عندما تسأل خمسة مهندسين عن الفرق بين المحول الكهربائي ومحول التوزيع، ستحصل على خمسة إجابات مختلفة. في مشروع واحد، على سبيل المثال، سيتم تسمية محول بسعة 2,500 كيلوفولت أمبير مثبت على قاعدة كمحول توزيع، بينما في مشروع آخر، ستنتمي نفس قطعة المعدات إلى فئة المحولات الكهربائية الصغيرة. ستتناول هذه المقالة التعريفات في المعايير، والآثار العملية لتلك التعريفات، وكيفية تحديد الفئة التي ينتمي إليها محول معين بناءً على لوحة الاسم، أو فئة التبريد، أو صورة للتركيب المعني.
باختصار: ينقل المحول الكهربائي تيارًا عالي السعة من مستوى النقل إلى مستوى النقل الفرعي؛ تبدأ مستويات الجهد القياسية من 33 كيلوفولت وأعلى مع مستوى طاقة من 500 كيلوفولت أمبير إلى مئات الميجا فولت أمبير، وتعمل إنشاؤه عند الحد الأقصى للطاقة بتحميل يتراوح بين 90-100%. على العكس من ذلك، يقوم محول التوزيع بتحويل الجهد من المتوسط إلى المنخفض في النطاق من 35 كيلوفولت أمبير إلى 500 كيلوفولت أمبير مع جهد أولي يتراوح بين 11 كيلوفولت إلى 35 كيلوفولت وجهد ثانوي للمحول حوالي 230-480 فولت، ويستند تشغيله إلى مستويات تحميل تتراوح بين 50% إلى 75% لأن الحمل ليس ثابتًا. تنتج شركة سوبين محولات مغمورة بالزيت من فئة التوزيع ومحولات جافة، وبالتالي تتكون خط إنتاجها في الغالب من محولات من فئة التوزيع.
أوضح طريقة للتفريق بينها: الموقع في السلسلة
انسَ لوحة الاسم للحظة وركز على موقع الوحدة. ترتفع وحدة التوليد إلى مستوى جهد النقل في منشأة التوليد. تقوم وحدة النقل بنقل هذا الجهد عبر البلاد. ثم، تقوم النقل الفرعي والتوزيع الأولي بتخفيضه تدريجياً. المحول المسؤول عن آخر تخفيض - الذي يغذي مبنى أو شارع - هو محول توزيع بغض النظر عن سعة الكيلوفولت أمبير الخاصة به.
كل شيء قبل آخر تخفيض، بدءًا من وحدة رفع الجهد المولد حتى محطة الربط، هو محول كهربائي. ليس له ارتباط مباشر بأي مستهلك. لا يتناقص الضوء لشخص واحد عندما يتم تشغيل المحول الكهربائي؛ ومع ذلك، بالنسبة لمنطقة كاملة، يتناقص. هذه الحقيقة الوحيدة حول ارتباطه بالمستخدمين النهائيين تفسر تقريبًا كل انحراف تصميمي من دورة العمل إلى الأهمية المعطاة لحجم الوحدة.
الجهد والسعة: حيث ترسم الصناعة الخط
يصف IEEE 141 تقسيم السعة التقليدي. وفقًا له، تتراوح سعة نوع التوزيع بين 3 و500 كيلوفولت أمبير بينما يغطي نوع الطاقة جميع السعات بدءًا من 500 كيلوفولت أمبير. وبالمثل، فإن معيار IEEE C57.12.00، الذي ينص على المتطلبات العامة للمحولات المغمورة بالسوائل، لديه نفس القيمة الفاصلة لنوع المحولات. وهذا يعني أن هذا يبقى المعيار المقبول، ولكن هناك انحرافات طفيفة عنه بين الشركات المصنعة والشركات التي تقوم بالعمل الفعلي في الميدان.
