دليل محولات الجهد المتوسط

 

 

تعد محولات الجهد المتوسط ​​من المكونات الأساسية للبنية التحتية الكهربائية الحديثة. بينمامحولات الجهد العاليتُستخدم في المقام الأول لنقل الطاقة بكميات كبيرة عبر مسافات طويلة-لزيادة خرج المولد لتقليل خسائر الخطوط-تعمل محولات الجهد المتوسط ​​داخل شبكة التوزيع، حيث تحول الطاقة الكهربائية من مستوى جهد إلى آخر ضمن النطاق المتوسط. يتيح ذلك التوصيل الآمن والفعال للطاقة عبر الأنظمة الصناعية والتجارية وأنظمة المرافق. ولذلك فإن فهم الخصائص والأنواع ومعايير الاختيار لمحولات الجهد المتوسط ​​أمر ضروري للمهندسين ومديري المرافق ومحترفي المشتريات المشاركين في تصميم النظام الكهربائي وصيانته.

 

 

1.1 التعريف

محول الجهد المتوسط ​​هو جهاز كهربائي يحول الطاقة الكهربائية بين مستويات الجهد المتوسط-عادةً جهد التوزيع الوارد-والجهود المنخفضة المناسبة لتطبيقات الاستخدام النهائي-. من الناحية العملية، يستقبل محول الجهد المتوسط ​​الطاقة عند جهود تتراوح من تقريبًا2.4 كيلو فولت إلى 69 كيلو فولتويخفضها إلى استخدام الفولتية مثل 480 فولت، 208 فولت، أو المستويات الأخرى التي يتطلبها الحمل.

تختلف حدود الجهد الدقيقة قليلاً اعتمادًا على المعيار الذي تستشيره. وفقًا للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI)، يمكن لمحولات الجهد المتوسط ​​التعامل مع الفولتية من2.4 كيلو فولت حتى 69 كيلو فولت. يُعرّف IEEE أنظمة الجهد المتوسط ​​في الولايات المتحدة بأنها تتراوح عادة من5 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولتبالنسبة لمعظم تطبيقات التوزيع، مع المعدات التي يتم تصنيفها عادةً بـ 5 كيلو فولت أو 15 كيلو فولت. في أوروبا، يحدد المعيار EN 50588-1 محولات الطاقة المتوسطة بأنها تلك ذات الجهد العالي للمعدات التي تزيد عن 1.1 كيلو فولت ولكن لا تتجاوز 36 كيلو فولت.

 

1.2 الدور في نظام توزيع الطاقة

لفهم المكان المناسب لمحولات الجهد المتوسط، من المفيد تصور التسلسل الهرمي الأوسع لتوزيع الطاقة:

الجيل → النقل:تقوم محطات توليد الطاقة بتوليد الكهرباء بفولتية منخفضة نسبيًا، والتي تتم بعد ذلك ترقيتها إلى فولتية عالية أو عالية جدًا- (115 كيلو فولت إلى 765 كيلو فولت) لضمان النقل الفعال لمسافات طويلة-.

النقل → التوزيع:في المحطات الفرعية، يتم خفض الفولتية العالية إلى الفولتية المتوسطة (عادة من 5 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت) للتوزيع من خلال مغذيات أولية.

التوزيع → العميل:توفر محولات الجهد المتوسط ​​التحويل النهائي للجهد، مما يؤدي إلى خفض جهد التوزيع إلى مستويات الاستخدام (على سبيل المثال، 480 فولت، 240 فولت، 120 فولت) لعملاء الاستخدام النهائي.

في كثير من الحالات، تقوم المرافق بتوصيل الطاقة إلى المنشأة ذات الجهد المتوسط، وتمتلك المنشأة وتقوم بتشغيل محول الجهد المتوسط ​​الخاص بها للتنحي إلى الجهد المنخفض. يتيح هذا الترتيب للمنشأة الاستفادة من تكاليف الطاقة المنخفضة المرتبطة بخدمة الجهد المتوسط ​​ويمنح المالك تحكمًا أكبر في جودة الطاقة.

