تخيل مهمة مهندس التشغيل الذي يعمل في محطة تحويل جديدة بجهد 110 كيلوفولت: المحول الرئيسي أكمل جميع الاختبارات ولكن غرفة التحكم مظلمة بسبب أن المحول المساعد، الذي يضمن عمل الشحن والتبريد والحماية، كان بحجم 20% غير كافٍ. يمكن مواجهة مثل هذه الصورة في العديد من المشاريع حول العالم، والسبب في ذلك هو قلة الاهتمام الذي تحظى به محولات الخدمة بالمقارنة مع المحولات الكبيرة المثبتة بالقرب منها. يقدم المقال سبع نصائح قيمة حول كيفية اختيار المحول المساعد المناسب.
المحول المساعد، المعروف أيضًا بمحول خدمة المحطة، يوفر الخدمات اللازمة داخل المحطة في محطات التحويل، ومحطات الطاقة، أو المصانع الصناعية. بشكل أساسي، يقوم بتخفيض جهد الخط، الذي قد يكون 35,000 فولت أو 10,000 فولت، إلى حوالي 0.4 فولت لتوفير الإضاءة، والدوائر التحكمية، والحمايات، ومراوح التبريد، وشحن البطاريات. هناك سبع نقاط يجب مراعاتها عند استخدام المحول المساعد وهي: حجم المحول، بناءً على الحمل المحسوب وإضافة هامش 15-20%؛ تحديد الجهد ومجموعات المتجهات؛ اختيار طريقة التبريد؛ اتخاذ قرار بشأن استخدام محول تغيير الجهد تحت الحمل أو محول تغيير الجهد خارج الدائرة؛ مقارنة ضمانات الفقد لأن المحول يعمل طوال الوقت؛ النقطة السادسة توضح الفرق بين المحول المغمور بالزيت والمحول الجاف؛ وطلب تقارير اختبار IEC 60076.
ما هو المحول المساعد وما الأنواع الموجودة؟
المحول المساعد يُعرف أيضًا بمحول الوحدة المساعدة أو محول خدمة المحطة، وهو مصمم لتغذية المحطة الفرعية، أو محطة الطاقة، أو المرافق الصناعية الكبيرة. يقوم بتقليل جهد الحافلة الرئيسية إلى مستويات توزيع جهد منخفض (عادةً 35/0.4 كيلوفولت، 10/0.4 كيلوفولت و6.6/0.4 كيلوفولت). تُستخدم الطاقة الكهربائية الموردة لتشغيل المحركات، والتدفئة والإضاءة، وشحن البطاريات، والدارات التحكمية/الحمايات. نظرًا لأن الحمل مهم لعمل المنشأة طوال الوقت، فإن هذا النوع من المعدات مصنف للعمل المستمر وعامل تحميل مرتفع - مما يعني أن فشل الوحدة يمكن أن يؤدي إلى توقف تشغيل المنشأة السليمة. لذلك، من الضروري التعامل مع اختيار معايير المحول المساعد بجدية.
| النوع | التصنيف النموذجي | التبريد / الشكل | الأنسب لـ |
|---|---|---|---|
| مغمور بالزيت، تبريد ذاتي (ONAN) | 50–2,500 كVA | زيت معدني، خزان خارجي | خدمة محطة تحويل خارجية |
| مغمور بالزيت مع مراوح (ONAF) | فوق 1,000 كيلوفولت أمبير | زيت معدني، هواء مضغوط | عوامل تحميل مرتفعة، مناخات حارة |
| نوع جاف من الراتنج المصبوب | 100–2,000 ك.ف.أ | مصبوب بالإيبوكسي، داخلي | داخلي، مناطق حساسة للنيران |
| لف ثانوي مزدوج | مخصص | أي وضع تبريد | تغذيات منفصلة للمحرك والتحكم |
| مع محول تغيير الجهد تحت الحمل | 100–2,500 kVA | أي وضع تبريد | جهد شبكة غير مستقر |
نصيحة 1: الحجم بناءً على الحمل المقاس، وليس على لوحات الاسم
السبب الأكثر شيوعًا لفشل المحولات المساعدة هو عدم كفاية الحجم. القيم الموجودة على لوحة الاسم للمعدات المتصلة تبالغ في الطلب الفعلي، ولكن المصمم الذي يتجاهل عامل التنوع من خلال جمع قيمة لوحة الاسم لجميع الأحمال المتصلة سيؤدي إلى إنتاج حل كبير وغير فعال بشكل غير ضروري. سيكون الحل المهني هو أخذ الحمل التشغيلي في الاعتبار، أكبر حمل بدء، والذي سيكون إما مروحة التبريد أو ضاغط يتطلب 5-8 مرات من مقدار الحمل التشغيلي، وهامش من 15-20% للنمو المستقبلي وتغيرات الموسم. إذا كان من المحتمل أن يتم أتمتة المنشأة أو توسيعها قريبًا، سيكون من الأفضل مراقبة الطلب الفعلي لموسم واحد قبل تحديد الكيلو فولت أمبير المطلوب. ستكلف المحولة المساعدة المصنفة بـ 50 كيلو فولت أمبير $2,000 إلى $4,000 في محطة فرعية صغيرة، بينما لن تكلف المحولة المصنفة بـ 80 كيلو فولت أمبير أكثر بكثير، لكنها ستخلق مساحة إضافية.
