10 معلمات تقنية رئيسية وطرق اختيار المحولات الجافة

10 معلمات تقنية رئيسية وطرق اختيار المحولات الجافة

في توزيع الطاقة الصناعية، وإمدادات الطاقة للمباني، ومشاريع الطاقة الجديدة، يتم استخدام المحولات الجافة بشكل واسع في المحطات الفرعية الداخلية، ومراكز البيانات، وأنظمة النقل بالسكك الحديدية، والمستشفيات، والمرافق الصناعية الكبيرة نظراً لتصنيفات السلامة من الحرائق العالية، ومتطلبات الصيانة المنخفضة، وعملها الآمن والموثوق.

مقارنةً بـ محولات مغموسة في الزيت, تعمل المحولات الجافة على استخدام هيكل عازل صلب ولا تتطلب زيت عازل للتبريد أو العزل؛ وبالتالي، لا تشكل أي خطر من تسرب الزيت، مما يوفر مزايا واضحة للاستخدام في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية والأماكن التي تتطلب شروط صارمة لسلامة الحريق.
ومع ذلك، في التطبيقات الهندسية العملية، فإن اختيار المحول الجاف لا يتحدد فقط بالسعة. بل إن معايير مثل الجهد المقدّر، مجموعة التوصيل، جهد الممانعة، مستويات الفقد، ارتفاع درجة الحرارة، طريقة التبريد، وفئة العزل تؤثر جميعها على أداء المعدات التشغيلي وعمرها الافتراضي.
على سبيل المثال، حتى بين محولات جافة بسعة 2000 kVA, تؤدي الاختلافات في مواد النواة، وهياكل اللف، وأنظمة العزل المستخدمة من قبل مختلف الشركات المصنعة إلى تفاوتات فيما يتعلق بفقد الحمل، وفقد عدم الحمل، وارتفاع درجة الحرارة، وقدرة التحمل في حالة الدائرة القصيرة.
لذلك، خلال مراحل اقتناء المعدات وتصميم الهندسة، من الضروري تقييم المعايير الفنية الأساسية بشكل شامل بناءً على البيئة التشغيلية الفعلية وخصائص الحمل.

I. عدد الأطوار والتردد المقنن

1. اختيار عدد الطور
تصنف المحولات الجافة بشكل أساسي إلى نوعين بناءً على عدد الأطوار: طور واحد وثلاثة أطوار.

في الوقت الحاضر، تعتبر المحولات الجافة ثلاثية الطور هي الحل الأكثر استخدامًا في المشاريع الصناعية وأنظمة توزيع المباني.

على سبيل المثال، عندما يتم تحويل نظام توزيع بجهد 10 كيلو فولت إلى 0.4 كيلو فولت، تشمل المحولات المستخدمة عادةً:

2. التردد المقنن

التردد المقنن

تشير الترددات المعتمدة إلى تردد نظام الطاقة الذي يتوافق مع ظروف التشغيل المصممة للمحول.

تتفاوت ترددات أنظمة الطاقة بين البلدان والمناطق المختلفة:

ملاحظة: بعض الدول في الشرق الأوسط تعمل على أنظمة طاقة بتردد 60Hz، ولذلك يجب تصميم المحولات لمشاريع التصدير وفقًا لمعايير الشبكة المحلية.

إذا لم يتطابق تردد المحول مع تردد نظام الطاقة، فسوف يؤثر ذلك على كثافة التدفق المغناطيسي، والخسائر، وزيادة درجة الحرارة.

التأثيرات الرئيسية هي كما يلي:

لذلك، عند شراء المحولات الجافة للمشاريع الخارجية، يجب تأكيد المعلمات التالية:

• تردد النظام
• مستوى الجهد
• درجة حرارة المحيط
• ارتفاع التركيب
• درجة الحماية (تصنيف IP)

II. الجهد المقنن ونسبة الجهد

1.الجهد المقنن

الجهد المقدر يشير إلى جهد التشغيل المصمم لللفتين الرئيسية والثانوية للمحول.

