محولات التيار ذات الجهد المنخفض، كأجهزة قياس وحماية ضرورية في أنظمة الطاقة، غالباً ما تواجه أعطالاً مختلفة عند استخدامها مع معدات الطاقة الأخرى بسبب العوامل البيئية، مشاكل ربط المعدات، وتثبيت غير صحيح والصيانة. هذه الأعطال لا تؤثر فقط على التشغيل الطبيعي للمعدات الكهربائية ولكن قد تشكل أيضاً خطراً على سلامة الأشخاص. لذلك، من الضروري الحصول على فهم عميق لأنواع الأعطال، طرق الحكم عليها، والإجراءات الوقائية لضمان التشغيل المستقر والموثوق به للشبكات الكهربائية الريفية وأنظمة التوزيع ذات الجهد المنخفض.
أ. حالات الربط النموذجية لمحولات التيار ذات الجهد المنخفض مع معدات الطاقة الأخرى
تستخدم محولات التيار ذات الجهد المنخفض بشكل أساسي في الاتصال مع المعدات التالية في أنظمة الطاقة، مما يشكل سيناريوهات تطبيق مختلفة:
أنظمة قياس الطاقة الكهربائية: متصلة بأجهزة القياس مثل عدادات الطاقة وعدادات الكهرباء لقياس استهلاك الكهرباء بدقة. في الشبكات الكهربائية الريفية، يمكن العثور عليها بشكل شائع في صناديق عدادات الفلاحين أو على الجانب ذو الجهد المنخفض من محولات التوزيع، مسؤولة عن تحويل التيار العالي إلى إشارات تيار صغيرة قياسية بـ 5A أو 1A لأغراض القياس.
أجهزة الحماية بالصمامات: متصلة بأجهزة الحماية مثل الصمامات القاطعة وأجهزة حماية التيار الزائد وأجهزة حماية التيار الخالي لتتبع حالة التيار في الخطوط وإيقاف التيار المعطوب بشكل فعال. في صناديق التوزيع الريفية، تستخدم غالباً لمراقبة الحمل الزائد للخط، أو القصر الكهربائي، أو التسرب.
أنظمة التحكم الآلي: متصلة بمعدات التحكم الآلي مثل PLCs و RTUs لمراقبة وتحكم عن بعد في حالة تشغيل المعدات الكهربائية. وهي شائعة في المصانع الصغيرة الريفية، محطات الرفع المائي، وغيرها من الأماكن.
محولات التوزيع: متصلة بالخطوط الخارجة من الجانب ذو الجهد المنخفض من المحولات لمراقبة حالة التشغيل وظروف الحمل للمحولات. يمكن العثور عليها بشكل شائع على الجانب ذو الجهد المنخفض من محولات التوزيع الريفية.
ب. الأعطال الشائعة عند استخدام محولات التيار ذات الجهد المنخفض مع معدات الطاقة الأخرى
1. عطل فتح الدائرة في الدائرة الثانوية
فتح الدائرة في الدائرة الثانوية هو أحد أخطر الأعطال في محولات التيار ذات الجهد المنخفض، ويتميز بشكل أساسي بما يلي:
سمات ظاهرة: يصبح مؤشر عدادات التيار والطاقة صفرًا بشكل مفاجئ أو يتقلب بشكل كبير؛ يحدث صوت "زئير" غير طبيعي أو صوت تسرب من جسم المحول؛ تظهر علامات حرق واضحة على لوحة الطرفية؛ يتوقف عداد الطاقة عن الدوران أو يدور بشكل غير طبيعي.
أسباب الفشل: تحرير الطرفية في الدائرة الثانوية؛ انقطاع الأسلاك الثانوية أثناء تركيب العداد؛ فصل الدائرة الثانوية عن طريق الخطأ أثناء الصيانة؛ اتصال سيء بسبب أكسدة لوحة الطرفية؛ تلف ميكانيكي في الأسلاك الثانوية يؤدي إلى الانقطاع.
مخاطر الفشل: عند حدوث فتح الدائرة، يتم إنتاج جهد عالٍ يبلغ آلاف الفولت على الجانب الثانوي، مما يشكل خطرًا على سلامة المشغلين؛ التشبع الشديد للحديد يسبب زيادة الحرارة، مما قد يؤدي إلى حرق المواد العازلة؛ تعطل أجهزة الحماية أو عدم تشغيلها بسبب فقدان الإشارة.
حالة سيناريو ريفية نموذجية: في منطقة محول قرية، أصبحت الأسلاك الثانوية لمحول التيار في صندوق العداد مفككة في الطرفية بسبب الاهتزاز طويل الأمد. عندما استخدم الفلاحون أجهزة كهربائية عالية الطاقة، أدى فتح الدائرة في الدائرة الثانوية إلى إنتاج جهد عالٍ، مما أدى إلى حرق العداد وإحداث خطر حريق.
