طبيعة الأعطال في المحولات

0
2924
طبيعة الأعطال في المحولات
طبيعة الأعطال في المحولات

يمكن تقسيم الأعطال المحتمل حدوثها في المحولات إلى الأنواع التالية:

  • زيادة الحمل أو حدوث قصر خارجي.
  • أعطال في ملفات المحول وتوصيلاته.
  • أعطال في الأجهزة المساعدة والتي تعتبر أجزاء من المحول.

 

7 – 2 – 1 الحماية ضد تجاوز الحمل أو القصر الخارجي:

نظرا لأن تجاوز الحمل قد يستمر لفترة طويلة تعتمد على أقصى درجة حرارة مسموح بها لملفات المحول وطبيعة وسط التبريد. وتسمح جميع المواصفات المعمول بها يتجاوز الحمل المقنن للمحول لفترة زمنية محددة تعتمد على الحمل الذي كان يعمل عليه المحول قبل تجاوز الحمل مباشرة وعلى نسبة تجاوز الحمل ودرجة حرارة وسط التبريد.

ويجب ملاحظة أنه إذا زادت درجة حرارة الملفات عن أقصى قيمة مسموح بها فإن ذلك يؤثر على العمر الافتراضي للمحول،إلا أن يتم تعويض تجاوز العمل الذي تعرض له المحول بفترات من العمل الخفيف.

كما يجب التأكد قبل السماح يتجاوز العمل من أن جميع أجزاء المحول لن تتأثر بهذا التجاوز.

تعطي مصانع المحرف ت عادة دليلا لتجاوز الحمل على المحول فيشكل جدول يعرف باسم دليل التحصيل. ويجب طلب هذا الجدول من صانع المحول، حيث من الأفضل استعمال الجدول الخاص بكل محول بعينه. ويلزم عند وضع خطة الحماية مراعاة الجداول الخاصة يتجاوز الحمل وذلك بعد أخذ خطة التحميل في الاعتبار. ويجب تغيير ضبط أجهزة الحماية تبعا للفترات المسموح بها تجاوز العمل على المحول. يمكن الحماية من تجاوز الحمل والقصر الخارجي كما يلي:

أولاً: تشغيل قاطع الدائرة الخاص بالمحول بواسطة وحدة إعتاق مباشرة أو غير مباشرة بحيث يكون له منحنى زمن – تيار يحتوي على حماية تجاوز الحمل (تأخير زمني طويل)، ويتم اختيار وضبط حماية تجاوز الحمل تبعا للجداول السابقة.

نلاحظ في تلك الطريقة أن نظام الحماية ليس له اتصال مباشر بالمحول إنما يعمل تبعا للتيار المار به.

ثانياً:استعمال أجهزة حساسة لدرجة الحرارة يتم تركيبها في المحول حيث يمكنها أن تقوم بواحدة أو أكثر من الوظائف الآتية:

  • إعطاء بيان عن درجة حرارة المحول (الملفات ووسط التبريد).
  • إعطاء تحذير (جرس مثلاً) عندما ترتفع درجة الحرارة عن حد معين داخل المحول.
  • تشغيل وحدة تبريد الطوارئ في المحول في حالة وجودها.
  • تشغيل دائرة إعتاق قاطع الدائرة الخاص بالمحول إذا تجاوزت درجة الحرارة الحد المسموح بها.

ومن الملاحظ أن تلك الأجهزة كثيرة ومتنوعة، نذكر منها باختصار ما يلي:

  • ترمومتر بسيط.
  • ترمومتر بملامسات.
  • مرحل حراري.
  • جهاز تحديد البقعة الساخنة.
  • مرحل البوخولز.

ويجب تحديد ما نراه مناسبا لظروف التشغيل والحماية بحيث يتوافق هذا مع أهمية الأحمال والاعتبارات الاقتصادية.

