مواصفات محولات التوزيع و المتطلبات الخاصة بها

مواصفات محولات التوزيع و المتطلبات الخاصة بها
مواصفات محولات التوزيع و المتطلبات الخاصة بها
مواصفات محولات التوزيع و المتطلبات الخاصة بها

تشترك جميع المباني التجارية الضخمة على اختلاف انشطتها فى حاجتها الي العديد من الاجهزة و التجهيزات الرئيسية التي يطلق عليها اجهزة الخدمة الرئيسية ،  تعتبر محولات التوزيع و اجهزة الحماية و القطع  و مفاتيح الاحمال و غيرها اهم هذه الاجهزة التي تقوم باستلام الطاقة و  توزيعها على الاحمال بالصورة المطلوبة مع تحقيق اكبر قدر ممكن من مستوي للخدمة من حيث الجهد و التيار و التردد و استمرارية الخدمة و غير ذلك .

و تحتاج المباني التجارية الضخمة عادة الي محولات توزيع خاصة بها .. حيث يتعدي الحمل الكلي للمبني فى بعض الاحيان الي عدة الاف من الكيلو وات .. و المحولات المستخدمة هي محولات خافضة للجهد .. حيث تتسلم الطاقة من شبكة التغذية على جهد التوزيع الابتدائية ( 11 ك ف ) و تسلمه للاحمال من خلال اجهزة الخدمة الاخري على جهد الاستخدام ( 280 /  220 ف ) . و يفضل فى المباني ذات الاحمال الضخمة استخدام محولين منفصلين يقوم احدهما بتغذية احمال القوة كالمصاعد و احمال التكييف المركزي و تستخين المياه و المضخات بانواعها .. بينما يقوم المحول الاخر بتغذية دوائر الاضاءة و الاحمال الفردية . و يرجع تقدير هذا الامر بطبيعة الحال الي طريقة توزيع الدوائر و الاحمال داخل المبني .. بحيث انه اذا امكن فصل احمال القوة عن احمال الاضاءة . فان استخدام دوائر تغذية منفصلة يكون هو الحل الافضل .. و يؤدي استخدام محولين منفصلين احدهما للقوي و الاخر للاضاءة الي استقرار الجهد على دوائر الاضاءة و الاجهزة الالكترونية الاخري و تجنب ظاهرة الارتعاش FLICKERS علي تلك الاجهزة .. إذ أن مثل هذه الظواهر تنشأ نتيجة لتشغيل احمال القوي .

و يراعي توصيل الجانب الابتدائي للمحول على شكل ” دلتا ” لمنع انتقال التوافقيات الثلاثية من دائرة الجهد الثانوي فهو علي شكل ” نجمة ” باربعة اسلاك مؤرضة من نقطة تعادلها بهدف امكانية تغذية الاحمال احادية الطور و الاحمال غير المتزنة . تعمل توصيلة ” الدلتا ” علي الجانب الابتدائي للمحول علي استقرار نقطة تعادله على الجانب الثانوي .

مواصفات المحول :

يجب على المهندس المصمم كتابة مواصفات المحول كاملة و واضحة و دقيقة لمنع اي خلافات او اخطاء تظهر بعد ذلك سواء فى التركيب او التشغيل . نذكر فيما يلي المواصفات الواجب ذكرها لمحول التوزيع مع اعطاء فكرة موجزة عنها .

نوع المحول :

هناك العديد من انواع محولات التوزيع التي يتم تصنيعها تبعا لنوع الخدمة المطلوبة منها و تختلف محولات التوزيع المستخدمة داخل المباني التجارية .. و تعرف هذه المحولات باسم General purpose transformers و هذه المحولات من النوع النمطي ذي الملفين .. و تعرف ايضا بالمحولات العازلة Isolating Transformers  حيث يعزل المحول دائرة الجهد الثانوي ، و يختلف هذا المحول عن المحول الذاتي Auto transformer ذي الملف الواحد حيث لا يعزل الاخير الدائرة الثانوية عن الدائرة الابتدائية و يفضل دائما استخدام المحول العازل لما يحققه من سلامة للافراد و عزل للدائرة و خفض لمنسوب القصر .. بالاضافة الي سهولة اجراء عمليات الحماسة و التنسيق بين المرحلات و المصهرات و القواطع .

عدد الاطوار :

يجب تحديد عدد اطوار المحول في حيث يستخدم المباني التجارية النظام ثلاثي الاطوار فى تغذية المباني التجارية .

