عندما قررت الشركة المشغلة لموقع تعدين في غرب أستراليا توسيع منشأة المعالجة، واجه المهندس الكهربائي مشكلة كان معتادًا على التعامل معها. كان المحول الرئيسي المستخدم في الموقع محولًا عاديًا لأن ثلاث مراحل الأسلاك تعني أن المحايد غير متاح. كانت الكيان بحاجة إلى المحايد لإجراء حماية التيار لمعدات التكسير وكذلك لتوفير الطاقة بجهد 240 فولت لتزويد المصنع بالكهرباء والمياه. كانت القرار الصحيح هو عدم استبدال المحول، الذي كان وحدة 10 MVA تعمل بشكل جيد لمدة خمسة عشر عامًا. قررت الشركة اختيار محول دلتا، الذي كان محول دلتا واي مع محايد صناعي، والذي كان قادرًا على توفير حماية الخط وكذلك تزويد الطاقة المساعدة اللازمة للموقع. مع تركيب محول دلتا، تم إنشاء المحايد، وبالتالي بدأ المصنع عملياته في الوقت المحدد. يعتمد اختيار المحول دلتا الصحيح على هيكل اللف المستخدم: اتصال دلتا-دلتا أو تركيبة مختلفة تمامًا.
ملخص: محولات دلتا هي تلك التي يتم فيها توصيل أحد اللفائف أو كلاهما بشكل دلتا. تشير دلتا إلى تكوين مثلث مغلق، حيث يتم توصيل كل لفافة مرحلة في نهايتها مع اللفافة التالية. في محولات دلتا، يساوي جهد الخط جهد المرحلة.
ما هو اتصال دلتا - ولماذا يتم استخدامه
في اتصال دلتا، يتم توصيل لفائف المحولات ثلاثية الطور معًا من طرف إلى طرف لإنشاء حلقة مغلقة تبدو مثل دلتا. لا يوجد نقطة محايدة، مما يعني أنه لا توجد موصلات محايدة، وتكون جهود الخطوط هي نفسها جهود الطور. وستكون التيارات المتدفقة عبر الخطوط مساوية لمجموع المتجهات لتيارات الأسلاك. يحتوي اتصال دلتا على العديد من الميزات الكهربائية التي تثبت فعاليته لبعض التطبيقات وتمنحه بعض المزايا على اتصال واي (نجمي). غياب المحايد يمنح إمكانية توصيل الأحمال فقط بين الخطوط ولكن ليس بين خط وموصل محايد، مما يعني أن الحمل يجب أن يكون له تصنيفات جهد أعلى (لا يمكن توصيل الأجهزة ذات 230 فولت أو 120 فولت إلى خط جهد أعلى في اتصال دلتا). يعمل اتصال دلتا على إبقاء تيارات التوافقيات الثلاثية (التوافقيات الثالثة والسادسة والتاسعة) داخل اتصال لفائف دلتا، مما يمنعها من الذهاب إما إلى جانب الإمداد أو جانب الحمل. وبالتالي، هذه هي الفائدة الرئيسية من اتصال دلتا في المحولات التوزيعية التي تعمل مع الأحمال غير الخطية - لن تجعل أجهزة الكمبيوتر، ومحركات التردد المتغير، وإضاءة LED، وأنظمة UPS تيارات عدم الخطية تذهب إلى الجانب الأولي، مما يتجنب تسخين المحولات، والكابلات، والتوربينات، والمحركات. علاوة على ذلك، فإن اتصال دلتا قادر على العمل مع الأحمال غير المتوازنة، لذا إذا كانت أي مرحلة على جهاز متصل بدلتا أكثر تحميلًا من بقية المراحل، فإن التيار المتداول داخل دلتا سيضمن توزيع الأحمال بالتساوي.
يجب أيضًا أخذ الخصائص الفيزيائية والاقتصادية لاتصال دلتا في الاعتبار. تصميم اللف في حالة اتصال دلتا يستخدم موصلات نحاسية ليست أكثر سمكًا من الأسلاك النحاسية في حالة اتصال واي، والعزل مطلوب لجهد الخط. لمقدمة حول مجموعة كاملة من تكوينات لف المحولات وتطبيقاتها، انظر كتالوج المنتجات في سوبيا الكهربائية, ، والذي يتضمن محولات دلتا-دلتا، دلتا-واي، وواي-دلتا، بالإضافة إلى محولات التأريض، ومحولات العزل، ومحولات الطاقة المتخصصة للسوق العالمية.