1.3 المعايير الرئيسية والامتثال

يتم تصنيع محولات الجهد المتوسط ​​وفقًا لمجموعة متنوعة من معايير الصناعة، وأبرزها معايير IEEE وIEC. في الولايات المتحدة، تندرج ميزات ووظائف معظم محولات التوزيع تحت هذا التصنيفمعيار IEEE C57.12.00(المتطلبات العامة القياسية للمحولات السائلة-توزيع مغمورة، والطاقة، وتنظيم المحولات). ومع ذلك، تنطبق العديد من المعايير الأخرى على أنواع وتطبيقات محولات محددة:

• معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات C57.12.01:المتطلبات العامة القياسية للتوزيع الجاف ومحولات الطاقة
• معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات C57.12.34:متطلبات لوحة -مثبتة، مجزأة-نوع، ذاتية-مبردة، ثلاثة-محولات توزيع الطور
• معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات C57.12.28/29:الوسادة-سلامة حاوية المعدات المُثبتة
• إيك 60076:سلسلة المعايير الدولية لمحولات الطاقة، بما في ذلك محولات القدرة المتوسطة
• نيما TP-1:دليل تحديد كفاءة الطاقة لمحولات التوزيع
• وزارة الطاقة 10 CFR الجزء 431:معايير وزارة كفاءة الطاقة الأمريكية لمحولات التوزيع

بالنسبة للمنشآت في الولايات المتحدة، يجب الامتثال لـالكود الكهربائي الوطني (NFPA 70)إلزامي أيضًا. في كندا،الكود الكهربائي الكندي (CEC)ينطبق.

 

 

 

لا يتم إنشاء جميع محولات الجهد المتوسط ​​على قدم المساواة. إن اختيار نوع المحول له آثار عميقة على التكلفة والسلامة ومتطلبات التثبيت والموثوقية-على المدى الطويل.

 

2.1 النوع السائل-المغمور مقابل النوع الجاف-.

هذا هو التمييز الأساسي بين محولات الجهد المتوسط.

إن المفاضلات-بين هاتين العائلتين كبيرة:

يصف	سائل-مغمور	جاف-النوع
خطر الحريق	يتطلب المستوى الأعلى-الحماية من الحرائق للاستخدام الداخلي	منخفض-مناسب للتركيب الداخلي
كفاءة التبريد	ممتاز (الزيت يوصل الحرارة بشكل جيد)	معتدل (يعتمد على دوران الهواء)
صيانة	يلزم إجراء اختبار وترشيح دوري للزيت	صيانة منخفضة
متوسط ​​العمر المتوقع	30-40 سنة نموذجية	20-30 سنة نموذجية
التطبيقات النموذجية	محطات فرعية خارجية، توزيع المرافق	المنشآت الداخلية والمباني التجارية
التكلفة الأولية	عموما أقل لنفس التصنيف	عموما أعلى لنفس التصنيف
المخاطر البيئية	تسرب النفط يمكن أن تلوث التربة	لا يوجد سائل، ولا يوجد خطر انسكاب

 

2.2 محولات المحطات الفرعية

2.3 الوسادة -المحولات المثبتة

2.4 القطب -المحولات المركبة

2.5 محولات الراتنج المصبوب

 

 

 

يحدد البناء المادي لنواة المحول كفاءته وخسائره وخصائص أدائه.

3.1 المواد الأساسية

يعمل القلب كمسار مغناطيسي لنقل الطاقة بين اللفات الأولية والثانوية. تؤثر خصائص المواد بشكل مباشر على عدم فقدان-الحمل (الخسائر الأساسية)، والكفاءة، وارتفاع درجة الحرارة.

الحبوب-الفولاذ السيليكوني الموجه (GOSS)تظل المادة الأساسية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لمحولات الجهد المتوسط. إنه يوفر نفاذية مغناطيسية عالية وخسارة منخفضة للتيار الدوامي. تم تصميم GOSS مع اتجاه الحبوب المفضل الذي يعمل على محاذاة المجالات المغناطيسية مع اتجاه التدفق المغناطيسي، مما يزيد من الكفاءة.

سبائك معدنية غير متبلورةظهرت كبديل لمحولات التوزيع الموفرة للطاقة-. توفر هذه المواد-فقدًا منخفضًا جدًا للحديد-عادةً بنسبة 70% إلى 80% أقل من السيليكون الصلب التقليدي-ولكن بتكلفة أعلى للمواد. إنها جذابة بشكل خاص للمحولات التي تعمل بأحمال منخفضة لفترات طويلة.

سبائك مغناطيسية ناعمة نانويةتظهر خصائص مغناطيسية ممتازة عند الترددات العالية وتستخدم بشكل أساسي في المحولات الإلكترونية أو ذات الأغراض الخاصة-بدلاً من وحدات التوزيع التقليدية 50/60 هرتز.

 

 

 

يبدأ اختيار المحول المناسب بفهم تقييماته الأساسية.

4.1 تقييمات الجهد

يحتوي كل محول جهد متوسط ​​على تصنيفين للجهد الحرج: الجهد الأساسي (جانب الإدخال) والجهد الثانوي (جانب الإخراج). على سبيل المثال، محول بقدرة 13.8 كيلو فولت / 480 فولت يستقبل 13.8 كيلو فولت على الجانب الأولي ويسلم 480 فولت على الجانب الثانوي.

