كيفية اختيار المحول المشترك المناسب لاحتياجاتك؟

أثناء تنفيذ عملية تعدين في غرب أستراليا، واجه المهندس الكهربائي مشكلة في توفير الطاقة المناسبة لمحطة التكسير البعيدة. كانت المعدات في الموقع بحاجة إلى طاقة ثلاثية الطور بجهد 415 فولت لتشغيل محركات الكسارة، وطاقة أحادية الطور بجهد 240 فولت للإضاءة والمرافق، بالإضافة إلى نقطة محايدة موثوقة بما يكفي لنظام حماية الأرض. في المجموع، كانت ثلاثة محولات - خافضة للجهد، ومساعدة، وأرضية - ستشكل الحل من حيث الأداء الكهربائي، لكن المنطقة النائية للعمل، وقيود المساحة على القاعدة، بالإضافة إلى ارتفاع تكاليف النقل والتركيب للمحولات المنفصلة لم تسمح باستخدام حل المحولات الثلاثة. الحل الذي تم تأسيسه كان استخدام محول بتصميم مركب والذي سمح بدمج وظائف تحويل الجهد وتوفير الطاقة المساعدة. وصلت المحولات بتصميم مركب إلى الموقع كشحنة واحدة، واستغرقت يومًا واحدًا للتركيب، وعملت بشكل مثالي لمدة ست سنوات. تمثل مسألة كيفية اختيار المحول المركب من النوع المطلوب السعي للحصول على محول متعدد الوظائف قادر على أداء الوظائف التي يجب أن تُنفذ بشكل منفصل بدلاً من القدرة على فهم أنواع المحولات المركبة المتاحة في السوق وتطبيقاتها، والتي يجب أخذها في الاعتبار أثناء اتخاذ القرار.

المحول المركب هو محول واحد يؤدي وظيفتين أو أكثر من الوظائف الكهربائية في وقت واحد والتي كانت ستتطلب خلاف ذلك محولين. تشمل أنواع المحولات المركبة الأكثر استخدامًا المحول الأرضي من نوع واي-دلتا، المحول ذو اللفتين، المحول ذو الثلاث لفات، المحول المثبت على القاعدة. .
تكمن ميزة استخدام المحولات المركبة في تقليل مساحة المعدات مما يؤدي إلى تبسيط التركيب وتقليل عدد التوصيلات وتكاليف أقل مقارنة بعدد المحولات. العيب في المحول المركب هو أنه إذا تعطل أحد المحولات، ستتوقف جميع وظائفه عن العمل، وأنه سيكون من الأكثر تعقيدًا إجراء تعديلات وإضافات في المحول المركب مقارنةً بالوحدات المنفصلة. المفتاح لتحديد المواصفات بنجاح هو أنه يجب تحديد جميع وظائف المحول بدقة، واختيار تكوين معين يتوافق مع المتطلبات، جنبًا إلى جنب مع اختبارات النوع التي أجراها المصنع.

ما هو المحول المركب - ولماذا يتم تحديده

المحول المركب هو محول يجمع بين وظيفتين أو أكثر من الوظائف الكهربائية في وحدة واحدة: إعادة إنتاج الجهد، التأريض، إمداد الطاقة المساعدة، حماية الدوائر، والقياس. لا يُعتبر فئة منتج مع مجموعة قياسية من المواصفات. إنها نهج في التصميم يتجنب تركيب ثلاثة محولات، كل منها له معداته الخاصة، ونواته، وموصلاته، وحمايته الخاصة، وأسلاك التوصيل. بدلاً من ذلك، يمكن للمهندسين استخدام محول واحد مع جميع الوظائف غير المتعلقة بتحويل الجهد بشكل مناسب. أبسط وأكثر تكوين شائع للمحولات المركبة المستخدمة في الصناعة في التطبيقات الثنائية والمرافق هو محول تأريض متصل بنمط واي-دلتا مع دائرة ثانوية إضافية. يحتوي الملف الأولي المتصل بنمط واي لهذا المحول على نقطة محايدة لتأريض الدائرة اعتمادًا على نوع التأريض. تضمن الملفات الثانوية المتصلة بنمط دلتا إمداد الطاقة المساعدة ثلاثية الطور إلى أحمال خدمة المحطة مثل أغراض الإضاءة، ووسائل أخرى لضمان التحكم في عمل الشبكة الكهربائية. يعمل المحول المركب الآن كمحول تأريض ومحول طاقة مساعدة، مما يلغي الحاجة لاستخدام محولين إضافيين. بالنسبة للمهندسين، فإن استخدام هذه الأنواع له ميزة ضمان تقليل مساحة المحطات الفرعية أو محطات الضخ أو الضغط أو الوحدات البعيدة. كل هذا يجمع لتقليل استخدام الأساسات والقنوات المطلوبة، بالإضافة إلى تقليل عدد أجهزة الأمان وجعل مخطط الحماية أسهل دون الزيادات الكبيرة في التكاليف الإجمالية للمعدات تصل إلى 20%–30% بالمقارنة مع خيار شراء محولين بشكل منفصل.