كما أنه من الممكن في بعض الأحيان فصل بعض الأحمال غير الهامة في فترات تجاوز الحمل، وذلك عندما يكون العامل الاقتصادي له تأثير حاسم في أخذ القرار. وسوف نستعرض فى الأسطر التالية محول البوخولز فقط.

 

  • – 2 – 2 موحل البوخولز:

من المعروف أن أعطال القلب الحديدي للمحول (انهيار عزل الشرائح الحديدية للقلب الحديدي للمحول) وكذلك التوصيلات الكهربائية غير الجيدة لأطراف التوصيل للملفات ينتج عنها ارتفاع موضعي لدرجة الحرارة والتي قد تصل إلى 350 درجة مئوية. هذا الارتفاع العالي في درجة الحرارة يتسبب في انحلال زيت المحول إلى غازات والتي تصعد أعلى المحول فوق زيت المحول والتي يمكن تجميعها في الخزان الذي يعلو المحول. ويعتبر محول البوخولز من أبسط وسائل الحماية للمحولات. ويستخدم دائما في المحولات المزودة بتنك (خزان) لتجميع الغازات المتصاعدة من انحلال زيت المحولات. والموحل عبارة عن وعاء معدني متصل بأنبوب بطرف التنك وأنبوب آخر بالمحول. والوعاء مهيأ لاستقبال الغازات المتصاعدة من خزان المحول والتأثر بكمية تلك الغازات. ويحتوي ذلك الوعاء على عوامتين أسطوانيتين الشكل من الألمنيوم، تطفوان على سطح الزيت عندما يكون الوعاء ممتلئاً بالزيت.

وكل عوامة تتحرك حول محور وتتحكم فينقط تلامس زئبقية. وتكون نقاط التلامس مفتوحة طالما كانت العوامة طافية. والعوامة الأولى موجودة في قمة الوعاء والأخرى بالقرب من قاع الوعاء.

وتعمل العوامة الأولى على توصيل دائرة إنذار بينما تعمل العوامة الثانية على توصيل دائرة فصل للمحول وذلك على حسب كمية الغازات.

في حالة التشغيل العادي (عدم حدوث أي أعطال) فإن كمية الغازات المتصاعدة من انحلال زيت المحول تكون قليلة جدا وبذلك يستمر المحول بالعمل.

في حالة زيادة التحصيل أو حدوث عطل في القلب الحديدي للمحول أو عطل في التوصيلات الكهربائية لأطراف الملفات ترتفع درجة حرارة الزيت نتيجة للارتفاع في درجة حرارة الملفات أو ارتفاع درجة حرارة القلب الحديدي وتبدأ الغازات بالتصاعد. تتجمع تلك الغازات في الخزان العلوي وعندما يمتلئ الخزان تبدأ تلك الغازات في الوصول إلى وعاء المرحل. عندما تصل كمية الغازات المتصاعدة في غرفة المرحل إلى قيمة معينة تبدأ العوامة العلوية بالحركة لتغلق نقاط التلامس لدائرة الإنذار.

عند زيادة كمية الغازات المتصاعدة لتصل إلى العوامة المثبتة بالقرب من قاع الوعاء – تتحرك تلك العوامة لتغلق نقاط التلامس لدائرة الفصل للقاطع ليقوم القاطع بفصل المحول عن الشبكة.

وعموماً يعمل الجهاز ويعطي إنذارا في الحالات التالية:

  • عند تكون بقعة ساخنة داخل المحول نتيجة لوجوا قصر بين شرائح القلب الحديدي.
  • عند انهيار عزل المسامير التي تثبت القلب الحديدي.
  • عند فتح أي من نقط التلامس للموصلات.
  • زيادة التحميل للمحول.
  • عند انخفاض مستوي الزيت لوجود تسرب.

وإذا استمرت أي من الحالات السابقة ولم تعالج أو حدوث قصر كهربي شديد فسوف تهبط العوامة السفلي وتعمل على توصيل دائرة الفصل للقواطع.