التكوينات الثلاثة الرئيسية لمحولات دلتا - وأين ينتمي كل منها
تلخص الجدول أدناه التكوينات الثلاثة الرئيسية للمحولات التي تتضمن لف دلتا، وخصائصها الكهربائية المحددة، والتطبيقات التي يكون فيها كل منها الخيار الصحيح.
| التكوين | الاتصال الأولي | الاتصال الثانوي | الخصائص الكهربائية الرئيسية | الأفضل لـ |
|---|---|---|---|---|
| دلتا-دلتا (Δ-Δ) | دلتا | دلتا | لا يوجد نقطة محايدة على أي من اللفتين؛ يتم التعامل مع الحمل غير المتوازن بكفاءة بسبب التيارات الدائرية في دلتا. كما أنه يقوم بتصفية التوافقيات الثلاثية على كلا الجانبين. يمكن أخذ الإمداد أحادي الطور عبر أي خطين عند جهد الخط الكامل. في حالة حدوث عطل في أي طور من محول دلتا-دلتا، يمكن استخدام المحول في وضع دلتا مفتوحة (V-V) بسعة مخفضة؛ وبالتالي، توفير هذه القدرة المطلوبة على تحمل الأعطال في التطبيقات الصناعية حيث يتضمن الأمر توقف مكلف لعملية الإنتاج. | الاتصالات الثلاثية الطور دلتا مناسبة لمحركات الصناعة، تسخين المقاومة، أجهزة اللحام، إلخ حيث لا تكون المحايدات ضرورية. خاصية التعامل مع الاستثناءات في الاتصال الثلاثي الطور دلتا مهمة في الصناعات ذات العمليات المستمرة مثل صناعة تعدين الفحم، صناعة النفط والغاز، ومعالجة المواد الكيميائية. |
| دلتا-واي (Δ-Y) | دلتا | واي (نجمة) | بالنسبة للأحمال أحادية الطور ولتأريض النظام، يوجد نقطة محايدة على الجانب الثانوي. يمنع اللف دلتا على الجانب الأول تدفق التوافقيات الثالثة إلى أعلى من جانب الإمداد. يوفر اللف واي مرجعًا للأرض للحمل. جنبًا إلى جنب مع تحويل الجهد الذي يأتي مع فرق طور قدره 30 درجة بين الجهود الأولية والثانوية، يستحق هذا الاعتبار الدقيق عند توصيل المحولات بالتوازي. | المحولات القياسية المخفضة تقسم التيار إلى أنواع ثلاثية الطور وأحادية الطور. تتلقى الطاقة من نفس الخط الثانوي، على سبيل المثال، محركات ثلاثية الطور تعمل بجهد 480 فولت، وإضاءة 277 فولت، من خط ثانوي يحمل 480Y/277V في أمريكا الشمالية. بالمثل، في أسواق IEC، توفر المحولات المخفضة إما محركات 400 فولت أو أحمال 230 فولت من 400Y/230V ثانوية. هذه المحولات هي التصميم الأكثر تطبيقًا في القطاعات التجارية والصناعية. |
| واي-دلتا (Y-Δ) | واي (نجمة) | دلتا | توفر المحايدة على الجانب الأول، مما يسمح بالتأريض للحماية في النظام. يحبس دلتا على الجانب الثانوي التوافقيات الناتجة عن الحمل، مما يمنعها من الوصول إلى الأول. الغرض هو العمل مع مولد من اتصال واي عند الارتفاع إلى خط نقل من اتصال دلتا. يمكن تأريض جانب الواي للحفاظ على جهد النظام مستقر وتوجيه تيار عطل الأرض. | تستخدم المحولات المعززة لربط مولد متصل بنظام واي مع خط نقل متصل بنظام دلتا. إنها مثال على محول تأريض يحدد نقطة محايدة لنظام دلتا غير مؤرض. هذا النوع من التأريض الإضافي شائع في الصناعات التي يتم تزويدها عبر مصدر متصل بنظام دلتا ولكن تحتاج إلى نقطة محايدة للحماية ضد تيار الدائرة القصيرة. |
التوافقيات، التأريض، وخيار دلتا المفتوحة: ثلاثة اعتبارات عملية
بخلاف تكوين اللف الأساسي، تساعد ثلاثة عوامل رئيسية في تحديد المحول دلتا المناسب لأي حالة.