2. عطل الاتصال السيء
الاتصال السيء هو أحد أكثر الأعطال شيوعًا عند ربط محولات التيار ذات الجهد المنخفض بمعدات أخرى:
سمات ظاهرة: مؤشر عداد التيار غير مستقر، وجوده متقطع؛ ارتفاع درجة الحرارة بشكل غير طبيعي في طرفية المحول؛ تشغيل غير صحيح متكرر لأجهزة الحماية؛ زيادة الأخطاء في القياس؛ أكسدة واضحة وسواد في لوحة الطرفية.
أسباب الفشل: براغي مفككة في لوحة الطرفية؛ مساحة اتصال غير كافية بين الأسلاك والأطراف؛ أكسدة أو تآكل الأسلاك؛ تقادم مواد لوحة الطرفية؛ عزم دوران البرغي غير متوافق؛ زيادة مقاومة الاتصال بسبب البيئة الرطبة.
مخاطر الفشل: زيادة مقاومة الاتصال تؤدي إلى حرارة محلية عالية، مما يسرع تقادم العزل؛ زيادة الأخطاء في القياس تؤثر على دقة القياس؛ تشغيل غير صحيح لأجهزة الحماية بسبب الإشارات غير الطبيعية؛ الاتصال السيء لفترة طويلة قد يؤدي إلى قصر كهربائي أو حريق.
بيانات سيناريو ريفي نموذجي: في دائرة قياس متصلة بأسلاك نحاسية بقطر 2.5 ملم²، عندما تتجاوز مقاومة الاتصال 0.65 ميلي أوم، يمكن أن يصل ارتفاع درجة الحرارة في الطرفية إلى أكثر من 40 درجة مئوية؛ عندما تتجاوز مقاومة الاتصال 1 ميلي أوم، يمكن أن يصل ارتفاع درجة الحرارة إلى أكثر من 70 درجة مئوية، مما يتجاوز الحد الأقصى للأمان.
3. أعطال الحمل الزائد وتشبع الحديد
الحمل الزائد وتشبع الحديد هما نوعان شائعان من الأعطال في شبكات الطاقة الريفية، ويتميزان بشكل أساسي بما يلي:
سمات ظاهرة: يتجاوز مؤشر عداد التيار القيمة المحددة؛ يرتفع حرارة جسم المحول بشكل كبير؛ تشغيل غير صحيح لأجهزة الحماية أو عدم تشغيلها؛ زيادة الأخطاء في القياس؛ صوت غير طبيعي من الحديد.
أسباب الفشل: تقلبات كبيرة في حمل شبكة الريف (مثل ذروة استهلاك الكهرباء خلال عيد الربيع وتشغيل عدة مضخات مياه في نفس الوقت خلال موسم الري) تجعل المحول يعمل في حالة حمل زائد لفترة طويلة؛ اختيار غير صحيح لمعامل الحد الأقصى للدقة للمحول؛ تجاوز تيار القصر للقدرة الاستيعابية للمحول؛ تدهور أداء مادة الحديد؛ انخفاض النفاذية المغناطيسية بسبب الارتفاع الحراري.
مخاطر الفشل: تشبع الحديد يؤدي إلى زيادة الأخطاء في القياس، مما يؤثر على دقة القياس؛ تشغيل غير صحيح لأجهزة الحماية بسبب تشوه الإشارات؛ تقليل أداء العزل للمحول؛ قد يؤدي الحمل الزائد لفترة طويلة إلى حرق المحول.
بيانات سيناريو ريفي نموذجي: بلغ محول التيار على الجانب ذو الجهد المنخفض من محول التوزيع الريفي 120٪ من التيار المحدد خلال فترة الري الصيفية، مما أدى إلى تشبع الحديد، وخطأ في القياس بنسبة 8٪، وزيادة عدد تشغيلات أجهزة الحماية غير الصحيحة ثلاث مرات.
4. عطل تدهور أداء العزل
الأعطال المتعلقة بالعزل بارزة بشكل خاص في شبكات الطاقة الريفية، ويتميز هذا النوع من الأعطال بشكل أساسي بما يلي:
سمات ظاهرة: انخفاض مقاومة العزل (يجب أن تكون ≥1000MΩ في الظروف الطبيعية)؛ ظاهرة التفريغ الجزئي؛ علامات التفريغ السطحي؛ زيادة التيار التسرب؛ رطوبة أو بقع مائية على سطح المعدات.
أسباب الفشل: بيئات ريفية رطبة وختم سيء للمحول يؤدي إلى دخول الماء؛ تلف العزل بسبب عضة الحيوانات الصغيرة؛ تقادم العزل بشكل متسارع بسبب التشغيل تحت درجة حرارة عالية لفترات طويلة؛ تقليل أداء العزل بسبب تراكم الغبار على لوحة الطرفية؛ انهيار العزل بسبب فولتية الصواعق المرتفعة.