تكوينات أخرى للمحولات المركبة المستخدمة غير المحول الثنائي الملف مع OLTC المتكامل الذي يمكن استخدامه إذا تغير الجهد الأولي، مما يجعله حلاً جيدًا لخطوط الطاقة الطويلة، وبالتالي تنظيم الجهد تلقائيًا؛ المحول الثلاثي الملف باستثناء وجود ملف أولي وملفين ثانويين بمستويات جهد مختلفة يوفر تغذية لمجموعتين مستقلتين من الأحمال عبر المحول دون التأثير على بعضها البعض؛ المحول المثبت على القاعدة مع معدات مفاتيح وقياس متكاملة يستخدم لبناء محطات توزيع تحت الأرض القياسية في المناطق السكنية. للحصول على نظرة عامة على مجموعة كاملة من أنواع المحولات والتكوينات المتاحة لهذه التطبيقات وغيرها، انظر كتالوج المنتجات في سوبيا الكهربائية, ، والذي يتضمن المحولات المركبة، ومحولات التأريض، ومحولات التوزيع، ومحولات الطاقة المتخصصة.

كيفية تحديد الجهد، وkVA، ومتطلبات التأريض لمحول مركب

تحديد محول مركب يتطلب بشكل صحيح من المشتري تحديد كل وظيفة كهربائية يجب أن يؤديها المحول، وتزويد الشركة المصنعة بالقيم المحددة - الفولتية، تصنيفات الكيلوفولت أمبير، المقاومة، طريقة التأريض، ارتفاع درجة الحرارة، والمعيار المعمول به - لكل وظيفة. يتم تلخيص المعلمات الرئيسية التي يجب تضمينها في المواصفات في الجدول أدناه لأكثر تكوينات المحولات المدمجة شيوعًا: محول التأريض من نوع واي-دلتا مع ثانوي طاقة مساعد.