تركيبات الجهد الشائعة للمحولات الجافة:

مثال: محول جاف SCB13-2000/10

تم تصميم هذا المحول لأنظمة توزيع صناعية بجهد 10 كيلو فولت. بعد تقليل الجهد، يقوم بتزويد الطاقة للمعدات الكهربائية منخفضة الجهد.

2.نسبة الجهد

تمثل نسبة جهد المحول العلاقة بين جهد الجانب الرئيسي وجهد الجانب الثانوي.

صيغة الحساب:

U₁/U₂ = N₁/N₂

حيث:

• U₁: جهد الجانب الأول
• U₂: جهد الجانب الثاني
• N₁: عدد لفات الملف الأول
• N₂: عدد لفات الملف الثاني

التطبيقات الشائعة للخفْض:

يجب أن يتطابق مستوى جهد المحولة بشكل صحيح مع نظام الطاقة.

إذا كانت المعدات تعمل بشكل مستمر عند جهد أعلى من القيمة المصممة لها، فقد يتسبب ذلك في:

• زيادة كثافة التدفق المغناطيسي في القلب
• زيادة خسائر عدم التحميل
• زيادة ارتفاع درجة الحرارة
• تقدم العزل المتسارع

لذا فإن تطابق الجهد المناسب ضروري لضمان كفاءة المحولات وموثوقيتها وعمر الخدمة.

III. السعة المقننة

السعة المقدرة هي واحدة من أهم معايير الاختيار للمحولات الجافة، مع التعبير عن الوحدة بـ ك ف أ.

يمثل الحد الأقصى للطاقة الظاهرة التي يمكن أن تقدمها المحولة بشكل مستمر تحت ظروف التشغيل المحددة.

صيغة الحساب:

S = √3 × U × I

حيث:

• S: السعة المقدرة
• U: الجهد المقدر
• I: التيار المقدر

تصنيفات السعة الشائعة

مبادئ اختيار السعة

في مشاريع الهندسة الفعلية، لا ينبغي اختيار سعة المحول فقط بناءً على الحمل الحالي. يجب أيضًا أخذ العوامل التالية بعين الاعتبار:

• أقصى حمل حالي
• نمو الحمل المستقبلي
• تيار بدء المحرك
• الاقتصاد الكلي في التشغيل

بشكل عام، يُوصى بالحفاظ على معدل الحمل التشغيلي طويل الأجل للمحول عند حوالي 70%–85%.

تشغيل الحمل المنخفض:

• استثمار أولي أعلى
• نسبة أعلى من خسائر عدم الحمل

تشغيل الحمل العالي:

• زيادة ارتفاع درجة الحرارة
• تقدم العزل المتسارع
• تقليل عمر الخدمة

حالة تطبيق هندسي

اعتمد مشروع صناعي على نظام إمداد الطاقة لمحول جاف بجهد 10 كيلو فولت.

تكوين المعدات

التطبيقات الرئيسية

• مزود الطاقة لمعدات الإنتاج
• مزود الطاقة لنظام العمليات
• أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
• مرافق الطاقة المساعدة

المعدات تتبنى مواد عزل من الفئة H وتم تصميمها وفقًا لـ حدود ارتفاع درجة الحرارة من الفئة F, ، مما يحسن موثوقية التشغيل على المدى الطويل ويمدد العمر الافتراضي.

IV. تصميم مجموعة توصيل الملف

يستخدم تعيين مجموعة المتجهات للإشارة إلى طريقة الاتصال لملفات الجهد العالي والجهد المنخفض لمحول من النوع الجاف، وكذلك العلاقة بين إزاحة الطور بين الجانبين.

في التطبيقات الهندسية، تؤثر مجموعة المتجهات ليس فقط على وضع تشغيل نظام الطاقة، ولكن أيضًا تؤثر مباشرة على التشغيل المتوازي للمحولات، والتحكم في التوافقيات، والتنسيق مع أجهزة الحماية..

