قياس التيار باستخدام محولات التيار ذات التدفق الصفر في معدات التحويل المعزولة بالغاز (GIS)

تعقيد الشبكة الكهربائية المتزايد، خاصة مع دمج الأجهزة القائمة على الإلكترونيات القوية، يتطلب تقنيات قياس يمكن تتبعها. هذه التقنيات حيوية لتحديد المكونات ذات التردد العالي للتيارات الكهربائية العالية بدقة. يتم استخدام الربط المغناطيسي في المحولات الحالية بشكل واسع في القياس غير الغازي للتيار المتردد والمستمر.

يتعلق خطأ المحول الحالي بشكل مباشر بمغناطيسية نواته. يدفع هذا الارتباط الطبيعي إلى استكشاف طرق لتخفيف هذا التدفق المغناطيسي. أحد هذه الأساليب هو تقنية الصفر-التدفق. في هذه التقنية، يتم تقديم تيار تعويض متوازن لإحداث صفر-تدفق داخل النواة المغناطيسية.

تنتمي محولات التيار الصفر-التدفق إلى فئة المحولات الدقيقة ذات الطاقة المنخفضة (LPITs). توفر LPITs العديد من المزايا، بما في ذلك الحجم الأصغر، والاستهلاك الأقل للطاقة، والأمان المحسن، والدقة الأعلى، وموثوقية الإشارة المحسنة. مع تنفيذ الاتصال الرقمي في المحطات الفرعية وفقًا للمعيار IEC61850-9-2، من المتوقع أن يصبح استخدام LPITs أكثر شيوعًا في المحطات الفرعية المعزولة بالغاز (GIS).

يقوم ملف الاستشعار بمسؤولية رصد التدفق المغناطيسي داخل النواة. نظام التحكم ذو الحلقة المغلقة، الذي يتكون من مكبر وإعادة ملف، يولد تيارًا ثانويًا. يتم تصميم هذا التيار الثانوي ليقابِل التدفق الناتج عن التيار الأولي، مما يؤدي إلى إنشاء "صفر-تدفق CT".

ثم يمر التيار الثانوي عبر مقاومة عبء دقيقة، مما ينتج عنه إشارة فولتية تناسبية للتيار الأولي. في هذا الترتيب، يظل المادة المغناطيسية للنواة غير مثارة، مما يضمن أنها لا تظهر آثار التأخر أو التشبع. ومع ذلك، تحت ظروف التيار المستمر أو التردد المنخفض، يواجه آلية إلغاء التدفق تحديات. لا يمكن لملف الاستشعار قياس التدفق الباقٍ في مثل هذه الظروف، وبالتالي، لا يمكن إلغاء التدفق بشكل فعال.

لمعالجة القياسات المستمرة، يتم دمج مستشعر تدفق مستمر. يمكن أن يكون هذا إما مسبار هول مدمج داخل النواة أو دائرة بوابة تدفق مجهزة بملفين إضافيين للتحكم والاستشعار. مزايا محولات التيار الصفر-التدفق: تتميز أجهزة استشعار التيار المتردد الصفر-التدفق بدقة الخطية والدقة العالية. وهي معفاة من خصائص النواة المغناطيسية، مما يؤدي إلى خطأ طوري صغير. تتحدد دقة هذه المستشعرات بشكل أساسي بدقة مقاومة العبء.

يضيف مسبار هول أو مستشعر بوابة التدفق القدرة على قياس التيار المستمر. هذه المستشعرات مقاومة للغاية للتشويش الكهرومغناطيسي، مما يضمن تشغيلًا موثوقًا به في بيئات كهرومغناطيسية مختلفة. عيوب محولات التيار الصفر-التدفق: يحتاج المستشعر إلى مصدر طاقة خارجي ومكبر للعمل. يمكن لمدار ثانوي معطل أن ينتج فولتات خطرة، مما يشكل خطرًا على السلامة.

مثال على استخدام محول التيار الصفر-التدفق في مشروع الرابط HVDC Kii-Channel لـ GIS DC 500 كيلوفولت الخارجي: في مشروع Kii-Channel، يتم استخدام محولات التيار الصفر-التدفق.

يوضح الشكل 2 مخطط الكتلة والتفاصيل الفنية للمحول. يولد التيار المراد قياسه (Ip) تدفقًا مغناطيسيًا يتأثر بتيار (Is) في ملف الثانوي ((Ns)). يتم استخدام ثلاثة أنوية حلزونية، موجودة داخل حجرة GIS، لاستشعار التدفق. تُستخدم الأنوية (N1) و(N2) لاستشعار المكونات المستمرة للتدفق الباقٍ، بينما يكون (N3) مسؤولاً عن اكتشاف المكون المتردد. يقوم مُذبذب بقيادة زوج الأنوية المستخدمة لاستشعار التدفق المستمر ((N1) و(N2)) إلى التشبع في اتجاهين متعاكسين.

إذا كان التدفق المستمر الباقٍ صفرًا، سيكون الذروتان الناتجتان في كلتا الاتجاهين متساويتين. ومع ذلك، إذا كان التدفق المستمر غير صفري، فإن الفرق بين هذه الذروات يكون متناسبًا مع التدفق المستمر الباقٍ. من خلال الجمع بين المكون المتردد المكتشف بواسطة (N3)، يتم إنشاء حلقة تحكم. تقوم هذه الحلقة بإنتاج التيار الثانوي (Is) بطريقة تجعله يلغي التدفق الكلي. يقوم مكبر القوة بتزويد التيار (Is) لملف الثانوي (Ns). ثم يتم توجيه التيار الثانوي إلى مقاومة العبء، التي تحول التيار إلى إشارة فولتية مكافئة. تتحدد دقة القياس بواسطة مقاومة العبء واستقرار المكبر التفاضلي.

محولات التيار الصفر-التدفق هي أدوات دقة مصممة لقياس التيار المتردد والتيار المركب (AC/DC). حاليًا، تستخدم هذه المحولات بشكل شائع في المحطات الفرعية المعزولة بالغاز ذات التيار المباشر عالي الجهد (HVDC GIS). يوضح الشكل 1 مبدأ قياس محول التيار المتردد الصفر-التدفق.