عندما تقود سيارتك في أي شارع في الولايات المتحدة، فمن المحتمل أن ترى محولات مثبتة على الأعمدة، سواء كانت خشبية أو خرسانية. العمود الذي يدعم المحول ليس مجرد عمود عادي. هناك متطلبات تحدد قوة وارتفاع وقدرات تحميل العمود. وذلك بسبب أنه بالإضافة إلى دعم أسلاك التوزيع، فإن المحول الذي يمكن أن يزن مئات الأرطال (بالإضافة إلى القطع، وموانع الصواعق، والأسلاك الثانوية) يستقر أيضًا على العمود. تقوم شركات المرافق بتصنيع هذه الأعمدة وفقًا لمدونة السلامة الكهربائية الوطنية (NESC) ومعايير ANSI، وعند تركيب الخدمة الكهربائية، أو ترقية الخدمة، أو تركيب محولات مثبتة على الأعمدة، يجب على شركات المرافق التأكد من أن العمود لا يفي فقط بفئة العمود، بل لديه الارتفاع اللازم وليس تالفًا.
تغطي هذه المنشورة أنواع الأعمدة التي تحمل المحولات، والمتطلبات والمعايير المختلفة، وأنواع المحولات المستخدمة على الأعمدة، وما هو مطلوب أثناء تركيب وصيانة الأعمدة.
باختصار، يتم تركيب المحولات على أعمدة التوزيع، والتي تتكون في الغالب من الخشب. يتم استخدام الأعمدة الفولاذية والخرسانية والألياف الزجاجية عندما تكون الأعمدة القوية جدًا أو الجذابة جدًا مطلوبة. يجب أن يكون العمود بحجم مناسب للحمل الذي يتكون من جميع الموصلات والمحولات والأجهزة وفقًا لـ NESC، هناك حاجة إلى مسافة خلو: مما يعني أن المحول والأجزاء الموصلة يجب أن تكون على مسافة من الأرض؛ العمود القياسي للمرافق يبلغ حوالي 12 إلى 15 قدمًا؛ الأعمدة المصنفة لفئات مختلفة تحدد مقدار الحمل وفقًا لتصنيف فئتها.
ما هي أنواع الأعمدة التي تحمل المحولات؟
يتم تثبيت محول على عمود مرافق توزيع يحتوي أيضًا على خطوط توزيع متوسطة الجهد، عادة في نطاق 4-35 كيلو فولت (kV). تحتوي أعمدة النقل على دعامات فولاذية طويلة تحتوي على خطوط كهربائية عالية الجهد. سيتم تقليل الجهد إلى جهد الاستخدام في نظام التوزيع في الأعمدة التي ستحمل المحول ويتم ذلك بين الدوائر الأولية والثانوية.
يتم تثبيت ثلاثة مكونات على العمود المحيط بالمحول. تشكل وحدة واحدة أو تجميعًا: يحمي قطع الفيوز المحول من الأعطال التي تحدث في نفس الدائرة، ويحول مانع الصواعق الطاقة الزائدة الناتجة عن صاعقة إلى الأرض، وتحمل الأسلاك الثانوية جهد 120/240 فولت إلى خدمتك بعد تخفيض الجهد. وبالتالي، يعمل العمود كمحطة توزيع كاملة بحجم مصغر، وقد تم تصميم كل شيء للعمل كنظام واحد.
المتطلبات: معايير القوة والفئة والارتفاع
هناك معياران يؤثران على جانب العمود، وكلاهما يتعلق بكيفية تحديد محول مثبت على عمود:
- معيار ANSI (معهد المعايير الوطنية الأمريكية) O5.1 - يحدد معيار عمود الخشب أبعاد ونوع ومعالجة العمود، ويخصص فئة (الفئة 1-الفئة 7، مع الإشارة إلى الفئات الأدنى كأحجام أبعاد أصغر) بحيث تكون أعمدة الفئة 1 قادرة على تحمل أكبر حمل في أعلى العمود. وهذا يعني أن فئات الأعمدة ستتحمل العبء الأكبر من الوزن.
- معيار NESC (قانون السلامة الكهربائية الوطني) - هو قانون السلامة الذي يحدد المسافات ومعايير التحميل. يتلقى العمود الموزع الذي يحمل المحول شروطه الحاكمة بشكل رئيسي من المسافة من الأرض للأسلاك والمكونات الموصلة للكهرباء حيث يجب أن تكون فوق الحد الأدنى من المسافة المخصصة فوق الأرض (اعتمادًا على الجهد - من حوالي 15 إلى 22 قدمًا في المناطق الحضرية و12 إلى 15 قدمًا في المناطق الريفية).
