حساب عبء المحول الثانوي الحالي للمحول الثانوي

مقدمة

في أنظمة حماية الجهد المتوسط، حتى محول التيار المحدد بشكل مثالي يمكن أن يفشل في توصيل إشارات أعطال موثوقة إذا تم حساب العبء الثانوي بشكل خاطئ. يحدد العبء الثانوي - المعاوقة الكلية المتصلة بالأطراف الثانوية للتصوير المقطعي المحوسب - بشكل مباشر ما إذا كان التصوير المقطعي المحوسب يحافظ على الدقة أثناء ظروف العطل، أو يشبع ويرسل إشارات تالفة إلى مرحلات الحماية. بالنسبة لمهندسي الكهرباء الذين يصممون مخططات حماية الجهد المتوسط ومديري المشتريات الذين يقومون بتوريد الأشعة المقطعية للمحطات الصناعية الفرعية أو مغذيات شبكة الطاقة، فإن حساب العبء غير الصحيح هو أحد أكثر أخطاء المواصفات شيوعًا في هذا المجال وأكثرها تبعًا. يوفر هذا الدليل منهجية منظمة على المستوى الهندسي لحساب العبء الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب، ويغطي كل مكون مقاومة في الحلقة الثانوية، ويترجم هذا الحساب إلى مواصفات صحيحة للتصوير المقطعي المحوسب وفقًا للمواصفة IEC 61869-2.

جدول المحتويات

• ما هو العبء الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب وما الذي يتضمنه؟
• كيف تحسب إجمالي العبء الثانوي خطوة بخطوة؟
• كيف يؤثر العبء الثانوي على اختيار التصوير المقطعي المحوسب للحماية من الأشعة المقطعية؟
• ما هي أكثر أخطاء حساب العبء شيوعًا في دوائر الحماية؟

ما هو العبء الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب وما الذي يتضمنه؟

العبء الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب المقطعي المحوسب المعاوقة الكلية (معبراً عنها بوحدة VA أو Ω) المقدمة إلى الملف الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب بواسطة جميع الأجهزة والموصلات المتصلة في الحلقة الثانوية. إنها ليست مجرد معاوقة ملف الترحيل - إنها مجموع كل عنصر مقاوم ومتفاعل يجب أن يمر به التيار الثانوي.

لكل IEC 61869-2¹, ، يتم تحديد العبء المقنن (Sـ Sــ) لـ CT للحماية عند التيار الثانوي المقننن (عادةً 1A أو 5A) وعامل القدرة المقننن (عادةً cos φ = 0.8). يجب أن يحافظ التصوير المقطعي المحوسب على فئة دقته حتى قيمة العبء هذه. إذا تجاوزتها، ينخفض معامل الدقة الفعال ALF - ومن المحتمل أن يكون أقل من متطلبات مستوى خطأ النظام.

مكونات العبء الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب

يتألف إجمالي العبء الثانوي من أربعة عناصر متميزة:

• عبء الترحيل (S_relay): استهلاك القدرة الكهربائية لجميع مرحلات الحماية المتصلة - التيار الزائد، والخطأ الأرضي، والتفاضلي، والمسافة. الحديثة مرحلات الحماية العددية² تستهلك عادةً 0.1-0.5 فولت أمبير لكل مرحلة؛ يمكن أن تستهلك المرحلات الكهروميكانيكية 3-10 فولت أمبير
• عبء الكابل (R_cable): مقاومة الأسلاك الثانوية بين طرفي التصوير المقطعي المحوسب ولوحة الترحيل - وغالبًا ما تكون أكبر مكون عبء منفرد في التركيبات الميدانية
• الكتلة الطرفية ومقاومة التوصيل (R_terminal): صغيرة ولكنها غير مهملة في السلاسل الثانوية الطويلة؛ عادةً ما تكون 0.01-0.05Ω لكل زوج من السلاسل الثانوية
• مقاومة اللف الثانوي للملف المقطعي المحوسب (R_ct): مقاومة التعبئة الداخلية للملف الداخلي للتصوير المقطعي المحوسب نفسه - ليست جزءًا من العبء الخارجي ولكنها ضرورية لحساب معامل الترددات المنخفضة جدًا؛ تقاس عند درجة حرارة 75 درجة مئوية وفقًا لمعيار IEC