تحتوي المحولات أيضًا على مستوى نبضي أساسي (BIL)، والذي يمثل الجهد الأقصى الذي يمكن أن يتحمله العزل أثناء ضربة البرق أو زيادة التبديل. بالنسبة لمحولات الجهد المتوسط، تتراوح تقييمات BIL من 60 كيلو فولت إلى 150 كيلو فولت أو أعلى، اعتمادًا على فئة الجهد والتطبيق.

تقييمات 4.2 كيلو فولت أمبير

يشير تصنيف kVA (كيلو فولت-أمبير) للمحول إلى سعة الطاقة الظاهرة-مقدار التيار الذي يمكن أن يحمله دون ارتفاع درجة الحرارة. تشتمل الأحجام القياسية لمحولات الجهد المتوسط ​​-كيلو فولت أمبير (kVA) ثلاثية الطور على ما يلي:30، 45، 75، 112.5، 150، 225، 300، 500، 750، 1000، 1500، 2000، و 2500 كيلو فولت أمبير.

يعد اختيار تصنيف kVA الصحيح أمرًا بالغ الأهمية. سوف يسخن المحول ذو الحجم الصغير بشكل زائد، مما يقلل من عمر العزل ويحتمل أن يتسبب في فشل مبكر. يزيد المحول الكبير الحجم من التكلفة الأولية وقد يعمل بشكل غير فعال عند الأحمال الخفيفة، حيث توجد خسائر أساسية بغض النظر عن الحمل.

4.3 ارتفاع درجة الحرارة وفئات العزل

يتم إدراج المحولات بتصنيف ارتفاع درجة الحرارة-عادةً 80 درجة أو 115 درجة أو 150 درجة -مما يشير إلى مقدار ارتفاع درجة حرارة المحول فوق درجة الحرارة المحيطة تحت الحمل الكامل. المحول ذو الارتفاع 80 درجة يعمل بشكل أكثر برودة بكثير من المحول المقدر بارتفاع 150 درجة، وهو ما قد يترجم إلى عمر عزل أطول وكفاءة أفضل، ولكن أيضًا تكلفة أولية أعلى.

تحدد فئات العزل (الفئة A عند 105 درجة، والفئة B عند 130 درجة، والفئة F عند 155 درجة، والفئة H عند 180 درجة) درجة حرارة التشغيل القصوى التي يمكن أن تتحملها المواد العازلة دون تدهور كبير.

 

 

 

تحدد الطريقة التي يتم بها توصيل ملفات المحول أداءه مع الأحمال غير المتوازنة والتوافقيات والأخطاء الأرضية.

5.1 أنواع الاتصال الأساسية

هناك ثلاثة أساسيةاتصال متعرجالمخططات:

اتصال النجمة (واي) (Y):يتم توصيل أحد طرفي كل ملف طور معًا عند نقطة مشتركة (المحايدة). يوفر الاتصال النجمي نقطة محايدة يمكن تأريضها.

اتصال دلتا (د):ترتبط المراحل في حلقة مغلقة، مع عدم وجود نقطة محايدة. اتصالات دلتا متوازنة بطبيعتها وتوفر مسارًا لتيارات تسلسلية صفرية-.

اتصال متعرج (Z):اتصال متخصص يستخدم بشكل أساسي لمحولات التأريض أو المحولات ذات معدلات الطاقة الأصغر. تُستخدم الاتصالات المتعرجة عادةً على الجانب الثانوي فقط.

 

5.2 تدوين مجموعة المتجهات

تصف مجموعة المتجهات للمحول تكوين اللف وعلاقة الطور بين الفولتية الأولية والثانوية. يتبع التدوين تنسيقًا قياسيًا:

يشير الحرف الأول (الأحرف الكبيرة) إلى اتصال الملف الأساسي: D لـ delta، وY للنجمة، وZ لـ zigzag.

يشير الحرف الثاني (الأحرف الصغيرة) إلى اتصال الملف الثانوي.

يشير الحرف "n" إلى ظهور النقطة المحايدة.

يشير الرقم إلى إزاحة الطور في تدوين الساعة-الساعة (اضرب في 30 درجة للحصول على درجات التأخر).

5.3 مقارنة Dyn11 وYyn0

تهيمن مجموعتان متجهتان على تطبيقات التوزيع:داين11وين0.