المعامل	ما الذي يحدده	كيفية تحديده
جهد النظام الأساسي	جهد الخط إلى الخط للنظام الذي سيتم توصيل لف المحول الأساسي به. هذا يحدد فئة جهد المحول، وتصنيف BIL الخاص به، ومستوى العزل لللفات الأساسية والمآخذ.	حدد جهد النظام الاسمي والجهد الأقصى للنظام. لنظام بجهد 4,160 فولت، حدد “4,160 فولت اسمي، 4,800 فولت كحد أقصى.” يجب تحديد BIL بناءً على بيئة الصواعق المتوقعة وبيئة الارتفاع الناتج عن التبديل للنظام - عادةً 60 كيلوفولت BIL لنظام بجهد 4,160 فولت، و95 كيلوفولت BIL لنظام بجهد 13,800 فولت.
الكيلوفولت أمبير للتأريض والتيار المحايد	السعة الحرارية للفة التأريض (واي). هذا ليس هو نفسه الكيلوفولت أمبير للطاقة المساعدة. تصنيف الكيلوفولت أمبير للتأريض يحدد مقدار تيار العطل الأرضي الذي يمكن أن يحمله المحول، ومدة ذلك.	حدد التيار المحايد المستمر (التيار الذي يمكن أن يحمله المحايد بشكل مستمر تحت ظروف غير متوازنة - عادةً قيمة صغيرة، 5–10% من تيار الحمل الكامل للنظام) والتيار المحايد لفترة قصيرة (التيار الذي يمكن أن يحمله المحايد لمدة عطل أرضي - عادةً 10 ثوانٍ، 30 ثانية، أو دقيقة واحدة). على سبيل المثال: “التيار المحايد المستمر: 10 أمبير. التيار المحايد لفترة قصيرة: 200 أمبير لمدة 10 ثوانٍ.”
الكيلوفولت أمبير للطاقة المساعدة والجهد	الطاقة التي ستقدمها لف الثانوي دلتا لأحمال خدمة المحطة. هذا هو مخرج قياسي ثلاثي الطور، ثلاثي الأسلاك.	حدد تصنيف الكيلوفولت أمبير والجهد الثانوي. على سبيل المثال: “الطاقة المساعدة: 150 كيلوفولت أمبير، 480 فولت، ثلاثي الطور، ثلاثي الأسلاك.” يجب تحديد تصنيف الكيلوفولت أمبير من خلال حساب الحمل لأحمال خدمة المحطة، مع هامش للنمو المستقبلي.
المقاومة	تحدد مقاومة المحول انخفاض الجهد تحت الحمل وحجم تيار العطل الأرضي. تؤدي مقاومة أقل إلى تيار عطل أرضي أعلى وتنظيم جهد أفضل ولكن بواجب تيار عطل أعلى على المعدات downstream.	حدد المقاومة كنسبة مئوية على أساس الكيلوفولت أمبير للتأريض. لنظام مؤرض بالمقاومة، تكون المقاومة عادةً 4–6%. يجب تنسيق المقاومة مع مقاوم التأريض ونظام الحماية. استشر مهندس كهربائي إذا كان النظام يتضمن مصادر متعددة أو محولات متوازية.
طريقة التأريض	كيفية توصيل نقطة الحياد من لف الوي مع الأرض. تحدد طريقة التأريض مقدار تيار العطل الأرضي ونوع الحماية التي ستستخدم.	حدد طريقة التأريض وقيمة مقاوم التأريض أو المحول. على سبيل المثال: “مؤرض بالمقاومة، مقاوم تأريض بقيمة 20 أوم، يحد من تيار العطل الأرضي إلى 200 أ عند 4,160 فولت.” مقاوم التأريض هو جهاز منفصل، ولكن يجب تصميم المحول المدمج للعمل معه.
المعيار المعمول به	المعيار الذي يجب تصميم واختبار المحول وفقًا له. هذا يحدد إجراءات الاختبار ومعايير القبول والوثائق التي يجب على الشركة المصنعة تقديمها.	حدد IEEE C57.12.01 للمحولات من النوع الجاف، IEEE C57.12.00 للمحولات المملوءة بالزيت، أو IEC 60076 للتطبيقات الدولية. إذا كان سيتم تركيب المحول في دولة معينة، حدد المعيار الوطني الذي ينطبق - على سبيل المثال، CSA C9 في كندا، AS 60076 في أستراليا.

قاعدة 80% واعتبارات التحميل الأخرى للمحول المدمج

تنص قاعدة 80% للمحولات على أنه يجب عدم تشغيل المحولات بشكل مستمر فوق 80% من تصنيف KVA الخاص بها، وينطبق هذا على المحولات المدمجة كما ينطبق على المحولات العادية، ولكن يجب تطبيقه بشكل منفصل لكل وظيفة فردية من وظائف المحول. يجب تصميم لف التأريض لتحمل تيار العطل الأرضي المستمر والقصير المدى الذي ستحمله في حالة حدوث عطل، ولا تنطبق قاعدة 80% على لف التأريض بنفس الطريقة التي تنطبق بها على الأحمال المستمرة، لأن هذا اللف يعمل فقط في ظل ظروف غير طبيعية، وسعة المدى القصير أكثر أهمية من التصنيف المستمر. يجب أن يكون تصنيف اللف المساعد 125% من الحمل الذي يخدمه، وتعني قاعدة 80% أنه يجب تشغيل المحول ليس فوق 80% من تصنيف KVA المساعد الخاص به. وبالتالي، فإن المحول الذي يعمل مع لف مساعد بقوة 150 KVA لأحمال 120 KVA مقبول، ولكن إذا تم استخدامه مع لف مساعد بقوة 150 KVA لحمل 150 KVA، فسيكون غير كافٍ - سيسخن، وستتقدم عزلته بشكل أسرع، وستقل فترة التشغيل. يوفر معيار IEEE C57.96 معلومات حول تحميل المحولات وعلاقته بعمر العزل ودرجة الحرارة لكل من المحولات الزيتية والجافة، وسيتلقى المشتري الذي يتبع هذه المتطلبات في مرحلة التصميم محولًا مصممًا للحمل الفعلي.

