محطات في عالم فحص محولات القدرة الكهربائية – الجزء الأول

المحطة الأولى

أهم العوامل التي تؤثر على ملفات محولات القدرة سواءً العاملة في شبكات النقل أو التوليد أو التوزيع، وهناك ثلاثة عوامل رئيسية وهي:
١. العوامل الكهربائية.
٢.  العوامل الميكانيكية.
٣.  العوامل الحرارية.

• العوامل الكهربائية وتشمل:

– الجهد العالي حيث يكون أكثر من الجهد الاعتيادي للمحول.
– حدوث ظاهرة الرنين Resonance  في أجزاء الملف.
– حدوث ظاهرة التفريغ الجزئي في أجزاء الملف.
– حدوث ظاهرة القوس الكهربائي.
– التيار الاندفاعي المغناطيسي خصوصاً عند تحفيز المحول بالجهد.
– الفيض المغناطيسي العالي ويكون أعلى من الحدود المسموح بها .

• العوامل الميكانيكية وتشمل:

– الاهتزازات التي تحصل في القلب.
– القوى الميكانيكية التي يسببها القصر.

• العوامل الحرارية وتشمل:

– الحرارة العالية بسبب التحميل فوق الاعتيادي مما يسبب تلف العوازل.
– الحرارة العالية بسبب المفاقيد الحديدية والتي تنتج بسبب عدم إحكام عمل القلب، مما يؤدي إلى تكوين تياراً دواراً وتيارات إعصارية تسبب حرارة عالية.

المحطة الثانية

عندما تطلب شراء محول عليك تحديد الأمور التالية:
١. مكان استخدامها في داخل بناية أم في خارجها  Indoor/Outdoor .
٢. معلقة أم في الارض Pole Mounted or Pad Mounted .
٣. عدد الموصلات أحادية الوجه أم ثلاثية الوجه والربط الاتجاهي.
٤. معامل القدرة والكفاءة Power Factor and Efficiency.
٥. الممانعة المئوية Percentage Impedance.
٦.  مدى ارتفاع الحرارة Temperature Rise.
٧. الأبعاد وسعة المكان الذي ستوضع فيه المحول Spacing and Exact Location Dimension.
٨. مستوى جهد العزل Basic Insulation Level.
٩. محول جاف أم محول بسائل عزل Dry type or Liquid.
١٠. قابلية تحملها للهزات الأرضية Seismic requirements.
١١. موقع عملها بالنسبة لمستوى سطح البحر  Height from Sea Level.
١٢. عدد خطوات Tapping الجهد ونوع مغير الجهد Tap Changer OFF or ON- load.
١٣. جهد الملف الإبتدائي والملف الثانوي.
١٤. مستوى دائرة القصر في الشبكة التي ستنصب فيها المحول لكي يتم تصميم الممانعة المئوية للمحول على ضوء ذلك، وكذلك قواطع الدائرة الخاصة بها .
١٥. هل يحيط بالعوازل الخزفية غطاء أم لا Cable Box.
١٦. القدرة MVA OR KVA.
١٧. التيار CURRENT.
١٨. التردد FREQUENCY.
١٩. نظام التبريد COOLING SYSTEM.
٢٠. هل يوجد خزان احتياط أم لا HERMETIC OR WITH CONSERVATOR.
٢١. نسب تحويل الجهد في حالة اللاحمل VOLTAGE RATIO AT NO LOAD.
٢٢. أي لواحق أخرى مطلوبة يمكن وضعها على الملف الإبتدائي أو الثانوي في حالة الربط على التوازي مع محول آخر.

