محول تأريض متعرج، ويُسمى أيضاً محول تأريض متعرج أو محول تأريض نقطة التعادل، هو محول ذو غرض خاص يُستخدم في أنظمة الطاقة متوسطة الجهد. وظيفته الرئيسية ليست تحويل الجهد أو نقل طاقة الحمل، بل إنشاء نقطة تعادل مستقرة للأنظمة التي لا تحتوي على نقطة تعادل، أو حيث لا يمكن الوصول إلى نقطة التعادل بسهولة.
ويمكن بعد ذلك توصيل نقطة التعادل هذه بـملف إطفاء القوس، أو مقاومة تأريض نقطة التعادل، أو مفاعل صغير لدعم تأريض النظام، والتحكم في تيار العطل، وتنسيق الحماية.
مصنع محولات التأريض المتعرجة المغمورة بالزيت وفق معايير IEC
لماذا نحتاج إلى محول التأريض؟
في شبكات التوزيع متوسطة الجهد ذات 6 كيلوفولت و10 كيلوفولت و35 كيلوفولت وما شابهها، غالباً ما يتم توصيل الجانب منخفض الجهد للمحول الرئيسي على شكل دلتا، أو لا يتم إخراج نقطة النجمة. ونتيجة لذلك، لا يحتوي النظام على نقطة تعادل متاحة للتأريض أثناء التشغيل العادي.
ومع ذلك، لا تزال نقطة التعادل مطلوبة لعدة أسباب:
-
الحد من جهود زيادة القوس الأرضي
أثناء حدوث عطل أرضي أحادي الطور، قد تتسبب التيارات السعوية الكبيرة في حدوث تقوس متقطع عند نقطة العطل. يمكن أن يولد هذا جهود زيادة عالية تهدد الكابلات ومفاتيح التوزيع ومحولات القياس والمعدات الأخرى.
-
توفير مسار لتيار التسلسل الصفري
تنتج الأعطال الأرضية تيار التسلسل الصفري. وبدون نقطة تعادل، لا يوجد مسار عودة مستقر، وقد لا تعمل حماية التسلسل الصفري بحساسية كافية.
-
دعم ملفات إخماد القوس أو التأريض منخفض المقاومة
عند التوصيل عبر ملف إخماد القوس، يمكن للنظام تعويض تيار العطل الأرضي السعوي. وعند التوصيل عبر مقاومة تأريض نقطة التعادل، يمكن الحد من تيار العطل مع ضمان التشغيل الموثوق لحماية التسلسل الصفري.
-
تحسين موثوقية التغذية
تسمح العديد من أنظمة الجهد المتوسط بالتشغيل لفترة قصيرة أثناء حدوث عطل أرضي أحادي الطور. يساعد ترتيب تأريض نقطة التعادل المصمم بشكل صحيح في الحفاظ على جهود النظام مستقرة حتى يتم إزالة العطل.
لذلك، عندما لا يوفر نظام الطاقة نقطة تعادل، يتم استخدام محول تأريض لإنشاء واحدة.
هيكل محول التأريض من نوع الزجزاج
عادة ما يكون لمحول التأريض من نوع الزجزاج بناء مشابه من نوع القلب لمحول ثلاثي الأطوار تقليدي، ولكن توصيل ملفاته يختلف.
ينقسم ملف كل طور إلى نصفين متساويين باتجاهين متعاكسين. يتم لف هذه الأنصاف على أعمدة قلب مختلفة ثم توصيلها على التوالي في ترتيب متعرج. يتم إخراج النقطة المشتركة للأطوار الثلاثة كنقطة تعادل N.
على سبيل المثال، لا يتم لف الطور A فقط على عمود قلب الطور A. بل يرتبط جزء من ملفه بطور آخر، مثل الطور B أو الطور C. بعد التوصيل المتقاطع، تشكل الملفات نمطاً متعرجاً.
تشمل مجموعات المتجهات الشائعة ما يلي:
- ZN: الجانب عالي الجهد بتوصيل متعرج ونقطة التعادل مُخرجة;
- ZNyn1 / ZNyn11: الجانب عالي الجهد بتوصيل متعرج والجانب منخفض الجهد بملف ثانوي متصل على شكل نجمة، والذي يمكن أن يعمل أيضاً كمحول خدمة محطة.
الشركة المصنعة لمحول التأريض المغمور بالزيت في الصين
كيف يعمل محول التأريض المتعرج؟
الخاصية الرئيسية لمحول التأريض المتعرج هي أنه يقدم معاوقة عالية لتيارات التتابع الموجب والسالب، ولكنه يقدم معاوقة منخفضة لتيارات التتابع الصفري.
1. في الظروف العادية: تشغيل شبه بدون حمل
عندما تكون جهود النظام ثلاثي الطور متوازنة، يمر تيار إثارة صغير فقط عبر محول التأريض. يقدم الملف المتعرج معاوقة إثارة عالية لجهود التتابع الموجب والسالب، لذا فإن الفقد الطبيعي منخفض جداً ولا يمتص المحول أي قدرة فعالة تقريباً.