و يمكن استخدام اما محول ثلاثي الاطوار او تجميعه من ثلاثه محولات احادية الطور و يفضل فى معظم الحالات استعمال محول ثلاثي الاطوار باعتباره اقل سعرا و اعلي كفاءة و اصغر حجما ، و يذكر .. ان الميزة الوحيدة الواضحة لتجميعه المحولات هي امكانية استبدال احداها فقط – فى حالة  تلفها – دون المحولان الاخرين .

التردد :

تعمل معظم الشبكات فى العالم على تردد 50 هرتز . و مع ذلك يجب ذكر قيمة التردد ضمن مواصفات المحول تجدر الاشارة هنا الي ان اداء المحول و خواصه يعتمدان بدرجة كبيرة على تردد المصدر .

مقنن الجهد و نسبة التحويل :

يتم تحديد قيمة الجهد المقنن على كل من جانبي المحول على اساس ان يكون جهد الجانب الابتدائي للمحول مساويا للجهد الاسمي للشبكة مع سماح فى حدود 5 % من جهد الشبكة . اما قيمة الجهد على الجانب الثانوي فهي القيمة المناظرة لعدم التحميل No – load  .

يمكن فى حدود الاستخدامات العملية اعتبار ان نسبة تحويل الجهد تساوي النسبة بين عدد الملفات على جانبي المحول .. مع ملاحظة ان القيمة الفعلية لنسبة تحويل الجهد تعتمد على مقدار تحميل المحول و كذلك معاوقته .

مقتن القدرة :

يعتمد مقنن قدرة المحول على مقدار الحمل الموصل عليه و معامل قدرته و يتم تحديد مقنن قدرة المحول بالكيلو فولت امبير و لييست بالكيلو وات . يرجع ذلك الي حدود الاحتمال الحراري للمحول يعتمد على الكيلو فولت امبير و ليس الكيلو وات . و يتم تبعا لقيمة معامل قدرة الحمل تحديد مقنن المحول بالكيلو وات .. فالمحول الذي قدرته المقننة 250000 ك ف مثلا يمكنه ان يغذي حملا مقدراه 25000 ك وات على معامل قدرة مقداره الوحدة . اما اذا انخفض معامل قدرة هذا الحمل الي 0.8 فان نفس المحول لا يمكنه تغذية اكثر من ( 25000 × 0.8 = 2000 ك وات ) دون ان يتعرض لتجاوز الحمل و يجب تحديد مقنن القدرة على اساس مقنن خرج المحول عند درجة حرارة معينة للوسط المحيط . كما يجب تحديد مقنن القدرة فى حالة التبريد القسري اذا وجد هذا النوع من التبريد فى المحول .

يتم تصنيع محولات التوزيع بقدرات نمطية تصل الي 1000 ك ف أ كما يمكن طلب محولات ذات قدرات خاصة من مصانع المحولات .

وسط العزل و التبريد :

تصنف المحولات تبعا لنوع المادة او الوسط الذي يتم من خلاله عزل و تبريد المحول . و تصنيع محولات التوزيع باستخدام أوساط مختلفة كالاتي :

  • محولات راتينجية .
  • محولات محكمة .
  • محولات مغمورة فى الزيت .
  • محولات مغمورة فى سوائل مقاومة للحريق .
  • محولات جافة تقليدية .

و يتم اختبار نوع المحول تبعا لمتطلبات السلامة و ظروف التشغيل و سهولة عمليات الصيانة و الاصلاح و تعتبر المحولات الجافة التقليدية هي اكثر الانواع استخداما داخل المباني التجارية . و هذا النوع من المحولات لا يحتوي داخله اي سائل تبريد او عزل ، و تتم عملية تبريد ملفات و قلب المحول اما عن طريق السريان الطبيعي للهواء داخل المحول او عن طريق التبريد القسري باستخدام مراوح تدفع الهواء داخل المحلول . و تتميز المحولات التقليدية الجافة برخص ثمنها و بساطة تكوينها و سهولة صيانتها ، كما أنها غير قابلة للاشتعال بصفة عامة و يمكن استخدامها داخل المبني بامان تام دون الحاجة الي احتياطات اضافية لمكافحة الحريق .