نصيحة 2: ثبّت زوج الجهد ومجموعة المتجهات
يجب أن يتوافق نسبة الجهد مع مستوى جهد الحافلة في المنشأة ولوحة الجهد المنخفض. يجب أن تقرر ما إذا كانت شركتك ستستخدم 35/0.4 كيلو فولت، 10/0.4 كيلو فولت، أو أي نسبة جهد أخرى في الموقع. أيًا من هذه النسب تختار، يجب أن تبقى ثابتة عبر المنشآت للحصول على قطع غيار ومحطات كهربائية بنمط موحد. يمكن أن تكون فئة محول الجهد مهمة أيضًا. عند طلب المساعدة لتوريد الطاقة المساعدة للمحطة الفرعية، من المفضل اختيار Dyn11، حيث يوفر الحياد المستقر للحمل أحادي الطور وإزاحة واضحة للطور، ومع ذلك، قد تكون هناك بعض التطبيقات التي ستذكر شيئًا مختلفًا مثل Dyn5 أو YNd11 وفقًا لسياسة التأريض ومتطلبات العمل المتوازي. يجب الإشارة إلى فئة المحول في الطلب وتأكيدها في التقرير الدوري، حيث أن الجهاز الذي يحتوي على فئة محول خاطئة يواجه انقطاع الحماية أو لا يمكنه العمل بالتوازي.
| زوج الجهد | مجموعة المتجهات النموذجية | حيث يتم استخدامه |
|---|---|---|
| 35/0.4 كيلو فولت | دين11 | محطات فرعية كبيرة، محطات الطاقة |
| 10/0.4 كيلو فولت | دين11 | محطات فرعية للتوزيع |
| 11/0.4 كيلو فولت | دين11 | الشبكات البريطانية والكومنولث |
| 6/0.4 كيلو فولت | Dyn11 أو Dyn5 | الحافلات الصناعية والقديمة |
| 33/0.4 كيلو فولت | Dyn5 أو مخصص | مخططات التأريض الخاصة |
نصيحة 3: مطابقة وضع التبريد مع الواجب
عادةً ما تعمل المحولات المساعدة للطاقة بشكل مستمر، مما يجعل فئة التبريد عاملًا حاسمًا لتحديد مقدار الهامش الموجود عند درجات الحرارة العالية، حيث أن ONAN (زيت طبيعي هواء طبيعي) هو الخيار الأسهل والأقل تعقيدًا والذي ينطبق على معظم الحالات حتى 1,000 كيلو فولت أمبير. بالنسبة للبيئات الأكبر و/أو الأكثر قسوة مع تدفق هواء محدود، ستقدم محولات نوع ONAF (زيت طبيعي هواء مضغوط) مراوح يمكن أن تزيد من القدرة التشغيلية بحوالي 20–33%. وبالتالي، من المهم تحديد درجات الحرارة المحيطة والارتفاعات (على سبيل المثال، نقطة الأساس هي 40 درجة مئوية و1,000 متر ارتفاع حتى يتمكن المصنع من تخفيض التصنيفات بشكل صحيح.