1. تركيبة تسمية مجموعة المتجهات

تمثل مجموعة المتجهات للمحول عادةً بمزيج من الحروف والأرقام.

مثال: Dyn11

2. الأنواع الشائعة للتوصيل

3. لماذا يستخدم Dyn11 على نطاق واسع؟

في التيار أنظمة توزيع 10kV/0.4kV, Dyn11 هو أكثر مجموعة محولات شيوعًا.

تشمل الأسباب الرئيسية:

(1) تحسين كبح التوافقيات الثالثة

يعتمد الجانب عالي الجهد على اتصال دلتا، مما يوفر مساراً مغلقاً لتيارات التوافقيات الثالثة، مما يقلل من تشوه شكل موجة الفولتية ويحسن جودة الطاقة.

(2) تحسين التكيف مع الأحمال غير المتوازنة

تحتوي المصانع الصناعية والمباني التجارية على عدد كبير من الأحمال أحادية الطور، مثل:

• أنظمة الإضاءة
• معدات المكتب
• أنظمة التحكم

يوفر تكوين Dyn11 أفضل تحمل لعدم التوازن في الأحمال ثلاثية الطور ويحسن استقرار النظام.

(3) تحسين حماية التأريض للجانب منخفض الجهد

يتم إخراج النقطة المحايدة للجانب منخفض الجهد، مما يسمح بتكوين نظام تأريض موثوق ويحسن الاعتمادية التشغيلية لأجهزة الحماية.

V. جهد الممانعة وخسارة الحمل

1. جهد الممانعة

جهد الممانعة (Uk%) هو واحد من أهم معايير الأداء للمحول.

يمثل النسبة المئوية من جهد المرحلة الأولية المحددة التي يجب تطبيقها على الجانب الأولي للمحول عندما يكون الجانب الثانوي قصير الدائرة، من أجل إنتاج التيار المحدد.

صيغة الحساب:$$Uk\%= \frac{U_z}{U_1}\times100\%$$Uk%=U1​Uz​​×100%

حيث:

• Uz: جهد اختبار القصر
• U1: جهد المرحلة الأولية المحدد

2. تأثير جهد الممانعة على التشغيل

تؤثر جهد المعاوقة بشكل مباشر على:

• تيار القصر
• تنظيم الجهد
• استقرار النظام

جهد الممانعة النموذجي للمحولات الجافة

مثال: محول جاف SCB13-2000/10

3. فقدان الحمل

خسارة الحمل ناتجة بشكل رئيسي عن مقاومة لفات المحول، وتعرف أيضًا باسم خسارة النحاس.

صيغة الحساب:$$P_{cu}=I^2R$$Pcu​=I2R

عندما يزداد حمل المحول، يزداد تيار اللفات، مما يتسبب في ارتفاع خسارة النحاس بشكل سريع.

على سبيل المثال، لنفس الشيء محول جاف بقدرة 2000kVA:

• عند تشغيل الحمل 50%:
  • خسارة نحاسية أقل
  • ارتفاع درجة الحرارة أقل
• عند تشغيل الحمل 100%:
  • زيادة كبيرة في الخسارة النحاسية
  • درجة حرارة لف أعلى

لذلك، خلال التشغيل لفترة طويلة، يجب ضبط معدل تحميل المحول بشكل مناسب للحفاظ على الكفاءة وإطالة عمر الخدمة.

3. فقدان الحمل

خسارة الحمل ناتجة بشكل رئيسي عن مقاومة لفات المحول، وتعرف أيضًا باسم خسارة النحاس.

صيغة الحساب:$$P_{cu}=I^2R$$Pcu​=I2R

حيث:

• Pcu: خسارة الحمل (خسارة نحاسية)
• I: تيار اللف
• R: مقاومة اللف

مع زيادة تحميل المحول، يزيد تيار اللف، مما يؤدي إلى ارتفاع خسارة النحاس بسرعة.