داين11تتميز بوجود دلتا-متصل أساسي (D) ونجمة-متصل ثانوي مع محايد (yn)، مع إزاحة طور تبلغ 330 درجة (11 على مدار الساعة). يوفر دلتا الأساسي مسارًا متداولًا لتيارات التسلسل -الصفرية ويحجز التوافقيات الثلاثية (الثالثة والتاسعة وما إلى ذلك)، مما يمنعها من الانعكاس مرة أخرى إلى شبكة الإمداد. يتعامل Dyn11 أيضًا مع الأحمال غير المتوازنة بشكل جيد للغاية، مما يجعله الخيار المفضل لأنظمة التوزيع الحديثة ذات الأحمال غير الخطية-مثل أجهزة الكمبيوتر وإضاءة LED ومحركات الأقراص ذات التردد المتغير.

ين0يتميز بنجمة-أساسية متصلة (Y) ونجمة-ثانوية متصلة بمحايدة (yn)، مع إزاحة طور صفر. يفتقر النجم الأساسي إلى مسار عودة لتيارات التسلسل الصفرية-. وبالتالي، يمكن أن تظهر التوافقيات الثلاثية على الجهد الأساسي، ويمكن أن تسبب الأحمال غير المتوازنة تحولًا محايدًا، مما يؤدي إلى اختلال توازن جهد الطور. يقتصر Yyn0 عمومًا على التطبيقات ذات المحتوى التوافقي الأدنى والأحمال المتوازنة. هناك قيد إضافي: في محولات Yyn0، يجب ألا يتجاوز تيار الخط المحايد 25% من تيار الملف الثانوي، في حين أن Dyn11 يمكنه التعامل مع ما يصل إلى 75%.

باختصار، بالنسبة لمعظم التطبيقات الحديثة-خاصة تلك التي تتضمن أحمالًا غير-خطية، أو مراكز البيانات، أو المنشآت الصناعية، أو أي منشأة ذات أحمال كبيرة-مرحلة واحدة-Dyn11 هي مجموعة المتجهات المفضلة.

 

يعد تحديد حجم المحول بشكل صحيح أحد أهم القرارات في تصميم نظام الطاقة. يمكن أن تؤدي الأخطاء في هذه المرحلة إلى سنوات من عدم الكفاءة أو الفشل المبكر.

6.1 خطوة-بواسطة-إجراء تحديد الحجم المرحلي

الخطوة 1: حساب إجمالي قوة الحمل.قم بتجميع قائمة جرد بجميع الأحمال المتصلة بنهاية -محركات المحولات والإضاءة وأجهزة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) والمعدات المكتبية وآلات الإنتاج.

الخطوة الثانية: تطبيق عوامل التزامن.لا تعمل جميع الأحمال بكامل طاقتها في وقت واحد. ويمثل عامل التنوع (عادةً 0.7 إلى 0.9) هذه الحقيقة.

الخطوة 3: حساب تيارات بدء تشغيل المحرك.الأحمال الحثية مثل المحركات تسحب 3 إلى 7 أضعاف تيار التشغيل الطبيعي أثناء بدء التشغيل. يجب أن يتمتع المحول بقدرة كافية للتعامل مع تيارات التدفق هذه دون انخفاض مفرط في الجهد.

الخطوة 4: تطبيق هامش الأمان.أضف سعة إضافية بنسبة 20% إلى 30% لاستيعاب تقلبات الأحمال والتوسع المستقبلي.

الخطوة 5: حساب قدرة المحولات.استخدم الصيغة:

سعة المحول (كيلو فولت أمبير)=إجمالي طاقة الحمل (كيلوواط) ÷ عامل الطاقة × هامش الأمان

تتراوح عوامل الطاقة النموذجية من 0.8 إلى 0.95 لمعظم الأحمال الصناعية والتجارية.

الخطوة 6: حدد الحجم القياسي التالي.قم بالتقريب إلى أقرب تصنيف قياسي للـ kVA من القائمة الموجودة في القسم 4.2.

 

6.2 الاعتبارات البيئية والتطبيقية

حساب الحجم هو مجرد البداية. ستؤثر عدة عوامل أخرى على اختيارك النهائي:

• البيئات ذات الحرارة العالية:بالنسبة للتركيبات في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة أو فوق ارتفاع 1000 متر، قم بتقليل السعة المقدرة بنسبة 5% إلى 20% بسبب انخفاض كفاءة التبريد والعزل.
• المحتوى التوافقي:قد تتطلب الأنظمة ذات الأحمال الكبيرة-غير الخطية (محركات التردد المتغير، وأنظمة UPS، وإضاءة LED، وأجهزة الكمبيوتر) محولاً مزودًاتصنيف العامل K-للتعامل مع التسخين التوافقي دون تخفيض.
• بيئة التثبيت:يفضل بشكل عام المحولات من النوع الجاف- للتركيبات الداخلية حيث تكون السلامة من الحرائق موضع اهتمام. تعتبر الوحدات السائلة-المغمورة أكثر فعالية من حيث التكلفة-للتركيبات الخارجية ذات المساحة والاحتواء المناسبين.
• أحمال الصدمة:بالنسبة للأحمال مثل آلات اللحام أو الضواغط التي تتطلب متطلبات تيار مفاجئة وعالية، قم بزيادة السعة بنسبة 10% إلى 30%.