يمكن معرفة نوع العطل الحادث داخل المولد وذلك بالتحليل الكيميائي للغازات والأبخرة المتجمعة في الخزان العلوي للمحول كما يلي:

  • وجود الهيدروجين + الأسيلتين يدل على وجود كهربي بين أجزاء المحول.
  • وجود الهيدروجين + الأسيلتين + الميثان يدل على وجود عطل في غير نسبة التحويل للمحول. أو قوس قوي ومؤثر على عزل المحول.
  • وجود الهيدروجين + الميثان + الآيثيلين يدل على وجود ارتفاع في درجة حرارة القلب الحديدي.
  • وجود الهيدروجين + الأيثيلين + ثاني أكسيد الكربون + الإيثان يدل على وجود ارتفاع في درجة حرارة ملفات المحول.

7 – 3 الحماية ضد الأعطال في ملفاته المحول وتوصيلاته

تتعرض كل من ملفات المحول (الابتدائي والثانوي) إلى أنواع عديدة ومختلفة من قصر الدائرة ويمكن تقسيمها كما يأتي:

  • عطل أرضي على أطراف ملفات الجهد العالي.
  • عطل وجه – وجه على أطراف ملفات الجهد العالي.
  • عطل أرضي داخلي على أطراف ملفات الجهد العالي.
  • عطل وجه – وجه داخلي على أطراف الجهد العالي.
  • عطل قصر دائرة بين ملفات الجهد العالي.
  • عطل أرضي على أطراف الجهد المنخفض.
  • عطل وجه – وجه على أطراف الجهد المنخفض.
  • عطل أرضي داخلي على ملفات الجهد المنخفض.
  • عطل وجه – وجه داخلي بين ملفات الجهد المنخفض.
  • عطل قصر دائرة بين ملفات الجهد المنخفض.
  • عطل وجه – وجه خارجي.
  • عطل أرضي خارجي.

ويعتبر قصر الدائرة هو أخطر الحالات الشاذة التي قد يتعرض لها المحول على الإطلاق. ورغم التعداد الكبير في أنواع الأخطاء التي قد يتعرض لها المحول، إلا أن كل هذه الأخطاء يتم الحماية منها بثلاثة أنواع رئيسية من الحماية هي:

  • حماية تجاوز التيار.
  • الحماية الفرقية.
  • حماية الخطأ الأرضي.

والأجهزة المستعملة في الحماية هي أجهزة الحماية والقطع المذكورة في الأبواب السابقة بأنواعها المختلفة (مصهرات قواطع – دائرة – مرحلات).

 

7 – 4 الحماية ضد تجاوز التيار:

تساعد الحماية ضد تجاوز التيار في الخطة العامة لعملية حماية المحول ضد أعطال الملفات. ويجب من وضع متطلبات خطة الحماية بالاسترشاد بالشروط الوطنية أو العالمية المعترف بها في هذا المجال مع الأخذ في الاعتبار الحالة الخاصة للمحول. نذكر في هذا المجال متطلبات حماية تجاوز التيار للمحولات تبعا للكود الأمريكي وذلك كحد أدنى من المتطلبات (NEC – 1993 – 450)

يتم إجراء حماية المحول إما باستخدام حماية على الجانب الابتدائي فقط (الجهد العالي عادة) وأما باستخدام حماية على الجانب الابتدائي والجانب الثانوي معا.

أولا: عند استخدام حماية على الجانب الابتدائي فقط يراعى ما يأتي:

× المحولات التي يزيد جهد أحد جانبيها عن 600 فولت يمكن الحماية بأحد الطريقتين الآتيتين:

  • استخدام مصهر بمقنن لا يزيد على 250% من تيار الحمل الكامل على الجانب الابتدائي. ويشترط في هذا المصهران يتحمل 200% من هذا التيار بصفة دائمة (الرتبة E في المواصفات الأمريكية). هذا النوع من المصهرات يعرف باسم مصهرات الخدمة أو مصهرات الحماية الثانوية, وهو مصمم لكي ينصهر بعد حوالي 600 ثانية عند حوالي 220% من مقنن التيار له.
  • استخدام قاطع دائرة بمقنن لقط لا يزيد على 300% من تيار الحمل الكامل على الجانب الابتدائي للمحول، أو استخدام مصهر عادي لا يزيد مقننة على 300% أيضا.

