المحول
شكل هو جهاز كهر ومغناطيسي ليست به أجزاء متحركة ( ساكن ) يحول التيار المتغير ذو الضغط المنخفض إلى تيار متغير ذو ضغط عالى و بنفس التردد وبالعكس .
الغرض من المحول : نظراً لتوليد القدرة الكهربية فى أماكن بعيدة عن المستهلكين لذلك تستخدم المحولات لنقل القدرة الكهربية بضغوط مرتفعة الى أماكن استهلاكها ثم تخفض إلى ضغوط التشغيل .
ونتيجة لنقل القدرة الكهربية بضغوط مرتفعة تحقق عدة فوائد منها :
1- توفير فى ثمن الموصلات حيث أمكن استخدام موصلات ذات مقطع أصغر .
2- توفير فى القدرة المفقودة فى الموصلات وكذلك فى ثمن الطاقة الكهربية المفقودة .
3- رفع كفاءة خطوط نقل القدرة الكهربية .
نظرية المحول :
تركيب محولات القدرة الكهربية :
1- الإناء2 - أنابيب التبريد3 - صفائح القلب المغناطيسي
4- الملفات5 - وعاء التمدد الزيتي ( التنك المرفق )6 - قابض أنابيب التبريد
7- متمم بوخلز 8 - ترمومتر حراري 9 - عوازل الضغط العالي
10- عوازل الضغط المنخفض 11 - مسامير تثبيت الصفائح12 - أنبوبة بيان الزيت
13- أنبوبة التمدد14 - حامل العجلات15 - الزيت
العناصر الأساسية المكونة للمحول :
(أ) الجزء الداخلي الرئيسي :
* القلب الحديدي رقم 3 وفائدته :
1- حمل وتكثيف المجال المغناطيسي فى دوائر مغناطيسية .
2- حمل الملفات الابتدائية والثانوية والأطراف العازلة .
*الملفات " الابتدائية - الثانوية " والأطراف العازلة .
أطراف التوصيل " عوازل الجهد العالي رقم 9
عوازل الجهد المنخفض رقم 10 .
(ب) الجزء الخارجي أو الثانوي : يتكون من ( انظر شكل 2)
خزان وعاء الزيت الرئيسي ( 1 ) وأنابيب التبريد ( 2 ) .
خزان وعاء التمدد (5) .
أجهزة التحكم والوقاية ( متمم بوخلز 7 وأنبوبة قذف الزيت ( 13) ومفتاح تغيير نسبة التحويل غير ظاهر بالرسم ) .
أولا : القلب الحديدي :
يصنع من رقائق من الصلب السليكونى بسمك يتراوح من ( 0.35 إلى 0.5 مم ) وتعزل عن بعضها بالورنيش أو الورق وذلك لتقليل المفقود الناشئ من التيارات الاعصارية ويزيد السليكون من معامل نفاذ الحديد وبالتالي يقلل من مفاقيد التعويق المغناطيسي .
ثانياً : (أ)الملفات الابتدائية :
وهو الملف الذي يتصل بالمنبع ويصنع من سلك النحاس الأحمر جميع لفاته معزولة عن بعضها وعن القلب وعن الملف الثانوي عزلا كهربائياً .
وتختلف درجة العزل ومساحة المقطع باختلاف قيمة الضغط والتيار المار به .
(ب) الملف الثانوي :
وهو مثل الملف الابتدائي غير أنة يوصل بالحمل وتختلف عدد لفاته ومساحة مقطعها حسب الضغط على طرفيه والتيار المار به .
ثالثاً : أطراف التوصيل :
تستخدم لتوصيل أطراف الملفات ( الضغط المنخفض والعالي )
من داخل المحول الى خارج المحول .
ويتوقف شكل ونوع طرف التوصيل على الآتي :
1- الضغط المستخدم :
( منخفض - عالي - فائق ) تختلف أطراف التوصيل باختلاف الضغط المستخدم .
ففي الضغط المنخفض تكون من الصيني شكل ( 4-أ )
والعالي تكون من الصيني المملوءة بالزيت
والضغط العالي جداً ( الفائق ) تكون أطراف مكثفات شكل (4-ب )
2- نوع التوصيلات : ففي حالة توصيل المحول بكابلات أرضية
تستخدم صندوق نهاية مثبت فى جانب المحول وتنفذ إلى داخل الوعاء .
أما فى حالة توصيل المحول مباشرة بالخطوط الهوائية أو قضبان التوزيع
تكون أطراف التوصيل على غطاء المحول .
رابعاً: خزان ( وعاء ) الزيت الرئيسي :
يصنع من حديد غير مغناطيسي ويختلف شكل الخزان باختلاف قدرة المحول حيث يشكل سطحه بحيث يكون كافياً لفقد الطاقة الحرارية الناتجة من المفاقيد الكهربية . والتي تنقل إليه بواسطة زيت التبريد . وقد يحتوى على مجارى ( أنابيب ) لسحب الزيت وتبريده ثم إعادته فى القدرات العالية . ويركب الوعاء على قاعدة تعمل على عجل بحيث يسهل نقل المحول .
فائدة الخزان الرئيسي :
1- حماية القلب والملفات باحتوائه لها .
2- حمل أطراف ومخارج التوصيل .
3- وضع وحفظ زيت المحولات المستخدم فى تبريد وعزل المحول .
4- حمل مواسير الإشعاع للمحول .
خامساً : خزان التمدد ( خزان الزيت الزائد ) :
يصنع من صفائح الصلب ويثبت على السطح العلوي للمحول
ويصل بالخزان الرئيسي بماسورة توصيل حيث تلتقي به فى أعلى
بعض الشيء من قاع خزان التمدد الذي يقدر حجمه 10/1 حجم الخزان الرئيسي .
ويزود خزان التمدد بالآتي :
1- أنبوبة بيان مستوى الزيت وفائدتها :
( أ ) بيان مستوى الزيت .
(ب) ملاحظة لون بخار الزيت الناتج عن حدوث عطل بالمحول ، بعد اشتعال الباخر فإذا كان :
• لون البخار المتجمع أبيض دل ذلك على حرق فى الورق العازل .
