محول التيار (Current Transformer – CT) هو نوع خاص من المحولات الكهربائية يُستخدم لتحويل التيار المتردد العالي (AC) إلى تيار منخفض في الجانب الثانوي، يتناسب مع التيار الأصلي المار في الجانب الابتدائي. يتم استخدامه لتغذية أجهزة القياس والوقاية بتيار صغير وآمن يمكن التعامل معه بسهولة.
في محطات التحويل الكهربائية، يتم استخدام ثلاثة محولات تيار (واحد لكل طور) متصلة على التوالي مع خط الكهرباء. حيث يدخل الخط من جهة ويخرج من الجهة المقابلة.
وظيفة محولات التيار
لا يمكن توصيل التيارات العالية مباشرة إلى أجهزة القياس أو المرحلات (Relays) لأنها غير مصممة للتعامل مع هذه القيم العالية. لذلك، يتم استخدام محولات التيار لتخفيض التيار إلى قيم صغيرة (عادة 1 أمبير أو 5 أمبير) يمكن قياسها والتعامل معها بأمان. يتم ذلك عن طريق اختيار نسبة تحويل مناسبة بين الملف الابتدائي والثانوي.
تركيب محول التيار
يتكون محول التيار من:
- قلب حديدي: يعمل على نقل الفيض المغناطيسي بين الملفات.
- ملف ابتدائي: يتصل بخط التيار العالي.
- ملف ثانوي: يتصل بأجهزة القياس أو الحماية.
منحنى المغناطيسية ونقطة التشبع (Knee Point)
عند زيادة الجهد في الملف الثانوي، تزداد قيمة التيار بشكل خطي حتى الوصول إلى نقطة تُعرف باسم نقطة الركبة (Knee Point). بعد هذه النقطة، تصبح العلاقة غير خطية، حيث يؤدي زيادة طفيفة في الجهد إلى زيادة كبيرة في تيار الإثارة (Excitation Current). إذا تجاوز التيار هذه النقطة، يدخل المحول في حالة التشبع، مما يؤدي إلى أخطاء في قياس التيار.
- تعريف نقطة الركبة (Knee Point): وفقًا لمعايير IEC، هي النقطة التي إذا زاد الجهد بنسبة 10٪، يزداد تيار الإثارة بنسبة 50٪.
مشكلة التشبع في محولات التيار
عندما يتجاوز التيار الابتدائي الحد المسموح به، يدخل المحول في حالة التشبع. في هذه الحالة، لا يستطيع القلب الحديدي التعامل مع الفيض المغناطيسي الزائد، مما يؤدي إلى:
- توقف تغير الفيض المغناطيسي.
- عدم توليد تيار في الملف الثانوي.
- استخدام كل التيار كتيار إثارة بدلاً من تحويله إلى الملف الثانوي.
العوامل المؤثرة على التشبع
- مساحة مقطع القلب الحديدي: كلما زادت المساحة، قل احتمال التشبع.
- جودة الفولاذ المستخدم: المواد عالية الجودة تقلل من التشبع.
- الحمل (Burden) على الجانب الثانوي: الحمل الزائد يزيد من احتمالية التشبع.
لماذا من الخطر فتح دائرة الجانب الثانوي لمحول التيار؟
عند فتح دائرة الجانب الثانوي لمحول التيار، يتولد جهد عالي جدًا قد يؤدي إلى:
- تلف المحول.
- إصابة الأشخاص المتعاملين معه.
السبب: عندما تكون الدائرة مفتوحة، لا يوجد تيار في الملف الثانوي لتوليد قوة مغناطيسية معاكسة (MMF)، مما يؤدي إلى ارتفاع الجهد بشكل كبير.
الحل: يجب دائمًا قصر (Short Circuit) طرفي الملف الثانوي عند عدم توصيله بأجهزة القياس أو الحماية.
الفرق بين محولات التيار المستخدمة في القياس والوقاية
محولات التيار المستخدمة في القياس:
- تُستخدم لتغذية أجهزة القياس مثل الأميترات والواطميترات.
- يجب أن تكون دقيقة في ظل ظروف التشغيل العادية (حتى 120٪ من التيار المقنن).
- قد تتشبع عند تيارات الأعطال (Faults) لحماية أجهزة القياس.
محولات التيار المستخدمة في الوقاية:
- تُستخدم لتغذية المرحلات (Relays) وأجهزة الحماية.
- يجب أن تكون قادرة على تحمل تيارات الأعطال العالية (20 إلى 50 ضعف التيار المقنن) دون تشبع.
- تعيد إنتاج تيارات الأعطال بدقة لتشغيل أجهزة الحماية.
مواصفات محولات التيار
- الحمل المقنن (Burden Rated): أقصى حمل يمكن توصيله بالملف الثانوي دون زيادة الخطأ عن الحد المسموح به (يقاس بالفولت أمبير VA).
- فئة الدقة (Accuracy Class): نسبة الخطأ المسموح به في القياس (مثل 0.1٪، 0.2٪، 0.5٪).
- أقصى تيار يتحمله المحول (Continuous Rated Current): أقصى تيار يمكن للمحول تحمله بشكل مستمر.
- نسبة التحويل (Turns Ratio): نسبة عدد لفات الملف الابتدائي إلى الثانوي (مثال: 1000/1).
- معامل حدود الدقة (ALF – Accuracy Limit Factor): أقصى تيار يمكن للمحول تحمله قبل التشبع.
استخدامات محولات التيار
- قياس التيار: تُستخدم مع أجهزة القياس مثل الأميترات وعدادات الطاقة.
- الحماية: تُستخدم لتشغيل المرحلات (Relays) التي تفصل القواطع الكهربائية عند حدوث أعطال.
- الأجهزة المحمولة: تُستخدم في أجهزة القياس المحمولة (Clamp Meters) لقياس التيار دون فصل الدائرة.
اختبارات محولات التيار
- اختبار الدائرة المفتوحة (Open Circuit Test): يُستخدم لقياس خسائر الحديد في القلب.
- اختبار الدائرة القصيرة (Short Circuit Test): يُستخدم لقياس خسائر النحاس في الملفات.