على سبيل المثال، لنفس الشيء محول جاف بقدرة 2000kVA:

• التشغيل عند تحميل 50%:
  خسارة النحاس منخفضة نسبياً؛ ارتفاع درجة الحرارة محدود.
• التشغيل عند تحميل 100%:
  خسارة النحاس تزداد بشكل كبير؛ ترتفع درجة حرارة اللف وفقًا لذلك.

لذلك، خلال التشغيل لفترة طويلة، يجب ضبط معدل تحميل المحول بشكل مناسب لضمان أداء موثوق، وتقليل خسائر الطاقة، وإطالة عمر نظام العزل.

VI. ارتفاع درجة الحرارة وطرق التبريد

1. أهمية ارتفاع درجة الحرارة

على عكس المحولات المغمورة بالزيت، لا تحتوي المحولات الجافة على نظام تبريد بدائرة زيت. لذلك، يعتمد التحكم في درجة حرارة الملفات أساسًا على:

• تداول الهواء المحيط
• تصميم هيكل الملفات
• التبريد القسري بواسطة المراوح

المصادر الرئيسية للحرارة الناتجة أثناء تشغيل المحول تشمل:

2. فئة العزل

فئات العزل الشائعة المستخدمة في المحولات الجافة:

حاليًا، عادةً ما تتبنى المحولات الجافة المصنوعة من راتنجات الإيبوكسي المستخدمة في المشاريع الصناعية:

مواد العزل من الفئة H + تصميم ارتفاع درجة الحرارة من الفئة F

تساعد هذه الطريقة في التصميم على تقليل درجة الحرارة الفعلية للتشغيل، وتحسين الأداء الحراري، وإطالة عمر المحول.

3. طرق التبريد

تُقسم طرق التبريد للمحولات الجافة بشكل رئيسي إلى:

مثال: المحول الجاف SCB13-2000/10

• العملية العادية: التبريد الطبيعي بالهواء AN
• العملية عالية الحمل: تنشيط تبريد المروحة AF لتحسين قدرة التفريغ الحراري

VII. نظام العزل للمحولات الجافة

تعتمد الاستقرار والموثوقية التشغيلية للمحولات الجافة إلى حد كبير على نظام مواد العزل.

أكثر طرق العزل استخدامًا هي:

عزل ريزن إيبوكسي مصبوب

تشمل الميزات الرئيسية له:

• مقاومة رطوبة ممتازة
• قوة ميكانيكية عالية
• مستوى تفريغ جزئي منخفض
• ملاءمة جيدة للبيئات الصناعية

المواد العازلة الرئيسية

متطلبات التطبيقات للبيئات عالية الحرارة في الشرق الأوسط

متطلبات التطبيق للمحولات الجافة في بيئات ذات درجات حرارة عالية

في مناطق مثل المملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة, عادةً ما تحتاج المحولات الجافة إلى تلبية المتطلبات التالية:

في البيئات ذات الحرارة العالية، قد يؤدي عدم كفاية قدرة تصريف الحرارة إلى:

• زيادة درجة حرارة الملفات
• تقدم العزل المتسارع
• تقليل عمر الخدمة

لذا، يتم تصميم المحولات الجافة المستخدمة في المشاريع الصناعية في الشرق الأوسط عادةً مع زيادة هوامش ارتفاع درجة الحرارة.

VIII. حالة تطبيق هندسي نموذجية للمحولات الجافة

1. مشروع ورشة كهرباء مدينة الجبيل الصناعية، المملكة العربية السعودية

مدينة الجبيل الصناعية, تقع في المنطقة الشرقية من المملكة العربية السعودية، وتعتبر واحدة من أهم قواعد تصنيع البتروكيماويات والصناعات في الشرق الأوسط.

المنطقة معرضة باستمرار لظروف بيئية قاسية، بما في ذلك:

• ارتفاع درجة الحرارة
• ارتفاع نسبة الرطوبة
• تآكل رذاذ الملح
• الغبار والرمال

تضع هذه الظروف متطلبات عالية على التكيف البيئي وموثوقية المعدات الكهربائية.