 

6.3 معايير الكفاءة والطاقة

كفاءة الطاقةأصبح أحد الاعتبارات ذات الأهمية المتزايدة في اختيار المحولات، مدفوعًا بتكاليف التشغيل والمتطلبات التنظيمية.

في الولايات المتحدة،وزارة الطاقة (DOE)معايير الكفاءة الإلزامية المعمول بها لمحولات التوزيع، اعتبارًا من 1 يناير 2016، بموجب 10 CFR الجزء 431. تعتمد هذه المعايير، التي تنطبق على أي محول توزيع تم تصنيعه في ذلك التاريخ أو بعده وبيعه في أي ولاية أمريكية، على الكفاءة المقاسة بـحمولة 35%-يعكس البحث الذي يوضح أن معظم محولات التوزيع تعمل بحوالي 35% من السعة المقدرة في المتوسط.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب أعلى مستويات الكفاءة،نيما بريميومتوفر محولات الكفاءة خسائر أقل بنسبة 30% تقريبًا من متطلبات وزارة الطاقة لعام 2016. في حين أن علاوة التكلفة الأولية يمكن أن تكون كبيرة، فإن فترة الاسترداد من خلال تقليل فقد الطاقة غالبًا ما تكون جذابة للمحولات المحملة بشكل مستمر.

 

6.4 المعاوقة

مقاومة المحولات(يتم التعبير عنه كنسبة مئوية) يحدد مقدار حدود المحول لتيار العطل ومقدار انخفاض الجهد الذي يحدث تحت الحمل. تحتوي محولات التوزيع القياسية عادةً على ممانعات تتراوح من 2% إلى 8%. تقلل المعاوقة الأعلى من تيار العطل وتحمي المعدات النهائية ولكنها تزيد من انخفاض الجهد.

 

 

 

يعد التثبيت الصحيح أمرًا بالغ الأهمية لسلامة المحولات والأداء وطول العمر. يمكن أن يؤدي التثبيت الذي لا يفي بمتطلبات التعليمات البرمجية إلى ارتفاع درجة الحرارة، والمخاطر الكهربائية، وفشل الفحص، والمسؤوليات القانونية المحتملة.

7.1 التخليص ومساحة العمل

يتطلب قانون الكهرباء الوطني (NEC) مساحة عمل كافية حول المعدات الكهربائية للسماح بالتشغيل والصيانة والفحص الجاهز والآمن. تشمل المتطلبات الرئيسية ما يلي:

• الحد الأدنى لارتفاع مساحة العمل الواضحة:2.0 م (6.5 قدم)
• الحد الأدنى لعرض مساحة العمل الواضحة:914 ملم (3 قدم)
• التخليص الأمامي:الحد الأدنى 3 أقدام (0.9 م) أمام حاويات المحولات للفحص والصيانة
• تخليص التهوية:عادةً من 150 إلى 300 ملم (6 إلى 12 بوصة) حول الأسطح المهواة للمحولات الجافة من النوع - للسماح بتدفق الهواء دون عوائق

بالنسبة للمحولات المثبتة على الوسادة-، تعتمد متطلبات التخليص المحددة على التثبيت. لا تفرض NEC دائمًا تصاريح لليسار واليمين والخلف بعبارات صريحة، ولكن يجب اتباع القوانين المحلية وتعليمات الشركة المصنعة. على سبيل المثال، تتطلب شركة FM Global مسافة 25 قدمًا بين المحولات المملوءة بالزيت المعدني-، على الرغم من أن هذا الشرط ينخفض ​​إلى الصفر بالنسبة للمحولات التي تستخدم سوائل أقل- قابلة للاشتعال.

7.2 فصل المقصورات

بالنسبة لتركيبات الجهد المتوسط، يجب فصل مقصورات الجهد المتوسط ​​والجهد المنخفض بحاجز فولاذي يمتد إلى كامل ارتفاع وعمق المقصورات. يجب أن تكون كلا المقصورتين مصنوعتين من صفائح الفولاذ التي تلبي متطلبات ANSI.

7.3 التأريض

التأريض الصحيح ضروري للسلامة وحماية المعدات. يجب عادة الحفاظ على مقاومة التأريض عندأقل من أو يساوي 10 أوم. يجب تأريض المحول المحايد (إن وجد) بشكل صحيح وفقًا لتصميم النظام والأكواد المعمول بها. متطلبات التأريض مفصلة في المادة 250 من NEC.