| المعامل | محول طاقة | محول توزيع |
|---|---|---|
| الجهد الأولي | 33 كيلوفولت إلى 765 كيلوفولت | 11-35 كيلوفولت (فئات الولايات المتحدة 15 / 25 / 35 كيلوفولت) |
| الجهد الثانوي | 33 كيلوفولت إلى 220 كيلوفولت عند نقاط النقل | 230-480 فولت (480/277 فولت، 208/120 فولت، 400/230 فولت) |
| السعة المصنفة | فوق 500 كيلوفولت أمبير؛ عادةً 5-500 ميغا فولت أمبير | 3-500 كيلوفولت أمبير وفقًا لـ IEEE 141؛ حتى 2,500 كيلوفولت أمبير في الممارسة |
| فئة الجهد | الجهد العالي والجهد العالي جدًا | الجهد المتوسط الأساسي، الجهد المنخفض الثانوي |
| حيث تعيش | محطات التوليد، محطات النقل، الربط | الأعمدة، الألواح، القبو، غرف الكهرباء الداخلية |
| من يخدم | الشبكات والمرافق | المستخدمون النهائيون، المباني، الصناعة الخفيفة |
في هذا المجال، تُعتبر فئة الجهد الأداة الأكثر موثوقية للتعريف. إذا كان الجهد الثانوي المستخدم يقع ضمن نطاقات جهد الاستخدام، فإننا نتعامل مع محول توزيع. على العكس، إذا كانت كلا اللفتين تعملان عند مستوى النقل، فإننا نتعامل مع محول طاقة، على الرغم من أن الرسومات قد تشير إلى أنه صغير جدًا في الحجم.
دورة العمل والكفاءة: الفرق الذي يكلف المال فعليًا
يبالغ الناس في تقدير أهمية خسائر الحديد والنحاس تقريبًا بالكامل. تحدث خسائر الحديد (بدون تحميل) باستمرار على مدار 24 ساعة في اليوم، وتعتمد خسائر النحاس (عند التحميل) على مربع التيار على الفور. تعمل محولات الطاقة بشكل وثيق جدًا مع تصنيفات لوحة الاسم الخاصة بها باستمرار، ولهذا السبب يساوي المصمم خسائر النحاس والحديد عند الحد الأقصى للتحميل ويجعل كثافة التدفق عالية بما يكفي لتقليل القلب. تعمل محولات التوزيع باستمرار ولكنها توفر الطاقة فقط خلال ساعات الذروة، ولهذا السبب يعمل المصمم على تقليل خسائر الحديد ويقبل حقيقة أن خسائر النحاس ستسود عند الحد الأقصى للتحميل. تجعل كفاءة محول التوزيع كفاءته حوالي 50%-75%.
نتيجة لذلك، فإن الكفاءة العادية المحسوبة بواسطة وسائل الحمل الكامل خاطئة تمامًا لجهاز التوزيع. الكفاءة على مدار اليوم المحسوبة كإجمالي مخرجات الطاقة على مدار 24 ساعة مقسومة على إجمالي مدخلات الطاقة للمحول هي الخيار الأفضل لهذه الحالة. يمكن أن يظهر المحول بقدرة 100 كيلوفولت أمبير والذي لديه 300 واط من خسائر الحديد و1,200 واط من خسائر النحاس عند الحمل الكامل كفاءة على مدار اليوم تبلغ 98.7% على الرغم من تقلب الكفاءة الفورية.
لهذا السبب، فإن الطاقة وحجمها الصحيح لهما أهمية قصوى في جانب التوزيع أكثر مما هو متوقع عادةً. إذا كان الجهاز كبيرًا جدًا، فإن خسائر الحديد تعمل على الوحدة التي لا تعمل أبدًا. إذا كان المحول صغيرًا جدًا، فإن خسائر النحاس تجلب عقوبات في كل ذروة. يجب أن يقود ملف الحمل، وليس الطلب الأقصى وحده، اختيار الكيلوفولت أمبير، و حساب الحمل المناسب عادةً ما سيؤدي إلى وحدة أصغر مما يقترحه الحمل المتصل.