اعتمدت ورشة الطاقة في المشروع على المحولات الجافة كمعدات توزيع الطاقة الرئيسية، مما يوفر إمدادات طاقة مستقرة لـ:

• معدات الإنتاج
• أنظمة الطاقة المساعدة
• أنظمة توزيع الجهد المنخفض في المنشأة

تكوين المشروع

معلمات المعدات الرئيسية

محوّل جاف بسعة 2500 كيلو فولت أمبير

محوّل جاف بسعة 2000 كيلو فولت أمبير

محوّل جاف بسعة 1000 كيلو فولت أمبير

ميزات تصميم المشروع

مع مراعاة بيئة التشغيل في الجبيل، تشمل اعتبارات التصميم الرئيسية:

1. قابلية التكيف مع درجات الحرارة العالية

المعدات مصممة لـ درجة حرارة محيطة 50℃, مما يحسن قدرة تبديد حرارة اللف.

تشمل التدابير الرئيسية:

• زيادة هامش التصميم الحراري
• تحسين بنية اللف
• تركيب أنظمة التبريد بالهواء القسري

2. حماية من تآكل الضباب المالح

تحتوي المناطق الساحلية على تركيزات عالية من أيونات الكلوريد في الهواء، مما يمكن أن يسرع من تآكل المكونات المعدنية.

المعدات تعتمد على:

• طلاءات مقاومة للتآكل
• مثبتات من الفولاذ المقاوم للصدأ
• تحسين معالجة السطح

3. تصميم الحماية من الغبار

غالبًا ما تحتوي المناطق الصناعية على كميات كبيرة من الغبار، مما قد يؤثر على أداء العزل إذا دخل إلى المعدات.

تشمل تدابير الحماية:

• تصنيف حماية IP23/IP54
• هيكل علبة مختومة
• تصميم تحسين التهوية والترشيح

IX. ملخص لمعلمات الاختيار الرئيسية للمحولات الجافة

في المشاريع العملية، تشمل المعايير الرئيسية التي يتم أخذها بعين الاعتبار لاختيار المحولات الجافة ما يلي:

X. متطلبات التشغيل والصيانة للمحولات الجافة

على الرغم من أن المحولات الجافة تتطلب صيانة أقل مقارنة بالتحويلات الغمر النفطي، إلا أن الفحوصات المنتظمة لا تزال ضرورية خلال التشغيل طويل الأمد.

عناصر الفحص الرئيسية

مشاكل التشغيل الشائعة

1. ارتفاع درجة الحرارة المفرط

الأسباب المحتملة:

• تشغيل التحميل طويل الأمد
• تهوية غير كافية
• فشل مروحة التبريد
• درجة حرارة محيطة مرتفعة بشكل مفرط

التدابير التصحيحية:

• تقليل الحمل
• التحقق من نظام التبريد
• تنظيف قنوات التهوية

2. زيادة التفريغ الجزئي

الأسباب المحتملة:

• تلوث الملف
• امتصاص الرطوبة في العزل
• شروخ في عزل الراتنج الايبوكسي

التدابير التصحيحية:

• إجراء اختبار تفريغ جزئي منتظم
• فحص حالة العزل
• الحفاظ على المحول نظيفاً وجافاً

عن زيشينغ الكهربائية

زيشينغ هي شركة تصنيع محترفة ذات خبرة تزيد عن 19 عامًا في الإنتاج محولات مغمورة بالزيت, محطة فرعية مدمجة, محولات مثبتة على القاعدة, محولات مثبتة على الأعمدة و محولات جافة. نحن نملك شهادات ISO/CE/IEC 60076 وTUV راينلاند.
المحولات تخضع لاختبارات FAT واختبارات النوع الصارمة، وتدعم تخصيص الجهد/السعة. نرحب بالتشاور بشأن كتالوج و منتج. يمكنك الاتصال بنا عبر البريد الإلكتروني [email protected].