و اصبح من الشائع الان استعمال المحولات الراتينجية كمحولات توزيع جافة لا تحتوي على اي وسائل للعزل و التبريد .. و يتم تصنيع ملفاته باكملها داخل مادة راتينجية بحيث تغلف هذه المادة الملفات تماما . و هذه الطريقة تمنح الملفات مقاومة كبيرة للرطوبة و العوامل الجوية . علاوة على ان الغطاء السميك من المادة الراتنيجية المغلف لهذه الملفات يعطيها مقاومة اكبر للاجهادات مما ينعكس علي شكل زيادة مقدرة المحول على تحمل الاجهادات الميكانيكية الناشئة عن قصر الدائرة و يتمثل العيب الاساسي للمحولات الراتنيجية فى ارتفاع ثمنها لدرجة لا تبرر استخدامها فى الظروف العادية ، و لذا فاننا لا نلجأ لاستخدام هذا النوع من المحولات الا فى الاجواء شديدة الرطوبة او الملوثة او المعرضة للاتربة و المواد الكيماوية الضارة .

اما المحولات المحكمة فهي محولات تستغل غاز الفلوركربون ( C2F6 ) .. و هو غاز غير قابل للاحتراق و لا ينفجر و غير سام و مقبول من وجهة نظر الشروط الصحية و البيئية . يملأ خزان المحول بالغاز ثم يغلق باحكام بحيث يتم عزله تماما عن الوسط الخارجي . يمكن استخدام هذه المحولات بامان تام داخل و خارج المباني .. كما انها لا تحتاج الي صيانة تذكر . و لا يزود المحول باي وسيلة للتبريد حيث يتم تبريده ذاتيا . العيب الوحيد لهذا النوع من المحولات هو الارتفاع الكبير فى سعره ايضا بالنسبة لباقي الانواع .

و تستخدم المحولات المغمورة في الزيت للمقننات الكبيرة سواء للقدرة او الجهد . و قد قل استعمالها كمحولات توزيع خافضة و ذلك لقابلية الزيت للاشتعال الامر الذي يمثل خطورة على المبني و الافراد بداخله . كما ان شروط تحقيق السلامة الكهربية فى التركيب و الصيانة اشق و اعقد حيث يوجد فى الاسواق الان انواع متعددة من المحولات تستخدم مواد عزل و تبريد مصنعة و غير قابلة او قليلة القابلية للاشتعال . من امثلة هذه المواد مانع السيليكون Silicone Fiuid و السائل المعروف تجاريا باسم  R – 113  و غير ذلك . و يمكن استخدام هذه المحولات فى المباني التجارية و شرط التاكد من عدم التاثير الضار للسوائل بداخلها  على البيئة و الافراد . و يتم ذلك عادة بتقديم شهادة معتمدة من احد المراكز او الهيئات المتخصصة و المعترف بها .

طريقة التوصيل :

يجب تحديد طريقة التوصيل الداخلي لملف المحول على جانب ” دلتا ” أو ” نجمة ” . كما يجب تحديد مجموعة المتجه Vector Group إذا كان من المقرر ان يعمل هذا المحول على التوازي مع محول آخر ، و في حالة وجود توصيلة ” نجمة : على احد جانبي المحول . فيجب تحديد ما اذا كان المطلوب تجهيز المحول بمخرج متصل بنقطة تعادل ” النجمة ” بحيث يمكن توصيل هذه النقطة بالارض او لا . و يطلب محول التوزيع عادة بتوصيلة ” نجمة ” باربعة أسلاك على الجانب الثانوي . و يمكن طلب تجهيزات خاصة لتغيير التوصيل .

معاوقة المحول :

تلعب معاوقة المحول دورا بارزا فى ادائه و خواصه سواء فى ظروف التشغيل العادية او في فترات قصر الدائرة ، و لقد اتفق على الاشارة الي معاوقة المحول بتعبير جهد المعاوقة Impedance Voltage و جهد معاوقة المحول هو الجهد اللازم تسليطه على احد ملفي المحول لامرار التيار المقنن فى هذا الملف عندما تقصر دائرة الملف الاخر . و يتم التعبير عن جهد المقنن . و رغم ان صغر قيمة المحول تعطي اداء افضل من وجهة نظر تنظيم الجهد و الكفاءة الا انه يجب الاخذ فى الاعتبار تلك الظروف التي تنشأ عند حدوث قصر دائرة على المحول . و عادة ما تصمم المحولات بحيث تتحمل الاجهادات الحرارية و الميكانيكية الناشئة عن تيار قصر لا يتعدي 25 مرة من قيمة تيار الحمل الكامل للمحول و ذلك لفترة زمنية لا تتجاوز ثانيتين و يجب – لهذا السبب – الا يزيد  مقدار تيار القصر فى المحول عن هذه القيمة و علي ذلك فان على معاوقة المحول ان تسهم مع معاوقة باقي اجزاء الشبكة فى الحد من قيمة تيارات القصر اي انه يجب ان يكون لمعاوقة المحول حد ادني لا تقل عنه و يوضح ( جدول رقم 1 ) قيما لمعاوقة محولات التوزيع ثلاثية الاطوار على تردد 50 هرتز بتوصيلة ” نجمة ” أو ” دلتا ” على اي جانب . و يجب عند كتابة مواصفات المحول النص على ان تكون قيمة معاوقته فى حدود هذه القيمة .