المحطة الثالثة 

• محولات التوزيع الجافة: 
  تدل تسميتها على أنها خالية من الزيت ولذلك سُميت بالمحولات الجافة حيث يكون الهواء المحيط بها هو وسيلة التبريد، وأما وسيلة العزل المستخدمة فيها حيث تستخدم مواد غير عضوية  Resin and Filler /Epoxy Resin.
  – تعمل بسعات مختلفة تصل إلى 40 ميجا فولت امبير.
  – تعمل بجهود مختلفة تصل إلى 52 كيلو فولت.
  – تعمل وفق درجات عزل مختلفة وبدرجات حرارة مختلفة تصل إلى 220 درجة مئوية.
  – تكون ملفات الجهد العالية من النوع Disc Winding والتي يتم صب مادة epoxy resin عليها مع إجراء التفريغ الهوائي وفق المواصفات العالمية (ANSI – IEEE – IEC).
  – تصل حرارة الملفات إلى (٨٠،١١٥،١٥٠) درجة مئوية.
  – المحول الجاف لنفس القدرة بالنسبة للزيتي أقل بالحجم ويمكن وضعه داخل المباني بصورة آمنة.
  – المحول الجاف صيانته أسهل من الزيتي حيث يحتاج إلى نظافة فقط أما الزيتي يحتاج نظافة وفلترة الزيت ثم تغييره إذا فقد المواصفات المطلوبة – المحول الجاف مقاوم للحريق بينما الزيتي يمكن انفجاره.
  – المحول الجاف يمكن تحميله بصفة مستمرة بنسبة 100% بينما الزيتي يصل تقريباً إلى 80 %.
  – المحول الجاف يمكن تحميله بزيادة 40% مع وجود تهوية جبرية ( مراوح شفط ) بينما الزيتي يمكن تحميله بزيادة 33% مع وجود تهوية جبرية.
  – يعتبر كل ما سبق مميزات للمحول الجاف وفيما يلي عيوبه:
  – المحول الجاف نسبة المفاقيد في حالة الحمل وحالة اللاحمل عالية جدا مقارنة بالمحول الزيتي.
  – المحول الجاف سعره حوالي 1.5 سعر المحول الزيتي ( المساوي له في القدرة ).

مميزات المحولات الجافة:
١.  ذاتية الإطفاء (Self-Distinguishing ):
صعوبة الاشتعال :
•  حوالي 60% من المواد العازلة المستخدمة في عزل المحولات الجافة (Resin+Filler) مواد غير عضوية لا تشتعل ومادة(Resin) لها درجة تحلل حراري ^o3000م، والتي يصعب الوصول إليها في ظروف التشغيل الغير طبيعية .
• في حالة حدوث حريق بسبب عوامل خارجية وارتفاع درجة الحرارة عن ^o3000م فإن المواد العازلة تبدأ في الاشتعال بلهب ضعيف، والذى يحدث له عملية إنطفاء بسرعة بمجرد زوال سبب الحريق.
٢.  مقاومة عالية لحدوث حالات القصر:
كثافة التيار في المحولات الجافة تساوي تقريباً نصف كثافة التيار في المحولات الزيتية، وبالتالي فإن مساحة مقطع الموصل أكبر مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة التي يصل إليها المحول في حالة حدوث قص.
٣. سهولة الصيانة وانخفاض تكلفتها:
لعدم وجود ملحقات المحولات المغمورة في الزيت.
٤. قلة حدوث الأعطال:
لعدم وجود ملحقات المحولات المغمورة في الزيت.
٥. المقاومة العالية للرطوبة:
بسبب أن مادة (Epoxy Resin) العازلة لا تمتص الرطوبة وكذلك عملية تغليف المحولات (Encapsulating)  تعنى التغليف والإحكام التام للملفات بحيث لا يتسرب لها أي مقدار من الرطوبة أو الملوثات.
٦. ارتفاع عزم الثبات الحراري (Thermal Inertia) :
بسبب ارتفاع وزن الملفات والمواد العازلة عنها في المحولات الزيتية فإن معامل الثبات الحرارى لها أعلى، وكذلك فترات التحميل الزائد المسموح بها وكذلك فترات تحمل القصر تكون أكبر.
٧. الحد من ظاهرة التفريغ الجزئي (Partial Discharge):
بسبب التغليف التام يحد من التفريغ للملفات حيث إن المادة العازلة بين الملفات وبعضها لا تحتوي إطلاقاً على أي فقاعات هوائية أو غازات وهي التي تتسبب في حدوث ظاهرة التفريغ الجزئي.