الأول هو التوافقيات. التطبيقات غير الخطية مثل محركات التردد المتغير، ومصادر الطاقة غير المنقطعة، وأضواء LED، والبالستات الإلكترونية تخلق تيارات توافقيه تتدفق إلى المحول. التوافقي الثالث، الذي هو 180 هرتز في نظام 60 هرتز و150 هرتز في نظام 50 هرتز، وأضعافه الفردية (التوافقيات الثلاثية) يمكن أن تعطل بشكل كبير لأنه سيتجمع في الموصل المحايد لنظام دلتا-واي، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. تقوم اتصالات دلتا بحبس هذه التوافقيات الثلاثية، حيث تتداول داخل دلتا وتحول إلى حرارة. دلتا-دلتا قادرة على حبس التوافقيات على كلا الجانبين من تشغيلها. دلتا-واي ستقوم بحبس التوافقيات فقط على جانب الأولية. واي-واي ليس لديها القدرة على حبس التوافقيات ونادراً ما تستخدم في الصناعة بسبب ذلك. في حالة إنتاج الأحمال للكثير من التوافقيات، يجب استخدام المحول دلتا مع على الأقل لفّة دلتا واحدة (خصوصاً تلك التي تواجه مصدر التوافقيات).
الاعتبار الثاني هو التأريض والحماية من عطل الأرض. لن تحتوي دلتا أبداً على موصل محايد لذا لا يوجد نقطة تأريض طبيعية للاستخدام. عندما يكون المحول المرافق متصلًا بنظام دلتا، فإن النظام غير مؤرض ما لم يتم استخدام محول تأريض. مثل هذا النظام غير المؤرض يحمل مخاطر محددة: عندما يحدث عطل أرضي، لا ينفصل القاطع، وهناك زيادة في الجهد في الأطوار غير المعطلة، ويمكن أن يحدث عطل أرضي ثانٍ يسبب عطلًا بين الأطوار. يسمح استخدام محول تأريض واي-دلتا، أو محول تأريض متعرج بتأريض النظام المطلوب للتشغيل السليم مع استخدام عطل الأرض. يتصل محول التأريض بحافلة دلتا، بينما يسمح موصله المحايد (الذي يتم تأريضه إما مباشرة أو بمساعدة مقاومة تحد من تيار العطل بقدر ما هو مطلوب لعملية تشغيل جهاز الحماية) بالحصول على سلوك متحكم فيه لعطل الأرض.
النوع الثالث من الاتصال هو تكوين دلتا المفتوحة (V-V). عندما يفشل المحول دلتا-دلتا في أحد أطواره (لفة أو طور)، يمكن لبقية أطواره العمل في وضع الاتصال المفتوح-دلتا مما يسمح بتزويد حمل ثلاثي الطور معين. في تكوين الاتصال المفتوح-دلتا، تكون السعة فقط 57.7% من سعة الاتصال دلتا-دلتا (بدلاً من 66.7%)، كما يحدث بسبب انزياح الطور بمقدار 60 درجة بين لفتين بدلاً من 120 درجة، مما يجعل من المستحيل توفير قيمة التيار أعلى من التصنيف لكل من اللفات. يتم استخدام اتصال المفتوح-دلتا في حالات الطوارئ - حيث يسمح باستمرار عملية حيوية أثناء الحصول على محول جديد - ولكنه لا يستخدم للتشغيل العادي لمحول دلتا-دلتا. تنظيم الجهد في وضع المفتوح-دلتا أسوأ من ذلك في وضع دلتا-دلتا، وكذلك توازن الطور. في حالة تسبب فشل المحول في خسائر كبيرة لمصنع التصنيع، كانت خيار المفتوح-دلتا بمثابة حل موثوق مؤقت. للحصول على نظرة أعمق حول كيفية تكامل تكوينات المحولات مع نظام توزيع الكهرباء الأوسع، مقالتنا حول أفضل دليل للمشتري للمحول الكهربائي الأساسي الإطار الشامل لتحديد وتقييم أي عملية شراء لمحول.
كيفية تحديد مواصفات محول دلتا: المعايير التي تهم.
