بمجرد فتحك لمحول توزيع، فإن الأشياء الوحيدة التي سترى داخلها هي المعادن (الفولاذ، الألمنيوم، أو النحاس)، الورق، الزيت، البورسلين، إلخ. سترى أيضًا بعض الأجهزة التي تخدم الغرض الوحيد من حماية المحول من أي شيء قد يحدث له. إذا اعتبرت المحولات التي تدوم ثلاثين عامًا وتلك التي تتعطل بعد أربعة، يجب ملاحظة أن عناصر البناء لكلا هذين الجهازين لا تختلف، ولكن ما يتغير فعليًا هو جودة عناصر البناء ودقتها في القياس. الدليل الذي ستقرأه سيخبرك بما ستجده في المحول وما الوظائف التي تؤديها جميع هذه العناصر. ستتعرف أيضًا على عوامل الرضا المتعلقة بشراء المحولات وكذلك كيفية تحديد ما إذا كان المحول قد تم تصنيعه بشكل سيء أو أنه عالي الجودة.
داخل المحول، يوجد نواة فولاذية ملبسة، ولفائف جهد منخفض، ولفائف جهد عالي بالإضافة إلى نظام عزل يتكون من الورق، واللوح المضغوط، والزيت (النوع الجاف يستخدم راتنج الإيبوكسي بدلاً من الزيت). يظهر محول تغيير الجهد الموصلات من خلال الخزان. المبرد هو جزء من الخزان، وهناك حافظة مع جهاز تنفس جل السيليكا، وهناك مرحل بوخولز، ونظام تخفيف الضغط بالإضافة إلى موازين الحرارة. إن النواة هي التي تحدد خسائر عدم التحميل، بينما تحدد اللفائف خسائر الحمل وقوة الدائرة القصيرة؛ ويحدد العزل عمر المحول وتظهر الملحقات حالة الشركة المصنعة.
الأنظمة الستة داخل المحول
استخدام نهج التفكير النظامي مفيد في فهم بقية المقالة لأنه يحتوي على عملية فريدة وطريقة محددة لأداء الاختبارات.
- يتضمن نظام المغناطيس النواة الملبسة، التي تؤدي وظيفة نقل الطاقة وتحويل الجهد.
- يتكون النظام الكهربائي من لفائف الجهد المنخفض والجهد العالي، والاتصالات الخاصة بهم، والاتصالات التي تتم داخلها.
- الوظيفة العازلة هي منع تدفق التيار الكهربائي والحفاظ على الخصائص العازلة.
- يتكون النظام الميكانيكي من آلية ضغط النواة، وإطار اللف، والخزان مع اللفائف.
- تتكون وظيفة نقل الحرارة من الأجهزة الخاصة بالتبريد، والمراوح، ونظام دوران الزيت، وأجهزة قياس درجة الحرارة.
- تتكون أنظمة التحكم والحماية من مرحلات بوخولز، وأجهزة استشعار للضغط، ودرجة الحرارة، وتحليل الغاز.
النواة: حيث يتم تحديد خسارة عدم التحميل
تتكون النواة من سلسلة من قطع الفولاذ الرقيقة المكدسة فوق بعضها البعض والتي تكون دائمًا تقريبًا مصنوعة من فولاذ السيليكون المدلفن على البارد والموجه، CRGO. اتجاه الحبوب مهم لأن التدفق المغناطيسي يسير على طول اتجاه الدرفلة، والذي يتوافق مع الطريقة التي يتم بها تصنيع النواة. يزيد محتوى السيليكون، الذي يتراوح بين 3 و 4%، من المقاومة مما يمكن من قمع التيارات الدوامية، وسماكة التصفيف تقوم بالباقي.
| الخاصية | ما سترى في المواصفات |
|---|---|
| سمك الترقق | 23 مم، 0.27 مم أو 0.30 مم، أحيانًا 0.35 مم |
| الدرجة | M3 / M4 / M5 التقليدية، أو درجات عالية الحث مثل 23HP85 |
| فقدان القلب | 85 إلى 1.40 واط/كجم عند 1.7 تسلا، 50 هرتز، حسب الدرجة |
| عامل التكديس | 95% إلى 98% |
| نوع الوصلة | وصلة خطوة-تداخل، بزاوية 45°، مع حواف مقبوضة إلى 10 إلى 20 ميكرومتر |
| طلاء السطح | طلاء عازل C5 أو C6 وفقًا لـ IEC 60404-1 |
صفان هما من الأهمية التجارية. من حيث فقدان القلب، يمكننا أن نقول إن الانتقال من قلب عام الاستخدام بوزن حوالي 1.30 واط/كجم لسمك 0.30 مم إلى قلب عالي الجودة بوزن 0.85 واط/كجم لسمك 0.23 مم يترجم إلى تقليل ثلث فقدان الحمل الخالي في المحول. يستفيد المحول الذي يعمل 8,760 ساعة في السنة كثيرًا من الفرق، على الرغم من أنه لا يمكن رؤيته من خارج الخزان.