× المحولات التي لا يزيد الجهد على جانبيها عن 600 فولت يتم استخدام مصهر بمقنن تيار – أو قاطع دائرة بمقنن تيار لقط – يساوي 125% من تيار الحمل الكامل على الجانب الابتدائي للمحول.

هذا بشرط أن تكون قدرة حمل التيار للكابل المغذي للمحول تساوي 125% أيضا من تيار الحمل الكامل. ويمكن في تلك الحالة وضع الحماية عند طرف كابل التغذية من ناحية المصدر بحيث تصبح تلك الحماية كافية لكل من المحول والكابل مهما كان طول هذا الكابل.

ثانياً: عند استخدام حماية على كل من الجانب الابتدائي والجانب الثانوي:

  • للمحولات الأعلى من 600 فولت للملف الثانوي وفي حالة استخدام قاطع كهربائي فيجب ضبط قاطع الدائرة ليعمل على 300% من التيار المقنن وذلك للمحولات ذات المعاوقة الحثية التي لا تزيد عن 6% وفي حالة استخدام الفيوز فيضبط ليعمل على 150% من التيار المقنن وذلك للحماية الموجودة في الملف الثانوي. يتم تعديل ضبط قاطع الدائرة ليعمل علي 250% من التيار المقنن، وذلك للمحولات ذات المعاوقة الحثية التي تزيد على 6% وفي حالة استخدام الفيوز فيضبط ليعمل على 125% من التيار المقنن.
  • للمحولات الأقل من 600 فولت للملف الثانوي وفي حالة استخدام قاطع كهربائي فيجب ضبط القاطع ليعمل 250% من التيار المقنن وفي حالة استخدام الفيوز فيضبط ليعمل على 300% من التيار المقنن،وذلك للمحولات فيات المعاوقة الحثية التي تزيد أو تقل على 6% وذلك للحماية الموجودة في الملف الثانوي.
  • للمحولات الأعلى من 600 فولت للملف الابتدائي وفي حالة استخدام قاطع كهربائي فيجب ضبط القاطع ليعمل 400%من التيار المقنن،وذلك للمحولات ذات المعاوقة الحثية التي لا تزيد على 6% وفي حالة استخدام الفيوز فيضبط ليعمل على 200% من التيار المقنن وذلك للحماية الموجودة في الملف الابتدائي.
  • للمحولات الأعلى من 600 فولت للملف الابتدائي وفي حالة استخدام قاطع كهربائي فيجب ضبط القاطع ليعمل 400% من التيار المقنن وذلك للمحولات ذات المعاوقة الحثية التي تزيد عن 6% وفي حالة استخدام الفيوز فيضبط ليعمل على 200% من التيار المقنن وذلك للحماية الموجودة في الملف الابتدائي.

ويمكن في جميع الحالات المذكورة استخدام مقنن جهاز الحماية الأكبر مباشرة في حالة عدم وجود المقنن المطلوب بالضبط.

ثالثاً: للمحولات الصغيرة يمكن اتباع ما يأتي:

  • إذا كان تيار الجانب الابتدائي المقنن للمحول أقل من 2 أمبير يستخدم مصهر بمقنن أو قاطع دائرة بمقنن لقط لا يزيد على 300% من تيار الحمل الكامل.
  • إذا كان تيار الجانب الابتدائي أقل من 9 أمبير وحتى 2 أمبير يستخدم مصهر بمقنن أو قاطع دائرة بمقنن لقط لا يزيد على 167% من تيار الحمل الكامل.

