اللغة العربية
حساب الحمل لمحولات الجهد المحتملة: خطوة بخطوة
تم إنشاؤها 08.14
المحولات المحتملة (PTs) هي مكونات حيوية في أنظمة الطاقة، مصممة لتقليل الفولتية العالية للنظام إلى مستويات قابلة للإدارة لأجهزة القياس والحماية والتحكم. تعتمد دقتها وأدائها بشكل كبير على الحمل - الحمل الكهربائي الكلي المفروض على لفائفها الثانوية بواسطة الأجهزة المتصلة (مثل: العدادات، المرحلات، المحولات) والأسلاك المتصلة. يمكن أن يؤدي تجاوز الحمل المقدر لمحولات PT إلى أخطاء قياس كبيرة، مما يهدد موثوقية النظام.
تقوم هذه الدليل بتفصيل عملية حساب العبء إلى خطوات واضحة وقابلة للتنفيذ، مع شروحات للمفاهيم الرئيسية والصيغ والاعتبارات العملية.
ما هو عبء PT؟
الحمل (المقاس بالفولت-أمبير، VA) يشير إلى إجمالي القدرة الظاهرة المستهلكة من قبل جميع الأجهزة المتصلة بالملف الثانوي لمحولات الجهد، بما في ذلك:
- الأجهزة النشطة (مثل، مقاييس الواط، المرحلات)
- الأجهزة السلبية (مثل، الفولتميترات، الصمامات)
- الخسائر في الموصلات الثانوية المتصلة (بسبب المقاومة والتفاعل).
تُقيَّم محولات الجهد (PTs) لحمل محدد (مثل 50 VA، 100 VA) عند معامل قدرة محدد (عادةً 0.8 متأخر). يضمن حساب الحمل الفعلي أن يبقى ضمن هذا التقييم للحفاظ على الدقة.
الخطوة 1: تحديد جميع الأجهزة الثانوية
الخطوة الأولى هي سرد كل جهاز متصل بالملف الثانوي لـ PT. قد تشمل هذه:
- أجهزة القياس
عدادات الطاقة، الفولتميترات، عدادات معامل القدرة.
- أجهزة الحماية
: مرحلات زيادة الجهد، مرحلات انخفاض الجهد، مرحلات المسافة.
- أجهزة التحكم
: مصابيح إشارة، محولات لأنظمة SCADA.
- المكونات المساعدة
: الفيوزات، كتل التوصيل، المفاتيح.
ملاحظة: حتى الأجهزة الصغيرة (مثل مصابيح المؤشر) تساهم في العبء ويجب تضمينها.
الخطوة 2: جمع بيانات الحمل لكل جهاز
لكل جهاز، احصل على حملها المقدر (بالVA) من أوراق بيانات الشركة المصنعة أو لوحات الأسماء. تمثل هذه القيمة القدرة الظاهرة التي يستهلكها الجهاز عند جهده المقدر (عادةً 110 فولت أو 220 فولت للثانويات PT).
تفاصيل رئيسية للتسجيل:
- التصنيف VA للجهاز.
- عامل القدرة (pf) للجهاز (حاسم لجمع المتجهات بدقة، على الرغم من أنه غالبًا ما يتم تبسيطه إلى جمع حسابي في الممارسة العملية).
مثال:
- عداد طاقة رقمي: 10 VA، معامل القدرة = 0.8 متأخر.
- مرحلة زيادة الجهد: 20 فولت أمبير، معامل القدرة = 0.7 متأخر.
- مقياس الجهد: 5 VA، عامل القدرة = 0.9 متأخر.
الخطوة 3: حساب عبء مستوى الجهاز
عبء كل جهاز هو VA المصنفة له عند جهد PT الثانوي. بالنسبة لمعظم الأجهزة، يتم توفير ذلك مباشرة من قبل الشركة المصنعة (على سبيل المثال، "10 VA عند 110 V").
إذا تم إعطاء تصنيف الجهاز عند جهد مختلف، قم بتحويله باستخدام الصيغة: VAPT secondary=VArated×(Vdevice rated voltageVPT secondary)2
مثال: مرحل مصنف 15 VA عند 220 فولت، متصل بجهد ثانوي 110 فولت: VA110V=15×(220110)2=15×0.25=3.75VA
الخطوة 4: حساب مقاومة الحمل الثانوي
تقدم الأسلاك المتصلة (الرؤوس) بين أطراف PT الثانوية والأجهزة مقاومة (R) ومفاعلة (X)، مما يستهلك VA إضافية. يجب إضافة هذه "حمولة الرؤوس" إلى المجموع الكلي.
الخطوة الفرعية 4.1: حساب مقاومة الرصاص (R)
تعتمد المقاومة على مادة السلك (نحاس/ألمنيوم)، الطول (L، بالمتر)، والمساحة المقطعية (A، بالملم²):R=ρ×AL
- ρ
= المقاومة (النحاس: 1.72 × 10⁻⁸ Ω·م; الألمنيوم: 2.82 × 10⁻⁸ Ω·م).
الخطوة الفرعية 4.2: حساب مقاومة الرصاص (X)
بالنسبة لدارات الجهد المنخفض الثانوية (الثانويات PT: 110–220 فولت)، فإن المفاعلة غالبًا ما تكون غير ملحوظة عند 50/60 هرتز، ولكن بالنسبة للأسلاك الطويلة، استخدم: X=2πfL×10−3
- f
= تردد النظام (50 هرتز أو 60 هرتز).