7.4 الحماية من الحرائق

بالنسبة للمحولات المملوءة بالزيت- والمثبتة داخل المباني أو بالقرب من المباني، قد تكون هناك حاجة إلى تدابير الحماية من الحرائق. يمكن أن تشمل هذه:

• جدران أو حواجز مقاومة للحريق-.
• أنظمة إطفاء الحرائق الأوتوماتيكية
• احتواء النفط (أحواض احتواء الانسكابات أو حفر احتواء النفط-)
• أنظمة طوفان المياه الأوتوماتيكية للمنشآت الكبيرة

يؤثر نوع السائل المستخدم في المحول أيضًا على متطلبات الحماية من الحرائق. قد تكون المحولات المملوءة بسوائل أقل-قابلة للاشتعال أو قابلة للتحلل الحيوي مؤهلة لتقليل الخلوصات وتبسيط إجراءات الحماية من الحرائق.

 

 

 

تتطلب حماية محولات الجهد المتوسط ​​اتباع نهج منسق يعالج كلاً من الأخطاء الداخلية واضطرابات النظام الخارجية.

8.1 حماية التيار الزائد

تعتمد متطلبات NEC لحماية التيار الزائد للمحولات على مقاومة المحولات. بالنسبة للمحولات ذات مقاومة 6% أو أقل، تتطلب NEC حماية أولية وثانوية. يجب ألا يتجاوز المصهر الأساسي 300% من تيار الحمل الكامل الأساسي-(FLA)، ويجب ألا يتجاوز جهاز التيار الزائد الثانوي عند 480 فولت 125% من FLA الثانوي.

8.2 الصمامات مقابل قواطع الدائرة

يتضمن الاختيار بين الصمامات وقواطع الدائرة لحماية المحولات -مقايضات:

في العديد من شبكات التوزيع، يتم استخدام نهج مشترك: الصمامات الموجودة على الجانب الأساسي لتوفير-حماية من الدائرة القصيرة، بالإضافة إلى قاطع رئيسي منخفض الجهد-يوفر الحماية من الحمل الزائد.

 

 

 

 

 

حتى المحولات الأكثر موثوقية تتطلب صيانة دورية لتحقيق فترة الخدمة الكاملة. يمكن لبرنامج الصيانة-المصمم جيدًا أن يطيل عمر المحول من 20 إلى 30 عامًا إلى 40 عامًا أو أكثر.

9.1 الصيانة التنبؤية

تستخدم الصيانة التنبؤية أدوات التشخيص لتحديد المشكلات المحتملة قبل أن تؤدي إلى الفشل.

• تحليل الغاز المذاب (DGA):أقوى أداة لتقييم صحة-المحولات المغمورة بالزيت. من خلال تحليل الغازات المذابة في الزيت العازل-الهيدروجين والميثان والأسيتيلين والإيثيلين-يمكن للفنيين اكتشاف مشكلات مثل الحرارة الزائدة والقوس الكهربائي وانهيار العزل. يوفر DGA المنتظم إنذارًا مبكرًا بتطور الأخطاء ويساعد في تحديد أولويات أنشطة الصيانة.
• التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (مسح الأشعة تحت الحمراء):يكتشف التصوير الحراري النقاط الساخنة التي تشير إلى توصيلات غير ثابتة، أو -وصلات ذات مقاومة عالية، أو تحميل زائد، أو فشل في العزل. بالنسبة للمحولات من النوع -، يمكن للأشعة تحت الحمراء في بعض الأحيان اكتشاف التسخين غير الطبيعي لنقاط الاتصال المتدهورة أو الأعطال الأخرى التي تسبب ارتفاع درجة الحرارة على الأسطح الخارجية.
• مراقبة التفريغ الجزئي (PD):تعتبر التصريفات الجزئية مؤشرات مبكرة لتدهور العزل. تستخدم مراقبة PD أجهزة استشعار للكشف عن التفريغ الكهربائي الذي يحدث داخل نظام عزل المحولات قبل أن يتصاعد إلى فشل كامل.

9.2 الصيانة الوقائية

تتبع الصيانة الوقائية جدولًا زمنيًا محددًا لمعالجة التآكل والاستهلاك العادي.