| درجة حرارة البيئة | تصحيح لتصنيف ONAN | الإجراء الموصى به |
|---|---|---|
| 40 درجة مئوية | 100% من لوحة الاسم | نقطة التصميم القياسية |
| ٤٥°م | ~٩٣–٩٥١TP3T | تقليل التصنيف أو إضافة مراوح (ONAF) |
| ٥٠°م | ~٨٥–٨٨١TP3T | تقليل التصنيف، ONAF، أو أكبر kVA |
| ٥٥°م | ~٧٨–٨٢١TP3T | تصميم خاص لدرجات الحرارة العالية |
| فوق 1,000 م ارتفاع | تقليل ~1% لكل 100 م فوق 1,000 م | تأكيد العزل والتبريد |
نصيحة 4: اختر ترتيب التوصيل عن عمد
مستوى جهد الحافلة في محطة التحويل نادراً ما يكون عند القيمة المقدرة؛ فهو يتغير من وقت لآخر اعتمادًا على الحمل وحالة الشبكة. تتعامل محولات التوصيل بدون حمل (±2 × 2.5% هو الطبيعي) مع التغيرات التي تحدث ببطء وتحدث دون أي تكاليف إضافية. ولكن عندما تتقلب مستويات الجهد بشكل كبير خلال اليوم، تسمح محولات التوصيل تحت الحمل (OLTCs) للنظام بالبقاء ضمن الحدود المسموح بها على مدار اليوم دون إيقاف محطة التحويل ولكن مع إضافة حوالي 10-25% إلى التكلفة وتتطلب صيانة دورية.
نصيحة 5: قارن الخسائر المضمونة، وليس السعر فقط
نظرًا لأن المحول المساعد لديه عامل تحميل مرتفع طوال اليوم، تصبح خسائر التشغيل تكلفة لا مفر منها. تحدث خسارة عدم الحمل (خسارة القلب) مثلما يحدث أثناء خسارة عدم الحمل؛ تحدث خسارة الحمل اعتمادًا على الاستخدام. قم بتقييم العروض بناءً على الخسائر وقارن بينها. بتكلفة متوسطة للطاقة حوالي $0.10-$0.15/kWh، قد تكلف 500 واط من خسارة عدم الحمل حوالي $440-$660 سنويًا، مما يؤدي إلى تكلفة إجمالية تتراوح بين $11,000-$16,500 على مدى 25 عامًا من التشغيل. اطلب بيانات خسارة عدم الحمل وخسارة الحمل من البائعين وفقًا لـ IEC 60076-1 وقارنها.
| فرق خسارة عدم الحمل | التكلفة السنوية @ $0.10/kWh | التكلفة السنوية @ $0.15/kWh | القيمة الرأسمالية لمدة 25 عامًا |
|---|---|---|---|
| 100 واط | $88 | $131 | $2,200–$3,300 |
| 300 واط | $263 | $394 | $6,600–$9,900 |
| 500 واط | $438 | $657 | $11,000–$16,400 |
| 1,000 واط | $876 | $1,314 | $21,900–$32,900 |
نصيحة 6: اختر النوع المغمور بالزيت أو الجاف للموقع
تعمل أنظمة العزل وفقًا للبيئة الفيزيائية. غالبًا ما تستخدم محطات التحويل الخارجية المحولات المملوءة بالزيت. هذه التقنية متينة ومقاومة للعوامل الجوية وسهلة الصيانة، حيث يقوم الزيت بالتبريد والعزل. تستخدم التركيبات الداخلية، والأقبية تحت الأرض والأماكن ذات مخاطر الحريق (قريبة من غرف التحكم ومرافق الناس) أنواع المحولات الجافة من الراتنج المصبوب التي لا تتطلب احتواء الزيت مع مخاطر حريق منخفضة جدًا وصيانة أقل. يمكن أن تكون تكلفة المحولات من الراتنج المصبوب أعلى بنسبة 20 – 40 % من نظيراتها المملوءة بالزيت، ولكن فعالية القضاء على جدران الحريق، وحفر الزيت والتعامل مع الزيت يمكن أن تجعل القضية تميل نحو المحولات الجافة في حالة الحاجة إلى وضع محول داخل المبنى وفقًا لقوانين الحريق.
نصيحة 7: اطلب وثائق اختبار IEC 60076
تقرير الاختبار هو الدليل الوحيد القاطع على أن العنصر من حيث مواصفاته يتوافق مع المعايير المطلوبة. من الضروري طلب تقرير اختبار قياسي وفقًا لمعايير IEC 60076 يوضح نسبة الجهد، مجموعة المتجهات، مقاومة الملفات، المعاوقة والخسائر في شكل خسارة الحمل، خسارة عدم الحمل، والتيار بالإضافة إلى الاختبارات العازلة. بالنسبة للمشاريع الحرجة، يجب طلب تقرير اختبار النوع (اختبار ارتفاع درجة الحرارة، اختبار قوة الدائرة القصيرة وفقًا لـ IEC 60076-5، مستوى الصوت) وإذا تطلب المشروع، يجب طلب اختبار أو تفتيش مشهود في المصنع يتم بواسطة طرف ثالث. من الضروري التأكد من إرسال تقرير الاختبار مع الشحنة لإجراءات الجمارك.