وفي كلتا الحالتين يستخدم المقنن الأصغر مباشرة في حالة عدم وجود المقنن المطلوب بالضبط يجب أن يكون لدى أجهزة الحماية على الجانب الابتدائي القدرة على عمل ما يأتي:

  • تحمل تيار المغنطة المندفع للمحول:

تحدث هذه الظاهرة عند إعادة توصيل المحول من جانبه الابتدائي على مصدر التغذية مع عدم وجود حمل على جانبه الثانوي، ويكون ذلك التيار على شكل تيار لا حملي ذي قيمة عالية تتراوح من 8 إلى 12 ضعفا من تيار الحمل الكامل المقنن للمحول. ويستمر هذا التيار لفترة عابرة تؤخذ عادة 0.1 ثانية في أغراض الحماية. ويؤخذ الرقم 8 للمحولات حتى مقنن 1000 ك.ف.أ, والرقم 12 للمحولات الأكبر من ذلك.

يعتبر تيار المغنطة المندفع من الظواهر الموجودة في جميع المحولات، ويكون وجودها أكثر وضوحا في المحولات الحديثة بسبب قدرة قلب تلك المحولات على الاحتفاظ بالمغناطيسية المتبقية بصورة أكبر من المحولات القديمة. ويحتوي هذا التيار على موجة بالتردد الأساسي (60 هرتز) وعلى موجات أخرى على جميع التوافقيات الزوجية والفردية مع وضوح التوافقيات الثانية التي هي خاصية مميزة لهذا التيار. كما يحتوي على مركبة تيار ثابت. عند إجراء عملية الحماية على المحول يتم توقيع النقطة المناظرة لتيار المغنطة المندفع على خريطة الزمن التيار. ويجب أن يكون منحنى جهاز حماية الجانب الابتدائي فوق هذه النقطة حتى لا تتسبب في تشغيله.

  • فصل القصر الأرضي المباشر الحادث علي الجانب الثانوي قبل تلف المحول:

يتم عادة تصميم المحولات بحيث تتحمل الأجهادات الداخلية الناتجة من قصر الدائرة على الأطراف الخارجية لفترات محددة يجب معرفتها من الصانع وعلى حسب المواصفات العالمية. ولإجراء الحماية السليمة يجب أن يكون الخطأ المناظر لخاصية تلف المحول من تيارات القصر أعلى بأكمله من منحنى الزمن – التيار لجهاز الحماية من القصر.

3- طريقة توصيل المحول:

نظرا لأن المحول يعمل في الأحوال العادية وأحوال الأعطال تبعا لقاعدة تساوي القوة الدافعة المغناطيسية (الأمبير – لفة) في الملفين الابتدائي والثانوي. وعلى ذلك يجب الأخذ في الاعتبار اختلاف تيار الوجه عن تيار الخط في توصيلة شكل دلتا – نجمة.

7 – 5 الحماية الفرقية للمحول

من المهم أن نلاحظ أن مرحل تجاوز التيار يتم استعماله للحماية الفرقية. وتعتمد الحماية الفرقية على تغذية المرحل بتيارين متساويين -للحالة المثالية في حالة عدم وجود أعطال – من محولي تيار كما هو مبين بالشكل رقم 1، وتكون المنطقة المحمية هي المنطقة المحصورة بين محولي التيار، بحيث:

  • في حالة عدم حدوث أعطال داخل المنطقة المحمية فإن التيارين 11 و 12 يكونان متساويين ويكون التيار داخل ملف التشغيل مساوية للصفر أو لا يعمل المرحل.
  • في حالة حدوث عطل داخلي من الأنواع السابقة (داخل منطقة الحماية) فإن ذلك يؤدي الى اختلاف في قيمتي I1 و I2 مما يسبب في تشغيل المرحل إذا زاد هذا الفرق على حد معين.
  • في حالة وجود عطل خارجي (خارج منطقة الحماية) سوف يزيد التيار الداخل والخارج من المحول ويكون التياران I1 و I2متساويين ويكون التيار داخل ملف التشغيل مساوية للصفر ولا يعمل المرحل.

