحول بناءً على نسبة التحويل بين الملف الأولي والثانوي.
- المخطط الشعاعي يُستخدم لفهم الأخطاء الناتجة في نسبة الجهد و زاوية الطور بين الجهدين الأولي والثانوي.
- تعمل محولات الجهد على تحسين الأمان و الدقة في القياسات وحماية الشبكات الكهربائية من الأعطال.