الأخطاء الشائعة في المواصفات التي يجب تجنبها
| خطأ | العواقب | إصلاح |
|---|---|---|
| تصنيف kVA أقل من الحسابات الموجودة على لوحة الاسم | ارتفاع درجة الحرارة، انقطاع التيار، عمر خدمة قصير | استخدم الطلب المسجل بالإضافة إلى هامش 15-20% |
| مجموعة المتجهات الخاطئة في الطلب | سوء تشغيل الحماية، فشل التشغيل المتوازي | تأكيد Dyn11/Dyn5 مع مخطط المحطة |
| تجاهل درجة الحرارة المحيطة | ارتفاع درجة الحرارة الزائدة في المناخات الحارة | تقليل التصنيف وفقًا لورقة البيانات أو رفع فئة التبريد |
| اختيار OLTC حيث يكفي التوصيلات خارج الدائرة | تكلفة وصيانة غير ضرورية | مطابقة نوع التوصيل مع التغير الفعلي في الجهد |
| قبول عرض دون ضمانات الخسارة | تكلفة التشغيل المخفية على مدى العمر | طلب أرقام خسارة IEC 60076 ورأس المال بها |
| تخطي فحص تقرير الاختبار | عيوب التصنيع غير المكتشفة | إلزام تقرير اختبار روتيني قبل الشحن |
العلامات التجارية الرائدة ونطاقات الأسعار
| العلامة التجارية | الدولة | تركيز المنتج | نطاق السعر الإرشادي (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | سويسرا/السويد | محولات الخدمة لمحطات النطاق الكامل | $4,000–$60,000 |
| سيمنز | ألمانيا | وحدات مساعدة للمرافق والصناعات | $3,500–$55,000 |
| شنايدر إلكتريك | فرنسا | وحدات جافة ونوع راتنج مصبوب | 2,500–40,000 |
| هيتاشي للطاقة | سويسرا | محولات مساعدة من الدرجة المرفقية | $4,500–$70,000 |
| إيتون | الولايات المتحدة الأمريكية | وحدات تجارية وصناعية خفيفة | $2,000–$35,000 |
| شركة جيانغسو سوبين للطاقة الكهربائية | الصين | مجموعات متجهة مخصصة مغمورة بالزيت وجافة | $2,000–$35,000 |
نطاق الأسعار هو مؤشر لمحولات ذات تصنيفات تتراوح بين 50kVA و2,500kVA وسيعتمد على عدد من العوامل بما في ذلك الخسائر، مجموعة المتجهات، والميزات الإضافية التي قد يتم تضمينها. أسماء مثل ABB وSiemens وSchneider Electric وHitachi Energy وEaton قد حددت معايير جودة الهندسة لهذا المجال من المحولات، لذا يمكن اعتبار وثائقها كنقطة مرجعية للتطوير. إذا كان المرء يبحث عن مزود قادر على تقديم نفس مستوى الامتثال لمعايير IEC 60076 ولكن بسعر أقل، فإن أحد المنتجين الصينيين الذين يمتلكون أوسع خبرة في التصدير هو Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. تنتج الشركة الصينية كل من المحولات المغمورة بالزيت والمحولات الجافة بمختلف التصنيفات من عشرات الكيلو فولت أمبير إلى عشرات الميجا فولت أمبير، وتقدم مجموعات متجهات تقليدية أو مخصصة، خيارات ثانوية مزدوجة، بالإضافة إلى المحولات تحت الحمل وخارج الدائرة. يمكنك مراجعة مجموعة المنتجات على الـ شركة Subian Electric.
الأسئلة المتكررة
ما الفرق بين المحول المساعد ومحول التوزيع؟
مبادئ التصميم هي نفسها؛ الاختلاف يكمن في الهدف والموقع. يوفر محول التوزيع الطاقة للمستهلكين - المنازل، المتاجر، المصانع الصغيرة - على طول الشبكة. بينما يوفر المحول المساعد الطاقة للأنظمة داخل محطة الطاقة أو المحطة الفرعية - التحكم، الحماية، الإضاءة، التبريد، وشحن البطاريات. نظرًا لأن حمله يحافظ على تشغيل المحطة، غالبًا ما يعمل المحول المساعد عند عامل تحميل أعلى من محول التوزيع ويصمم مع اعتبار أكبر للخسائر والموثوقية.
ما هو تصنيف kVA النموذجي لمحول خدمة المحطة؟
وجود متطلبات حمل مساعد. من المحتمل أن تتطلب محطة توزيع صغيرة حوالي 50-200 kVA لمساعداتها، بينما قد تحتوي محطة EHV كبيرة أو محطة طاقة على عدة وحدات تتراوح من 1,000-2,500 kVA، أحيانًا مع ثانويات مزدوجة للمحركات وتغذيات التحكم. اختر حجمًا بناءً على الحمل المساعد الفعلي بالإضافة إلى هامش 15-20% بدلاً من اتباع قاعدة الإبهام.
