|
| محولات القدرة وأنواعها |
تستخدم محولات القدرة والتي تكون عادة محولات ثلاثية الأوجه في رفع الجهد الكهربائي المتولد من محطات التوليد وتسمى تلك المحولات بمحولات الرفع Step up transformer وذلك تمهيداً لنقل القدرة الكهربائية وتكون تلك المحولات في محطات بجانب محطات التوليد وفي بداية خطوط النقل.
كما تستخدم تلك المحولات أيضاً في نهاية خطوط النقل وتستخدم كمحولات خفض للجهد
الكهربائي(Step down transformer) تمهيداً لتوزيعها على المستهلكين.
محولات القدرة Power Transformers
تتميز محولات القدرة كما هو واضح من اسمها بالقدرة العالية والتي تزيد قدرتها عن 5000kVA ولذلك فإنها ضخمة الحجم كما أن الجهود التي تتعامل معها هذه المحولات قيمتها عالية قد تصل إلى 800kV وعلى ذلك فإن هذه المحولات لها تجهيزات خاصة تؤهلها للعمل بكفاءة تحت ظروف تشغيل مختلفة وفيما يلي بعض المواصفات الخاصة لهذه المحولات.العزل
تستخدم أنواع كثيرة في عزل أجزاء المحول المختلفة مثل عزل الملفات أو عزل شرائح القلب الحديدي أو عزل الأوجه عن بعضها البعض أو عزلها عن الأرضي.إن مواد العزل المستخدمة في محولات القدرة أو محولات التوزيع تتم معالجتها كيميائياً حتى تستطيع المحافظة على خواص العزل التي تتمتع بها وهي مغمورة في الزيت ومعرضة لدرجات حرارة عالية.
كما أن مثل هذه المواد يجب أن تتحمل الإجهادات الميكانيكية العالية التي تتعرض
لها أثناء النقل أو ظروف التشغيل الطبيعية أو الظروف الطارئة مثل حالات القصر.
وبناء على ذلك تستخدم أعداد محددة من أوراق العزل المعالجة مع ملفات المحول.
ومن الأجزاء المهمة التي يجب عزلها جيداً أطراف دخول وخروج الجهد الكهربائي للمحول والتي يتم عزلها باستخدام جلب العزل (Bushings) والتي تصنع من مادة عازلة مثل البورسلين ويختلف حجمها باختلاف قيمة الجهد الكهربائي المطلوب عزله.
ومن الأجزاء المهمة التي يجب عزلها جيداً أطراف دخول وخروج الجهد الكهربائي للمحول والتي يتم عزلها باستخدام جلب العزل (Bushings) والتي تصنع من مادة عازلة مثل البورسلين ويختلف حجمها باختلاف قيمة الجهد الكهربائي المطلوب عزله.
فكلما زاد الجهد زاد حجم جلب العزل (Bushings) الشكل التالي يعرض طرف توصيل
الجهد المنخفض لمحول قدرة ويتكون من قضيب توصيل من النحاس محاط بالبورسلين العازل
والمملوء بالزيت.
تجدر الإشارة إلى أن مواد العزل الكهربائية يتم تصنيفها تبعاً لقدرتهاً على تحمل أقصى درجة حرارة يمكن أن يتعرض لها العازل دون أن يؤثر ذلك تأثيرا محسوساً على العمر الافتراضي للعازل ومن بين هذه المواد:
لتكون أقرب ما يمكن لأن تكون مستطيلة.
|
| طرف توصيل الجهد المنخفض |
تجدر الإشارة إلى أن مواد العزل الكهربائية يتم تصنيفها تبعاً لقدرتهاً على تحمل أقصى درجة حرارة يمكن أن يتعرض لها العازل دون أن يؤثر ذلك تأثيرا محسوساً على العمر الافتراضي للعازل ومن بين هذه المواد:
- القطن والحرير والورق ويمكن أن تتحمل درجة حرارة 105درجة مئوية
- المايكا والألياف الزجاجية والأسبستوس وتتحمل حتى درجة حرارة 150درجة مئوية
- السليكون والإلستومر ومايكا وألياف زجاجية وأسبستوس مع مواد راتنجية رابطة ويمكن أن تتحمل حتى 190 درجة مئوية.
- الخشب ويستخدم كدعامات في المحولات المغمورة في الزيت.
- البورسلين ويستخدم في جلب العزل في المحولات المغمورة في الزيت.
الملفات
الموصلات المستخدمة في تكوين الملفات المستخدمة في محولات القدرة الكهربائية عادة ما تكون على شكل مستطيل حتى يتم استغلال الفراغ المتاح في المحول بكفاءة، وحتى مع محولات التوزيع صغيرة القدرة فإن الموصلات الدائرية يتم تسطيحها لتغيير شكلها الدائريلتكون أقرب ما يمكن لأن تكون مستطيلة.