صف آخر مهم يتعلق بالوصلة. تجعل وصلة خطوة-تداخل مع حواف مقبوضة الحد الأدنى من الفجوة مما يعني تيار تحفيز أقل، وضوضاء، بالإضافة إلى فقدان غير مرغوب فيه. ومع ذلك، يبدو أداء القلب المصنوع من وصلة طرفية وقص خشن مشابهًا ولكنه أسوأ بكثير.
الملفات: النحاس، الألمنيوم والوصلات بينهما
تم تصميم المحولات التوزيعية بطريقة تجعل الملف ذو الجهد المنخفض قريبًا من القلب والملف ذو الجهد العالي بعيدًا عنه، مما يساعد على توفير مساحة العزل بين الملف والقلب ويسهل عملية السحب من الملف. يتم صنع الملف من النحاس أو الألمنيوم على شكل سلك دائري أو مسطح.
السبب وراء هذا الاستبدال بسيط جدًا على الرغم من أنه غالبًا ما يُساء تفسيره. الموصلية الكهربائية للنحاس هي 100% IACS، بينما الموصلية للألمنيوم حوالي 61% مما يعني أنه من أجل صنع ملف من الألمنيوم بنفس المقاومة يجب أن يكون حجمه تقريبًا 1.6 مرة أكبر في المقطع العرضي. نظرًا لأن الألمنيوم أخف بكثير، فإن الوزن النهائي للملف أخف بكثير، ويزن المحول المصنوع بالكامل من الألمنيوم أقل بكثير من نظيره المصنوع من النحاس بنفس المواصفات. هذا الفرق في الوزن هو أحد أسرع اختبارات الميدان للمشترين.
الشيء الرئيسي الذي يتغير ليس فعالية جهاز مُصنّع بشكل صحيح، والتي تختلف بمقدار بضع أعشار من المئة عند الحمل الكامل، ولكن الوصلات. يجب إزالة الطلاء الأكسيدي من الوصلة بين الملف النحاسي والملف الألمنيومي أو بين ملفين من الألمنيوم وإغلاقها، وإلا ستسبب مشاكل في التسخين. يُعتبر استخدام الطلاء بالقصدير، والألواح الانتقالية ثنائية المعدن، واللحام بالموجات فوق الصوتية، وإذا سمح الميزانية، استخدام فئة عزل أعلى في تصميم الجهاز لضمان موثوقية حرارية لتصميم الجهاز ممارسة قياسية اليوم.
بالنسبة لوحدات التوزيع المغمورة بالزيت في نطاق 11 كيلوفولت إلى 33 كيلوفولت، هذه هي الجزء من التصميم حيث يظهر العرض المنخفض عادةً أولاً، ومن الجدير قراءة وصف المورد الخاص بهم عن مجموعة المحولات التوزيعية المغمورة بالزيت قبل مقارنة الأسعار، لأن الكلمات المستخدمة حول مادة الملف وطريقة الوصلة نادرًا ما تكون عرضية.
العزل والزيت: الأجزاء التي تفشل ببطء
مادة العزل في المحول هي مزيج من ورق الكرافت واللوح المضغوط المعالج بالزيت، وتوقع العمر يعتمد على درجة الحرارة ومحتوى الرطوبة. هذه هي القصة الكاملة للموثوقية في سطر واحد.
الورق لا يفشل بشكل مفاجئ. إنه يتحلل مما يؤدي إلى فقدان القوة الميكانيكية، ودرجة البوليمرية تنخفض من 1,000 من الورق الجديد إلى 200 أو أقل في نهاية العمر. تشمل منتجات الشيخوخة مركبات الفوران، ولهذا السبب يتم إجراء تحليل الفوران كمؤشر على نهاية العمر، بالإضافة إلى الماء الذي يتم معالجته.
