يغير المحول الجهد المتردد عن طريق الحث الكهرومغناطيسي. إذا رفع المحول الجهد، فسوف يخفض التيار لنفس القدرة الظاهرية المنقولة تقريباً، باستثناء المفقودات. تحدد توصيلات الملفات ثلاثية الطور ومجموعات المتجهات أيضاً توفر الخط المحايد، وسلوك التسلسل الصفري، وإزاحة الطور. تشرح هذا الدليل التشغيل الرافع/الخافض، التيار المتردد مقابل التيار المستمر، التوصيلات النجمية والمثلثية، ترميز المتجهات، التشغيل المتوازي وتنظيم الجهد.
الجهد، التيار ونسبة اللفات
لمحولي مثالي:
V₂ ÷ V₁ = N₂ ÷ N₁
نسبة الجهد تتبع لفات الملف. أما التيار فيتغير بشكل عكسي:
I₂ ÷ I₁ = N₁ ÷ N₂
محول يرفع الجهد من 400 فولت إلى 10 كيلوفولت يقوم بزيادة الجهد بمقدار 25 مرة ويخفض التيار بشكل مثالي إلى واحد على خمسة وعشرين. طاقة الخروج الحقيقية أقل قليلاً لأن الفقد في الملفات والقلب والفقد الشارد تنتج حرارة.
المحولات الرفع والخفض
يحتوي المحول الرافع على جهد خرج أعلى من جهد الدخل في اتجاه تدفق الطاقة المذكور. يتم استخدامه في المولدات ومحطات الطاقة المتجددة تقليلاً لتيار النقل. أما المحول الخافض فيزود أحمال التوزيع والاستخدام بجهد أقل.
يمكن للعديد من المحولات نقل الطاقة في كلا الاتجاهين إذا كانت الإنشاءات والمحولات الفرعية والحماية التأريض النظام تسمح بذلك. غالباً ما يصف “الابتدائي” و“الثانوي” جانبي المصدر والحمل المقصودين، بينما يحدد الجهد العالي/الجهد المنخفض ملفات الجهد بشكل أكثر وضوحاً.
جدول مقارنة واختيار سريع
استخدم هذا الجدول كمراجعة سريعة لقرارات الهندسة والمشتريات الرئيسية التي تم شرحها في المقال.
| منطقة القرار | المعنى العملي | ما الذي يجب التحقق منه |
|---|---|---|
| الجهد، التيار ونسبة اللفات | بالنسبة للمحول المثالي: V₂ ÷ V₁ = N₂ ÷ N₁ نسبة الجهد تتبع عدد لفات الملف. | التغيرات الحالية عكسية: $I_2 \div I_1 = N_1 \÷ N_2$ المحول الذي يرفع 400 فولت إلى 10 كيلو فولت يرفع الجهد بمقدار 25 مرة ويخفض التيار بشكل مثالي إلى خمسة وعشرين جزءاً من الواحد. |
| المحولات الرفع والخفض | محول الجهد الرافع له جهد إخراج أعلى من جهد الإدخال في الاتجاه المذكور لتدفق الطاقة. | يتم استخدامه في المولدات ومحطات الطاقة المتجددة لتقليل تيار النقل. |
| هل يعمل المحول مع جهود التيار المستمر؟ | محول الطاقة التقليدي يتطلب تدفقاً مغناطيسياً متغيراً. | التيار المستمر الثابت لا يحث جهداً ثانوياً بشكل مستمر. |
| لفات أحادية الطور وثلاثية الطور | قد يستخدم المحول ثلاثي الطور قلباً ذا ثلاث ساقين أو مجموعة من الوحدات أحادية الطور. | لكل ملف طور طرفان يمكن ربطهما معاً على شكل نجمة (Y)، أو مثلث (دلتا)، أو في التصاميم الخاصة، على شكل متعرج (زيغزاغ). |
| توصيل نجمة | في التوصيل على شكل نجمة، يتصل أحد طرفي كل ملف مرحلي عند نقطة محايدة. | جهد الخط يساوي الجذر التربيعي لثلاثة مضروباً في جهد الوجه، بينما تيار الخط يساوي تيار الوجه. |
هل يعمل المحول مع جهود التيار المستمر؟
المحول التقليدي يتطلب تغيراً في التدفق المغناطيسي. التيار المستمر الثابت لا يحث جهداً ثانوياً بشكل مستمر. تطبيق التيار المستمر على محول عادي يمكن أن ينتج تيارات عالية جداً محدودة أساساً بمقاومة الملفات، مما يتسبب في ارتفاع سريع للحرارة وتلف. تستخدم أنظمة تحويل التيار المستمر تبويلاً إلكترونياً لإنشاء موجات متناوبة أو نابضة قبل التحويل المغناطيسي.