ومع زيادة قدرة المحول تزداد مساحة مقطع الموصل ويتم تقسيمه إلى موصلين أو أكثر من موصلين على التوازي وذلك لتقليل التيارات الدوامية في الموصل وسهولة التعامل مع الموصلات، وكل موصل يتم لفه بورق عازل يتكون من شرائح رقيقة سمكها بالميكرو متر. وكل مجموعة موصلات موصلة على التوازي تشكل كابلاً.
القلب
ويصنع من رقائق من الصلب السليكوني موجه الحبيبات المدرفل على البارد وتلك الرقائق معزولة عن بعضها البعض وتكون على شكل مستطيل في محولات التوزيع أو على شكل دائري في محولات القدرة. و هناك نوعان من القلوب أحدهما القلبي ويستخدم في محولات القدرة المتوسطة والتي يكون مقننها من kVA 501 إلى MVA 100 بينما يستخدم النوع الهيكلي أو المحول ذو الخمسأرجل لمحولات القدرة الكبيرة.
زيت المحول
هناك أنواع عديدة من الزيوت التي تستخدم في المحولات من أهمها الزيت المعدني، وتستخدم السوائل في المحولات لأهداف متعددة أهمها:- العزل بين الملفات بعضها البعض وكذلك العزل بين الملفات والقلب الحديدي الملفوفة حوله تلك الملفات.
- المساعدة في عملية تبريد قلب المحول وملفاته. ويتم ذلك عن طريق انتقال الحرارة المتولدة في القلب والملفات إلى السائل المحيط بها من خلال العوازل الصلبة (عوازل الملفات وعوازل رقائق قلب المحول)، ويقوم السائل بنقل تلك الطاقة الحرارية إلى خزان المحول وملحقات التبريد حيث يتم التخلص منها.
- نقل المعلومات عن حالة الأجزاء الداخلية (الملفات القلب) حيث إن حالة زيت المحول تعبر عن حالة الأجزاء الداخلية للمحول.
ولكى تتم عملية التبريد بكفاءة عالية يجب أن يتحرك الزيت داخل المحول في مجاري ducts واسعة. وهناك عدد من السوائل التي يمكن استخدامها لهذا الهدف من أهمها السائل المعدني الذي يستخرج من البترول وتضاف إليه بعض الإضافات لمنع الأكسدة.
ويعتمد أداء المحول بدرجة كبيرة على خصائص زيت التبريد الفيزيائية والكيميائية
والكهربائية ومن أهم هذه الخصائص:
من الجدير بالذكر أن زيت المحولات يضاف إليه بعض المركبات الكيميائية تسمى موانع الأكسدة وذلك بهدف منع إتمام عملية تكوين نواتج الأكسدة (الحامض والحمأة)، كما تمنع أيضا أكسدة بلورات المعادن التي قد تكون موجودة في الزيت .
لها المحول أثناء عملية النقل أو التشغيل أو حتي في حالات القصر التي من الممكن أن يتعرض لها أثناء عمليات التشغيل.
ويجب أن تكون أبعاد التانك متوفرة على متسع إضافي لتمدد الغازات، ومن المناسب أيضاً أن يتم لحام الجوانب الداخلية للتانك لزيادة متانة التانك، بالإضافة إلى ذلك فإن جميع نقاط الاتصال الخارجية يتم لحامها أيضاً لتفادي دخول الرطوبة المسببة للصدأ.
أما غطاء المحول فإما أن يتم لحامه أو ربطه بمسامير قوية وجوانات من المطاط Gaskets، ومن الجدير بالذكر أن هذه الجوانات وغيرها تتحمل ضغوطا معينة طبقاً لمواصفات المحول.
يتم دهان جدران المحول من الداخل بعد تنظيفها جيداً وقبل حدوث أي تلوث على سطحه باستخدام دهانات خاصة تتحمل ظروف عمل المحول من ارتفاع في درجة الحرارة واحتوائه على زيت العزل وخلافه، ثم يتم تجفيفها جيداً وبعد ذلك يتم دهان الجدران الخارجية للمحول بدهان خاص مكون من طبقتين يتم دهان الطبقة الأولى بعد الانتهاء من تجفيفه مباشرة بينما يتم دهان الطبقة الثانية والتي عادة ما يكون لونها رمادياً غامقاً لامعاً قبل نقل المحول من المصنع مباشرة. ويراعي في دهان المحول أن تكون مادة الدهان تتحمل ظروف الطقس المختلفة.