ماذا يعني هذا بالنسبة لك؟ يجب أن يكون العمود المستخدم في تركيب المحول بحجم مناسب لتحمل وزن المحول الجديد الذي يتم إضافته. إذا كان لديك عمود موجود وتنتقل من محول بقدرة 25 kva إلى محول بقدرة 100 kva، يجب عليك أولاً التحقق من فئة العمود وتحديد ما إذا كان لا يزال في حالة جيدة حيث أن وزن المحول بقدرة 100 kva يصل إلى 3 مرات وزن المحول الحالي المستخدم.
مقارنة أنواع الأعمدة: الخشب، الخرسانة، الصلب، المركب
| نوع العمود | الاستخدام الشائع | حمل المحول | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الخشب (صنوبر/تنوب معالج، ANSI O5.1) | التوزيع القياسي، معظم المرافق | شائع؛ يتم اختيار الفئة حسب الحمل | أقل تكلفة؛ يحتاج إلى فحص للتعفن؛ عمر خدمة من 30 إلى 50 عامًا |
| الخرسانة | المناطق الساحلية، ذات الرياح العالية، وذات التآكل العالي | قوة ممتازة | أثقل، أغلى؛ عمر طويل؛ لا يتعفن |
| الصلب (مخروط، مجلفن) | تحميل عالي في المناطق الحضرية، من النقل إلى التوزيع | قدرة عالية | قوي، يمتد لمسافات طويلة؛ اعتبارات التكلفة والتأريض |
| مركب الألياف الزجاجية (FRP) | جمالية، ساحلية، مشاريع عرض المرافق | كافٍ للوحدات الصغيرة/المتوسطة | خفيف، غير موصل، مقاوم للتآكل؛ سعر مرتفع |
تعتبر الأعمدة الخشبية بلا شك المادة المفضلة حيث أنها غير مكلفة، مجربة، ومختبرة، وتؤدي بشكل كامل عند تصنيفها وصيانتها بشكل مناسب. تُستخدم الأعمدة الخرسانية والصلبية عمومًا عندما تكون المتطلبات محددة لمقاومة الرياح، أو التآكل، أو الحمل؛ الأعمدة المركبة مناسبة فقط عندما تكون هناك حاجة محددة للجمالية أو العزل.
ما هي المحولات التي توضع على الأعمدة؟
المحول على عمود الطاقة هو عمومًا محول أحادي الطور يتم تركيبه على العمود، وهو نوع من المحولات التوزيعية المغمورة في الزيت.
- الأحجام الشائعة: 5، 10، 15، 25، 37.5، 50، 75، و100 كيلو فولت أمبير، والتي تستخدم لتزويد الطاقة للأفراد في المنازل، والمرافق التجارية الصغيرة، والمزارع، والمناطق السكنية.
- مستوى الجهد: يستخدم الناس عادةً مستوى جهد يبلغ 7.2 كيلو فولت، 12.47 كيلو فولت، 13.2 كيلو فولت، و24.9 كيلو فولت، والذي يتم تقليله إلى مستوى جهد أحادي الطور يبلغ 120/240 فولت.
- يمكن استخدام الخدمة ثلاثية الطور لأغراض تجارية أو صناعية. يمكن تثبيت ثلاثة محولات على عمود واحد بقدرات أحادية الطور.
- بناء المحول: يتم بناء المحول بطريقة تجعله مملوءًا بالزيت ويحتوي إما على غلاف مموج أو غلاف فولاذي بسيط، وموصلات جهد منخفض وجهد عالي، ومبردات تثبت المحول على الذراع العرضي أو العمود.
شراء محول عمود يعني مطابقة kVA لدراسة الحمل، والجهد الأساسي للخط، والجهد الثانوي للخدمة - منطق الاختيار الكامل موجود في أساسيات محولات التوزيع المقالة، التي تشرح أيضًا كيفية تفاعل فئة العمود وتصنيف المحول.