• أخذ عينات الزيت واختبارها بانتظام:تقيس اختبارات جهد الانهيار قوة عزل الزيت؛ يشير انخفاض BDV إلى التلوث أو الرطوبة. يجب قياس محتوى الرطوبة باستخدام معايرة كارل فيشر والحفاظ عليها ضمن الحدود المقبولة.
• فحص البطانة:الفحص البصري للشقوق وتراكم الأوساخ والأضرار. تعمل اختبارات السعة ودلتا على تقييم حالة عزل الجلبة.
• صيانة مغير الصنبور:بالنسبة للمحولات المزودة بمبدلات تشغيل (OLTCs){{0})، يجب فحص مستوى الزيت، وفحص نقاط الاتصال بحثًا عن رواسب الكربون وتنظيفها، واستبدال الزيت في حالة تلوثه.
• فحص الشد والكشف عن التسرب:يجب تحديد تسربات الزيت وإصلاحها على الفور للحفاظ على سلامة العزل ومنع التلوث البيئي.

9.3 ترددات التفتيش

في حين أن الترددات المحددة تعتمد على أهمية المحول وبيئة التشغيل، إلا أن الإرشادات العامة تشمل ما يلي:

• التفتيش البصري:شهريًا إلى ربع سنوي، مع التركيز على مستويات الزيت والتسريبات والضوضاء غير العادية والحالة العامة
• التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء:سنويًا، أو بشكل متكرر للمحولات الحرجة
• أخذ عينات النفط وDGA:سنويًا للتركيبات القياسية؛ نصف-سنويًا للمحولات المهمة أو المحملة بكثافة
• الاختبارات الكهربائية (مقاومة العزل، نسبة الدوران، مقاومة اللف):كل 2 إلى 5 سنوات
• الإصلاح الشامل:كل 10 إلى 15 سنة لمحولات الطاقة الكبيرة

 

 

 

تخدم محولات الجهد المتوسط ​​مجموعة متنوعة بشكل ملحوظ من التطبيقات.

10.1 المنشآت الصناعية

في المصانع والمصانع، توفر محولات الجهد المتوسط ​​الطاقة للمحركات الكبيرة والآلات والمعدات التي تتطلب مستويات جهد أعلى لتحقيق الأداء الأمثل. عادةً ما تعمل صناعات مثل السيارات والمعالجة الكيميائية والتعدين وتصنيع الصلب على تشغيل أنظمة توزيع الجهد المتوسط ​​الخاصة بها، حيث تعمل المحولات على خفض جهد المرافق إلى جهد توزيع المصنع، كما تتنحى المحولات الإضافية إلى مستويات استخدام الماكينة.

10.2 المباني التجارية

تعتمد مجمعات المكاتب ومراكز التسوق والمستشفيات والفنادق والمؤسسات التجارية الأخرى على محولات الجهد المتوسط ​​للإضاءة والتكييف والمصاعد والأحمال الكهربائية الأساسية الأخرى. غالبًا ما تتلقى المباني التجارية الكبيرة الخدمة الأولية بجهد متوسط ​​(عادة 13.8 كيلو فولت أو 4.16 كيلو فولت)، ثم تنخفض إلى 480 فولت للتوزيع في جميع أنحاء المبنى، مع محولات إضافية ذات جهد منخفض -تخدم أحمال 120/208 فولت.

10.3 محطات المرافق الفرعية

تستخدم المرافق الكهربائية محولات الجهد المتوسط ​​لخفض الجهد من خطوط النقل إلى مستويات أقل مناسبة للتوزيع على العملاء السكنيين والتجاريين. تشكل هذه المحولات المملوكة - العمود الفقري لنظام التوزيع.

10.4 أنظمة الطاقة المتجددة

تشتمل مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على محولات ذات جهد متوسط ​​لتوصيل الكهرباء المولدة بالشبكة. مع استمرار نمو الطاقة المتجددة، زاد الطلب على محولات الجهد المتوسط ​​المصممة خصيصًا لهذه التطبيقات-بما في ذلك التصميمات التي تتعامل مع تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه وتقلبات الجهد العريض-بشكل كبير.

10.5 مراكز البيانات

تعد مراكز البيانات من بين التطبيقات الأكثر تطلبًا لمحولات الجهد المتوسط. فهي تتطلب موثوقية عالية للغاية (غالبًا تكرار N+1 أو 2N)، وجودة طاقة ممتازة، وكفاءة عالية بسبب التشغيل المستمر. تستخدم معظم مراكز البيانات خدمة الجهد المتوسط ​​(غالبًا 13.8 كيلو فولت أو 15 كيلو فولت) وتنخفض إلى 480 فولت، مع محولات ثانوية تغذي أنظمة UPS ووحدات توزيع الطاقة.

10.6 مرافق الرعاية الصحية

تستخدم المستشفيات ومنشآت الرعاية الصحية محولات الجهد المتوسط ​​لتغذية العديد من لوحات المفاتيح ذات الجهد المنخفض-، مع محولات منفصلة تخدم الفروع الحيوية، وفروع سلامة الحياة، وفروع الطاقة العادية لضمان بقاء الأنظمة الأساسية قيد التشغيل في أي سيناريو فشل.