تجاوز الحمل :

تسمح جميع المواصفات المعمول بها بتجاوز الحمل المقنن للمحول لفترة زمنية محدودة تعتمد على الحمل الذي كان عليه المحول قبل تجاوز الحمل مباشرة و علي نسبة تجاوز الحمل و كذلك على درجة حرارة وسط بالتبريد بالاضافة الي اقصي درجة حرارة مسموح بها لملفات المحول . و عادة ما تعطي مصانع المحولات دليلا لتجاوز الحمل على المحول على شكل جدول يعرف باسم دليل التحميل و يجب النص فى المواصفة على طلب هذا الدليل حيث يجب استعمال الجدول الخاص بكل محول بعينه . علاوة على ذلك . فان المواصفات القياسية الوطنية و العالمية تحتوي على دليل تجاوز الحمل لأنواع المحولات المختلفة . و يوضح ( جدول رقم 2 ) دلييل تجاوز الحمل للمحولات الجافة تبعا للمواصفة القياسية الالمانية ( DIN42 500 ) .

ماخذ الجهد :

يستخدم ماخذ الجهد ( تفريعات الجهد ) Voltage tappings لتغيير النسبة بين ملفات الجهد المنخفض و يتم تزويد معظم المحولات الحديثة بماخذ جهد الحمل الموصل على هذا الجانب حيث يتغير جهد اطراف المحول مع تغير تيار الحمل و الصورة القياسية فى محاولات التوزيع هي تزويد المحول بخمسة ماخذ على الجانب الابتدائي و خمسة ماخذ اخري على الجانب الثانوي و يمكن تغيير مدي الجهد على كل جانب بمقدار + 5  المقنن على خمسة مواضع ( 100 % – 102.5 % – 105 % – 97.5 % – 95 % ) .

و يجب فى جميع الحالات اختيار الماخذ على اساس اقصي جهد على اللاحمل . فعلي سبيل المثال .. اذا كان مقنن جهد المحول هو 11000 / 380 ف و تم توصيله على شبكة اقصي جهد لها 11275 ف فيمكن بذلك استخدام نسبة التحويل 11275 / 380 ف المناظرة للموضع 102.5 % للحصول على اقصي جهد 380 ف على جانب الحمل . و يتم تغيير وضع ماخذ الجهد فى محولات التوزيع بطريقة يدوية بعد فصل الحمل . و النوع الاخير مرتفع الثمن و معقد بطريقة لا تبرر استخدامه فى محولات التوزيع .

الكفاءة :

يجب النص فى المواصفة على الا تقل كفاءة المحول عند الحمل الكامل عن قيم معينه تحددها المواصفات الوطنية .

تنظيم الجهد :

يجب النص على اقصي قيمة مسموح بها لتنظيم الجهد على تيار الحمل الكامل عند معامل قدرة يساوي الواحد و كذلك عند معامل قدرة يساوي 0.8 متاخرة . و اي معامل قدرة اخري تحدده المواصفات الوطنية .

منسوب عزل الدفع الاساسي :

يحدد منسوب عزل الدفع الاساسي  Basic Impulse Insulation ( Bil ) Level مدي قدرة العوازل داخل المحول على تحمل الارتفاع الدفعي المفاجي فى الجهد نتيجة لأي مصدر خارجي او داخلي و علي هذا الاساس يتم تحديد مدي حاجة المحول الي الحماية من ارتفاع الجهد باستخدام كامح تمور Surge Arrester و يجب الفحص فى المواصفة على الا تقل قيمة ( Bil ) للمحول عن تلك القيم الموضحة في ( جدول رقم 3 ) و تجدر الاشارة الي ان قيمة ( Bil ) تكتسب اهيمة خاصة فى المحولات التي يتم حمايتها بقواطع دائرة سريعة كالقواطع المفرغة و كذلك المحولات الموصلة بخطوط هوائية .

