أهمية الحاجة لمحولات القياس
كما تعلم أن قيم الجهد والتيار في نظام الطاقة الكهربائية عالية جدًا. وبالتالي، فإن القياس المباشر، للجهد العالي غير ممكن.
لذلك نحن بالحاجة إلى أجهزة قياس ذات نطاق عالٍ من القياسات، وهذا غير ممكن، نظرًا لصعوبتها، ولتكلفتها العالية جدًا.
وكما أن لكل مشكلة حل، فيمكن إيجاد حل عبقري لهذه المشكلة، باستغلال ميزة إمكانية تحويل الجهد، والتيار، في التيار المتردد، من قيمة إلى أخرى، بواسطة المحولات باستخدام ما يُسمى بمحول القياس (Instrument Transformer)
وتتناول هذه المقالة نظرة عامة على محولات القياس: نظرية عملها، وظيفتها، أنواعها، مميزاتها، سلبياتها.
ماهي محولات أجهزة القياس ؟
يُعرف المحول المستخدم في نظام التيار المتردد لقياس الكميات الكهربائية، أي الجهد والتيار والقدرة ومعامل القدرة والتردد. باسم محول القياس.
وظيفة محولات أجهزة القياس
تتمثل الوظيفة الأساسية لمحولات القياس في خفض الجهد والتيار المتردد.
كما قلنا في البداية أن مستوى الجهد والتيار لنظام الطاقة عالي جدًا ومن الصعب والمكلف جدًا تصميم أجهزة لقياس مثل هذا المستوى العالي من الجهد والتيار.
ويمكن جعل قياس مثل هذه الكميات الكهربائية الكبيرة جدًا ممكنًا، باستخدام محولات القياس، مع أجهزة قياس الجهد والتيار الصغيرة العادية.
وتستخدم أيضًا مع مرحلات الوقاية لحماية نظام الطاقة. لذلك تحظى محولات القياس هذه بأهمية كبيرة وانتشار واسع في نظام الطاقة الحديث.
وهناك ملاحظة مهمة وهي أن محولات أجهزة القياس لا تقيس الجهد والتيار بذاتها ولكن تُوصل أجهزة القياس والحماية إليها وسنشرحها بشكل اكبر لاحقاً
ويمكن تلخيص وظيفتها في مايلي :
- تُستخدم محولات أجهزة القياس لتغيير التيارات والجهد من مقدار إلى آخر لأداء وظيفة العزل، أي لعزل تيار الاستخدام أو الجهد من جهد المصدر للسلامة لكليهما العامل والأجهزة المستخدمة.
- يتم تصميم محولات أجهزة القياس خصيصًا للاستخدام مع المعدات الكهربائية التي تندرج في فئة واسعة من الأجهزة مثل الفولتميتر، والاميتر، وأجهزة قياس القدرة، ومعامل القدرة، ومرحلات الحماية.
نظرية عمل محول أجهزة القياس
يتم استخدام ميزة رفع وخفض الجهد بواسطة المحول الكهربائي
حيث يتم تحويل التيار أو الجهد إلى مستوى منخفض بواسطة المحول، ونحصل على قيم منخفضة في الطرف الثانوي، وتُقاس بواسطة جهاز قياس عادي.
وبمعرفة نسبة التحويل Turn ratio للمحول ومعرفة القيمة المنخفضة التي تم قياسها.
يتم تحديد القيمة الفعلية، المقاسة ببساطة: بضرب القمية المقاسة × نسبة التحويل.
اقرأ أيضًا: الفرق بين المحول الرافع والخافض للجهد
مزايا محولات أجهزة القياس
- يمكن قياس الجهد والتيارات الكبيرة لنظام طاقة التيار المتردد باستخدام اجهزة قياس صغيرة مثل 5 امبير ، 110- 120 فولت
- يمكن توحيد أدوات القياس، مما يؤدي إلى تقليل تكلفة أدوات القياس.
- توفر محولات القياس عزلًا كهربائيًا بين دائرة الطاقة ذات الجهد العالي وأدوات القياس. مما يقلل من متطلبات العزل الكهربائي لأجهزة القياس ودوائر الحماية ويضمن أيضًا سلامة المشغلين.
- بسبب الجهد والتيار المنخفضين في دائرة القياس والحماية، يكون استهلاك الطاقة (الطاقة المفقودة) منخفض في دوائر القياس والحماية.
عيوب وسلبيات محولات القياس
ليس لمحولات اجهزة القياس أي عيب سوى أنها تستخدم فقط مع نظام التيار المتردد و لا يمكن إستخدامها مع نظام التيار المستمر.
أنواع محولات القياس
تنقسم محولات القياس إلى نوعين:
- محولات التيار (C.T)
- محولات الجهد (P.T)
1. محول التيار (Current Transformer C.T)
يتم استخدام محولات التيار لخفض التيار العالي إلى مستوى أقل يجعل قياسه ممكنًا بواسطة أجهزة قياس التيار الكهربائي العادية (أي 5A ).
ويحتوي الطرف الابتدائي من المحول على عدد قليل جدًا من اللفات. ويكون متصل على التوالي مع دائرة مصدر الطاقة المراد قياسها. أما الطرف الثانوي فيحتوي على عدد كبير من اللفات، ويكون متصل مباشرة بأميتر.
وحيث أن مقياس التيار الكهربائي لديه مقاومة صغيرة جدًا.
فيمكننا اعتبار ان الطرف الثانوي للمحول يعمل تقريبًا في حالة دائرة قصر short circuit condition.
و يتم تأريض أحد طرفي الثانوي لتجنب تكون جهد كبير فيه وليتم تفريغه الى الأرض.
وهذا بدوره يقلل من فرص انهيار العزل وكذلك يحمي العامل.
2. محولات الجهد (Potential Transformer P.T /V.T)
يستخدم محول الجهد لخفض الجهد العالي إلى مستوى أقل ليكون من الممكن قياسه بواسطة الفولتميتر العادي، أي 110-120 فولت.
الملفات الابتدائية تحتوي على عدد كبير من اللفات.
ويكون متصل عبر الخط للمصدر بشكل عام بين الخط والأرض- line and earth. أما الطرف الثانوي فلديه عدد قليل من اللفات ومتصل مباشرة بجهاز القياس- الفولتميتر- .
و حيث أن الفولتميتر لديه مقاومة كبيرة. فيمكننا اعتبار ان الطرف الثانوي لمحول الجهد يعمل في حالة دائرة مفتوحة open circuit condition.
و يتم تأريض احد اطراف الملف الثانوي لضمان سلامة العاملين.