الزيت يقوم بثلاث مهام في نفس الوقت: العزل، نقل الحرارة من اللفات إلى المشعات، وإبلاغ الحالة. يجب أن يكون للزيت المعدني الجديد جهد انهيار لا يقل عن 30 كيلوفولت تم اختباره على فجوة 2.5 مم، ويمكن أن يقلل مستوى الرطوبة الذي يصل إلى عشرات الأجزاء في المليون من هذه القيمة إلى النصف. لهذا السبب، يعد اختبار الزيت أرخص طريقة للتشخيص، وهكذا يمكن أن يفشل المحول الذي لديه طلاء جميل وزيت رطب.
في حالة الوحدة من النوع الجاف، يكون النظام العازل مختلفًا، ويتغير نمط الفشل أيضًا. يتم صب اللفات بالإيبوكسي مع حد التفريغ الجزئي عادة عند 10 بيكوكولوم أو أقل وفقًا لمعيار IEC 60076-11، وحتى الصب الذي يحتوي على فراغات يمكن أن ينجح في اختبار تردد الطاقة ولكنه سيظل يتفريغ أثناء التشغيل حتى يحدث التتبع.
مفتاح التحويل
عادةً ما تستخدم المحولات الموزعة مفتاح تحويل خارج الدائرة، وهو نوع من المفاتيح اليدوية التي تعدل معالجة اللفات عالية الجهد للمحول في بعض الخطوات، والتي عادةً ما تعادل حوالي ±5% في خطوات تبلغ حوالي 2.5%. يتم ضبط مفتاح التحويل في مرحلة التشغيل ليتوافق مع الجهد الفعال بشكل عام بحيث يكون مغطى ولا يحتاج إلى أي صيانة.
تم تصميم المحولات المخصصة للتطبيقات الأكبر ونوع النقل لاستخدام نوع مفتاح التحويل تحت الحمل، والذي يسمح بتغيير اللفات للمحول مع مرور الجهد عبر مفتاح التحويل. الفرق في عبء الصيانة كبير، ويتم تغطيته في هذا الشرح عن مفتاح التحويل تحت الحمل وما يقوم به.
ملاحظة عملية: الشكاوى حول “الجهد المنخفض في الطرف البعيد من المغذي” غالبًا ما تكون بسبب ترك مفتاح التحويل على اللفة الخاطئة ويجب أن تكون هذه هي الفحص الأول الذي يتم إجراؤه قبل إلقاء اللوم على المرافق.
الخزان، الحافظ، جهاز التنفس ومرحلة بوخولز
بالإضافة إلى تخزين الزيت، يحتفظ الخزان أيضًا بجزء القلب والملف من المحول، ويحمي من الأعطال الداخلية، ويوفر سطح تبريد، ويدعم الأجزاء الملحقة.
يتم توفير منطقة التبريد بواسطة المشعات أو الصفائح المموجة مع مراوح مثبتة للتبريد القسري في وحدة أكبر. فوق الخزان، يوجد خزان احتياطي وهو خزان صغير يحتفظ بحجم تمدد الزيت. يضمن الخزان الاحتياطي أن يكون الخزان الرئيسي ممتلئًا وأن تكون البوشات وأعلى اللف مغمورة في الزيت في نطاق درجة حرارة من -20 °C إلى + 50 °C.
يوجد جهاز التنفس في نهاية السلسلة. يتكون من هلام السيليكا الذي يمتص الرطوبة من الهواء الذي يملأ الخزان عندما يبرد الزيت. التغيير من الأزرق إلى الوردي هو على الأرجح العلامة الوحيدة على حالة الزيت.
جهاز بكهولز هو عنصر من عناصر الأنبوب بين الخزان والخزان الاحتياطي. تحتوي المرحلات على جزئين: جزء يتفاعل مع تراكم الغاز البطيء والجزء الثاني يتفاعل مع تدفق الزيت إلى الخزان الاحتياطي عندما يحدث موجة ضغط بسبب الفشل. كيف يعمل جهاز التنفس والمرحلات معًا موضح في هذه الملاحظة حول الوظائف الأساسية لجهاز التنفس ومرحلة الغاز.
جهاز تخفيف الضغط هو الخط الأخير. إذا تولد قوس غاز أسرع من قدرة بوخولز على الاستجابة، فإن جهاز تخفيف الضغط يرتفع ويخرج، ويفضل أن يكون بعيدًا عن مكان وقوف الناس.