• لون الغاز المتجمع أصفر دل ذلك على حرق الخشب والفبر العازل .
• لون الغاز المتجمع اسود دل ذلك على تحلل الزيت وحرقه .
•
2- أنبوبة ذات ثقوب لسحب الهواء وطرده :
حيث تعمل على توازن الضغط داخل الخزان وخارجه وتسمى بأنبوبة التنفس ولمنع الرطوبة وتجفيف الهواء الداخل للخزان يوضع فى طريقة مادة ماصة للرطوبة ( السليكاجيل )
سادساً : أنبوبة الطرد ( قذف الزيت ) :
فى المحولات كبيرة القدرة يزود خزان الزيت الرئيسي بأنبوبة تغلق فتحتها بواسطة شريحة زجاجية ( غشاء ) . فعند حدوث خطاء تزيد كمية الغازات بالخزان ، تضغط على الشريحة الزجاجية فتكسرها وتخرج إلى الجو الخارجي وكذلك الزيت الزائد .
طرق توصيل ملفات محولات القدرة
زاوية الوجه بين ملفات الضغط العالى والمنخفض :
إذا كانت التوصيلات متشابهة فى شكل التوصيل ( نجمة / نجمة أو دلتا / دلتا ) فأنة يكون هناك اتفاق وجهي . لذا فأنة قد أخذت زاوية الوجه بين الضغط العالي والمنخفض كأساس لتقسيم المحولات . فإذا رمزنا الى الضغط العالي بعقرب الثواني والضغط المنخفض بعقرب الساعات وباستخدام الزاوية المركزية بين كل رقمين من أقسام الساعة وقدرها 30 وبالدوران فى اتجاه عقارب الساعة كما هو مبين بالشكل (6) نحصل على جدول توصيلات المحولات .
1- مجموعات التوصيل نجمة / نجمة أو دلتا / دلتا : فى هذه التوصيلات يكون عقربي الساعة منطبقين عند الساعة 12 أي زاوية الوجه صفر ولذلك تسمى هذه المجموعة من التوصيل بالمجموعة 12 .
2- مجموعات التوصيل نجمة/ نجمة معكوسة : حيث تكون زاوية الوجه 180 ويكون عقربى الساعة عند الرقم 6 ولذلك تسمى هذه المجموعة بالمجموعة رقم 6 .
3- مجموعات التوصيل نجمة / دلتا أو دلتا / نجمة : حيث تكون زاوية الوجه 30 ويكون عقربى الساعة عند الرقم 11 وتكون زاوية الوجه للمجموعات 11 هى 30 x 11 = 330 ……. وهكذا .
فاذا رمزنا الى أطراف توصيل الضغط العالي بالحروف الكبيرة Y,D,Z أي نجمة ، دلتا ، زجزاج ، كذلك أطراف توصيل الضغط المنخفض بالحروف y,d,z وبكتابة رقم المجموعة بجوار الرمز يدل على زاوية الوجه بين الضغط العالي والمنخفض بعد ضربها x 30 .
أنواع مجموعات التوصيل المستخدمة ومميزات كل مجموعة :
1- توصيله نجمة / نجمة : شكل ( 7)
يوصل فيها كل من الابتدائي والثانوي على شكل نجمة وتكون زاوية الوجه صفر حيث رقم المجموعة ( 12 أو صفر ) وتكون نسبة التحويل ض2/ض1 = ن2/ن1 .
وتتميز هذه التوصيله بالآتي :
( أ ) اقتصادية فى دوائر الضغط العالي .
(ب) يغلب استخدامها فى الأحمال الصغيرة المتزنة .
(ج) يمكن الحصول منها على أكثر من قيمة الضغط .
عيوبها :
( أ ) يسبب سلك الأرضي متاعب إذا لم يوصل جيداً بالأرض .
(ب) لا تستخدم فى الأحمال غير المتزنة .
(ج) ظهور التوافقية الثالثة .
2- توصيله الدلتا / دلتا : شكل ( 8 )
يوصل فى هذة الطريقة كل من ملفات الابتدائي والثانوي على شكل دلتا ( مثلث ) وتكون زاوية الوجه صفر حيث رقم المجموعة ( 12 أو صفر ) وتكون نسبة التحويل :
ض2/ض1 = ن2/ن1
مميزات هذه التوصيله :
( أ) اقتصادية عند الضغط المنخفض .
(ب) تخمد فيها التوافقية الثالثة .
(ج) يمكن استخدامها عند الأحمال الكبيرة غير المتزنة .
عيوبها :
( أ ) لا يمكن الحصول منها على أكثر من ضغط .
(ب) لا تستخدم فى التوزيع وذلك لعدم وجود طرف رابع .
3- توصيلة نجمة / دلتا : شكل (9)
حيث يوصل ملفات الابتدائي نجمة وملفات الثانوي دلتا وقد تكون زاوية الوجه ( 150 أو 330 ) أى رقم المجموعة ( 5أو 11) وتكون نسبة التحويل ض2/ض1 = ن2/ن1.
مميزات هذه التوصيله :
( أ) تخمد فيها التوافقية الثالثة وتعمل على استقرار نقطة الحياد .
(ب) تستخدم فى محولات الخفض لتغذية المحركات الثلاثية الأوجه المتزنة.
عيوبها :
(أ) لا يمكن الحصول منها على أكثر من ضغط .
(ب) لا يمكن استخراج طرف رابع من الملف الثانوي .
4- توصيله دلتا / نجمة : شكل ( 10 )
فى هذه التوصيله توصل ملفات الابتدائي دلتا والثانوي نجمة . وقد تكون زاوية الوجه حسب رقم مجموعة التوصيل أما رقم ( 5، 11 ) أى ( 150-أو 330 )ونسبة التحويل فى هذه الحالة ض2/ض1 = ن2/ن1
مميزات هذه التوصيله :
( أ) تستخدم بكثرة فى توزيع القدرة الكهربية .
(ب) يمكن استخراج طرف رابع والحصول على أكثر من ضغط .