اختلافات التصميم التي يمكنك رؤيتها وقياسها
عند الاقتراب من المحول، يمكن رؤية العديد من عناصر التصميم. المحولات الكهربائية الكبيرة هي حاويات كبيرة مملوءة بالزيت مزودة بمخازن، ومشعات، وفتحات تنفس، وأحيانًا طرق تبريد متعددة، بدءًا من التبريد الطبيعي المعروف باسم ONAN، والانتقال إلى ONAF، OFAF، أو OFWF اعتمادًا على الحمل ودرجة الحرارة المحيطة. أي من هاتين العائلتين ستنتهي بها غالبًا ما يتقرر بناءً على مكان وجود الوحدة بدلاً من الحمل، لأن المحولات المغمورة بالزيت والمجففة تحمل التزامات مختلفة تمامًا من حيث فصل الحريق والصيانة.
| جانب التصميم | محول طاقة | محول توزيع |
|---|---|---|
| فئة التبريد | ONAN / ONAF / OFAF / OFWF، وأحيانًا الماء | ONAN أو النوع الجاف (AN/AF) |
| كثافة التدفق | أعلى، تعمل بالقرب من نقطة انحناء منحنى B-H | أقل، يتم التداول بها مقابل الكفاءة طوال اليوم |
| محول التغيير | محول جهد تحت الحمل (OLTC) شائع، غالبًا ±8 خطوات أو أكثر | محول جهد خارج الدائرة (OCTC)، عادة ±2 × 2.5% |
| مقاومة (%Z) | مختار لتنسيق الأعطال واستقرار الشبكة، غالبًا 8-20% | مختار للحد من تيار العطل والتحكم في انخفاض الجهد، عادة 2.5-7.5% |
| الحماية | حماية تفاضلية، مرحل بوخولز، DGA، تكامل SCADA | fuse HV، واقيات زيادة، مقياس حرارة، استشعار عن بعد عرضي |
| الكتلة | عشرات إلى مئات الأطنان على أساسيات دائمة | قابل للتثبيت على عمود أو قاعدة، أحيانًا تحت 100 كجم من النوع الجاف |
| عمر خدمة نموذجي | 25-40 سنة | 15-25 سنة |
تتعامل الصف الأول من هذه الصفوف مع محول الجهد: يعني OLTC أن المحول يمكنه التحكم في الجهد أثناء التشغيل، وهو مفيد إذا كانت الوحدة بحاجة إلى التحكم في ملف الجهد في المنطقة بأكملها. بالنسبة لمحول التوزيع، سيتم ضبطه عند التشغيل ثم نسيانه، حيث لا يرغب أحد في فصل حي فقط لضبط المحول أثناء ذروة الحمل. الصف التالي يناقش المقاومة. يتم اختيار قيمتها بحيث يتم الحد من تيار العطل الذي يصل إلى معدات خدمة العميل. هذه هي أيضًا السبب في أن %Z لوحدات 500 kVA عادة ما تكون أقل من تلك الخاصة بالمحول الكهربائي بنفس الحجم.
أنواع وفئات فرعية على كل جانب
لا الفئة أحادية، والفئات الفرعية تخبرك بما هو الوحدة قبل أن تقرأ تصنيفًا واحدًا. مثبتة على القاعدة ونوع جاف المحول التوزيعي التكوينات تمثل الغالبية العظمى من الاستفسارات الصناعية والتجارية، لذا فإن هذين الصفين يستحقان المعرفة الجيدة.