تنقسم محولات القدرة من حيث استخدامها إلى نوعين: محولات رافعة تستخدم لرفع الجهد ومحولات خافضة تستخدم لخفض الجهد.
ويلاحظ أن ملفات الجهد المنخفض توصل على شكل دلتا لعدة أسباب من بينها أن تيار الخط في جهة التوليد عادة يكون عالياً جداً والتيار المار في ملفات الدلتا يكون مساويا لنسبة 57.5 %من تيار الخط ، وبالتالي فإن تصنيع الملفات سيكون أسهل.
كما أن استخدام الدلتا في ناحية الجهد المنخفض يؤدي إلى عزل التوافقية الثالثة على الخطوط الموصلة بهذا الجانب كما أنه من الممكن تأريض نقطة التعادل علي الجانب الثانوي وعلى ذلك يمكن إمداد حمل غير متماثل بأربعة أسلاك دون أن يحدث ذلك تغيرات كبيرة في الجهود حيث تتناسب تلك الجهود مع معاوقات المحول فقط بسبب وجود ملفات الدلتا في الجانب الابتدائي بالإضافة إلى أن عدم وجود نقطة التعادل في جانب الدلتا لا يعتبر عيباً لأن هذا الجانب يوصل عادة بالمولد الذي تكون نقطة تعادله مؤرضة دائما.
في بعض الأحيان يكون الملف الثانوي للمحول (ملف الجهد العالي) متعدد المخارج لضمان استمرارية تبادل القدرة غير الفعالة بين المولد وشبكة النقل الكهربائية.
- المظهر: يجب أن يكون رائقاً وخالياً من المواد المعلقة أو الراسبة
- الكثافة: يجب ألا تزيد الكثافة عن الحد المحدد.
- اللزوجة: كلما قلت اللزوجة زادت حركة الزيت وكان تبريد المحول أفضل.
- نقطة الوميض: تحدد درجة حرارة الزيت الذي تكون عندها الأبخرة المتواجدة في الهواء الملامس لهذا الزيت قابلة للاشتعال لذا. يجب أن تكون نقطة الوميض دائما أعلى من درجة حرارة الزيت أثناء أداء المحول
- نقطة الانصباب: وهى أقل درجة حرارة يمكن للزيت أن يتدفق عندها تحت قيمة معينة من فرق الضغط دون حدوث أي معوقات. تؤخذ نقطة الانصباب بين 30 درجة في الزيوت الخالية من موانع الأكسدة و45 درجة في الزيوت التي تحتوي على موانع الأكسدة.
- محتوى الماء: تتأثر قدرة الزيت على العزل بدرجة كبيرة جدا بنسبة وجود الماء فيه، فوجود الماء بنسبة 0.06 من الماء داخل الزيت تقلل شدة العزل الكهربائي للزيت إلى النصف. لذا يجب أن لا يزيد محتوى الماء عن 35 مليجرام لكل كيلو من الزيت.
- الشدة الكهربائية: وتقيس قدرة الزيت على تحمل المجال الكهربائي. لذا يجب ألا يقل جهد الانهيار للزيت غير المعالج عن 30kV وللزيت المعالج عن 50kV.
- عامل الفقد داخل العزل: يعطي مقياساً للفقد داخل العزل ويقاس بظل زاوية الفقد ويجب أن يكون الحد الأعلى لظل زاوية الفقد 0.005 .
من الجدير بالذكر أن زيت المحولات يضاف إليه بعض المركبات الكيميائية تسمى موانع الأكسدة وذلك بهدف منع إتمام عملية تكوين نواتج الأكسدة (الحامض والحمأة)، كما تمنع أيضا أكسدة بلورات المعادن التي قد تكون موجودة في الزيت .
تانك المحول
إن تانك محول القدرة يتم تصنيعه من ألواح صلب معينة وذات جودة عالية يتم قطعها وتشكيلها ولحامها لتكون هيكلاً قوياً. ويتم تدعيم هذا الهيكل بدعامات قوية كما يتم أيضا تدعيم قاعدة وغطاء المحول لتحمل الإجهادات الميكانيكية التي من الممكن أن يتعرضلها المحول أثناء عملية النقل أو التشغيل أو حتي في حالات القصر التي من الممكن أن يتعرض لها أثناء عمليات التشغيل.
ويجب أن تكون أبعاد التانك متوفرة على متسع إضافي لتمدد الغازات، ومن المناسب أيضاً أن يتم لحام الجوانب الداخلية للتانك لزيادة متانة التانك، بالإضافة إلى ذلك فإن جميع نقاط الاتصال الخارجية يتم لحامها أيضاً لتفادي دخول الرطوبة المسببة للصدأ.