- L
= الحث لكل متر (≈ 0.5 μH/m لكابلات أحادية النواة في الهواء).
تبسيط: بالنسبة للقيادات القصيرة (< 50 م)، غالبًا ما يتم تجاهل المفاعلة، ويتم اعتبار المقاومة فقط.
الخطوة الفرعية 4.3: حساب عبء العميل (VA)
التيار الكلي (I) في الدائرة الثانوية يتم تحديده بواسطة الحمل الكلي للجهاز (من الخطوة 3): I = PT جهد ثانوي (V) إجمالي جهاز VA
فقدان الطاقة الرائدة (VA) هو:Lead VA=I2×(R+X)
مثال:
- إجمالي قدرة الجهاز = 35 VA؛ جهد PT الثانوي = 110 V.
- الحالي
I=35/110≈0.318A.
- سلك نحاسي بطول 30 م، 1.5 مم².
- R
=1.72×10−8×(30/1.5×10−6)≈0.344Ω.
الخطوة 5: إجمالي العبء
إجمالي العبء هو مجموع:
- جميع أعباء الأجهزة (من الخطوة 3).
- عبء الرصاص (من الخطوة 4).
إجمالي العبء (VA)=∑(VA للجهاز)+VA للرأس
ملاحظة حول جمع المتجهات: للتطبيقات عالية الدقة (مثل قياس الإيرادات)، يجب جمع أعباء الأجهزة كمتجهات (مع مراعاة زوايا الطور من عوامل القدرة). لأغراض الحماية أو الأغراض العامة، فإن الجمع الحسابي مقبول (محافظ، حيث إنه يبالغ قليلاً في التقدير).
الخطوة 6: قارن مع عبء تصنيف PT
تحدد PTs بعبء مصنف (مثل 50 VA، 100 VA) وعبء أقصى (غالبًا 125% من المصنف). يجب أن يكون العبء المحسوب الإجمالي ≤ العبء المصنف من أجل الدقة، أو ≤ العبء الأقصى للتشغيل قصير الأجل.
إذا تجاوز الحمل الإجمالي الحمل المقدر:
- أخطاء في قياس الجهد تزداد (تم معايرة محولات الجهد للأحمال المقدرة).
- بالنسبة لمقياس PTs، يمكن أن يؤدي ذلك إلى فواتير غير صحيحة.
- بالنسبة لحماية PTs، قد يتأخر تشغيل المرحل أو يكون غير دقيق.
الخطوة 7: التكيف مع الطوارئ
قم بتضمين هامش أمان (عادةً 10-20%) لأخذ في الاعتبار:
- الإضافات المستقبلية للأجهزة.
- تغيرات في تحميل الجهاز (مثل، المرحلات التي تسحب المزيد من VA أثناء التشغيل).
Adjusted Total Burden=Total Burden×(1+هامش الأمان)
مثال: حساب العبء الكامل
دعونا نستعرض مثالاً عملياً:
مدخلات
- PT الجهد الثانوي: 110 فولت.
- الأجهزة المتصلة:
- الموصلات الثانوية: 40 م نحاس، 2.5 مم² (ρ = 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m).
حسابات
- أعباء الجهاز
: 10 + 20 + 5 = 35 فولت أمبير (مجموع حسابي).
- مقاومة الرصاص
:R=1.72×10−8×(40/2.5×10−6)≈0.275Ω.
- التيار الثانوي
: I=35/110≈0.318A.
- قائد VA
: I2×R=(0.318)2×0.275≈0.028VA.
- إجمالي العبء
: 35 + 0.028 ≈ 35.028 فولت أمبير.
- PT تصنيف العبء
: 50 فولت أمبير (مفترض).
- نتيجة
: 35.028 VA ≤ 50 VA → مقبول.
النقاط الرئيسية
- عامل القدرة
: للتطبيقات الحرجة، اجمع الأعباء باستخدام جمع المتجهات (Stotal=(Ptotal)2+(Qtotal)2، حيث P=VA×pf، Q=VA×1−pf2).
- تأثيرات درجة الحرارة
: يزيد مقاومة الرصاص مع درجة الحرارة (استخدم مقاومة 20 درجة مئوية للحسابات، ثم قم بالتعديل إذا كانت درجة حرارة التشغيل معروفة).
- دوائر متعددة
: إذا كانت وحدات PT الثانوية تغذي دوائر متوازية متعددة، احسب عبء كل دائرة واجمعها.
استنتاج
حساب الحمل يضمن أن تعمل محولات الجهد ضمن حدودها المقدرة، مما يحافظ على الدقة في القياس والحماية والتحكم. من خلال حساب أحمال الأجهزة، وفقدان الموصلات، وهامش الأمان بشكل منهجي، يمكن للمهندسين تحسين اختيار المحولات وأداء النظام. تحقق دائمًا من المواصفات الخاصة بالشركة المصنعة والمعايير ذات الصلة (مثل IEC 61869-3، ANSI C57.13).
اتصل بنا
اترك معلوماتك وسنتواصل معك.
Telphone