(ج) حيث أن الابتدائي موصل دلتا فلا أثر للتوافقية الثالثة .
(د) تصلح للأحمال المتزنة وغير المتزنة .
5- التوصيلة ذات الدلتا الإضافية :
تزود المحولات بمجموعة ملفات توصل على شكل دلتا مقفولة على نفسها وذلك لتلافى تأثير التوافقية الثالثة وذلك بإمكان تشغيل المحولات التى تظهر بها هذه التوافقية الثالثة على الأحمال المتزنة وغير المتزنة وتكون ضرورية فى المحولات ذات التوصيل نجمة / نجمة متداخلة .
والجدول الآتي يبين أنواع توصيلات المحولات .
كيفية تمييز أطراف المحولات:
تميز أطراف ملفات الضغط العالي بالرمز لها بالحروف الكبيرة A,B,C وتميز أطراف ملفات الضغط المنخفض بالحروف الصغيرة a, b ,c وتميز أطراف الضغط العالي بالنظر الى مساحة مقطعها حيث تكون أقل من مساحة مقطع أطراف ملفات الضغط المنخفض . أو بواسطة قياس مقاومة كل ملف فالملف ذو المقاومة الأكبر هو ملف الضغط العالي .
توصيلات المحولات على التوازي
أولاً - محولات الوجه الواحد :
( أ ) توصيل ابتدائي على التوازي :
قد يحتاج الأمر لان يتصل محولات بالشبكة العامة لكى يغذى كل منهما حمل خاص به فيكون شرط التوصيل فى هذه الحالة هو تساوى ضغط الملف الابتدائي .
(ب) توصيل ابتدائي وثانوي على التوازي :
شرط توصيل محولين ذو وجه واحد على التوازي :
1- تساوى نسبة التحويل ( نفس الضغط الاسمي للابتدائي والثانوي ).
2- متساوية ضغط القصر أو ( الإعاقة الداخلية للمحولين متساوية ) ولتحقيق الشرطين السابقين نستخدم مصباح متوهج فإذا وصل طرف بالملف الثانوي والآخر بالشبكة ( المحول ناحية الثانوي ) وظل مظلماً كان التوصيل صحيحاً وإلا إذا كان التوصيل خاطئا ويبدل الطرفان شكل (11) .
ثانياً : المحولات الثلاثية الأوجه :
شرط توصيل محولين للعمل على التوازي :
1- نفس الضغط الاسمي للابتدائي والثانوي ( نفس نسبة التحويل )
2- نفس جهد القصر ( لا يجوز أن يزيد جهد القصر عن 10 % من المحول المحمل ) .
3- تتابع الأوجه حيث يستخدم جهاز مبين التعاقب .
4- تتبع نفس مجموعة التوصيل .
5- يجب ألا تزيد نسبة القدرة الاسمية عن 3 إلى 1 بقدر الإمكان .
تعريف ضغط ( جهد ) القصر : هو الضغط على طرفي الضغط العالي فى حالة قصر ملف الضغط المنخفض مع سريان التيار الأسمى فى ملف الضغط العالي وتيار مناسب فى ملف الضغط المنخفض .
تغيير نسبة التحويل لمحولات القدرة
من الشروط العامة للتغذية بالكهرباء :
1- استمرارية التغذية .
2- ثبات الضغط عند المستهلكين .
ونظراً لزيادة التحميل على الشبكة قد يؤدى الى انخفاض الجهد عند المستهلكين لذلك يجب رفع هذا الجهد بواسطة التحكم فى نسبة تحويل محول التوزيع ويستخدم لذلك نوعين من المفاتيح :
1- مفتاح تغيير نسبة التحويل عند اللا حمل .
2- مفتاح تغيير نسبة التحويل تحت الحمل .
زيت المحولات
هو زيت معدني يحضر بواسطة تقطير البترول الخام وهو أنقى أصناف الزيوت الناتجة بالتقطير .
خواص زيت المحولات :
1- متجانس وخالي من الشوائب .
2- وزنة النوعي 0.86-0.89جم/سم 3 - حرارته النوعية من 0.43 - 0.58 كيلو كالورى/ كجم .درجة.
3- درجة لزوجته عند 21ْم لا تقل على 37 سنتي ستوك .
4-خالي من الحموضة المعدنية - لا يحدث تأكل مع النحاس - درجة حموضته بعد الأكسدة 2.5 كحد أقصى ونسبة الجلخ بعد الأكسدة 1,3 كحد أقصى .
5- لا تقل متانته الكهربية عن 30 كيلو فولت( قيمة فعالة ) لفاصل بين الكرات قدرة 45 مم .
6- يلتهب فى بودقة مقفلة عند 160 م- معامل التمدد الحجمي 0.069 % لكل 1ْ م .
7- درجة تبخره لا تزيد ولغليانه لمدة 5 ساعات عن 1.6 % على الأكثر .
8- كفاءة الزيت لنقل الحرارة تعادل 21 مرة كفاءة الهواء .
عيوب زيت المحولات :
1- قابل للالتهاب .2 - بخاره يختلط بالهواء وهذا الخليط قابل للانفجار .
3- شره لامتصاص الرطوبة.
اختبار قوة عزل الزيت : يستخدم لإجراء هذه التجربة أناء من الزجاج أو الخزف الصيني يمر به كرتان من النحاس قطر كل منهما 16 مم والمسافة بينهما 2.5 مم .
خطوات التجربة :
1- توضع عينة الزيت والتي تختار من اسفل الوعاء ثم توضع فى الإناء الزجاجي إلى مستوى معين به .
2- تترك حتى يثبت مستواها ولمدة 10 دقائق .
3- توصل التجربة كما بالشكل (12) .
4- ترفع الضغط تدريجياً مع ملاحظة العينة .
5- مع استمرار رفع الضغط يحدث وميض بسيط نتيجة لتجمع الشوائب تحت تأثير المجال الكهربي
ولا تعتبر هذه درجة انهيار عزل الزيت .
6- مع استمرار رفع الضغط تحدث شراره مستمرة وتكون هذه نقطة انهيار عزل الزيت فيقرأ الضغط
من على جهاز الفولتميتر فيكون هو جهد الكسر .