المحطة الرابعة

• تحديد مكان القصر في ملف المحول بعد إخراجه من فرن التجفيف وكبسه:

في معمل إنتاج محولات القدرة يتم إنتاج الملفات لكافة أنواع الجهد بواسطة مكائن وقوالب خاصة لذلك ويتم وضع الملف في فرن تصل حرارته إلى 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، وبعد ذلك يتم كبس الملف تحت ضغط معين بواسطة مكبس خاص، وأثناء الكبس يحدث قصر بين الموصلات حيث أن الموصل الرئيسي يتكون من عدة موصلات معزولة بعضها عن بعض ويجب معالجته خاصة إذا كان في وسط الملف، وتحديد القصر يكون كالتالي:
نستخدم جهاز فحص عازلية بجهد 500 فولت ونفحص ما بين الموصلات من جهة قمة الملف أو قاعدة الملف ثم نحدد الموصلات التي فيها القصر ثم نستخدم جهاز قنطرة وتستون لقياس مقاومة الملف من جهة القمة بين الموصلين التي فيهما القصر، وكذلك نقيس المقاومة من قاعدة الملف، والمثال التالي يوضح عملية التحديد:
ملف يتكون من 85 طبقة حدث فيه قصر أثناء الكبس وتم قياس ما يلي:
–  مقاومة قمة السلكين = 0.575
–  مقاومة قاعدة السلكين = 0.230
–  مقاومة سلك الفحص= 0.200
– نطرح مقاومة سلك الفحص من مقاومة قمة السلكين وكذلك من مقاومة قاعدة السلكين
0.575 -0.200 = 0.375
0.230 – 0.200 = 0.03
-ليكن (R₁ ، L₁ ) تمثل طول ومقاومة جهة قمة الملف ولتكن (R_{2 ،} L₂ ) تمثل طول ومقاومة جهة قاعدة الملف.
– نستخدم القانون التالي:
L₁/ L₂ = R₁/R₂= 0.375/0.03

L1=12.5

L2=12.5

إن طول الملف هو عبارة عن العدد الكلي للطبقات، أي أن (L1+ L2= 85) نعوض عن قيمة L1 أعلاه ونحل المعادلة سنحصل على قيمة (L2 = 6.296)، وقيمة (L1 = 78.703)، أي أن القصر محصور بين الطبقة السادسة والسابعة إذا تم عد الطبقات من الأسفل وما بين الطبقة الثامنة والسبعين والتاسعة والسبعين إذا تم عد طبقات الملف من الأعلى، وبذلك حددنا مكان القصر ومن ثم تبدأ المعالجة بإزالة القصر، وأود أن أشير إلى مهندسي الإنتاج العاملين في معامل إنتاج محولات القدرة ذات السعات الكبيرة والتي فيها ملفات ذات حجم كبير إلى استخدام هذه الطريقة في معالجة موقع القصر بعد كبسه إن وجد وفي الرسم المرفق توضيح بسيط لهذه الحالة.

كيف نحدد موقع القصر في الملف؟

• نفرض أن القصر بين الموصلين (٢،٣).
• نقيس المقاومة بين الموصلين (٢،٣) من الأعلى ثم من الأسفل أو قاعدة الملف ومن ثم نتبع الشرح الموضح بالمحطة ٤.

المحطة الخامسة

• ماذا يحدث في حالة قطع أحد اطوار الملف الإبتدائي أو قطع أحد أطوار التغذية الكهربائية لمحول القدرة؟ 

أخي المهندس – أختي المهندسة، المخطط المرفق يوضح ماذا ستكون قيم الجهد على الملف الثانوي للمحول والذي يتم ربط الاحمال عليه:

Open Delta – Delta

Star – Star

Delta – Star