لفات أحادية الطور وثلاثية الطور
قد يستخدم المحول ثلاثي الأطوار قلباً ذا ثلاثة أطراف أو مجموعة من الوحدات احادية الطور. لكل ملف طور طرفان يمكن ربطهما معاً على شكل نجمة (واي)، أو دلتا، أو في التصميمات الخاصة، على شكل متعرج (زيغ زاج). يغير هذا الربط علاقات الخط/الطور وسلوك النظام.
توصيل نجمة
في توصيلة النجمة، يتصل أحد طرفي ملف كل وجه عند نقطة محايدة. يساوي جهد الخط ٣√ أمثال جهد الوجه، بينما يساوي تيار الخط تيار الوجه. يمكن تأريض النقطة المحايدة وإتاحتها للأحمال أحادية الطور. يمكن أن تكون العزل لكل وجه أقل من جهد الخط، وهو ما يُعد ميزة في الملفات عالية الجهد.
دلتا كونكشن
في توصيلة دلتا، تشكل ملفات الأطوار حلقة مغلقة. جهد الخط يساوي جهد الطوار، بينما تيار الخط يساوي √3 أضعاف تيار الطور. توفر دلتا مساراً لتيارات التوافقية الثالثية وتيارات التدوير ذات التسلسل الصفري، وتمنع تيار التسلسل الصفري من المرور مباشرة إلى أطراف الخط.
التوصيلات الثلاثية الطور الشائعة
- واي واي نجمة-نجمة؛ قد تكون الخطوط المحايدة متاحة، ولكن تيار التسلسل الصفرى والتوافقات تتطلب معالجة دقيقة.
- دين دلتا للجهد العالي، ونجمة للجهد المنخفض مع خط محايد؛ تُستخدم على نطاق واسع للتوزيع.
- يارد المحولات ذات التوصيل النجمي في الجانب العالي (HV) والمثلثي في الجانب المنخفض (LV)؛ تُستخدم حيث يناسب الجانب الثانوي ذو التوصيل المثلثي النظام.
- دي دي: دلتا-دلتا؛ بدون خط محايد ولا يوجد إزاحة ذاتية بمقدار 30 درجة.
- متعرج مفيد للتأريض، والتكوين المحايد، والتحكم التوافقي.
كيف تعمل ترميز مجموعات المتجهات
تحديد الحروف للوصلات الملفوفة: D/d للمثلث، Y/y للنجمة و Z/z للخط المتعرج. الحروف الكبيرة عادةً ما تشير إلى ملف الجهد العالي والحروف الصغيرة إلى ملف الجهد الأخفض. “N” أو “n” تشير إلى نقطة تعادل يمكن الوصول إليها.
يشير رقم الساعة إلى إزاحة طور الجهد المنخفض (LV) بالنسبة للجهد العالي (HV) بمضاعفات 30 درجة. وعليه، فإن الرمز Dyn11 يصف جهداً عالياً موصولاً على شكل مثلث (delta)، وجهداً منخفضاً موصولاً على شكل نجمة (star) مع خط محايد، وإزاحة بمقدار الساعة الحادية عشرة. تتبع اتفاقية المرجع الدقيقة المعيار المطبق.
أهمية مجموعات المتجهات
مجموعة المتجهات تؤثر على زاوية وجه النظام، والتأريض، وتيار العطل الأرضي، وسلوك التوافقيات، والتوافق في التشغيل على التوازي. المحول البديل الخاطئ يمكن أن يضع الفولتيات الثانوية خارج الطور، مما يجعل التوصيل على التوازي خطيراً ويعطل تعويض حماية التفاضل.
متطلبات المحولات المتوازية
قبل التوصيل على التوازي، تحقق من:
- نفس نسبة الجهد ووضع الصنبور المتوافق؛;
- نفس القطبية وتسلسل الأطوار؛;
- نفس مجموعة المتجهات أو ازاحة طور متطابقة;
- نسبة ممانعة متشابهة ونسبة المفاعلة إلى المقاومة (X/R);
- سعات كيلو فولت أمبير (kVA) المتوافقة لمشاركة الاحمال بشكل نسبي;
- تصنيف الأعطال المشترك الكافي لمعدات التחלيد والقضبان الناقلة.
فروقات النسب الصغيرة تسبب تيارات دوران حتى بدون حمل. فروقات الممانعة تسبب تحميلاً بنسب غير متساوية، بحيث قد يتم تحميل أحد الوحدات بشكل زائد قبل الوصول إلى السعة الاسمية المجمعة.