2. أثناء عطل أرضي أحادي الطور: مسار منخفض المعاوقة لتيار العطل
عند حدوث عطل أرضي أحادي الطور، يظهر جهد التتابع الصفري وتيار التتابع الصفري. يتدفق تيار التتابع الصفري من النقطة المحايدة إلى الملفات ثلاثية الطور. تكون تيارات التتابع الصفري في الأطوار الثلاثة متساوية في المقدار ومتطابقة في الطور.
نظراً لأن نصفي الملف على نفس عمود القلب المغناطيسي لهما اتجاهان متعاكسان وقطبيتان متعاكستان، فإن قوى الدفع المغناطيسي للتتابع الصفري تلغي بعضها البعض. وبالتالي، فإن التدفق المغناطيسي الناتج للتتابع الصفري يكون صغيراً جداً.
ونتيجة لذلك، تتحدد معاوقة التتابع الصفري بشكل أساسي بواسطة مفاعل التسرب وتبقى منخفضة نسبياً. تعتمد القيمة الدقيقة على مستوى جهد النظام، وتصميم الملف، وتفاصيل التصنيع، ومتطلبات المشروع.
يوفر هذا مساراً منخفض المعاوقة لتيار التتابع الصفري، مما يسمح لتيار العطل بالتدفق بسلاسة عبر النقطة المحايدة إلى جهاز التأريض.
لماذا يُفضل التوصيل المتعرج لمحولات التأريض؟
لا تقتصر محولات التأريض على التوصيل المتعرج، لكن الترتيب المتعرج يوفر مزايا واضحة في تطبيقات تأريض الجهد المتوسط.
1. معاوقة منخفضة للتتابع الصفري
يسمح الملف المتعرج لقوى الدفع المغناطيسي للتتابع الصفري بإلغاء بعضها البعض على كل عمود من أعمدة القلب المغناطيسي، مما يؤدي إلى معاوقة منخفضة للتتابع الصفري وتدفق سلس لتيار العطل الأرضي.
2. انخفاض الفقد في التشغيل العادي
في ظل الظروف المتوازنة، يسحب المحول تيار إثارة صغير فقط ويعمل بالقرب من حالة عدم الحمل، مما يحافظ على انخفاض فقد الاستعداد.
3. توافق جيد مع ملفات إخماد القوس ومقاومات تأريض المحايد
بالنسبة لتأريض ملف إخماد القوس، يسمح المحول المتعرج لتيار التعويض بالتدفق بحرية، مما يتيح الاستفادة العالية من سعة الملف.
وبالنسبة للتأريض منخفض المقاومة، فإنه يوفر تيار تتابع صفري كافٍ لتشغيل حماية حساس وموثوق.
وبالمقارنة، عند استخدام محول تقليدي من نوع YNyn لتوصيل ملف إخماد القوس، عادة ما تكون سعة الملف محدودة بنسبة صغيرة من تصنيف المحول. ومع محولات YNd، تكون الاستفادة مقيدة أيضاً بالتحميل الثانوي والفقد الإضافي.
4. يمكن أن يعمل أيضاً كمحول خدمة المحطة
تُزود العديد من محولات التأريض المتعرجة بملف ثانوي منخفض الجهد، مما يشكل توصيلاً ZNyn. يتيح ذلك للوحدة توفير نقطة تأريض محايد وطاقة مساعدة 380/220 فولت للمحطة الفرعية، مما يقلل من متطلبات الاستثمار والمساحة.
5. بعض كبت لمكونات التوافقيات الثالثة
يمكن أن يساعد التوصيل المتعرج في كبت التوافقيات الثالثة ومكونات التوافقيات الأخرى للتتابع الصفري، مما يحسن جودة شكل موجة الجهد. ومع ذلك، عادة ما تكون هذه فائدة ثانوية وليس السبب الرئيسي للاختيار.
محول التأريض المتعرج مقابل المحول التقليدي
| عنصر المقارنة |
محول التأريض المتعرج |
المحول التقليدي |
| الغرض الرئيسي |
توفير نقطة تعادل اصطناعية ودعم حماية التأريض |
تحويل الجهد ونقل الطاقة |
| هيكل اللف |
تقسيم كل طور إلى جزأين بتوصيل متعرج |
توصيل قياسي بنمط Y أو Δ أو YN |
| نقطة التعادل |
تُستخرج خصيصاً للتأريض |
قد تكون غائبة أو لا تُستخدم للتأريض |
| ممانعة التسلسل الصفري |
منخفضة، مناسبة لتيار التسلسل الصفري |
أعلى، تحد من تيار التسلسل الصفري |
| ظروف التشغيل |
شبه بدون حمل في التشغيل العادي؛ يحمل تيار عطل قصير المدى |
محمل باستمرار أثناء التشغيل العادي |
| التطبيق النموذجي |
تأريض الجهد المتوسط، ملفات إطفاء القوس، مقاومات تأريض نقطة التعادل |
المحولات الرئيسية ومحولات التوزيع |
محولات التأريض المغمورة بالزيت من النوع Z من تصنيع المعدات الأصلية في الصين
التطبيقات النموذجية
-
شبكات التوزيع بجهد 10 كيلو فولت و 35 كيلو فولت
تُستخدم عندما يكون الجانب منخفض الجهد للمحول الرئيسي موصلاً على شكل دلتا أو عندما لا تتوفر نقطة التعادل في النظام.
