تُستخدم محولات التأريض، والتي تُسمى أيضاً مقرنات التعادل، في أنظمة الطاقة ثلاثية الطور حيث لا تتوفر نقطة تعادل أو لا يتم إخراج نقطة التعادل. فهي توفر نقطة تعادل اصطناعية بحيث يمكن تأريض النظام مباشرة، أو من خلال مقاومة، أو من خلال ملف إخماد القوس. وهذا يساعد على الحد من تيارات عطل التأريض أحادي الطور وقمع الجهود الزائدة على الأطوار السليمة.
تُصنف محولات التأريض كمفاعلات في IEC 60076-6:2007. يعتمد تصميمها على ظروف تشغيل النظام ومتطلبات المحطات الفرعية. ونظراً لأن الأدبيات الحالية تقدم توجيهاً محدوداً بشأن الاختبارات، تناقش هذه الورقة اختبار ارتفاع درجة الحرارة لعدة أنواع شائعة من محولات التأريض المغمورة بالزيت.
يجب أن تتبع متطلبات اختبار ارتفاع درجة الحرارة العامة IEC 60076-2:2011. بالنسبة للمحولات المغمورة بالزيت ذات التبريد ONAN أو ONAF، فإن الحدود النموذجية هي 60 كلفن لارتفاع درجة حرارة الزيت العلوي و 65 كلفن لمتوسط ارتفاع درجة حرارة الملف، ما لم يُحدد خلاف ذلك في مواصفات الشراء.
محول تأريض/تأريض متعرج
2. حالات التشغيل واختبارات ارتفاع درجة الحرارة
2.1 محولات التأريض ذات تيار التعادل المستمر المقنن وملف ثانوي
محول التأريض بملف ثانوي
بالنسبة لهذا النوع، يحدد المشتري تيار التعادل المستمر المقنن بناءً على الإزاحة المتوقعة لنقطة التعادل وطريقة تأريض التعادل المختارة. كما يمكن توفير ملف ثانوي لتغذية المحطة الفرعية المساعدة.
في ظل ظروف النظام العادية، قد يعمل محول التأريض في:
- حالة حمل ثلاثي الطور متوازن، حيث تظل نقطة التعادل قريبة من جهد الأرض؛
- حالة حمل ثلاثي الطور غير متوازن، حيث تنتج إزاحة نقطة التعادل تيار تسلسل صفري مستمر؛
- حالة حمل الملف الثانوي.
تحت الحمل المتوازن، يتدفق تيار الإثارة فقط في الملف الابتدائي. تكون الفقد بشكل رئيسي فقد القلب وفقد تيار مستمر صغير جداً في الملف الابتدائي. وبالتالي، يكون ارتفاع درجة الحرارة من الملف إلى الزيت صفراً تقريباً.
عند حدوث إزاحة لنقطة التعادل، يتدفق تيار تسلسل صفري مستمر عبر الملف الابتدائي لمحول التأريض. ينتج عن هذا فقد تيار مستمر في الملف وفقد تشتت إضافي ناتج عن فيض التسلسل الصفري. إذا كان الملف الثانوي يحمل حملاً، فيجب أيضاً مراعاة فقد تيار مستمر في الملف الثانوي وفقد الحمل الإضافي.
نظراً لأن الحالة المتوازنة وحالة إزاحة التعادل لا تحدثان في وقت واحد، في حين أن حالة الحمل الثانوي يمكن أن تُفرض على أي منهما، يجب أن يحاكي اختبار ارتفاع درجة الحرارة أشد تركيبة.
إجراء اختبار كمثال
افترض محول تأريض مغمور بالزيت بالبيانات التالية.
بيانات فنية كمثال لمحول تأريض مغمور بالزيت
| المعلمة |
القيمة |
| مجموعة المتجه |
ZNyn11 |
| التيار المقنن |
3.5 / 288.7 أمبير |
| الفقد عند عدم الحمل |
1,337 واط |
| الفقد في الحمل عند 75 درجة مئوية بناءً على 200 كيلو فولت أمبير |
969 واط |
| فقد التيار المستمر في ملف الجهد المنخفض عند 75 درجة مئوية |
754 واط |
| تيار المحايد المستمر المقنن |
70 أمبير |
| الفقد عند تيار المحايد المستمر المقنن عند 75 درجة مئوية |
4,930 واط |
يمكن إجراء اختبار ارتفاع درجة الحرارة على النحو التالي.
الخطوة 1 — مرحلة إجمالي الفقد الأقصى
إجمالي الفقد المراد تطبيقه هو:
Pmax = PkN(75 °C) + P0 + Pr(75 °C)
Pmax = 4,930 + 1,337 + 754 = 7,021 W
حيث:
- PkN(75 °C) هو الفقد الناتج عن تيار نقطة التعيين المستمر المقنن؛
- P0 هو فقد الحمل الخالي عند الجهد والتردد المقننين؛
- Pr(75 °C) هو فقد التيار المستمر لملف الجهد المنخفض عند تيار حمل الملف الثانوي المقنن.