هذه هي النظرية الأساسية من وجهة النظر المثالية، أما في الحالة العملية فإن الحماية الفرقية ترتبط دائما بعدة مشاكل منها:

  • لا يجوز الاعتماد على الحماية الفرقية فقط والاستغناء بها عن حماية تجاوز التيار حيث إن الحماية الفرقية محددة بمنطقة المحول فقط كما سبق بيانه.
  • ترتبط الحماية الفرقية بمشاكل عديدة نذكرها فيما يلي باختصار مع ذكر الحلول لها.

شكل رقم 1 الحماية الفرقية للمحول

 

أولاً: تيار المغنطة المندفع:

كما أشرنا سابقا فإن تيار المغنطة المندفع هو تيار لا حملي، أي أنه يظهر على الجانب الابتدائي فقط ولا يظهر على الجانب الثانوي. معنى ذلك ببساطة أن مثل هذا التيار من الممكن أن يسبب عمل المرحل ألفرقي. توجد حلول عديدة للتغلب على هذه المشكلة، وجميع هذه الحلول ممكنة ومطبقة عمليا، منها ما يأتي:

  1. استعمال مرحل فرقي بحساسية منخفضة لموجة التيار المندفع. أي إن هذا المرحل له تيار لقط مرتفع بحيث يتجاوز التيار المندفع، بالإضافة إلى تأخير زمني كاف.
  2. استخدام مرحل انخفاض جهد مع المرحل ألفرقي. يميز هذا المرحل بين حالة التيار المندفع وحالة قصر الدائرة التي تكون مصحوبة بانخفاض شديد في جهد أحد الأطوار على الأقل.
  3. تغذية المرحل الفرقي بعزم معاكس لعزم التشغيل يتم توليده من توافقيات التيار المندفع وخاصة التوافقية الثانية. أن هذا يميز بين تيار القصر الذي لا يحتوي على تلك التوافقية وبين التيار المندفع.
  4. يمكن كذلك منع تشغيل المرحل الفرقي بأية وسيلة عند لحظة تشغيل المحول وتوصيلة على مصدر التغذية.

ثانياً: وجود فرق بين تياري المرحل الفرقي:

لا يمكن من الناحية العملية الحصول على تيارين متساويين تماما من محولي التيار الذين يغذيان المرحل الفرقي،وذلك نتيجة لتفاوت الصناعة والتوصيلات والأجهزة وغير ذلك.

ورغم أن هذا الفرق يكون صغيرا في الحالات العادية بحيث يمكن ضبط المرحل تبعا لذلك، إلا أنه عند حدوث عطل خارجي فإن ارتفاع قيمة تيار القصر يرفع من قيمة هذا الفرق مما قد يؤدي إلى تشغيل المرحل نتيجة لخطأ خارج منطقة الحماية.

يمكن التغلب على هذه المشكلة باستعمال مرحل يعرف باسم المرحل الفرقي المنحاز المزود بملف آخر يسمى بملف الكبح (الاتزان). وباستخدام ذلك الملف يمكن ضبط تساوي التيارين I1 و I2يبين الشكل الثالث فكرة عمل هذا المرحل. ويتم في هذا النوع من الحماية تغذية المرحل بواسطة محولي التيار. يتصل ملف التشغيل بمنتصف ملف الكبح وتتراوح نسبة الفرق بين I1 و I2من 20% إلى 50% عادة، ويتم اختيارها بحيث لا تتسبب الأخطاء الخارجة عن منطقة الحماية في تشغيل المرحل. كما أن تلك النسبة تسمح بالفرق التي يمكن أن تحدث بين I1 و I2نتيجة للأسباب السابقة.

NO COMMENTS