المواصفات الفنية الرئيسية التي يجب تأكيدها

• التيار الثانوي المقدر: 1 أمبير أو 5 أمبير - يؤثر هذا الاختيار بشكل كبير على عبء الكابل (5 أمبير ثانوي ينتج عنه انخفاض جهد الكابل 25 مرة أكثر من 1 أمبير لنفس المقاومة)
• نظام العزل: راتنجات الإيبوكسي المصبوبة، مصنفة 12 كيلو فولت/ 24 كيلو فولت/ 36 كيلو فولت حسب المواصفة IEC 61869
• فئة الدقة: 5P أو 10P لدوائر الحماية
• نطاق العبء المقدر: القيم القياسية - 2.5 فولت أمبير، 5 فولت أمبير، 10 فولت أمبير، 15 فولت أمبير، 30 فولت أمبير
• درجة حرارة التشغيل: الفئة E (120 درجة مئوية) أو الفئة F (155 درجة مئوية) - تؤثر على عامل تصحيح Rct

كيف تحسب إجمالي العبء الثانوي خطوة بخطوة؟

يتبع حساب العبء الثانوي الدقيق عملية من أربع خطوات. ويجب إكمال كل خطوة قبل وضع مواصفات التصوير المقطعي المحوسب في صيغتها النهائية - فتخطي أي خطوة يؤدي إلى خطر عدم تحديد المواصفات.

الخطوة 1: تحديد عبء الترحيل

الحصول على استهلاك VA من أوراق بيانات الشركة المصنعة للمرحل لكل جهاز متصل:

$S_{relay} = \sum_{i=1=1} ^{n} S_{relay,i}$

تحويل VA إلى مقاومة عند التيار الثانوي المقدر:

$R_{R{relay} = \frac{S_{S_{relay}}{I_{2n}^2}$

مثال على ذلك: مرحل التيار الزائد العددي = 0.3 فولت أمبير، مرحل العطل الأرضي = 0.2 فولت أمبير، الإجمالي = 0.5 فولت أمبير
At I₂ₙ = 5A: $R_{relay} = \frac{0.5}{25} = 0.02، \Omega$
في I₂ــــــ = 1A: $R_{relay} = \frac{0.5}{1} = 0.5، \Omega$

الخطوة 2: حساب مقاومة الكابل

هذه هي الخطوة الحسابية الأكثر أهمية، خاصةً بالنسبة للتركيبات التي تكون فيها لوحات التتابع المقطعي المحوسب بعيدة عن لوحات الترحيل:

$R_{cable} = \frac{2 \times L \times \rho}{A}$

أين:

• $L$ = طول الكابل أحادي الاتجاه (بالأمتار)
• $\رهو$ = المقاومة النوعية للنحاس³ = 0.0175 Ω-م²/م²/متر مربع (عند درجة حرارة 20 درجة مئوية)
• $A$ = مساحة المقطع العرضي للكابل (مم²)
• العامل 2 حسابات كل من الموصلات الصادرة والراجعة

تصحيح درجة الحرارة إلى 75 درجة مئوية:

$R_{cable,75} = R_{cable,20} \أضعاف [1 + 0.00393 \أضعاف (75 - 20)]$

$R_{cable,75} = R_{cable,20} \ في 1.216$

مثال على ذلك: تشغيل كابل بطول 30 متر، نحاس 2.5 مم²:
$R_{cable,20} = \frac{2 \times 30 \times 0.0175}{2.5} = 0.42، \ أوميغا$
$R_Cable{cable,75} = 0.42 \times 1.216 = 0.511، \Omega$

الخطوة 3: إضافة الطرفية ومقاومة التوصيل

لدائرة ثانوية نموذجية مع 6 أزواج كتلة طرفية:

$R_Terminal} = 6 \times 0.03 = 0.18، \Omega$

الخطوة 4: مجموع إجمالي العبء الخارجي

$R_{حجم، إجمالي} = R_{التوصيل} + R_{كابل،75} + R_{المحطة}$

$R_{العبء، الإجمالي} = 0.02 + 0.511 + 0.018 + 0.018 = 0.549، \ أوميغا$

التحويل إلى VA عند التيار الثانوي المقدر:

$S_{العبء، المجموع} = R_{العبء، المجموع} \times I_{2n} ^2 = 0.549 \times 25 = 13.7، VA$

→ حدد العبء المقدر للتصوير المقطعي المحوسب ≥ 15 فولت أمبير (القيمة القياسية التالية أعلى من 13.7 فولت أمبير)

مقارنة العبء: 1A مقابل 5A الثانوية

المعلمة	1أ ثانوي	5 أ ثانوي
تأثير مقاومة الكابلات	منخفض (تأثير I² ضئيل للغاية)	مرتفع (25 × أكثر من 25 × أكثر من خسارة VA)
عبء الترحيل (VA → Ω)	أعلى Ω أعلى لكل VA	أقل Ω لكل VA
تشغيل الكابل الموصى به	حتى 100 متر عملياً	أبقِ مسافة أقل من 30 متراً في الوضع المثالي
تصنيف العبء القياسي	2.5 فولت أمبير - 15 فولت أمبير نموذجي	10 فولت أمبير - 30 فولت أمبير نموذجي
الحجم الأساسي	أصغر	أكبر
التطبيق	التركيبات البعيدة ومسارات الكابلات الطويلة	تركيبات اللوحة المحلية

الخلاصة الرئيسية: بالنسبة لتركيبات التصوير المقطعي المحوسب التي تبعد أكثر من 20 مترًا من لوحة الترحيل, 1A ثانوي مفضل بشدة - يمكن لعبء الكابل عند 5 أمبير ثانوي أن يستهلك كامل ميزانية VA المقدرة قبل أن يتلقى المرحل إشارة حتى.

حالة العميل - مقاول الهندسة والمشتريات والبناء لشبكة الطاقة، محطة فرعية 33 كيلو فولت:
حدد أحد مقاولي الهندسة والمشتريات والبناء في جنوب آسيا مقابس مقطعية ثانوية بقوة 5 أمبير لمحطة فرعية خارجية بجهد 33 كيلو فولت حيث تقع صناديق المقطعية المقطعية على بعد 45 مترًا من لوحة الترحيل الرئيسية. أظهر الحساب المبدئي للعبء (المرحل فقط) 8 فولت أمبير - أي ضمن العبء المقدر ب 15 فولت أمبير. ومع ذلك، أعاد مهندس التطبيقات لدى Bepto حساب ذلك بما في ذلك مقاومة الكابل: تمت إضافة 45 متر × 2.5 مم² نحاس عند 75 درجة مئوية 1.23Ω = 30.7 فولت أمبير إلى العبء. تجاوز إجمالي العبء 38 فولت أمبير - أي أكثر من ضعف تصنيف CT. تمت مراجعة المواصفات لتصبح الأشعة المقطعية الثانوية 1A مع تصنيف عبء 15VA، مما أدى إلى حل المشكلة قبل التصنيع. حالت هذه العملية الحسابية الوحيدة دون حدوث عطل كامل في نظام الحماية على مغذي شبكة حية.

كيف يؤثر العبء الثانوي على اختيار التصوير المقطعي المحوسب للحماية من الأشعة المقطعية؟

وبمجرد حساب إجمالي العبء الثانوي الكلي، فإنه يحرك مباشرةً ثلاث معلمات لمواصفات التصوير المقطعي المحوسب: فئة العبء المقنن، واختيار فئة الدقة، والتحقق من مستوى العبء الثانوي الفعلي مقابل متطلبات مستوى خطأ النظام.