تبريد المحولات
نظراً لتحول الفقد الكهربي داخل المحولات الى حرارة فان درجة حرارتها ترتفع مما يؤثر على متانة العزل وقد يجعلها تنهار ، لذلك فأنه يجب تبريد المحولات . وحيث أن مفاقيد المحول متناسبة مع قدرته فأنة يمكن تبريد المحولات بعدة طرق أهمها :
1- تبريد طبيعي بالهواء : تستخدم فى المحولات صغير القدرة حيث تشع الحرارة الى الجو المحيط بواسطة تيارات الحمل فى الهواء .
2-تبريد بالهواء المسلط : تستخدم فى المحولات المتوسطة القدرة والتى توضع فى أماكن ضيقة ولا تسمح بوضع المحول فى خزان للزيت أو قد يوضع المحول فى خزان للزيت ويسلط علية تيار هوائى بواسطة مراوح موجه على جسم المحول .
عيوب التبريد بالهواء :
(أ) لا يسمح بتحميل المحول إلا لفترات زمنية صغيرة .
(ب) قلة متانة العزل.
(ج) تعرض الملفات للأتربة والأوساخ مما يؤدى إلى أضعاف متانة العزل .
(د) زيادة حجم الملفات ليتخللها الهواء .
3- تبريد بالزيت الطبيعي :
حيث يوضع القلب والملفات فى وعاء مملوء بالزيت المعدني المنقى بعناية فائقة حيث يتم تبريد القلب والملفات بواسطة تيارات الحمل فى الزيت والذي يشعه الى الجو الخارجي ، ولزيادة سطح التبريد قد يكون سطح الإناء متعرج أو يزود الإناء الخارجي بمواسير لزيادة سرعة تبريد الزيت .
4- التبريد بالزيت المبرد :
فى المحولات الكبيرة والعالية القدرة الكهربية لا يكفى تبريد الزيت بالهواء الطبيعى نظراً لارتفاع الحرارة الناتجة من المفاقيد الكهربية ولذلك فأنة تستخدم عدة طرق لتبريد الزيت المستخدم فى تبريد المحول منها :
(أ) بواسطة الهواء المسلط : حيث يسلط على جسم الوعاء الرئيسي للمحول مجموعة مراوح لدفع الهواء والعمل على تبريد الزيت .
(ب) بواسطة تبريد الزيت بسحبة فى أنابيب وتمريرة بواسطة طلمبة فى إناء به ماء بارد ثم يدفع الى داخل وعاء المحول ويج أن يلاحظ أن تكون سرعة طلمبة السحب مساوية لسرعة طلمبة الدفع حتى يصير مستوى الزيت ثابت داخل الوعاء .
(ج) يتم دفع ماء بارد فى مواسير تبريد داخل وعاء المحول وبذلك تنقل الحرارة من الزيت الى الماء الى خارج الوعاء .
ويلاحظ فى هذه الطريقة آن تكون أنابيب التبريد خالية من الثقوب ومصنوعة من النحاس الأحمر المعامل كيميائيا لعدم التآكل والتفاعل مع زيت المحول .
مميزات التبريد بالزيت :
1- زيادة المتانة الكهربية للعزل .
2- يسمح بتحميل المحولات لفترات طويلة .
3- الاتزان الكهروحرارى داخل جسم المحول .
4- صغر حجم الملفات بضم الثغرات الهوائية .
عيوب التبريد بالزيت :
1- قد يحث انسداد فى أنابيب التبريد مما يعرض المحول لرفع درجة حرارته .
2- قد يحدث انفجار نتيجة تفاعل الهواء المتسرب مع الغازات الناتجة من الزيت .
والشكل التالي يوضح طرق التبريد المختلفة للمحولات .
تحليل الغازات الذائبة فى زيت المحولات
جميع التحليلات ، حسب المواصفات القياسية العالية ، موضوعة لمحولات قدرة ذات ملفات مصنعة من النحاس ، والعزل المستخدم عبارة عن ورق السليولوز ، أو مواد صلبة مكبوسة ، المحول مملوء بالزيت الطبيعي الهيدروكربونى (Hydrocarbon Mineral Oil ) .
تعمل محولات القدرة تحت ظروف محيطة متغيرة ، وحالات أحمال تعتمد على تشغيل المنظومة الكهربائية .خلال تشغيل المحولات ، يخضع عزل ملفات المحولات لدرجات حرارة عالية واجتهادات عالية واجتهادات حرارية وكهربية مسببة تأكل للمواد العازلة الصلبة ، مثل الورق المضغوط ، ويتم تشكيل غازات من أنواع مختلفة ، حيث تذوب هذه الغازات فى زيت المحول ، ويمكن الكشف عنها بعمل تحليل كيميائي ، من الأسباب الرئيسية لحدوث تأكل أو انهيار المواد العازلة حدوث البقع الساخنة (Hot Spots ) ، والقوس الكهربي ( Arcing ) . مثل هذه الأعطال لا تسبب انهيار لحظى أي يمكن أن يستمر عمل المحول فى وجود هذه الأعطال ولكن مقنن المحول ينخفض نتيجة وجود هذه الأعطال .
يمكن تقسيم الغازات الناتجة كاللاتي :
1- غازات ناتجة من تحليل الزيت هى :
غاز الهيدروجين ويرمز له H2 غاز الميثان ويرمز له CH4
غاز الايثان ويرمز له C2H6 غاز الاثيلين ويرمز له C2H4
غاز الاستيلين ويرمز له C2H2
2- غازات ناتجة من تحلل المواد السليولوزية ( Celluosie ) وهى :
أول أكسيد الكربون ويرمز له CO . ثاني أكسيد الكربون ويرمز له CO2 .
نتيجة درجات حرارة التشغيل العادية يحدث تحلل بسيط للزيت وينتج عنه غازي هيدروجين وميثان
إذا كان مستوى الطاقة مرتفع ، وحدثت بقع ساخنة ( Hot Spots ) يمكن أن ترتفع درجات الحرارة من 150ْم إلى 1000ْ م مسببة تحلل الزيت .