-
أنظمة التأريض بملف إخماد القوس
تُستخدم لتعويض تيار العطل الأرضي السعوي، وإخماد أعطال القوس الكهربائي، والحد من الجهود العابرة الزائدة.
-
أنظمة التأريض منخفضة المقاومة
تُستخدم للحد من تيار العطل الأرضي مع ضمان التشغيل الموثوق لحماية التسلسل الصفري.
-
محطات الطاقة المتجددة، والشبكات الصناعية، ومراكز البيانات
تُستخدم في الأنظمة المتصلة بالعواكس، أو الشبكات الموصلة على شكل دلتا، أو أنظمة الطاقة المعزولة لتوفير نقطة تأريض مستقرة وتحسين أداء الجهد غير المتوازن والحماية.
اعتبارات الاختيار والتشغيل
- مطابقة مستوى جهد النظام، مثل 6 كيلو فولت أو 10 كيلو فولت أو 35 كيلو فولت، مع جهد النظام المقنن.
- تصميم ممانعة التسلسل الصفري بعناية. قد تؤدي القيمة المنخفضة جداً إلى زيادة تيار العطل بشكل مفرط؛ وقد تقلل القيمة المرتفعة جداً من حساسية الحماية. يجب تنسيقها مع مقاومة تأريض نقطة التعادل أو ملف إخماد القوس.
- اختيار السعة بشكل مناسب. عند استخدامها للتأريض فقط، يجب أن يتطابق التقدير الأولي مع ملف إخماد القوس أو مقاومة تأريض نقطة التعادل. عند توصيل ملف إخماد القوس فقط، يتم اختيار السعة الأولية عادةً عند 1.05 إلى 1.15 ضعف تقدير الملف كممارسة هندسية. إذا تم تغذية حمل ثانوي أيضاً، يجب إضافة حمل خدمة المحطة.
- التحقق من القدرة الحرارية قصيرة المدى. يعمل المحول تقريباً بدون حمل في الظروف العادية، ولكن يجب أن يتحمل تيار العطل الأرضي قصير المدى.
- تأكيد مجموعة المتجهات، مثل ZN أو ZNyn1 أو ZNyn11، وفقاً لمتطلبات الحماية والقياس والطاقة المساعدة.
- التحقق مما إذا كان محول التأريض مطلوباً فعلياً. إذا كان المحول الرئيسي يحتوي بالفعل على نقطة تعادل يمكن الوصول إليها، على سبيل المثال في بعض أنظمة YN المتصلة بجهد 35 كيلو فولت أو 110 كيلو فولت، فقد لا يكون محول التأريض المنفصل ضرورياً.
العلاقة بمعايير IEC
في إطار IEC، يتم تصميم واختبار محولات التأريض من نوع zig-zag عموماً وفقاً للمتطلبات العامة لمحولات الطاقة في سلسلة IEC 60076. IEC 60076-25 يغطي بشكل أساسي مقاومات تأريض نقطة التعادل ويعترف صراحة باستخدامها مع محولات zig-zag ومحولات open-delta وملفات إخماد القوس.
عملياً، يتم تحديد والتحقق من محولات التأريض من نوع zig-zag وفقاً لممانعة التسلسل الصفري المطلوبة، وتيار العطل قصير المدى، والجهد المقنن، وطريقة التبريد، ومستوى العزل، وبرنامج الاختبار. يجب دائماً تأكيد الامتثال لأي مشروع معين مقابل المواصفات الفنية للعقد، والإصدار الساري من المعيار، وتقارير الاختبار من طرف ثالث.
ملخص
محول التأريض من نوع zig-zag هو محول خاص ينشئ نقطة تعادل اصطناعية من خلال ترتيب لفائف zig-zag. يُستخدم على نطاق واسع لأنه يقدم ممانعة عالية في ظل ظروف التوازن العادية، مما يؤدي إلى خسائر منخفضة، بينما يوفر ممانعة منخفضة لتيار التسلسل الصفري أثناء أعطال الأرض أحادية الطور. هذا يجعله مناسباً جداً لملفات إخماد القوس، ومقاومات تأريض نقطة التعادل، ومخططات حماية التسلسل الصفري.
بالمقارنة مع المحولات التقليدية، تقدم محولات التأريض من نوع zig-zag مزايا واضحة في شبكات التوزيع متوسطة الجهد، خاصة للتحكم في تيار العطل الأرضي، وتأريض النظام، وتحسين الموثوقية.
تسجيل الدخول