إعداد مواصفات الشراء لمحول دلتا يتطلب من المشتري تحديد المواصفات الكهربائية التي يجب أن يلبيها المحول، وتقديم مستوى عالٍ من التفاصيل، بحيث يقدم كل مزود منتجًا مشابهًا. المعلمات الرئيسية هي تصنيف kVA (الذي يجب تحديده من خلال حساب الحمل باستخدام قاعدة التحميل المستمر 80% لهامش الحرارة)، الجهد الأولي والثانوي وتكوين اللف (على سبيل المثال، عندما يتعلق الأمر بمحول دلتا-واي خافض — “13.8 kV دلتا أولي، 480Y/277 V ثانوي” أو في حالة محول عزل دلتا-دلتا — “480 V دلتا أولي، 480 V دلتا ثانوي”)، المقاومة (المعبر عنها كنسبة مئوية من قاعدة kVA للمحول وعادة ما تتراوح من 5% إلى 6% لموزعات الطاقة؛ المقاومة المنخفضة جدًا تؤدي إلى جودة جهد أقل، ولكن تيارات عطل أعلى، ويجب تنسيقها مع وسائل الحماية وتصنيف الدائرة القصيرة للمعدات)، فئة العزل وارتفاع الحرارة (لمحول جاف من الفئة F أو الفئة H، حيث يمكن أن يتراوح الارتفاع من 80 إلى 150 درجة مئوية، أو لمحوّلات الزيت يكون ارتفاع درجة الحرارة عادة حوالي 65 درجة مئوية فوق 30 درجة مئوية)، طريقة التبريد (ONAN لمحوّلات الزيت، AN أو AF للجافة؛ التبريد القسري يسمح بزيادة تصنيف kVA لمحول جاف حتى 25-33%. لذلك، يجب على المشتري تحديد ما إذا كانت السعات الإضافية مطلوبة)، التوصيلات (التوصيلات خارج الدائرة هي معيار وعادة ما تكون من خطوات 2.5% لأعلى وأسفل الجهد الأولي الاسمي لضبط الجهد الفعلي؛ محول التوصيل تحت الحمل أكثر تكلفة، ولكن يمكن استخدامه للتطبيقات الحرجة وإذا كان الجهد الأولي يتغير كثيرًا)، الحماية (NEMA 1 للظروف الداخلية الجافة، NEMA 3R للخارج، NEMA 4X للغسل، أو NEMA 12 للصناعة المقاومة للغبار)، والمعيار (IEC 60076، IEEE C57.12، أو معيار محلي وطني، لأن المعيار يحدد الطريقة التي يجب أن تُجرى بها الاختبارات والطرق التي يجب توثيق المعدات بها). تجعل المواصفة الجيدة المورد يقدم إجابات على كل ما سبق، بينما تعطي المواصفة الغامضة الفرصة للمصنع لاتخاذ حكمه الخاص.
الأسئلة المتكررة
ما الفرق بين محول دلتا ومحول واي؟
يتكون لف دلتا من مثلث مغلق بدون نقطة محايدة. جهد الخط في نظام متصل دلتا يساوي جهد الطور؛ ومع ذلك، فإن تيار الخط هو √3 مرات تيار الطور في هذا التكوين. يحتوي لف واي على نقطة محايدة حيث تتقاطع اللفات الثلاث، مما يجعل من الممكن أن يكون جهد الخط √3 مرات جهد الطور، بينما يكون تيار الخط مساويًا لتيار الطور. علاوة على ذلك، بسبب مزايا اتصال واي، مثل الحيادية للأحمال أحادية الطور وإمكانية تأريض النظام، يستخدمه العديد من المستخدمين بالتزامن مع لفات دلتا.
متى يجب أن أستخدم محول دلتا-دلتا؟
حاول استخدام محول دلتا-دلتا تحت حالة تحميل تتميز عادةً باستخدام أنظمة ثلاثية الطور أو ثلاثية الأسلاك، والتي تشمل بشكل أساسي المحركات، وأجهزة التسخين، أو آلات اللحام، مع ملاحظة أنه لا حاجة لوجود سلك محايد في أي من المحولات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمحول دلتا-دلتا العمل بسهولة تحت ظروف تحميل غير متوازنة، وحبس التوافقيات على كلا جانبي هذه المحولات، ويمكن أيضًا استخدامه في حالة فشل طور واحد في اتصال دلتا مفتوح. وبالتالي، فإن محول دلتا-دلتا هو حل مثالي للتطبيقات الصناعية التي تتطلب تحميل محركات ثقيلة، على سبيل المثال.
