كيف يعمل مستشعر الفولت؟

يعد مستشعر الفولت ، أو محول طاقة الجهد، أحد مكونات الاستشعار الأساسية التي تلتقط الإمكانات الكهربائية وتحول إشارات الجهد العالي الخام إلى مخرجات آمنة وموحدة منخفضة المستوى للقياس وحماية التتابع والتحكم في نظام الطاقة. إنها بمثابة 'عين الجهد' للمعدات الكهربائية، وتستخدم على نطاق واسع في شبكات الطاقة وإلكترونيات الطاقة والمحركات الصناعية ومحطات الطاقة الجديدة، وتعمل وفقًا لقواعد فيزيائية مختلفة اعتمادًا على تصميمها.

يعتمد النوع الأساسي على مبدأ مقسم الجهد المقاوم. يتم توصيل مقاومتين دقيقتين على التوالي عبر الجهد المقاس. وبموجب قانون أوم، يتوزع الجهد بشكل متناسب حسب قيمة المقاومة. يلتقط المستشعر انخفاض الجهد على المقاوم الأصغر لحساب جهد الدخل الأصلي. يعمل هذا الهيكل البسيط بشكل جيد مع لوحات الدوائر ذات الجهد المنخفض والاختبارات المعملية. ومع ذلك، فهو يولد فقدانًا مستمرًا للطاقة الحرارية ويعاني من انحراف درجة الحرارة، لذلك لا ينطبق على سيناريوهات النقل ذات الجهد العالي.

بالنسبة لأنظمة الطاقة التقليدية، تهيمن محولات الجهد الحثية (VT/PT). تشبه المحولات التقليدية من الناحية الهيكلية، فهي تستخدم الحث الكهرومغناطيسي. يتصل الملف الأساسي بخط الجهد العالي، ويخلق الجهد المتناوب تدفقًا مغناطيسيًا متفاوتًا داخل قلب الحديد. يؤدي التدفق بعد ذلك إلى توليد جهد منخفض وموحد على الملف الثانوي، عادةً 100 فولت لحماية الشبكة. توفر هذه التكنولوجيا الناضجة دقة مستقرة في ظل الظروف المقدرة، ومع ذلك فهي تعاني من نقاط ضعف واضحة: فقد يتشبع القلب الحديدي تحت طفرات الصدع، ويمكن أن تظهر مخاطر الرنين المغناطيسي في البيئات ذات الجهد العالي للغاية. كما أنها ضخمة وثقيلة.

تعد محولات الجهد السعوي (CVT) حلاً سائدًا آخر للجهد العالي. تقوم مجموعة من المكثفات المتسلسلة بتقسيم جهد الدخل عن طريق المفاعلة السعوية. يقوم محث الضبط بتعويض خطأ الطور، مما ينتج عنه إشارة ثانوية قابلة للاستخدام. إن CVTs أخف من VTs ذات النواة الحديدية ويتم تركيبها بشكل شائع على خطوط النقل العلوية ذات الجهد العالي.

تتبنى المحطات الفرعية الرقمية الحديثة بشكل متزايد أجهزة استشعار الجهد الضوئي المبنية على تأثير بوكلز. عندما يتم تطبيق الجهد عبر بلورة كهروضوئية، تغير البلورة زاوية استقطاب ضوء الليزر الذي يمر عبرها. يقوم الكاشف الضوئي بترجمة تغيير الاستقطاب هذا إلى قراءة كهربائية. يزيل هذا التصميم البصري الملفات المعدنية والنوى الحديدية، مما يوفر عزلًا رائعًا ومناعة قوية ضد التداخل الكهرومغناطيسي.

تدمج جميع أجهزة استشعار الفولت تقريبًا دوائر ما بعد التكييف للتصفية والتضخيم والعزل الكهربائي. يمكن أن يكون الإخراج النهائي عبارة عن إشارات تناظرية مثل 4-20 مللي أمبير أو بيانات رقمية لمرحلات الحماية ومنصات المراقبة. توفر مستشعرات الفولت، المقترنة بأجهزة الاستشعار الحالية مثل ملفات Rogowski، البيانات الأساسية التي تحافظ على أنظمة الطاقة قابلة للقياس والتحكم وآمنة.