ويمكن حدوث أي من الحالات الآتية :
• عند درجة الحرارة المنخفضة ينتج غاز الميثان CH4
• عند درجة الحرارة المرتفعة ينتج غاز الايثان C2H6 يصاحبة قوس كهربى.
• اذا ارتفعت درجة الحرارة الى 3000ْ م ينتج غاز الاستيلين C2H2 .
* يجب معرفة أنة نتيجة التشغيل العادي يحدث تشكيل للغازات ، ولا يكون هناك أى أعطال ، كذلك فى المحولات الجديدة أو المحولات التي تم إعادة ملئها بالزيت يمكن أن تتكون غازات بالزيت ، مصادر هذه الغازات يمكن تلخيصها كاللاتي :
1- تشكيل غازات خلال عمليات التكرير ، ولا يمكن التخلص منها بواسطة عمليات طرد الغازات من الزيت ( Oil Degassing ) .
2- غازات تتشكل خلال عمليات التخفيف وغمس المحولات فى المصنع .
3- غازات تتشكل نتيجة أعطال سابقة ولم يمكن التخلص منها بالكامل أثناء عمليات التكرير .
4- غازات تتشكل أثناء عمليات التصليح مثل لحام النحاس ،…….
للتغلب على هذه المشاكل ، تقترح المواصفات العالمية القياسية ، أن يتم عمل تحليل للغازات الذائبة بعد تشغيل المحول ، وتسمى ( Benchmark ) وتعتبر كمرجع للمحول عند عمل تحليل لغازات المحول بعد ذلك ، وتخلف من محول الى محول أخر .
خلال عمليات التشغيل العادي ، يمكن أن تتشكل غازات أول وثانى أكسيد الكربون (CO, CO2 ) ، وعلى ذلك فان جميع الغازات تتركز بنسبة أكبر كلما زاد عمر المحول .
المواد العازلة السليوزية Cellulosie
ينتج عن تحلل المواد العازلة السليولوزية كل من غازي أول وثاني أكسيد الكربون ( CO,CO2 ) بنسب مرتفعة أكبر من الغازات الأخرى ، وكذلك ينتج كل من اول وثاني أكسيد الكربون نتيجة التشغيل العادي للمحولات ، وتزيد النسبة بزيادة عمر المحول ، بالإضافة إلى أنة نتيجة عمليات التجفيف ، ثم ملء المحولات بالزيت بالمصنع ، يحدث تحليل للمواد العازلة السليولوزية ، نتيجة لذلك فأن بعضاً من غازي ( CO,CO2 ) تبقى بالمحول .
كذلك فأن المحولات التي تملأ بغاز CO أثناء عمليات النقل ، يكون من الصعوبة التخلص منة بعد ذلك ، ولذا يجب أن تؤخذ فى الاعتبار بعد ذلك ، ، عند عمل تحليل لنسب الغازات الذائبة بالإضافة إلى ذلك فان المحولات التى تحتوى على خزان احتياطي يمكن أن يدخل غاز CO2 مع الهواء الجوى الى حوالي 300 ميكرولتر لكل لتر من الزيت ، وعلى هذا فأنه عند تحليل الغازات الذائبة بالزيت تكون كمية CO2 الناتجة اما من المواد السليولوزية نتيجة الأسباب السابقة ، او نتيجة عطل بالمواد السليولوزية .
التركيز المسموح به للغازات المذابة فى زيت المحولات
الغاز أقل من اربع سنوات فى الخدمة 4-6 سنوات فى الخدمة أكثر من عشر سنوات فى الخدمة
هيدروجين
ميثان
استلين
ايثلين
ايثان
أول أكسيد الكربون
أول أكسيد الكربون 100/150
50/70
20/30
100/150
30/50
200/300
3000/3500 200/300
100/150
30/50
150/200
100/150
400/500
4000/5000 200/300
200/300
100/150
200/400
800/1000
600/700
9000/12000
الوحدات جزء من المليون Part per Million ( PPM)
الطرق العامة لتفسير النتائج
1- قوس كهربى فى الزيت بدون تحلل لأي مواد عازلة صلبة .
الغازات المخلوطة تكون :
هيدروجين 60-80% من الحجم .
أستلين 10-25% من الحجم .
ميثان 1.5-3.5% من الحجم .
اثيلين 1- 2% من الحجم .
2- قوس كهربي خلال المواد العازلة الصلبة :
الغازات الناتجة من حدوث قوس فى الزيت مع جزء خلال مادة عازلة صلبة مثل الورق أو الورق المضغوط عبارة عن كمية كبيرة من غاز الهيدروجين والاستيلين مصحوباً بكمية كبيرة من أول أكسيد الكربون ، نسبة الميثان اكبر منه فى الحالة الأولى .
3- تفريغ جزئي فى مادة السليلوز وفى الزيت :
الغازات الرئيسية فى هذه الحالة هى الهيدروجين ، ميثان ، أول أكسيد الكربون ، ثانى أكسيد الكربون ، بينما غاز الاسيتيلين لا يظهر .
4- تحليل حرارى للزيت :
يحدث تحليل حرارى عند درجة حرارة 400 مْ ويزيد بزيادة ارتفاع درجة الحرارة وشكل الغازات يكون جزيئيات منخفضة هيدروكربونية أساسا ، ميثان ، ايثان ، اسيتيلين ، هيدروجين عند درجة حرارة 600 مْ الغازات المخلوطة تتكون من ميثان وهيدروجين . يوجد أيضا ثانى أكسيد الكربون ولكن تتحلل عند درجات الحرارة الأعلى .
5- تحلل حراري لمادة سليلوز وللزيت :
فى هذه الحالة الغازات الأساسية عبارة عن ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون بالإضافة الى الهيدروجين عند درجات الحرارة أعلى من 500 مْ .
الجدول يلخص التفسير العام للنتائج .
طريقة روجرز لتفسير النتائج Roger’s Method هذه الطريقة ممتازة فى حالة الغازات الهيدروكربونية . بمعرفة نسبة الغاز يمكن الكشف عن نوع العطل .