العوازل وصناديق الكابلات
البوشينغ يعمل كجزء يسمح للتيار بالدخول إلى خزان مؤرض دون التسبب في حدوث قوس كهربائي. إنه نوع خاص من العوازل؛ مصنوع من ورق مشبع بالزيت في البورسلين للجهد المتوسط ومزود بنواة مكثف تعمل على موازنة المجال الكهربائي بين الموصل والحافة. إنه مصنوع من البورسلين أو الإيبوكسي على جانب الجهد المنخفض، بينما يمكن أيضًا تركيب صندوق كابل مع تقسيم الطور.
قد تفشل البوشينغ في الواقع بشكل أكثر تكرارًا مما قد يعتقد المرء، والأسباب مملة، مثل البورسلين المتشقق، والحشوات المستهلكة، والأطراف المشدودة بشكل مفرط، والفتحات المسدودة. تحقق من البوشينغ أولاً عند إجراء فحص المحول، حيث أن الشقوق الشعرية سهلة الكشف والإصلاح بينما القوس الكهربائي ليس كذلك.
ما الذي يتغير في المحول من النوع الجاف
في حالة المحول الجاف، لن يكون هناك زيت، أو خزان احتياطي، أو جهاز تنفس، أو مرحل بوخولز مستخدم، وسيأخذ الهواء بالإضافة إلى العزل الصلب مكان العازل. يتم تشبع اللفات وتغليفها بواسطة صب الإيبوكسي، بينما يعمل تجميع CRGO كالنواة.
إنها مجرد مسألة تنازلات. تتخلص من حمل الحريق الناتج عن الزيت وصيانة المحول الزيتي، ولهذا السبب يتم تركيب مثل هذه الوحدات في المباني والمستشفيات والأنفاق ومراكز البيانات. لكنها تأتي بسعر كونها أكثر حساسية للرطوبة والأوساخ لأن الهواء لديه قوة عازلة أقل من الزيت وسطح اللف لديه خطر أن يصبح مسار تسرب. تصعد فئة العزل إلى إما F أو H، بينما يصبح نظام التبريد إما AN أو AF واختبار التفريغ الجزئي هو الأهم.
إذا كانت التطبيق داخليًا وكان خطر الحريق هو السائد، فإن المواصفات تبدو مختلفة تمامًا عن وحدة الزيت، وهذه النظرة العامة عن المحولات الجافة للتوزيع تغطي الفئات وأكواد التبريد بمزيد من التفصيل.
كيفية تقييم المحول من الداخل
لا يمكنك رؤية داخل خزان مغلق، ولا تحتاج إلى ذلك. تغطي سبعة نقاط تفتيش معظم المخاطر.
| نقطة تفتيش | ماذا تسأل | كيف يبدو الرد السيء |
|---|---|---|
| درجة النواة | شهادة اختبار المصنع التي تذكر الدرجة والسماكة | “فولاذ سيليكون عالي الجودة” بدون درجة |
| مادة اللف | طريقة الموصل والتوصيل المذكورة، بالإضافة إلى الكتلة الوحدة | الصمت حول التوصيل، أو الكتلة أقل بكثير من الأقران |
| اختبار الفقد | قياس فقدان الحمل والتحميل مقابل القيم المضمونة | أرقام مضمونة فقط، بدون قياس |
| مقاومة الدائرة القصيرة | تقرير اختبار وفقًا لـ IEC 60076-5، أو حساب تصميم | الادعاء بأن الاختبار “غير ضروري” |
| ارتفاع درجة الحرارة | نتيجة اختبار النوع وفقًا لـ IEC 60076-2 | رقم محسوب مقدم كقياس |
| حالة الزيت | جهد الانهيار والرطوبة عند الشحن | لا اختبار زيت على الإطلاق على وحدة الزيت |
| التفريغ الجزئي | قياس PD الروتيني، خاصة على النوع الجاف | “لا يتطلب PD لهذه الفئة” |
يتم التأكيد على أهمية قياس الخسائر. وفقًا لـ IEC 60076-1، فإن الحد الأقصى للخسائر الإجمالية المسموح بها يصل إلى +15%، مما يعني أن التصميم الذي يلبي هذا المتطلب أكثر تكلفة من ذلك الذي تم تصميمه على مستوى متوسط من الخسائر. لذلك، يُنصح بطلب القيم الفعلية بدلاً من الضمانات وإجراء المقارنة بين العروض المختلفة. يتم تغطية طرق الاختبار نفسها في هذا الدليل إلى اختبار محول.