الخطوة 1: اختر فئة العبء المصنف

اختر دائماً قيمة العبء القياسي التالي فوق إجمالي العبء المحسوب:

• العبء المحسوب = 13.7 فولت أمبير → حدد 15 فولت أمبير
• العبء المحسوب = 22 فولت أمبير ← حدد 30 فولت أمبير
• لا تحدد أبدًا التصوير المقطعي المحوسب بعبء مقدر يساوي العبء المحسوب - فهذا لا يترك هامشًا صفريًا

الخطوة 2: التحقق من مستوى العطل الفعلي مقابل مستوى الخطأ

مع تحديد العبء المقدّر، تحقق من العبء المقدّر باستخدام:

$ALF_F{فعلي} = ALF_{مصنف} \أضعاف \frac{R_{ct} + R_{{مُقَدَّر}}{R_{ct}} + R_{العبء، الفعلي}}}}$

تأكد: $ألف{فعلي} \gq \frac{I_{{sc,max}}{I_{1n}} \أضعاف 1.1$

الخطوة 3: توصيات الأعباء الخاصة بالتطبيق

• توزيع الجهد المتوسط الصناعي (6-12 كيلو فولت): 5 أمبير ثانوي، 15 فولت أمبير، فئة 5P20 - تشغيل الكابلات القصيرة في لوحات MCC المدمجة
• محطة شبكة الطاقة الفرعية (33-36 كيلو فولت): 1 أمبير ثانوي، 15 فولت أمبير، فئة 5P30 - كابل طويل يمتد إلى غرف الترحيل البعيدة
• مجموعة مزرعة الطاقة الشمسية MV (33 كيلو فولت): 1 أمبير ثانوي، 10 فولت أمبير، فئة 10P10 - مستويات خطأ أقل، محسّنة من حيث التكلفة
• وحدة الحلقة الحضرية الرئيسية (12 كيلو فولت): 1 أمبير ثانوي، 5 فولت أمبير، فئة 5P20 - تصوير مقطعي محوسب مدمج مصبوب بالإيبوكسي، ضيق المساحة
• المنصة البحرية/البحرية: 1 أمبير ثانوي، 10 فولت أمبير، فئة 5P20، تغليف إيبوكسي IP67 - بيئة أكالة

تأثير الموثوقية على مواصفات العبء الصحيح

• ✅ يعمل التصوير المقطعي المحوسب ضمن المنطقة الخطية أثناء حدوث العطل → يتلقى المرحل إشارة تيار العطل الدقيقة
• ✅ رحلات مرحل الحماية ضمن خاصية الوقت-التيار الزمني الصحيح
• ✅ تحافظ الحماية التفاضلية على الثبات عند حدوث أعطال عابرة
• ✅ الحفاظ على موثوقية النظام ووقت تشغيله عبر نطاق مستوى الخطأ الكامل
• ❌ تشبّع التيار المقطعي المحوسب المثقل ← تشبّع التيار المقطعي المحوسب المثقل ← تأخر أو فشل الرحلة
• ❌ ● انخفاض تصنيف العبء غير المحدد ← انخفاض تصنيف العبء الفعال ← انخفاض نقطة الحماية العمياء عند مضاعفات الأعطال العالية

ما هي أكثر أخطاء حساب العبء شيوعًا في دوائر الحماية؟

قائمة التحقق من التثبيت والتحقق

1. قياس طول الكابل الفعلي - استخدام الرسومات حسب البناء، وليس تقديرات التصميم؛ يضيف التوجيه الميداني 15-25% إلى الطول المحسوب
2. الحصول على عبء الترحيل من ورقة البيانات الحالية - ليس من الذاكرة أو مواصفات المشروع السابقة؛ تختلف نماذج التتابع بشكل كبير
3. قم بتطبيق تصحيح درجة الحرارة على Rct ومقاومة الكابلات - احسب دائمًا عند 75 درجة مئوية، وليس عند درجة الحرارة المحيطة
4. حساب جميع الكتل الطرفية - خاصةً في أكشاك التنظيم ذات الشرائح الطرفية الوسيطة المتعددة
5. التحقق باستخدام مقياس العبء أثناء التشغيل - قياس المعاوقة الفعلية للحلقة الثانوية قبل التنشيط
6. تحقق من توصيلات المرحلات المتوازية - تقلل المرحلات المتعددة على نفس المرحلة الثانوية للتصوير المقطعي المحوسب من العبء الكلي ولكنها تتطلب التحقق الفردي