هل يمكن لمحول دلتا تزويد أحمال أحادية الطور؟
بالتأكيد، يمكن استخدام ثانوي متصل بنظام دلتا لتزويد أحمال أحادية الطور المرتبطة بين أي خطين وقادرة على تحمل القيمة الكاملة لجهد الخط. ومع ذلك، يجب أن تكون الأحمال الأحادية الطور مصممة لتحمل جهد الخط للنظام دلتا المحدد المستخدم - أي معدات بجهد 480 فولت لأنظمة دلتا بجهد 480 فولت - ومتوازنة على جميع الأطوار الثلاثة بحيث لا يحدث عدم توازن مفرط. لا يمكن تطبيق ثانوي دلتا على الأحمال التي تتطلب دائرة محايدة للتشغيل عند جهد منخفض، مثل الأحمال بجهد 120 فولت أو 277 فولت.
ما هو اتصال محول دلتا المفتوح؟
يتكون اتصال دلتا المفتوح من محولين أحاديي الطور متصلين في طورين من الأطوار الثلاثة لخدمة حمل ثلاثي الطور. يستخدم هذا الإعداد 57.7% من سعة المحول في اتصال دلتا ثلاثي الطور كامل. يتم استخدام هذا النوع من الاتصال في حالة فشل أحد الأطوار في نظام ثلاثي الطور كامل أو كحل غير مكلف ودائم في بعض تطبيقات الأحمال الخفيفة. تنظيم الجهد أقل جودة أيضًا وتوازن الطور غير مستقر كما هو الحال في النظام ثلاثي الطور الكامل.
المراجع
- IEEE C57.12.00 — معيار المتطلبات العامة للمحولات المغمورة بالسوائل، والمحولات الكهربائية، والمحولات المنظمة. المعيار الأساسي IEEE لتصميم المحولات، واختبارها، وأدائها، بما في ذلك تكوينات لف دلتا وواي والخصائص الكهربائية المرتبطة بها.
- IEC 60076 — محولات الطاقة. سلسلة المعايير الدولية التي تحدد متطلبات التصميم، والاختبار، والأداء للمحولات الكهربائية والمحولات التوزيعية، بما في ذلك تسميات مجموعة المتجهات — Dyn11، YNd1، وغيرها — التي تحدد تكوين اللف وعلاقة الطور.
- Eaton — دليل تكوينات لف المحولات وتطبيقاتها. الشركة المصنعة لمحول دلتا-دلتا، دلتا-واي، وواي-دلتا، مع وثائق فنية تغطي الاختيار، والتركيب، ومتطلبات التأريض لكل تكوين.
- Schneider Electric — مجموعات متجهات المحولات واتصالات اللف. إرشادات الشركة المصنعة حول المواصفات وتطبيق تكوينات لف المحولات دلتا وواي للأنظمة الكهربائية التجارية والصناعية.
عملية اختيار المحول المثالي من نوع دلتا تتضمن تحديد تصميم لف يتوافق مع نوع النظام الكهربائي وخصائصه مثل الجهد، والتأريض، والتوافقيات، والمحايد. يُستخدم المحول دلتا-دلتا للحمولة الصناعية ثلاثية الطور وثلاثة أسلاك، ويحتوي على عناصر التخفيف اللازمة للتوافقيات وعناصر الأمان لمصانع المعالجة المستمرة. يقوم المحول دلتا-واي بتخفيض الجهد ويخلق محايدًا لحمولة مختلطة من الأنظمة أحادية الطور وثلاثية الطور، ولديه قدرات لتخفيف التوافقيات من مصدر الإدخال. يقوم المحول واي-دلتا بزيادة جهد المولد لنقل الكهرباء أو خلق محايد لنظام دلتا لتعزيز الأمان. كل تكوين من محولات دلتا يخدم غرضه، والمشتري المطلع يعرف أي محول مطلوب للتطبيق بدلاً من اختيار المحول الذي يتوفر لدى البائع. شركة سوبين هي صانع لمحولات دلتا بجميع التكوينات الثلاثة وقادرة على توفير محولات بالنطاق المطلوب من kVA وفئة الجهد، والمقاومة، والشهادات التي يطلبها السوق. من الضروري استخدام محولات مصنوعة بشكل صحيح لتشغيل المصانع، والمناجم، أو مرافق المعالجة حيث يجب تصميم المحولات بشكل مناسب للنظام الكهربائي، مما يجعل عملية التكوين مهمة للغاية.