يجب أن يستند الفقد الناتج عن تيار نقطة التعيين المستمر المقنن إلى القيم المقاسة. قبل الاختبار، يُترك الملف الثانوي مفتوح الدائرة، ويُطبق تيار نقطة التعيين المستمر المقنن البالغ 70 أمبير بين أطراف الجهد العالي ABC ونقطة التعيين O. ثم يُصحح الفقد المقاس إلى درجة الحرارة المرجعية البالغة 75 درجة مئوية.
توصيل اختبار ارتفاع درجة الحرارة لمحول التأريض
Pr(75 °C) هو فقد التيار المستمر لملف الجهد المنخفض عند تيار الملف الثانوي المقنن البالغ 288.7 أمبير. تيار الجهد العالي المقابل لحمل الملف الثانوي بقدرة 200 كيلو فولت أمبير هو 3.5 أمبير، وهو مدرج بالفعل في 70/3 أمبير لكل طور. لذلك، لا يجوز استخدام فقد الحمل الكامل المقاس في اختبار الحمل التقليدي مباشرة، وإلا فسيتم تطبيق فقد التيار المستمر للجهد العالي مرتين وستكون نتيجة ارتفاع درجة الحرارة مبالغة فيها.
بعد تحديد إجمالي الفقد، يتم تغذية المحول وفقًا لمخطط توصيل الاختبار. يتم الحصول على ارتفاع درجة حرارة الزيت العلوي ومتوسط ارتفاع درجة حرارة الزيت وفقًا للمعيار IEC 60076-2:2011.
الخطوة 2 — ارتفاع درجة حرارة ملف الجهد العالي
يجب أن يشمل تيار هذه المرحلة تيار نقطة التعيين المستمر المقنن وتيار الجهد العالي المقابل للسعة الثانوية المقننة. في هذا المثال، يكون التيار المطبق هو:
I = 3 × 3.5 + 70 = 80.5 A
يُحافظ على هذا التيار لمدة ساعة واحدة. تُقاس المقاومة الساخنة لملف الجهد العالي بين الطرف B ونقطة التعيين O لتحديد فرق درجة الحرارة بين ملف الجهد العالي والزيت، وبالتالي ارتفاع درجة حرارة ملف الجهد العالي. يتبع هذا النهج المبدأ الوارد في المعيار IEC 60076-6:2007 لمحولات التأريض ذات الملف الثانوي.
الخطوة 3 — ارتفاع درجة حرارة ملف الجهد المنخفض
ثم يُعامل محول التأريض بشكل مشابه لمحول التوزيع لاختبار ملف الجهد المنخفض. يُقصر ملف الجهد المنخفض، ويُطبق تيار ثلاثي الأطوار متماثل مقداره 3.5 أمبير على جانب الجهد العالي، بما يتوافق مع السعة الثانوية المقننة. مدة الاختبار هي ساعة واحدة.
تُقاس المقاومة الساخنة لملف الجهد المنخفض ومتوسط درجة حرارة الزيت. يُحسب فرق درجة الحرارة بين ملف الجهد المنخفض والزيت ويُضاف إلى متوسط ارتفاع درجة حرارة الزيت الذي تم الحصول عليه في الخطوة 1 لتحديد ارتفاع درجة حرارة ملف الجهد المنخفض.
محول التأريض بدون ملف ثانوي
2.2 محولات التأريض ذات تيار التعيين المستمر للمحايد ولكن بدون ملف ثانوي
يغطي هذا النوع حالة التوازن وحالة إزاحة المحايد. يجب أن يمثل اختبار ارتفاع درجة الحرارة حالة إزاحة المحايد.
معاملات الاختبار هي:
- مرحلة أقصى فقدان كلي: Pmax = PkN(75 °C) + P0
- مرحلة تيار التعيين: I = IN
2.3 محولات التأريض المدمجة مع ملفات إطفاء القوس
بالنسبة لهذا النوع، يتم دمج ملف إطفاء القوس عند نقطة محايد المحول. يجب اختبار محول التأريض وملف إطفاء القوس معاً. إذا كان ملف إطفاء القوس قابلاً للضبط، فيجب إجراء الاختبار عند الموضع الذي ينتج أعلى فقدان.
دمج ملف إطفاء القوس ومحول التأريض
طرق تحديد أقصى فقدان كلي وتيار التعيين هي نفسها في القسم 2.1. يجب إجراء قياسات المقاومة الساخنة مرتين:
- بين أحد أطراف الخط وطرف تأريض ملف إطفاء القوس، وعادة ما يكون BO;
- بين طرفي الخط لمحول التأريض، وعادة ما يكون AC.
تتيح هذه القياسات تحديد فروق درجة الحرارة لملف محول التأريض الرئيسي وملف إطفاء القوس بشكل منفصل.
3. الخاتمة
يُعد ارتفاع درجة الحرارة مؤشراً رئيسياً للأداء للتشغيل الآمن والعمر الافتراضي لمحولات التأريض. ونظراً لأن محولات التأريض تتميز بهياكل وأوضاع تشغيل متنوعة، فقد تؤدي طرق الاختبار غير الصحيحة إلى نتائج مضللة. ومن خلال محاكاة أشد ظروف التشغيل قسوة وفقاً لـ IEC 60076-6:2007 و IEC 60076-2:2011، يمكن للمصنعين الحصول على بيانات أكثر موثوقية لارتفاع درجة الحرارة لمحولات التأريض المغمورة في الزيت.
تسجيل الدخول