ما لا يمكنك رؤيته، ويجب أن تطلبه
ثلاثة مكونات غير مرئية هي عامل حاسم في عمر الخزان. وهي ضغط القلب، دعم اللفائف، وجفاف العزل عند الختم.
يمكن تقدير حالة ضغط القلب من الضوضاء وقراءات التيار بدون حمل. إذا لم تكن الطبقات مثبتة بإحكام، ستزداد الضوضاء تدريجيًا. يمكن تقييم دعم اللفائف بمساعدة اختبارات الدائرة القصيرة. وهذا يجعل اختبار النوع الذي يتم إجراؤه للنماذج الأولية قطعة معلومات أكثر قيمة من مجموعة من شهادات الجودة غير ذات الصلة. يمكن ملاحظة جفاف العزل فقط بعد بضع سنوات من عملية ختم الخزان.
يجب أن تطلب صور القلب والملف قبل عملية الخزان، بيانات ضغط القلب، ومعلومات الفراغ وتعبئة الزيت. ستوفر لك الشركة التي تقوم بالعمليات المذكورة أعلاه المعلومات المطلوبة دون تردد. إذا لم تتمكن الشركة من تقديمها أو لا ترغب في ذلك، فسوف تنتقل إلى موضوع مختلف تمامًا.
الأسئلة الشائعة
ما هي الأجزاء الرئيسية داخل المحول؟
لدينا المكونات التالية: القلب، اللفائف ذات الجهد المنخفض، اللفائف ذات الجهد العالي، العزل، مثل الورق، اللوح المضغوط والزيت، أو العزل الإيبوكسي في أنواع المحولات الجافة، محول الجهد، البوشينغ، الخزان، المشعات، الحافظ، جهاز التنفس، مرحل بوخولز، جهاز تخفيف الضغط وثرمومترات. في المحولات الأكبر، لدينا أيضًا محولات تيار البوشينغ وأجهزة استشعار المراقبة.
لماذا يتم تصفيح القلب بدلاً من أن يكون صلبًا؟
لوقف مسار التيارات الدوامية. سيسمح القلب الصلب المصنوع من الفولاذ بتدفق تيارات دائرية كبيرة عبر المعدن، مما يؤدي إلى تسخينه وإهدار الطاقة. الطبقات الرقيقة، المعزولة عن بعضها بواسطة طبقة من طلاء العزل، تقيد تلك التيارات في حلقات صغيرة، مما يقلل بشكل كبير من الخسائر.
كيف يمكنني أن أعرف ما إذا كان المحول ملفوفًا بالنحاس أو الألمنيوم؟
تحقق من الكتلة الوحدة مع وحدات قابلة للمقارنة من مصنّعين مختلفين، تحقق من لوحة البيانات وتقرير الاختبار، واطلب تأكيدًا كتابيًا لمادة اللف. سيتطلب اللف الألمنيومي حجمًا أكبر بمقدار 1.6 مرة من الموصل، بالإضافة إلى السماح للجهاز بتحقيق وزن أقل. لاحظ أن التحقق الفيزيائي يمكن أن يحدث فقط على وحدة مكسورة أو مفككة.
ما هو الزيت داخل المحول؟
هناك ثلاثة جوانب: العزل، نقل الحرارة من الملفات إلى المشعات، ومراقبة الحالة. جهد الانهيار للزيت ومستوى الرطوبة هما القياسان الرئيسيان اللذان يوفران معلومات عن حالة المعدات المغمورة في الزيت.
المراجع
- ركس باور ماغنيتيكس - ماذا يوجد داخل محول الطاقة
- دايليم ترانسفورمر - داخل المحول
- من الجهد العالي إلى الجهد المنخفض - دليل أجزاء المحول
- رينهوزن - محولات التحويل تحت الحمل ومراقبة المحول
- نيناس - تكنولوجيا واختبار زيت المحول
الخاتمة
يتم نقل الطاقة من خلال الفولاذ، الموصل، الورق، الزيت، وعدد قليل من الأجهزة الواقية التي هي جزء من المحول. هناك بعض أنواع المكونات التي تكون شائعة في المحولات. الفرق يتمثل في نوع الفولاذ المستخدم، القياسات الدقيقة للخسائر، جودة الوصلات، وما إذا كانت الوحدة جافة عند إغلاقها. أرسل معلومات حول الطلب، العملية، والخسائر وسنرسل جميع مواصفات المحولات بما في ذلك درجة الطلاء ومواصفات اللف، وليس فقط السعر.