| الفئة | الأنواع الشائعة | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|
| الطاقة | رفع جهد المولد (GSU) | يزيد من خرج المولد إلى جهد النقل |
| محول أوتوماتيكي للنقل | يربط بين مستويين من جهد النقل | |
| محول الربط بين المحطات / نظام المحولات | يخفض جهد النقل إلى جهد تحت النقل | |
| التوزيع | مثبت على العمود (هوائي) | المناطق السكنية ذات الخطوط الهوائية؛ IEEE C57.12.20 |
| مثبت على القاعدة | التوزيع تحت الأرض في الضواحي والتجارية؛ IEEE C57.12.34 | |
| تحت الماء / قبو | تحت الأرض في المناطق الحضرية، عرضة للفيضانات | |
| نوع جاف | للاستخدام الداخلي — المستشفيات، مراكز البيانات، غرف الكهرباء في المباني العالية |
صف النوع الجاف مهم أيضًا. لا يوجد زيت للاشتعال أولاً ولا حاجة إلى حواجز، مما يجعل محولات التوزيع من النوع الجاف أفضل مرشح للاستخدام الداخلي حيث يجب أن تمتثل المحولات المملوءة بالسائل لقواعد الفصل من الحرائق. الجانب السلبي، مع ذلك، هو مستوى الضوضاء وحقيقة أن المحولات من النوع الجاف مخصصة في الغالب لتصنيفات أقل في نفس المساحة. لذلك، عادة ما يكون قانون البناء وليس المهندس هو من يقرر وضع محول من النوع الجاف بدلاً من محول مملوء بالسائل.
المعايير والاختبارات: ما يتغير مع الفئة
للفئات نفس الأصول، على الرغم من أن محتوياتها تختلف عن بعضها البعض. IEEE C57.12.00 تتعامل مع المتطلبات الأساسية للمحولات السائلة. IEEE C57.12.10 مخصصة لمحولات الطاقة بينما IEEE C57.12.20 مخصصة للمحولات الهوائية و IEEE C57.12.34 مخصصة للمحولات المثبتة على القاعدة. دوليًا، يتم تولي دور هذه الوثائق بواسطة IEC 60076 وتُشير معايير ANSI/IEEE في حالة وجود مشاركة من المرافق الأمريكية.
هناك إجراءان تنظيميّان يمكن اتخاذهما فيما يتعلق بمعدات التوزيع نادرًا ما يتم تناولها في حالة مواصفات المحولات #. الأول هو تنظيم كفاءة الطاقة؛ في الولايات المتحدة، تنطبق لوائح كفاءة الطاقة من DOE على معدات التوزيع والسبب هو أنه من الضروري الإشارة إلى الخسائر في الحمل والتحميل المختبرة مع التسامحات ذات الصلة. تلك الصياغة تحول ورقة مواصفات المحول إلى وثيقة تعاقدية بدلاً من كتيب، والأرقام المضمونة للخسارة هي ما يتم قياسه ضد اختبار المصنع. فائدة أخرى هي أن إنتاج وحدات التوزيع يتم بشكل جماعي بحيث تخضع لنفس الامتثال لجميع الاستخدامات بدلاً من الاضطرار إلى الخضوع لعمليات تحقق مختلفة في الموقع. وهذا يؤدي إلى حقيقة أنه من المهم أكثر بكثير الحصول على شهادة الاختبارات بدلاً من الحصول على كتيب تسويقي.
بغض النظر عن النوع الذي تقوم بشرائه، تحتاج إلى طلب قائمة الاختبارات الروتينية وفقًا للمواصفات: نسبة ومعلمات علاقة الطور، مقاومة الدائرة القصيرة (قياس المقاومة)، فقدان عدم التحميل، فقدان الحمل، وقيم مقاومة العزل. اطلب شهادة الاختبار الروتيني الفعلية التي تتوافق مع الرقم التسلسلي بدلاً من تقرير اختبار النوع الصادر لعائلة المنتجات.
حيث تblur الحدود بشكل حقيقي
إليك ثلاث نقاط تجعل خط 500 kVA محيرًا للأشخاص المعنيين بمساعدة الإنتاج.
أولاً، التوزيع الكبير. تطلب المرافق 1,000، 1,500 أو 2,500 kVA محولات مثبتة على الأرض في أي مغذي توزيع. وفقًا لتعريف IEEE 141، يتم تصنيف هذه الوحدات كمحولات طاقة، ولكن سعتها الوظيفية المثبتة ونوايا التصميم يجب أن تشير إلى أنها تنتمي إلى فئة محولات التوزيع. بشكل عام، يمكن القول إن الممارسة في الولايات المتحدة تركز أكثر على الوظائف من التصنيف.