هل يمكن تركيب المحول المساعد في الداخل؟
بالتأكيد. عندما يتعلق الأمر بالتركيب الداخلي، من الأفضل استخدام محول مساعد من نوع الراتنج الجاف لأنه غير خاضع لمتطلبات احتواء الزيت، ولديه احتمال منخفض للحريق، ويتميز بمتطلبات صيانة أقل. في حالة المحطات الفرعية الخارجية، يتم استخدام الوحدات المغمورة بالزيت تقريبًا دائمًا. يجب ألا يعتمد اختيار نظام العزل على قاعدة الإبهام؛ بل يجب أن يعتمد على خصائص الموقع ومتطلبات قانون الحريق.
هل يجب أن يحتوي المحول المساعد على محول تغيير موصلات تحت الحمل؟
فقط إذا كانت جهد الحافلة لديك يتغير بما يكفي للتأثير على إمداد 0.4 kV تحتاج إلى OLTC. تعتبر الموصلات خارج الدائرة (±2 x 2.5%) فعالة في التعامل مع التغيرات البطيئة في الجهد دون تكلفة إضافية. يزيد OLTC من سعر النظام وتكاليف التشغيل بنسبة 10-25%، لكنه يحمي الإلكترونيات الحساسة في الشبكات غير المستقرة، حيث تكون تكلفة انقطاع واحد عادةً تستحق التكلفة المتكبدة.
هل تقدم سوبين تقارير اختبار مع المحولات المساعدة؟
بالتأكيد. تأتي جميع المحولات المساعدة من سوبين مع تقرير اختبار قياسي قبل الشحن وفقًا لـ IEC 60076 والذي يتضمن اختبارات مثل النسبة، مجموعة المتجهات، المقاومة، الخسائر، واختبارات العزل. من الممكن ترتيب أنواع أخرى من تقارير الاختبار المطلوبة للمشاريع مثل الاختبارات المراقبة والتفتيش من طرف ثالث قبل الانتهاء من الطلب.
المراجع
- IEC 60076-1 — المحولات الكهربائية: عام — المعيار الحاكم للتصنيف، الخسائر، واختبار المحولات المساعدة.
- IEC 60076-5 — القدرة على تحمل الدائرة القصيرة — معيار التحقق لصلابة الدائرة القصيرة لوحدات خدمة المحطة.
- IEC 60076-3 — مستويات العزل والاختبارات العازلة — يحدد متطلبات العزل والاختبار المشار إليها في RFQs.
- NEMA TP-1 — كفاءة الطاقة للمحولات التوزيعية — معيار الكفاءة المستخدم في تقييم الخسائر في أمريكا الشمالية.
- Eaton — مجموعة منتجات المحولات — وثائق الشركة المصنعة التمثيلية للمقارنة.
- UL 1561 — معيار سلامة المحولات الجافة — قائمة السلامة ذات الصلة للوحدات المساعدة الداخلية والجافة.
الخاتمة
المحول المساعد هو الحصان العامل الصامت في أي محطة موثوقة، واختيارها الصحيح يعتمد على سبعة قرارات رئيسية: تحديد الحجم مع الأخذ في الاعتبار متطلبات الحمل والسماح بفائض 15-20%؛ تحديد زوج الجهد ومجموعة المتجهات؛ توفير توافق آلية التبريد مع ظروف الاستخدام؛ توخي الحذر عند اختيار اتصال التوصيل؛ مقارنة تكاليف الخسائر الرأسمالية؛ واختيار إما الوحدة المغمورة بالزيت أو النوع الجاف بناءً على متطلبات موقع التركيب؛ وطلب نتائج اختبار IEC 60076. يمكن التحقق من جميع القرارات عمليًا، وإن مجموع القرارات هو ما يسمح بتمييز محطة عمرها 25 عامًا عن محطة تفشل في الصيف الأول. شركة جيانغسو سوبين للطاقة الكهربائية هي شركة مصنعة ذات سمعة طيبة لكل من المحولات المغمورة بالزيت والمحولات الجافة المتوافقة مع معايير IEC 60076، وتوفر أدلة اختبار كاملة وأسعار عادلة جدًا. اتصل بالشركة عبر الموقع الرسمي مع بيانات حمل المحطة الخاصة بك ومخطط الجهد لتلقي اقتراح مطابق للمواصفات.