الأخطاء الشائعة التي تتسبب في فشل الحماية

• استخدام لوحة اسم المرحل VA بدون تصحيح درجة الحرارة - تزداد مقاومة لفائف التتابع الكهروميكانيكية بشكل كبير عند درجة حرارة التشغيل
• تجاهل مقاومة موصل الإرجاع - كثيرًا ما يتم حذف العامل 2 في معادلة الكابل، مما يقلل عبء الكابل المحسوب إلى النصف
• بافتراض أن عبء الترحيل العددي يساوي عبء الترحيل الكهروميكانيكي - تستهلك المرحلات العددية من 10 إلى 50 ضعفًا أقل من القدرة الكهربائية؛ فالإفراط في تحديد العبء يهدر التكلفة، ولكن عدم تحديد المواصفات الخاصة باستبدال المرحلات القديمة يسبب أخطاء
• الفشل في إعادة حساب العبء بعد نقل لوحة الترحيل - تغييرات طول الكابل أثناء الإنشاء شائعة ويجب أن تؤدي إلى إعادة حساب العبء
• تحديد عبء التصوير المقطعي المحوسب على أساس مسافة غرفة الترحيل فقط - نسيان صناديق الوصلات الوسيطة وأكشاك التوصيل الوسيطة وأكشاك التوزيع، واختبار الكتل الطرفية

حالة العميل - مدير المشتريات، مصنع بتروكيماويات صناعي:
طلب أحد مديري المشتريات في منشأة بتروكيماويات في الشرق الأوسط استبدال المحولات المقطعية بناءً على مواصفات المشروع الأصلية لعام 1995 - 5 أمبير ثانوي، 15 فولت أمبير، فئة 5P20. تم نقل لوحة الترحيل أثناء توسعة المنشأة في عام 2018، مما أدى إلى تمديد مسارات الكابلات من 12 مترًا إلى 38 مترًا. لم يقم أحد بإعادة حساب العبء. بعد استبدال التصوير المقطعي المحوسب، فشلت حماية التيار الزائد على مغذي محرك بجهد 11 كيلو فولت في الانطلاق أثناء حدوث عطل من طور إلى طور، مما تسبب في تلف لف المحرك. كشف التحليل اللاحق للحادث أن العبء الفعلي كان 28.4 فولت أمبير - أي ما يقرب من ضعف تصنيف التصوير المقطعي المحوسب الذي يبلغ 15 فولت أمبير. توفر Bepto الآن مراجعة مجانية لحساب العبء كجزء من استشارة استبدال الأشعة المقطعية, والتأكد من دقة المواصفات قبل تقديم أي طلبية.

الخاتمة

إن حساب العبء الثانوي للمحولات المقطعية المقطعية ليس إجراءً شكليًا - بل هو خطوة هندسية أساسية تحدد ما إذا كان مخطط الحماية MV بأكمله يعمل بشكل صحيح في ظل ظروف العطل. من خلال الحساب المنهجي لعبء الترحيل، ومقاومة الكابلات عند درجة حرارة التشغيل، ومقاومة الكتلة الطرفية، والتحقق من النتيجة مقابل العبء المقدر للتقطيع المقطعي المحوسب ومتطلبات ALF، يضمن المهندسون أن المحولات الحالية تقدم إشارات دقيقة وموثوقة عندما يكون نظام الطاقة في أمس الحاجة إلى الحماية. بالنسبة لتوزيع الطاقة ذات الجهد المتوسط والمحطات الفرعية والمنشآت الصناعية، فإن مواصفات العبء الصحيحة هي حجر الأساس لموثوقية الحماية.

الأسئلة الشائعة حول حساب العبء الثانوي للتصوير المقطعي المحوسب

1. المعيار الدولي الرسمي لأداء محولات التيار ومعايير الدقة. ↩

2. أجهزة رقمية حديثة ذات استهلاك أقل بكثير للقدرة الكهربائية مقارنةً بالنماذج الكهروميكانيكية القديمة. ↩

3. ثابت فيزيائي قياسي يستخدم لحساب انخفاض الجهد وفقدان الطاقة في الكابلات الثانوية. ↩

4. معلمة فنية تحدد قدرة CT على الحفاظ على الدقة أثناء تيارات الأعطال العالية. ↩