ثانيًا، محولات رفع الجهد في المنشآت التوليدية. على سبيل المثال، يمكن أن تكون محول 1,500 kVA الذي يرفع الجهد من 480V إلى 13.8 kV في منشأة شمسية إما محول طاقة أو محول توزيع. كل ذلك يعتمد على المواصفات التي وضعها العميل فيما يتعلق بالميزات التشغيلية المطلوبة للوحدة بما في ذلك فئة التبريد، وجود مفتاح تغيير الجهد، مستوى المقاومة، إلخ.
ثالثًا، مجموعات المتجهات والترابط. بمجرد أن تقوم بتوصيل المحولات بالتوازي،, تصبح توافق مجموعة المتجهات القيد الحاكم بغض النظر عن الفئة، لذا يمكن أن تكون وحدتان من تصنيف مشابه من فئات مختلفة غير متوافقة كهربائيًا بينما تجلس وحدتان من عقود مختلفة بسعادة في التوازي. إذا كان لديك مجموعة متجهات خاطئة، ستجد التيار الدائر، لذا فإن هذه مسألة تكوين، وليست مسألة فئة.
أي واحدة تحتاجها فعلاً؟
ابدأ بمتطلبات الحمل. إذا كان الجهد الثانوي يتوافق مع الجهد المستخدم من قبل المعدات، ستحتاج إلى استخدام محول توزيع، مما يعني أن عملية اختياره ستكون حسابًا بسيطًا بناءً على ملف الحمل، حيث يمكن من خلال الكيلو فولت أمبير تقييم الحمل الأقصى، والنمو المستقبلي للحمل، واختيار نظام التبريد وحل التركيب. إذا كان الجهد على كلا جانبي المحول هو الجهد الحالي، فإن المحول يعتبر محول طاقة لأن الغرض الرئيسي من الوحدة هو ربط الأنظمة بدلاً من الوفاء بوظيفته وفقًا للحمل. هذا يعني أن عملية المواصفات ستعتمد على مستوى العطل والمقاومة.
هناك خطأين رئيسيين يتم ارتكابهما عادةً عند شراء محول: الأول هو شراء محول بحجم غير كافٍ غير قادر على خدمة الأحمال القصوى، والثاني هو شراء وحدة بمواصفات محول الطاقة، عندما يكون من الممكن فعليًا شراء محول توزيع، والذي سيغطي أيضًا الحمل.
يمكن تجنب المشكلة من خلال إجراء دراسة شاملة قبل اتخاذ أي قرارات شراء.
تنتج شركة سوبين مجموعة من المنتجات في قطاع معدات التوزيع مثل المحولات التوزيعية، ومحولات القياس، وأنظمة التأريض المحايدة. لا تمتلك الشركة محولات طاقة في المخزون وسنقوم بإبلاغ العملاء بذلك في حالة وجود مشروع يحتاج إلى واحدة. في حالة الحاجة إلى إنشاء ملف تحميل، سنقوم بتلبية هذا الطلب مع النتائج الاختبارية اللازمة.
الأسئلة الشائعة
ما هي الأنواع الأربعة الرئيسية من المحولات؟
هناك أربع فئات معروفة من المحولات بناءً على مبدأ عملها. التصنيف الأكثر فائدة للمشترين يقسم المحولات إلى محولات طاقة، ومحولات توزيع، ومحولات قياس (تيار وجهد) ومحولات جافة. في معظم الحالات، تتضمن المشاريع الصناعية استخدام الأنواع الثلاثة الأخيرة من المحولات بدلاً من محولات الطاقة.
ما هو الغرض من المحول التوزيعي؟
هذه المرحلة تؤدي المرحلة الأخيرة من تقليل الجهد قبل أن تصل الكهرباء إلى المستخدم النهائي حيث تقوم بخفض الجهد المتوسط من الموزع إلى جهد الاستخدام مثل 480/277 فولت، 208/120 فولت أو 400/230 فولت. نظرًا لأنها تتصل مباشرة بالأحمال هنا، فهي مصممة لتكون فعالة في أي نقطة في منحنى الحمل الذي يتراوح من بضع في المئة إلى التصنيف الكامل كل يوم.