باستخدام هذه الطريقة لا يحتاج لمعرفة حجم عينة الزيت .
فى هذه الطريقة يتم استخدام أربع نسب للغازات هى : ميثان \ هيدروجين ، ايثان \ ميثان ، ايثلين \ ايثان ، استيلين \ اثيلين .
CH4/H2 ، C2H6/CH4 ، C2H4/C2H6، C2H2/C2H4
هذه النسبة يمكن ان تكون اكبر من الواحد او اقل .
تفسير النتائج بمعرفة نسبة التركيز للغازات الذائبة فى الزيت الطريقة المتفق عليها لتشخيص الأعطال عن طريق حساب النسبة بين تركيز الغازات التالية .
استيلين \ اثيلين ، ميثان \ هيدروجين ، ايثلين \ ايثان .
CH4/H2 ، C2H4/C2H6، . C2H2/C2H4
اختبار محولات القدرة
قياس مقاومة العزل الكهربي لملفات المحولات بواسطة ميجر 2500 فولت .
حساب معامل الامتصاص (Absorption Factor ) R60/R15 .
يجب ان لا تقل عن 1.3
R60 هى مقاومة العزل الكهربى بعد ( 60) ثانية من وضع الجهد على الملفات .
R15 هى مقاومة العزل الكهربى بعد 15 ثانية من وضع الجهد على الملفات .
يجب ان لا تقل قيمة R60 عن 1000 ميجا أوم - وان لا تقل عن 85% من القيمة المقاسه عند وضع المحول فى التشغيل وعن 70 % من القيمة الموصفة فى شهادة اختبار المصنع ويجب ان تتم القياسات عند نفس درجة الحرارة التى تمت عندها القياسات فى المصنع أو استعمال المعامل (K2 )
30 25 20 15 10 5 Temp. difference (T2-T1) Cْ
3,4 2,75 2,25 1,84 1,50 1,23 K2
a- Two - winding Transformers
HL ……Tank , LL
LL……..Tank , HL
HL ….LL.…Tank
b- Three - winding Transformers
HL ……Tank ,ML, LL
ML……..Tank , HL, LL
LL.…Tank, HL ,ML
HL+ML……Tank, LL
HL+ML+LL…….Tank
قياس ظل زاوية الفقد ( Delta Tan ) .
باستخدام قنطرة A.C
ومثال للجهاز المستخدم
يجب آن لا تزيد نسبة Tan Delta عن 0.5 %
- يتم قياس مقاومة الملفات D.C resistance للثلاثة اوجه للمحول عند جميع نقط مغير الجهد ( صعودا وهبوطاً ) ومقارنة النتائج فى الحالتين .
ومقارنة النتائج بالقيم المقاسة فى شهادة اختبار المصنع عند نفس درجة الحرارة وكذلك مقارنة القيم المقاسة للثلاثة اوجه ويجب ان لا تزيد القيمة المقاسه عن ( +2% ) من القيم المقاسة بشهادة المصنع
قياس نسبة التحويل للملفات Transformation Ratio
ومثال للجهاز المستخدم
يتم القياس لنسبة التحويل للملفات على جميع نقط مغير الجهد للمحولات التي لها ( OLTC مغير جهد على حمل ) وعلى المحولات اكبر من ( 630 KVA ) بدون مغير جهد على حمل - ومحولات المساعدات الخاصة بالمحطة لأي قيمة ( KVA )
ويجب ان لا تختلف القيمة المقاسة عن ( +2% ) عن القيمة المقاسة فى المصنع وعن الأوجه الأخرى لنفس ( نقطة مغير الجهد ).
وقاية المحولات Protection Of Transformers
يمكن تقسيم أجهزة الوقاية الخاصة بالمحولات الى نوعين هما :-
أ- الوقاية المركبة على جسم المحول .
ب- الوقاية المركبة على دائرة المحول التي تتعامل مع مشاكل المحول مع الشبكة الكهربية وهى أجهزة الوقاية المستقلة والمركبة فى غرفه خاصة بها ( غالباً غرفة المراقبة ) .
أ- الوقايات المركبة على جسم المحول الأجزاء الآتية :-
1- جهاز الوقاية الغازية Gas Relay
2- فتحة الانفجار ) ( Explosion Vent Pressure Relief
3- مبينات درجة الحرارة Temperature Indicators
4- مبينات مستوى الزيت Oil Level Gauges
5- مانعة الصواعق Lightning Arrestors
6- وقاية مغير الجهد Protective Relay
ب- الوقايات التي تتعامل مع مشاكل المحول مع الشبكة الكهربية .
1- جهاز الوقاية التفاضلية Differential Protection
2- جهاز الوقاية ضد تسرب الأرضي المحدد Restricted Earth Fault Protection
3- جهاز الوقاية ضد زيادة التيار Over Current Protection
الغرض من المتابع الغازى كجهاز يستخدم لوقاية المحول :
• المتابع الغازي عبارة عن جهاز وقائي يستخدم ليعطى بياناً بالعطل فى المراحل الأولي أو لاتخاذ الخطوة الأولي فى الفصل الفوري للمحول عند حدوث عطل كبير .
• المتابعات ( المرحل ) طراز بوخلز Bochholtz
يوضح الشكل التالي المتابع بوخلز Bochholtz ، ويمكن ملاحظة أن له غرفه واحدة وعوامتين . ومن المعتاد ملء هذه الغرفة بالزيت .
ويجرى إدخال هذا المتابع فى الخط الموصل بين المحول والخزان التعويضي .
وعند تكون الغاز فى المحول ينجم عنة تراكمه فى المتابع الغازي مما يسبب إزاحة للزيت .
وبالنسبة للأعطال الطفيفة ، يحدث إزاحة لكمية صغيرة من الزيت وتنخفض العوامة العليا . وينشط هذا الوضع للملامسات لتحدث صوت الإنذار .ويحدث هبوط بشكل كبير - فى حالة الأعطال الداخلية الخطيرة - فى مستوى الزيت بحيث يضطرب وضع العوامة السفلية وتقوم باعتاق مفتاح التحويل الزئبقي الذي يقوم بتشغيل وحدة وقائية تقوم هى الأخرى بفصل المحول .