كم وزن محولات الأعمدة؟
الوزن هو عامل مهم في تحديد فئة العمود والأجهزة اللازمة لتركيب المحول. بعض الأوزان النموذجية لمحولات الأعمدة المملوءة بالزيت أحادية الطور هي:
| التصنيف (أحادي الطور) | الوزن الإجمالي النموذجي |
|---|---|
| 10 كيلو فولت أمبير | ~200-300 رطل (90-135 كجم) |
| 25 كيلو فولت أمبير | ~300-500 رطل (135-225 كجم) |
| 50 كيلو فولت أمبير | ~600-900 رطل (270-410 كجم) |
| 75 كيلوفولت أمبير | ~800-1,100 رطل (360-500 كجم) |
| 100 كيلوفولت أمبير | ~1,000-1,400 رطل (450-635 كجم) |
تختلف الأرقام الدقيقة حسب الشركة المصنعة ونوع الخزان ومواد اللف (النحاس يضيف الوزن) — لدينا دليل وزن المحولات العمودية يسرد الأوزان التمثيلية حسب التصنيف. إذا كانت هناك حاجة لأكثر من محول واحد، فإن مجموعة ثلاثية الطور من ثلاثة محولات تضاعف ببساطة الأوزان المذكورة أعلاه بثلاثة. هذه الأوزان هي أوزان الأعمدة حيث أن المحول قادر على دعم وزنه الخاص مع حوامل التركيب. لذلك، يجب أن يكون مادة العمود والذراع العرضي مصنفة وفقًا لذلك. إذا كنت تفكر في عمود موجود، كن على علم بأن لوحة الاسم الخاصة بالمحول لا تسرد دائمًا الوزن الإجمالي للعمود؛ ومع ذلك، يمكنك الحصول على هذه المعلومات من ورقة بيانات الشركة المصنعة أو من شركة المرافق حيث يحتفظون عادةً بحسابات تحميل الأعمدة في السجلات للرجوع إليها في المستقبل.
التركيب: كيف يتم رفع المحول على العمود
يعتبر تركيب محول عمودي عملاً من أعمال المرافق. نظرًا لأن هذا العمل يتضمن العمل على ارتفاع عالٍ بينما تكون الأسلاك الحية قريبة، يُسمح فقط لفرق الخط المدربة بأدائه باستخدام الرافعات أو شاحنات السلة وفي حالة انقطاع الطاقة الحية أو المخطط لها. فيما يلي قائمة مختصرة بالخطوات المتبعة في هذه العملية:
- التحقق من فئة العمود وحالته: يجب أن يكون العمود في حالة مثالية. يجب أن يكون العمود مناسبًا لأحمال المحول؛ في حال لم يكن كذلك، يتم استبداله أو تدعيمه أولاً.
- إعداد الأجهزة: يجب تثبيت الذراع العرضي أو حامل المحول، وقطع التوصيل وتركيب مانع الصواعق على الارتفاع المناسب مع ضمان الحفاظ على مسافات NESC.
- رفع المحول: يتم رفع المحول بواسطة الرافعة أو ونش شاحنة السلة باستخدام دعاماته ويتم وضعه على الحامل. ثم يتم تأمينه باستخدام صواميل قفل وبراغي تركيب.
- إجراء التوصيلات: يتم توصيل الأسلاك الأولية إلى القطع (المزود بالفيوز)، ومانع الصواعق على الخط الأولي والأرض، والأسلاك الثانوية إلى خط الخدمة. جميع الأرضيات متصلة كما هو محدد في NESC.
- الاختبار والتشغيل: يتم إجراء اختبارات العزل، والتحقق من النسبة، واختبارات الطور قبل إغلاق فيوز المحول للتشغيل.
إذا قمت بطلب تركيب محول بواسطة شركة مرافق أو مقاول، يجب عليك التأكد من أن نفس التنسيق قد تم: تحديد الوحدة، تأكيد العمود، والسماح للفرق بأداء العمل تحت الطاقة. مجموعة منتجات محولات التوزيع لدينا تغطي الوحدات، مع خيارات التركيب على العمود والإكسسوارات المدرجة لكل نموذج.
اعتبارات الصيانة والتفتيش
بمجرد رفعها، فإن مجموعة المحول العمودي هي أصل منخفض الصيانة — لكن “منخفض” ليس “لا شيء”. الفحوصات الروتينية — التي تعكس قائمة فحص صيانة المحولات المعدلة لتناسب واجب العمود:
- يجب التحقق بصريًا من مستويات الزيت والتسريبات من خلال مراقبة الخزان، والمسامير، والأرض، مع العلم أن انخفاض الزيت بسبب التسريبات هو أحد أكثر الأعطال شيوعًا التي يمكن تجنبها.
- يتم فحص البوشينج والقطع من أجل التصدع/التتبع الخزفي، وفحص التصنيفات وظروف وصلة الفيوز.
- تحقق من أجهزة الحماية من الصواعق بحثًا عن الأضرار (ستكون أجهزة الحماية المنفجرة قد انفصلت عن السلك الأرضي أو تغير لونها).
- يجب أيضًا فحص حالة الأعمدة بحثًا عن الخشب المتعفن أو التالف؛ أضرار الحشرات؛ أو الميل.
- ستساعد إزالة نمو الأشجار والنباتات في إبقاء الأشجار بعيدًا عن الموصلات الرئيسية والمحولات لتقليل مشاكل التفريغ الكهربائي.
- ستشمل الاختبارات الكهربائية اختبار العزل العالي واختبار الزيت للقطع الحرجة من المعدات، والتي يجب جدولتها وفقًا للاختبارات الأخرى المملوءة بالزيت.