الكفاءة، الخسائر، والتكلفة الإجمالية للملكية

A محول مركب يحتوي على خسائر بدون تحميل (خسائر القلب، التي تكون موجودة كلما تم تنشيط المحول) وخسائر تحميل (خسائر اللف، التي تختلف مع مربع التيار). تعتبر خسائر تحميل اللف المساعد هي المكون الرئيسي للخسائر عندما تكون أحمال خدمة المحطة قيد التشغيل، وخسائر اللف الأرضي ضئيلة أثناء التشغيل العادي لأن اللف الأرضي يحمل فقط التيار المحايد غير المتوازن الصغير. يجب على المشتري الذي يقارن العروض لمحول مركب تقييم الخسائر باستخدام صيغة رسملة الخسائر التي تحول الخسائر السنوية للطاقة إلى تكلفة رأس المال بالقيمة الحالية، ويجب أن يقارن التكلفة الإجمالية المقدرة - سعر الشراء بالإضافة إلى القيمة المرسملة للخسائر - بدلاً من سعر الشراء وحده. الصيغة هي: التكلفة الإجمالية المقدرة = سعر الشراء + (A × خسارة بدون تحميل بالواط) + (B × خسارة التحميل بالواط)، حيث A و B هما عوامل رسملة الخسائر بالدولار لكل واط. تعكس عامل A تكلفة الطاقة التي تستهلك باستمرار، 24 ساعة في اليوم، وعادة ما تكون $5 إلى $10 لكل واط للتطبيقات الصناعية والمرافق. يعكس عامل B تكلفة الطاقة التي تستهلك تحت الحمل، وعادة ما تكون $1 إلى $3 لكل واط. وزارة الطاقة الأمريكية تنشر عوامل رسملة الخسائر القياسية لأنواع مختلفة من المنشآت، ويمكن للمشتري استخدام هذه القيم، أو القيم المحددة من تعريفة الكهرباء الخاصة بهم، لمقارنة العروض على أساس التكلفة الإجمالية. غالبًا ما يكون للمحول المركب الذي لديه سعر شراء أعلى وخسائر أقل تكلفة إجمالية مقدرة أقل من واحد بسعر شراء أقل وخسائر أعلى - ويمكن أن يكون الفرق كبيرًا على مدى عمر خدمة يتراوح بين 25 إلى 35 عامًا.

الأسئلة المتكررة

ما هو قاعدة 80% للمحولات؟

وفقًا لقاعدة 80%، يجب ألا يتم تحميل المحول بشكل مستمر بما يتجاوز 80% من kVA المصنفة على لوحة الاسم؛ ومن ثم يوفر هذا مساحة حرارية لمنع العزل من التقدم في العمر بسرعة كبيرة كما يسهل نمو الحمل دون الحاجة إلى تثبيت محول أكبر ويوفر إمكانية استيعاب الأحمال الزائدة قصيرة الأجل دون فصل أجهزة الحماية الخاصة بالمحول. يتم استنتاج القاعدة من دليل تحميل IEEE C57.96 وتعمل كمعيار صناعي لحجم المحولات.

كيف أعرف أي محول أحتاج؟

من أجل تحديد المحول الذي يجب استخدامه، يحتاج المرء إلى تدوين جميع المتطلبات التي قد يحتاج المحول لتلبيتها واستنتاج إجمالي الكيلوفولت أمبير المتصل في النهاية. بعد ذلك، اختر المحول بناءً على الموقع - خارجي أو داخلي بالإضافة إلى ما إذا كان نوع المحول يحتاج إلى أن يكون من النوع الجاف أو مملوء بالزيت وفقًا لمتطلبات القانون المدني. بعد ذلك، يجب أن يكون تصنيف المحول الذي سيتم اختياره (القياسي) هو الأعلى وأن يتم أخذ الحمل الفعلي في الاعتبار حتى لا يتجاوز قاعدة 80% المتعلقة بالعمل المستمر للمحول. يجب أيضًا مراعاة التردد.