وإذا حدث فقد فى زيت المحول - مما يتسبب عنة انخفاض مستوى زيت الوحدة ، فانه يحدث اضطراب فى وضع العوامتين . ويعمل أولاً نظام الإنذار ومن بعده عناصر أحداث الدفعة المفاجئة لإغلاق دائرتيها المتواليتين .
وعملية بدء عمل دائرة الاعتاق الذي يرجع إلى انخفاض مستوى الزيت وقف على هذا النوع من المتابعات .ويمكن مراجعة سلامة عمل المتابع باستخدام مضخة هواء . وعن طريق الضخ البطئ للهواء تعمل العوامة العليا على إصدار الإنذار . وعلية ضخ الهواء على نحو سريع باستخدام حركة ارتجاجيه تشغل العوامة السفلي ونبيطه الاعتاق .
تحليل مشاكل المحولات
1- مشاكل ارتفاع درجة حرارة المحول .2 - مشاكل زيت المحول .- المشاكل الكهربية والميكانيكية للمحول .
المشكلة السبب الحل
درجة الحرارة مرتفعه داخل المحول (الزيت والملفات ) (1) الهواء المدفوع غير كافي • يجب التأكد من ان سريان الزيت طبيعي وكذلك الهواء
(2) المبردات ليست نظيفة ( بها شوائب ) • يجب تنظيف المبردات من الداخل من أى شوائب وذلك باستخدام الهواء المضغوط .
(3) زيادة التيار • تقليل الحمل إن أمكن
• يمكن تقليل درجة الحرارة بتحسين معامل القدرة للأحمال
• مراجعه الدوائر الموصلة بالتوازي واختبار نسب التحويل للمحولات وZ
(4) ارتفاع درجة حرارة الوسط المحيط . • يتم علاج هذا بالتهوية الجيدة لغرفة المحولات
(5) التبريد الغير كافي • لو ان تبريد المحول عن طريق استخدام وحدات تبريد ( مراوح ) يجب مراجعه وحساب كفاءه الوحدات المركبة (عددها ).
(6) انخفاض مستوى الزيت فى المحول . • يجب تزويد المحول بالزيت الى المنسوب الصحيح .
(7) زيت ملوث بالألياف Sludged Oil • فى هذه الحالة يستخدم مرشح ذو قوة ضغط
(
قصر فى القلب الحديدي إجراء اختبار تيار الإثارة Exciting Current وكذلك معاوقة المحول بدون حمل
المشاكل الكهربية Electrical Troubles
المشكلة السبب الحل
1- انهيار فى الملفات (1) صواعق
(2) قصر
(3) حمل زائد
(4) تدهور قوة العزل الكهربي للزيت أو وجود مواد غريبة بالزيت . • سبق مناقشة الحلول لهذه المواضيع .
2- انهيار فى القلب الحديدي
انهيار عزل القلب الحديدي • اختبار عزل القلب الحديدي .
3- ارتفاع تيار الإثارة قصر القلب الحديدي • اختبار مفاقيد القلب الحديدي Core Losses وإذا كانت مرتفعة يجب مراجعة تربيطات الكلامبات واربطه القلب الحديدي بوصلاتها .
4- قيمة جهد غير صحيحة نسبة التحويل غير مضبوطة • إما تغيير لوحه الأطراف Terminal board وضبط النسبة أو تغيير توصيله المحول .
جهد المنبع غير مضبوط ( فوق العادي) • يجب تغيير مغير الجهد لضبط الجهد السليم للمحول
5- صوت مسموع للأقواس الكهربية الصغيرة ولذلك يسبب التفرغ الجزئي للزيت . أجزاء معدنية داخل المحول غير مأرضه • يجب التأكد فى الحال من أن كل الأجزاء المعدنية داخل المحول مأرضه مثل القلب الحديدي والكلامبات الخاصة به .
ترحيل فى تربيط الوصلات والمسامير والصواميل • إعادة الوضع الطبيعي بإعادة ربطها جيداً
6- الوميض المرتفع على البوشنجات (Flash Over ) (عوازل الاجتياز) صواعق
تلوث البوشنجات ( عوازل - نظافة الاجتياز ) مراجعة والتأكد من الوقايات ضد الصواعق كافية بورسيلين البوشنجات على فترات زمنية تعتمد على تلوث المنطقة .
مشاكل زيت المحول Oil Troubles
المشكلة السبب الحل
1-انخفاض قيمة العزل الكهربي للزيت (1) تكثيف الجو المحيط بالمحول ببخار الماء بسبب التهوية غير الجيدة
• التأكد من أن فتحات التهوية لغرف المحولات غير مسدودة أو معوقة التهوية
(2) تحطم رق المحول Broken relief diaphragm • يجب تركيب واحد آخر جديد
(3) تسريب الفلانشات والوصلات الموجودة بتنك المحول • مراجعة هذه الأشياء
2- تغير لون الزيت بصورة سيئة
(1) تلوث الزيت بالألياف • ترشيح +واختبار قوة العزل الكهربي
(2) كربنة الزيت نتيجة الأقواس الكهربية • القيام باختبار قوة عزل الزيت الكهربية على الفور والتأكد من آن قيمته سليمة
3- أكسدة الزيت
( الحموضة ) (1) ارتفاع درجة حرارة المحول • تقليلا الحمل إن أمكن
• تحسين التبريد واختبار عملية تتابع مجموعات التبريد فى العمل .
4- تسريب فى فلانشات الطلمبات • مراجعتها وعلاجها
زيوت المحولات Transformer Oil
الزيوت المستعملة فى المحولات هي عبارة عن زيوت معدنية منتقاة ( Mineral Oil ) ولكن فى الزمن الأول لصناعه المحولات كانت تستعمل زيوت نباتيه ولكن كانت هذه الزيوت تتبخر بسرعة ويترسب منها مادة ضمنيه .وتوجد هاتين الخصيتين فى الزيوت المعدنية ولكن بنسبه ضئيلة جداً الغرض من استخدام الزيت فى المحولات .