يضمن التصوير الحراري للخزان والاتصالات في الحمل اكتشاف الاتصالات الفضفاضة والأحمال الزائدة مبكرًا، والتحقيق في المحول الذي لديه عمليات قطع متكررة بدلاً من إعادة توصيل الفيوز فقط. يجب فحص العمود والمحولة في نفس الوقت لأنهما يفشلان معًا؛ تحدد حالة العمود في النهاية المدة التي يمكن أن تعمل فيها المحولة بأمان.
الأسئلة المتكررة
ماذا يسمى المحول على العمود؟
يُعرف المحول المثبت على عمود المرافق بمحول مثبت على العمود أو محول قمة العمود (يُطلق عليه أيضًا “خنزير العمود” من قبل المحترفين في هذا المجال). هذا المحول هو محول أحادي الطور أو ثلاثي الطور من خلال الزيت المحفوظ؛ يقوم بتحويل جهد خط توزيع الكهرباء إلى الجهد المستخدم في المنازل 120/240 فولت.
ماذا تسمى الأعمدة التي تحمل الكهرباء؟
تُعرف أعمدة المرافق أو الأعمدة الكهربائية أيضًا بأعمدة التوزيع أو أعمدة الهاتف؛ جاء الاسم الأصلي من الفكرة القائلة بأن هذه الأعمدة كانت تهدف إلى نقل كل من إشارات الهاتف والطاقة الكهربائية. تستخدم خطوط النقل عالية الجهد أبراج النقل أو أعمدة النقل بينما توزع أعمدة المرافق الطاقة عند جهد منخفض.
كم وزن المحول على العمود؟
بالنسبة لمحول قمة العمود أحادي الطور، يزن حوالي 200 إلى 1,400 رطل (90 إلى 635 كجم) حسب سعته: بالنسبة لمحول 10 kVA، يكون وزنه حوالي 200-300 رطل، ولـ 25 kVA يزن 300-500 رطل، ولـ 50 kVA يزن 600-900 رطل، ولـ 100 kVA يزن 1,000-1,400 رطل. سيزن المحول ثلاثي الطور ثلاثة أضعاف هذا المبلغ. لذلك، يجب تصنيف العمود ليكون قادرًا على تحمل وزن المحول بالإضافة إلى الحمل على الموصلات.
لماذا توجد محولات على أعمدة الطاقة؟
وذلك لأن خطوط التوزيع تحمل حوالي 7.2 إلى 24.9 كيلو فولت من الطاقة المتوسطة الجهد للنقل الفعال بينما الاستخدام المنزلي والتجاري للكهرباء هو 120/240 فولت. يقوم محول العمود بتخفيض جهد الجهد المتوسط إلى الجهد المطلوب في كل موقع، وهو أكثر اقتصادية بكثير من تخفيض الإمداد إلى خطوط الجهد المنخفض لمسافات طويلة.
المراجع
- ANSI O5.1 — مواصفات وأصناف الأعمدة الخشبية
- IEEE — معايير محولات التوزيع (سلسلة C57.12)
- NFPA 70 — الكود الكهربائي الوطني (الخدمة والتوزيع)
- OSHA 1910.269 — سلامة توليد الطاقة الكهربائية ونقلها وتوزيعها
- وزارة الطاقة الأمريكية — معايير كفاءة المحولات التوزيعية
الخاتمة
هذا عمود مصمم خصيصًا لتحمل المحول، وقد تم تصميمه بشكل صحيح وبنية مقصودة بدلاً من كونه إجراءً علاجيًا. تم تصنيع عمود الخشب ANSI O5.1، وعمود الخرسانة، وعمود الصلب، وعمود المركب بالارتفاع والأبعاد المناسبة وفقًا للوائح تحميل NESC ومتطلبات المسافة. يحمل هذا العمود محولًا مثبتًا على العمود نفسه بالإضافة إلى القطع اللازمة، والمُثبّت، والأسلاك الثانوية. المحول القياسي هو مصدر موثوق للطاقة؛ محول زيت مغمور يمكن أن يكون إما أحادي الطور ويكون له سعة تتراوح بين 5kVA و 100kVA أو محول توزيع ثلاثي الطور يُستخدم بشكل رئيسي لأغراض تجارية بوزن إجمالي يتراوح بين مئات الأرطال إلى طن. وبالتالي، سيتم تحديد فئة وحالة العمود قبل تثبيت العمود. عندما يتعلق الأمر بشراء؛ ترقية، وصيانة محول العمود، يتم اتباع قائمة مراجعة مناسبة، والتي: — تقدم مستوى kVA وفقًا لدراسة التحميل بالإضافة إلى الانخفاض في جهد الخط.