أما غطاء المحول فإما أن يتم لحامه أو ربطه بمسامير قوية وجوانات من المطاط Gaskets، ومن الجدير بالذكر أن هذه الجوانات وغيرها تتحمل ضغوطا معينة طبقاً لمواصفات المحول.
يتم دهان جدران المحول من الداخل بعد تنظيفها جيداً وقبل حدوث أي تلوث على سطحه باستخدام دهانات خاصة تتحمل ظروف عمل المحول من ارتفاع في درجة الحرارة واحتوائه على زيت العزل وخلافه، ثم يتم تجفيفها جيداً وبعد ذلك يتم دهان الجدران الخارجية للمحول بدهان خاص مكون من طبقتين يتم دهان الطبقة الأولى بعد الانتهاء من تجفيفه مباشرة بينما يتم دهان الطبقة الثانية والتي عادة ما يكون لونها رمادياً غامقاً لامعاً قبل نقل المحول من المصنع مباشرة. ويراعي في دهان المحول أن تكون مادة الدهان تتحمل ظروف الطقس المختلفة.
أنواع محولات القدرة
تنقسم محولات القدرة من حيث استخدامها إلى نوعين: محولات رافعة تستخدم لرفع الجهد ومحولات خافضة تستخدم لخفض الجهد.
المحولات الرافعة Step-up transformer
المحولات الرافعة تستخدم عادة لرفع الجهد المتولد من محطات التوليد وتقوم برفعة لمستوى جهد خط النقل والذي قد يصل في بعض الأحيان إلى 800kV. وعادة ما يكون هذا المحول موصلاً على شكل دلتا/نجمة.
|
| المحولات الرافعة Step-up transformer |
ويلاحظ أن ملفات الجهد المنخفض توصل على شكل دلتا لعدة أسباب من بينها أن تيار الخط في جهة التوليد عادة يكون عالياً جداً والتيار المار في ملفات الدلتا يكون مساويا لنسبة 57.5 %من تيار الخط ، وبالتالي فإن تصنيع الملفات سيكون أسهل.
كما أن استخدام الدلتا في ناحية الجهد المنخفض يؤدي إلى عزل التوافقية الثالثة على الخطوط الموصلة بهذا الجانب كما أنه من الممكن تأريض نقطة التعادل علي الجانب الثانوي وعلى ذلك يمكن إمداد حمل غير متماثل بأربعة أسلاك دون أن يحدث ذلك تغيرات كبيرة في الجهود حيث تتناسب تلك الجهود مع معاوقات المحول فقط بسبب وجود ملفات الدلتا في الجانب الابتدائي بالإضافة إلى أن عدم وجود نقطة التعادل في جانب الدلتا لا يعتبر عيباً لأن هذا الجانب يوصل عادة بالمولد الذي تكون نقطة تعادله مؤرضة دائما.
في بعض الأحيان يكون الملف الثانوي للمحول (ملف الجهد العالي) متعدد المخارج لضمان استمرارية تبادل القدرة غير الفعالة بين المولد وشبكة النقل الكهربائية.
وتحتاج محولات القدرة الكهربائية إلى بعض الاحتياطات الهامة التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار منها :
- يتم توصيل ملفات الجهد المنخفض أولاً ثم يتم تنفيذ عملية التزامن بين المولد وباقي نظام النقل (من الممكن أن يكون هناك اتصال مباشر بين المحول والمولد أو من خلال قاطع كهربائي Circuit Breaker.
- نظام الحماية ضد ارتفاع الجهد على جانب الجهد المنخفض يحتاج إلى اعتبارات خاصة بسبب الفرق الكبير في الجهد على طرفي المحول حيث من الممكن أن تؤثر الحالات العابرة على الجانب الثانوي (جانب الجهد العالي) على نظام الحماية.
- في أغلب الأحوال يتم استخدام تجويف (duct) خاص لكل وجه بين المحول والمولد وذلك لتقليل إمكانية حدوث قصر بين الأوجه.
المحولات الخافضة Step Down Transformer
المحولات الخافضة تستخدم عادة لخفض الجهد من جهد النقل إلى جهد التوزيع وتكون ملفات الثانوي مزودة بمغيرات للجهد تعمل وهي محملة (On Load Tap Changer) وتعمل على تغيير نسبة التحويل %15± على خطوات من %l إلى %5 .إن شبكة التوزيع الكهربائي تتضمن عدة مستويات مختلفة لجهود التوزيع قبل أن يتم خفض الجهد والوصول به لمستوى جهد التوزيع النهائي، وسنجد أن المحولات الخافضة تستخدم أيضاً للربط بين تلك الجهود المختلفة ولكن بقدرات أصغر.
المصدر
كتاب آلات التيار المستمر والمحولات (مناهج التعليم الفني السعودي).