 

 

 

يتطلب العمل مع محولات الجهد المتوسط ​​الالتزام الصارم ببروتوكولات السلامة. تحمل هذه الأجهزة جهدًا كهربائيًا عاليًا وتشكل مخاطر كهربائية كبيرة:

• الموظفين المؤهلين فقطيجب التعامل مع أو العمل على محولات الجهد المتوسط.
• قم دائمًا بإلغاء-النشاطالمحول والتحقق من الجهد صفر قبل الاقتراب.
• ارضي المحولبعد إلغاء التنشيط-وقبل القيام بأي عمل.
• الحفاظ على مسافات الاقتراب المناسبةعلى أساس مستوى الجهد.
• استخدم معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE)تصنيف لخطأ الحالي المتاحة.
• اتبع إجراءات القفل/الإغلاق (LOTO).كما هو مطلوب من قبل لوائح OSHA.

 

 

 

تمتد التكلفة الإجمالية لملكية محول الجهد المتوسط ​​إلى ما هو أبعد من سعر الشراء الأولي.

تكلفة الشراء الأوليةتختلف بشكل ملحوظ حسب النوع: تبلغ تكلفة المحولات من النوع -الجاف مقدمًا أكثر من الوحدات السائلة-المغمورة ذات نفس التصنيف، بينما تحمل وحدات الكفاءة-المتميزة سعرًا أعلى من نماذج الكفاءة-القياسية.

تكاليف التثبيتتشمل إعداد الموقع، والوسادة أو الأساس الخرساني، والتوصيلات الكهربائية، والتأريض، والحماية من الحرائق (إذا لزم الأمر)، واعتبارات التخليص للوصول المستقبلي.

خسائر الطاقةتمثل أهم تكاليف التشغيل المستمرة. لا يوجد-خسائر تحميل (خسائر أساسية) موجودة على مدار 24 ساعة في اليوم، 365 يومًا في السنة، بغض النظر عن التحميل. تختلف خسائر الحمل (خسائر النحاس) باختلاف مربع تيار الحمل. بالنسبة للمحول الذي يعمل بشكل مستمر بأحمال معتدلة، فإن فقدان الطاقة على مدى 30-عامًا من العمر يمكن أن يتجاوز سعر الشراء الأولي بكثير. إن الاستثمار في محولات ذات كفاءة أعلى مع خسائر أقل غالبا ما يحقق عوائد مالية جذابة.

تكاليف الصيانةتعتمد على نوع المحول (السائل-المغمور يتطلب اختبارًا منتظمًا للزيت، والنوع الجاف-يتطلب أقل)، وموقع التثبيت، ومدى أهمية العمليات.

نهاية-العمر-تكاليف التخلص أو إعادة التدويريمكن أن تكون كبيرة بالنسبة للمحولات المغمورة بالزيت-خاصة تلك التي تحتوي على زيت ملوث أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs) في الوحدات القديمة.

 

 

 

تعد محولات الجهد المتوسط ​​تقنية متينة-يبلغ عمرها أكثر من قرن من الزمان، ولكنها تتطور باستمرار لتلبية المتطلبات الجديدة من حيث الكفاءة والموثوقية والأداء البيئي. إنها حلقة الوصل بين شبكة نقل الجهد العالي- وأنظمة الجهد المنخفض- التي تزود عالمنا بالطاقة.

يعد اختيار هذه المحولات وتركيبها وصيانتها مهمة متعددة التخصصات تتطلب فهم المبادئ الكهربائية وقوانين السلامة والاعتبارات الميكانيكية والمقايضات الاقتصادية-. إن محول الجهد المتوسط ​​-المختار جيدًا، والمركب بشكل صحيح، والذي تتم صيانته بعناية سيوفر عقودًا من الخدمة الموثوقة. يمكن أن تصبح الوحدة الصغيرة الحجم أو التي يتم استخدامها بشكل خاطئ أو المهملة مصدرًا دائمًا للمشاكل، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الطاقة، وتعطيل العمليات، وخلق مخاطر على السلامة.

سواء كنت تصمم منشأة جديدة، أو تستبدل معدات قديمة، أو تسعى ببساطة إلى فهم أفضل للمحولات في نظامك الحالي، فإن المبادئ الموضحة في هذا الدليل توفر إطارًا لاتخاذ قرارات سليمة. انتبه إلى التفاصيل-تصنيفات الجهد الكهربي ومجموعة المتجهات وفئة العزل والخلوصات وجدول الصيانة-ومحول الجهد المتوسط ​​الخاص بك سوف يكافئك بخدمة هادئة وفعالة وطويلة الأمد-.