كيف تختار المحول الحالي المناسب؟

يتطلب اختيار المحول الحالي الصحيح (CT) منك تحديد التيار الأساسي (أقصى تيار تحميل يجب أن يقيسه المحول)، التيار الثانوي (عادةً ما يكون للمحول الثانوي تيار 5 أ أو 1 أ للقياس والحماية)، فئة الدقة (تعرف خطأ المحول عند التيار المصنف والحمل)، الحمل (مقاومة المرحلات، العدادات والأسلاك المتصلة بالمحول)، والحجم الفيزيائي ونوع التركيب للمحول. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون المحول مصنفًا لجهد النظام الكهربائي والتيار القصير المتاح. من المهم أن نذكر أن هذا جهاز فردي يختلف عن المحول الكهربائي المدمج.

كيف أحدد حجم المحول الذي أحتاجه؟

من أجل حساب حجم المحول الذي تحتاجه، يحتاج المرء إلى تحديد الكيلوفولت أمبير لجميع الأحمال المتصلة، تطبيق عوامل الطلب المتعلقة بكل نوع من الأحمال وفقًا لـ NEC أو القوانين المحلية، إضافة جميع الأحمال المستمرة كـ 125% من تصنيف الاسم، واختيار أقرب كيلوفولت أمبير قياسي أعلى من القيمة المحسوبة. المعلومات اللازمة لإجراء هذا الحساب بشكل صحيح هي تقرير دراسة الحمل، نسخة من المادة #220 من NEC، ورسم بياني لتصنيف الكيلوفولت أمبير من الشركة المصنعة.

المراجع

• IEEE C57.12.01 — معيار المتطلبات العامة لموزعات المحولات من النوع الجاف والمحولات الكهربائية. المعيار الأساسي لـ IEEE لتصميم واختبار وأداء المحولات من النوع الجاف، بما في ذلك متطلبات المحولات ذات الوظائف المدمجة.
• IEEE C57.96 — دليل تحميل المحولات من النوع الجاف. الدليل الذي يحدد العلاقة بين الحمل ودرجة الحرارة وعمر العزل، ومصدر قاعدة تحميل 80%.
• وزارة الطاقة الأمريكية — عوامل رأس المال للخسارة لتقييم المحولات. الوكالة التنظيمية التي تنشر عوامل رأس المال القياسية للخسارة لتقييم عروض المحولات على أساس إجمالي تكلفة الملكية.
• NFPA 70 (NEC) — المادة 220 (حسابات الحمل) والمادة 450 (المحولات). متطلبات الكود الكهربائي الوطني لحساب الحمل وتركيب المحولات في الولايات المتحدة.

في هذه الحالة، تأتي التعقيدات مع اختيار محول مركب يتطلب تحديد جميع الأدوار التي يحتاج المحول إلى الوفاء بها، بما في ذلك تحويل الجهد، والتأريض، وتزويد الطاقة المساعدة، وتنظيم الجهد، ثم تحديد مواصفات كل دور بتفصيل يجعل الشركة المصنعة قادرة على تحقيق جميعها في آن واحد. مع وجود محول مركب محدد بشكل صحيح، تقلل من المساحة المطلوبة، وتكلفة التركيب وصيانة النظام الكهربائي مقارنة بمجموعة من المحولات ذات الوظيفة الواحدة. ومع ذلك، إذا فشلت في عملية المواصفات، فهذا يعني أن kVA الخاص بالتأريض، والجهد المساعد، والممانعة لم يتم ذكرها، وستستخدم الشركة المصنعة منتجها الافتراضي مما يؤدي إلى عدم تلبية متطلباتك. تنتج شركة سوبين إلكتريك محولات مركبة للسوق العالمية. إن kVA لهذه المحولات، وجهودها، وتأريضها، والوثائق الاختبار المطلوبة تجعلها عرضًا جذابًا للمشتري المحترف.