مستوي الضوضاء :

تنص مواصفات المحول عادة على الا يزيد مستوي الضوضاء من المحول نتيجة لاهتزازات رقائق القلب الواقعة تحت تاثير القوي الكهرومغناطيسية و يقاس مستوي الضوضاء بالديسبل ( DB ) .. و يمكن الاسترشاد بـ ( جدول رقم 4 ) في هذا الشأن .

المتطلبات الخاصة :

قد تتطلب الظروف وضع بعض المتطلبات الخاصة عند كتابة مواصفات المحول و ذلك اضاافة للمتطلبات العامة السابق ذكرها .

و من اهم هذه المتطلبات : –

توابع اعطال المحول :

رغم ان اعطال المحول نادرة الا انه فى حالات المباني التجارية الضخمة و كذلك المباني التي تحتاج الي وقت لتفريغها من الافراد عند وقوع حوادث فان تعرض المحولات الكبيرة لأي عطل او حادث قد يؤدي الي عواقب وخيمة و علي ذلك فمن الضروري فى مثل هذه الظروف النص على ايجاد وسيلة لسحب الهواء من غرفة المحول اولا باول و لذلك فان المحولات التقليدية الجافة هي افضل انواع المحولات المستخدمة فى المباني التجارية من وجهة نظر سلامة المبني و الافراد و يجب على وجه العموم النص على ايجاد الوسائل المناسبة لمنع وقوع اي خسائر مادية او بشرية فى حالة تعرض المحول لأي عطل .

تحمل المحول للتوافقيات :

اشارت الدراسات الحديثة الي تعرض العديد من محولات توزيع المباني التجارية للاعطال و الحوادث نتيجة لارتفاع نسبة توافقيات التيار فى الاحمال و خاصة التوافقية الثالثة . و تمثل اجهزة الكمبيوتر و اجهزة التحكم الالكترونية و ماصيبح التفريغ الغازي و كذلك معظم الاحمال والاجهظة الالكترونية مصدرا اساسيا من مصادر التوافقيات التي تؤثر على اداء المحول بتاثيرات مختلفة يتمثل اهمها فى زيادة تحميل المحول و زيادة جهد اطرافه والاداء غير المتماثل . و قد تصل النسبة فى زيادة التحميل الي 30 % من الحمل المقنن للمحول . الامر الذي يجب اخذه فى الاعتبار عند وضع مواصفات المحول .

التشغيل على التوازي :

رغم ان تشغيل محولين او اكثر على التوازي امر غير مرغوب فيه و تيم تجنبه فى معظم الحالات الا انه اذا دعت الضرورة الي ذلك فيجب مراعاة شروط التشغيل فى تلك الحال . و علي ذلك يجب النص فى المواصفة على ضرورة تحديد قيمة جهد المقاومة و جهد المفاعلة بالاضافة الي جهد معاوقة المحول .

التجهيزات الخاصة :

يمكن طلب بعض الاجهزة و العدادات و المؤشرات الخاصة و ذلك حسب الحاجة . فيمكن على سبيل المثال تحديد انواع الحماية و التجهيزات اللازمة للتبريد عند تجاوز الحمل و تجهيزات اطراف المحول .

العطاءات :

يجب ان تتمشي جميع المواصفات و المتطلبات الخاصة بالمحول مع المواصفات القياسية الوطنية ، و مع ذلك فانه يحدث فى كثير من الاحيان أن يكون التحديد الدقيق للمتطلبات المذكورة فى المواصفات امرا صعبا او غير عملي .. و تبعا لذلك فانه من المتعارف عليه فى مثل هذه الظروف ان يتم الاتفاق بين البائع و المشتري للوصول الي افضل الحول الممكنة . و علي البائع ان يمد المشتري بالبيانات الدقيقة عن المحول الذي يعرضه كان يركز على وجه الدقة على ما ياتي على سبيل المثال :

  • وزن المحول و ابعاده .
  • نوع و سمك مادة خزان المحول .
  • وزن و حجم زيت المحول فى حالة المحولات المملوءة بالزيت .
  • رسم بياني للتوصيلات .
  • خواص السائل العازل اذا لم يكن زيتا معدنيا .
  • ارشادات التركيب و الصيانة و احتياطات التشغيل الامن .