ما الفرق بين المحول ومصدر الطاقة؟
يقوم المحول بتغيير جهد التيار المتردد (AC) اعتمادًا على الحث الكهرومغناطيسي فقط؛ فهو لا يقوم بأي شيء آخر حيث أن المحولات لا توفر خرجًا منظمًا أو كهرباء موجهة، مما يجلب فقط جهد التيار المتردد المعدل. يستخدم مصدر الطاقة محولًا أو مرحلة تحويل مع مكونات مسؤولة عن عمليات التوحيد، والترشيح، والتنظيم؛ وبالتالي، فإنه قادر على توليد كهرباء بالجودة المطلوبة لضمان أن تتمكن الإلكترونيات من تلقي إشارة إدخال ثابتة.
ما هي الأنواع المختلفة من المحولات التوزيعية؟
الوحدات الهوائية مصممة لتركيبها على الأعمدة، وأنواع التركيب على القاعدة تستخدم في التوزيعات تحت الأرض، ويمكن استخدام الأنواع الموجودة في القبو أو الغاطسة لأغراض المذكورة، ويمكن استخدام الأنواع الجافة في الأماكن المغلقة. جانب آخر هو أن جميع هذه الفئات تحتوي على أنواع أحادية الطور وثلاثية الطور. غالبًا ما يتم تحديد نوع التركيب المفضل من قبل المحلية، والمواصفات والمتطلبات للوحدة، بالإضافة إلى ممارسات المرافق المحلية.
هل يمكن استخدام المحول التوزيعي كمحول طاقة؟
ليس بطريقة آمنة أثناء التحرك للخلف. الوحدة التوزيعية ليست مصممة للجهود، أو تيارات القصر، أو تطبيق الحمل المستمر لمرافق النقل. سيفضي الفشل في التصميم إلى حالة طوارئ عند استخدامها هنا حيث ستكون المقاومات وإعدادات الحماية للعناصر الأخرى غير صالحة.
هل يحتوي المحول الكهربائي دائمًا على OLTC؟
بشكل عام، ولكن ليس دائمًا. تغيير الموصل تحت الحمل شائع حيث تقوم المحولات الكهربائية بتنظيم حالة الجهد في الشبكة بأكملها. تستخدم بعض وحدات الربط ووحدات رفع الجهد للمولدات محولات تغيير الموصل خارج الدائرة أو نسب ثابتة مع تنظيم إضافي، مما يجعل مواصفات الشركة المصنعة المصدر المرجعي الوحيد الثابت.
المراجع
- IEEE — C57.12.00 المتطلبات العامة لمحولات التوزيع والطاقة والتنظيم المغمورة في السوائل
- IEEE — C57.12.20 محولات التوزيع من النوع العلوي
- IEEE — C57.12.34 محولات التوزيع من النوع المركب المثبت على القاعدة
- IEEE — IEEE 141 الممارسة الموصى بها لتوزيع الطاقة الكهربائية للمصانع الصناعية
- IEC — IEC 60076 Power Transformers series
- US Department of Energy — Distribution transformer energy conservation standards
- UL Solutions — Transformer listing and certification reference
الخاتمة
The simplified interpretation indicates that a:Transmission transformer connects systems at transmission voltages and is tailored for continuous use at full capacity;Distribution transformer completes the final reduction of voltage before distribution and is designed for varied usage;While size provides a decent guide at a level of 500kVA, it is actually voltage category and duty cycles that prove to be the best references in practice.
In most cases, however, the real work of users takes place on the distribution side where the issues behind matching the transformer to load profile, cooling and mounting set-up as well as checking losses against the set efficiency requirements is performed. If you deal with a project of 1,000-2,500 kVA that oversteps the line between the two categories, make sure you get the specification written according to a function rather than type, and demand a routine testing certificate prior to releasing the equipment from the factory.