لماذا تحتاج شبكات الجهد المتوسط إلى محولات تأريض من النوع الجاف؟

ما هو محول التأريض؟

يُعد محول التأريض (والذي يُطلق عليه غالبًا اسم "مجموعة التأريض") مصممًا لتوفير نقطة تعادل صناعية لأنظمة الطاقة التي تفتقر إليها. يتيح ذلك توصيل ملفات إخماد القوس (ملفات بيترسن) أو التأريض منخفض المقاومة. والغرض الأساسي منه هو الحد من التيارات السعوية أثناء أعطال التأريض، مما يعزز من موثوقية شبكة التوزيع.

التحدي في الأنظمة غير المؤرضة

في شبكات 6 كيلو فولت و10 كيلو فولت و35 كيلو فولت، غالبًا ما تكون نقطة التعادل غير مؤرضة. ونظرًا لأن الجانب منخفض الجهد للمحولات الرئيسية يكون عادةً موصولًا على شكل دلتا، فلا توجد نقطة تعادل فعلية متاحة للتأريض.

على الرغم من أن الأنظمة غير المؤرضة يمكنها تحمل عطل تأريض أحادي الطور لمدة تتراوح بين ساعة إلى ساعتين، إلا أن الشبكات الحضرية الحديثة ذات الكابلات الواسعة قد زادت بشكل كبير من التيارات السعوية. وعندما تتجاوز هذه التيارات 10 أمبير، تنشأ عدة مخاطر:

• الشرر المتقطع: يمكن أن يسبب جهوداً زائدة تصل إلى 4 أضعاف جهد الذروة الطبيعي، مما يهدد عزل المعدات.
• الرنين: قد يؤدي إلى حدوث رنين حديدي، مما قد يتسبب في تلف محولات الجهد وموانع الصواعق.
• الدوائر القصيرة بين الأطوار: يمكن أن يؤدي الشرر إلى تأيين الهواء المحيط، مما يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة أكثر شدة.

الاستخدام العالمي وتوصيل Z

• في الصين: تستخدم محولات التأريض عادةً توصيل المتعرج (Z). ولتوفير المساحة والاستثمار، غالباً ما تُضاف ملفة ثالثية لتزويد المعدات المساعدة في المحطات الفرعية بالطاقة.
• دولياً: تُستخدم محولات توصيل Z أيضاً على نطاق واسع في أنظمة 10 كيلو فولت غير المؤرضة. فهي تقدم ممانعة عالية لتيارات التتابع الموجب والسالب، ولكن ممانعة منخفضة لتيارات التتابع الصفري، مما يضمن تشغيل حماية التأريض بشكل موثوق.

الوحدات ثلاثية الطور مقابل أحادية الطور

• ثلاثي الطور (توصيل Z): على عكس المحولات القياسية، تنقسم ملفة كل طور إلى مجموعتين ملفوفتين في اتجاهين متعاكسين على أعمدة قلب مختلفة. وهذا يسمح لتدفق الفيض الصفري بالمرور عبر أعمدة القلب، مما يؤدي إلى ممانعة تتابع صفري منخفضة جداً (حوالي 10 أوم). وبالتالي، يمكن لمحول توصيل Z حمل ملفة إخماد القوس بسعة تبلغ 90% - 100% من سعته المقدرة.
• أحادي الطور: تُستخدم هذه بشكل أساسي لإنشاء نقطة محايدة لخزائن مقاومات تأريض نقطة المحايد للمولدات أو المحولات، مما يساعد على تقليل حجم وتكلفة حزمة المقاومات.

خصائص التشغيل الرئيسية

1. ممانعة تتابع صفري منخفضة: تضمن الإخراج الفعال لتيار التتابع الصفري.
2. ممانعة إثارة عالية: تقلل من تيار اللاحمل إلى أدنى حد.
3. فقدان لا حمل منخفض: يحسن كفاءة الطاقة أثناء التشغيل اليومي.

مقارنة طرق التوصيل

• توصيل YNyn:
  يستخدم قلباً ثلاثي الأعمدة. ومع ذلك، لا يمكن لفيض التتابع الصفري أن يدور داخل القلب ويجب أن يمر عبر الخزان والمشابك، مما يسبب ارتفاعاً محلياً في درجة الحرارة. تقيد اللوائح بدقة ملفة إخماد القوس المتصلة بـ 20% من السعة المقدرة للمحول.
• توصيل YNd:
  يوفر الملف الثانوي دلتا مساراً لتيارات التتابع الصفري، مما يقلل الممانعة. ومع ذلك، من الصعب تزويد أحمال الإضاءة والطاقة المختلطة من ملفة دلتا. تقتصر سعة ملفة إخماد القوس على 50% إذا كان الملف الثانوي محملاً بالكامل.

• اتصال ZNyn (المعيار الصناعي):
  هذا هو التكوين الأكثر شيوعًا على مستوى العالم. يلغي اتصال الزيجزاج قوى القوة المحركة المغناطيسية ذات التسلسل الصفري على نفس ساق القلب، مما يؤدي إلى تقليل تسرب التدفق المغناطيسي إلى أدنى حد وانخفاض المعاوقة بشكل كبير.

السعة: يمكنه دعم ملف قمع القوس الكهربائي مساوٍ لتصنيفه الخاص.

الطاقة المساعدة: يسمح yn الثانوي بتزويد الأحمال المحلية أو خدمة المحطة (عادةً 80-200 كيلو فولت أمبير).

ملاحظة تصميمية: بسبب ترتيب المتجهات، يتطلب اتصال Z عدد لفات أكثر بحوالي 1.15 إلى 1.16 مرة مقارنة باتصال النجمة القياسي لنفس الجهد.

مبدأ العمل

أثناء عطل التأريض أحادي الطور (مثل الطور C)، يتدفق تيار العطل عبر الأرض إلى نقطة التعادل. ثم ينقسم بالتساوي إلى الأطوار الثلاثة لمحول التأريض.