أولاً : هو إيجاد وسط يحمل الحرارة من الملفات ومن الحديد الى جسم المحول الخارجي حتى تتسرب أولاً بأول الى الهواء الخارجي
ثانياُ : هو زيادة العزل بين الملفات .
خواص زيت المحولات :
1) ) قوى العزل : Dielectric Strength
كلما كان الزيت خالي من الرطوبة ( به نسبه قليلة من الرطوبة كلما كان استعماله أفضل فى الضغوط العالية .
ولذلك يكون الزيت المستعمل فى الحياة العملية يجب أن لا تكسر قوته العازلة فى جهاز الاختبار بالنسبة لجهد 11 ك.ف عن 30 ك.ف /2.5 مم وبالنسبة لجهد 66 ك.ف تكون 50 ك.ف/ 2.5 مم .
والشكل التالي يبين تأثير نسبة قليلة من الرطوبة على زيت المحولات .
(2) درجة السيولة Viscosity
من المعروف أن درجه سيوله السوائل تقارن جميعها بسيولة الماء . لذلك كلما كانت سيوله الزيت كبيره كلما كانت صلاحية لنقل الحرارة من قلب المحول إلى الخارج احسن ولكن لا يجب أن يكون سيولة الزيت أكثر من اللازم لأن بخار الزيت قابل للاشتعال وهذا يكون خطراً إذا تعرض لآي لهب . كذلك يكون تأثيره بالتبخير أعلى لذلك يجب أن تكون سيوله الزيت متوسطة الدرجة وتكون حوالي 2.5 ( إنجلر ) عند درجه حرارة 50 مْ
(3) قابليه الترسيب Sludging
عندما ترفع درجه حرارة الزيت يتحد مع الأكسجين ويكون راسب أسمر ( من مركبات الإسفلت ) وهذا الراسب يتركز على سطح الملفات فيقلل من مساحة سطح التبريد الذي يعوق على عمليه التبريد وفى نفس الوقت يكون عازل لتسرب الحرارة . فيجب ان يقلل من هذا الراسب الأسمر . وهذه هى المواصفات المعدنية ( هيئه التوحيد القياسي بوزارة الصناعة ) والبريطانيه (BS ) والالمانيه (VDE) والأمريكية لزيوت المحولات
(4) المفقود بالبخر :
• يجب ان تكون النسبة المئوية لتبخر الزيت أقل ما يمكن وذلك لأنها تزيد من التكاليف .
• تعرض المحول للانفجار لتراكم البخار القابل للاشتعال فوق سطح الزيت .
• وقد حددت المواصفات البريطانية أقصى مقدار للتبخر 1.6 فى المائة بعد ثمان ساعات عند درجه حرارة 100ْ مئوية . ولكن هذه النسبة أقل بكثير فى الحياة العملية لان درجة حرارة التشغيل تكون أقل من 100 مْ
(5) نقطة الاشتعال Flash Point
• المقصود بنقطة الاشتعال هو درجه الحرارة التي عندها تعطى كمية من الزيت بخاراً كافياً للاشتعال المؤقت عند تعريضه للهب وإذا زادت درجه الحرارة عن حد معين فأن بخار الزيت يشتعل بدون تعرضه اللهب مباشر . وقد حددت المواصفات البريطانية نقطه الاشتعال هي 145مْ
(6) درجه التجمد :
زيت المحولات لا يتجمد إلا بعد درجه 30 تحت الصفر المئوي لذلك تعتبر ليست ذات أهميه فى مصر
(7) الحرارة النوعية :
هى كميه الحرارة اللازمة لرفع درجه حرارة جرام من المادة درجة واحدة مئوية . فكلما كانت الحرارة النوعية لزيت المحولات أعلى كلما كان الزيت أصلح للاستعمال .وحددت والمواصفات البريطانية هذه الدرجة على أن تكون 0.35 & 0.5 .
(
الأحماض والقلويات والكبريت والمواد الغريبة :
الأحماض والقلويات والكبريت ذات أثر شديد و سيئ على النحاس والمواد العازلة . وتقلل من قوه العزل فيجب أن تقل هذه المواد إلى أقصى حد ممكن .
(9) الكثافة :
تعتبر الكثافة من أهم خواص الزيت التي تساعد على حساب وزن كميات وكذلك تعطى فكره عن قبول الزيت للترسيب وزيت المحولات عاده سائل أصغر رائق كثافته حوالي (0.88 مم /سم3 عند 15ْ مئوية وتبريده اكبر من الهواء بحوالي 11 مره وقوة عزله 300 ك.ف / 2.5 مم ومعامل تمدده الحجمى = 0.00075 سم3 /سم3 .
اختبار زيت المحولات .
اختبار قوه العزل الكهربي Dielectric Strength
الزيت الذي يختبر كهربياً هذا يعنى أنة قد تم اختباره كيميائيا ويعتبر هذا لاختبار من أهم الاختبارات التي تجرى على زيت المحولات لأنة يوضح أهم خاصية للزيت وهى قوه العزل الكهربي للزيت .
قوة العزل الكهربي للزيت تتاثر بما تحتويه من مياه وألياف وشوائب صلبه أخرى والشكل التالي يوضح العلاقة بين قوه العزل الكهربي والرطوبة والشوائب بالزيت من الشكل يلاحظ أن قوه العزل تنخفض بشده للزيادة البسيطة فى الشوائب الصلبة وكذلك عندما يحتوى مياه 10 جزء من المليون .
وبذلك نصت المواصفات IEC على أن يكون اختيار قوه العزل الكهربي خلال ثغره 2.5 مم عند زيادة فى المعدل 2 ك.ف فى الثانية حيث يبداء من الصفر ويرتفع تدريجياً حتى يصل إلى جهد انهيار عزل الزيت .
• جهاز اختبار قوه العزل الكهربي :
الغرض من الاختبار قياس قوه العزل الكهربي للزيوت المستخدمة فى محولات القدرة الكهربية والشكل التالي يوضح الشكل العام لجهاز اختبار زيت المحولات
ادارة المنتدى
موضوع: كل ما يخص المحول 