تنظيم جهد المحول
تصف تنظيم الجهد التغير في الجهد الثانوي بين حالة عدم الحمل وحالة الحمل عند عامل قدرة محدد. تتسبب مقاومة الملفات ومفاعلة التسرب في حدوث هبوط داخلي في الجهد. يؤثر عامل قدرة الحمل في كل من مقدار واتجاه هذا التغير.
مبدل الصنبور خارج الدائرة يضبط النسب فقط عندما يكون مقطوع التيار الكهربائي. أما مبدل الصنبور تحت الحمل (OLTC) فيغير الصنابير بينما يكون التيار موصلاً ويعمل تلقائياً مع منظم جهد. يستخدم وحدة التحكم الجهد المقاس، ونقطة الضبط، ومنطقة الخمود، والتأخير، وتعويض هبوط الخط لتجنب العمليات المفرطة.
تأثيرات الحماية والاتصال
يجب أن تعوض الوقایة التفاضلیة عن نسبة اللفات وإزاحة طور مجموعة التوصيل. كما تمنع توصيلات محولات التيار أو إعدادات المرحلات الرقمية تيار التسلسل الصفري من التسبب في تشغيل خاطئ. تعتمد تأريض النقطة المتعادلة ووقاية الأعطال الأرضية على أي نقطة متعادلة يمكن الوصول إليها وكيفية تأريضها.
مواصفات المنتج
من أجل محول طاقة مغمور بالزيت بجهد 35 كيلوفولت, ، حدد جهد الفولت العالي/الفولت المنخفض، ومجموعة المتجهات، والممانعة، والمقابس (المبدلات)، التأريض. المعدات المعبأة مثل محطة محولات صندوقية للطاقة الجديدة جهد 35 كيلوفولت أو محطة فرعية جاهزة الصنع YBM-12 يجب تنسيق توصيل المحول مع حماية مفاتيح التوزيع ومتطلبات الخط المحايد للجهد المنخفض.
قائمة التحقق من التحقق
- تأكد من الفولتية والتردد للنظام.
- حدد متطلبات التوصيل والمحايد.
- اختر مجموعة المتجهات بناءً على النظام ومتطلبات التوازي.
- الممانعة، والمقابس (الحنفيات)، والتنظيم.
- التحقق من سلوك التسلسل الصفري والتاريض.
- نسق بين حماية التيار التفاضلي وحماية الأعطال الأرضية.
- اختبار نسبة التحويل، والقطبية، وإزاحة الطور، ومجموعة المتجهات قبل التشغيل (أو قبل الإمداد بالطاقة).
قراءة رمز مجموعة متجهات المحولات الكهربائية
يصف الحرف الكبير الأول الملف عالي الجهد، ويصف الحرف الصغير الملف منخفض الجهد، بينما يحدد الحرف N أو n نقطة محايدة يمكن الوصول إليها. ويعبر رقم الساعة عن إزاحة الطور للملف منخفض الجهد بالنسبة للملف عالي الجهد بخطوات مقداتها 30 درجة. على سبيل المثال، Dyn11 تعني ملف عالي الجهد موصول على شكل دلتا، وملف منخفض الجهد موصول على شكل نجمة مع نقطة محايدة، عند وضع الساعة 11.
القطبية، وإزاحة الطور، والربط على التوازي
تحدد القطبية العلاقة الطرفية اللحظية؛ ويحدد تسلسل الأطوار ترتيب الأطوار؛ وتحدد مجموعة المتجهات توصيل الملفات والإزاحة. يجب أن توفر المحولات المخصصة للخدمة المتوازية جهداً ثانوياً وزاوية وجه متوافقين، وينبغي أن تكون لها معاوقة ومواضع صنبور متطابقة بشكل مناسب لتجنب التيار الدويري وتقاسم الأحمال غير المتكافئ.
المراجع الفنية والقراءة الإضافية
تدعم المصادر المستقلة التالية المعايير والمصطلحات والحسابات وسياق السلامة التي تمت مناقشتها في هذا الدليل:
- معيار المحولات الكهربائية IEC 60076-1 — النطاق، المصطلحات، التقييمات، رموز التوصيل، الاختبار، السلامة، والمتطلبات العامة لمحولات الطاقة.
- وزارة الطاقة الأمريكية: محولات التوزيع — التعريفات الرسمية، ومتطلبات الكفاءة، وإجراءات الاختبار، والموارد التنظيمية لمولات التوزيع.
- متطلبات إدارة السلامة والصحة المهنية (أوشا) لنقل وتوزيع الطاقة الكهربائية — متطلبات السلامة ذات الصلة بالإنشاءات والعمل حول معدات نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية.
