بناء محول كهربائي

بناء المحول وأجزاؤه الرئيسية

يتكون المحول بشكل أساسي من دائرة مغناطيسية ودائرة كهربائية ودائرة عازلة وخزان ومكونات مساعدة. العناصر الأساسية له هي اللفائف الأولية/الثانوية والنواة الفولاذية، حيث يتم بناء النواة من الفولاذ السيليكي لتشكيل مسار مغناطيسي مستمر. عادة ما تكون نوى المحولات متعددة الطبقات لتقليل خسائر التيار الدوامي.

الدائرة المغناطيسية

تتألف الدائرة المغناطيسية من النواة والدعامة، وتوفير مسار للتيار المغناطيسي. تتميز بنواة فولاذية متعددة الطبقات مع لفائفين معزولتين (أولية وثانوية)، وكلاهما معزول عن بعضهما البعض والنواة.

• مادة النواة: صفائح فولاذية متعددة الطبقات أو صفائح فولاذ سيليكي، تم اختيارها لخسائر التذبذب المنخفضة عند كثافة التدفق المعتادة.

• الشروط الهيكلية:

• الأطراف: الأقسام العمودية حيث يتم لف اللفائف.

• الدعامة: الأقسام الأفقية التي تربط الأطراف لإكمال المسار المغناطيسي.

الدائرة الكهربائية

تتألف الدائرة الكهربائية من اللفائف الأولية والثانوية، والتي تكون عادةً من النحاس:

• أنواع الموصلات:

• موصلات ذات قطاع مستطيل: تستخدم في اللفائف ذات الجهد المنخفض والجهد العالي في المحولات الكبيرة.

• موصلات ذات قطاع دائري: تستخدم في اللفائف ذات الجهد العالي للمحولات الصغيرة.

يتم تصنيف المحولات حسب بناء النواة ووضع اللفائف إلى:

بناء المحول من النوع القلبي

في تصميم المحول من النوع القلبي، يتم تشكيل النواة بتصنيع أطر متعددة الطبقات على شكل مستطيل. يتم عادة قص الطبقات على شكل شرائح L كما هو موضح في الشكل أدناه. لتقليل مقاومة المغناطيسية عند مفاصل الطبقات، يتم ترتيب الطبقات البديلة بطريقة متعامدة، مما يمنع خطوط الوصل المستمرة ويضمن مسار مغناطيسي سلس.

يتم تداخل اللفائف الأولية والثانوية لتقليل التدفق المغناطيسي الخاطئ، مع وضع نصف كل لفيفة إما جنبًا إلى جنب أو مركزياً على كل طرف من الأطراف. أثناء التركيب، يتم إدخال عازل الباكيت بين النواة واللفيفة ذات الجهد المنخفض، وبين اللفائف ذات الجهد المنخفض والجهد العالي، وبين اللفائف والدعامة، وبين طرف الجهد العالي والدعامة، كما هو موضح في الشكل أدناه. يتم وضع اللفيفة ذات الجهد المنخفض أقرب إلى النواة لتقليل متطلبات العزل، مما يحسن كفاءة المواد والأمان الكهربائي.

بناء المحول من النوع القشرة

في المحول من النوع القشرة، يتم قص الطبقات الفردية إلى شرائح طويلة على شكل E وI (كما هو موضح في الشكل أدناه)، لتشكيل دائرتين مغناطيسيتين بنواة ذات ثلاثة أطراف. الطرف الأوسط، الذي يكون ضعف عرض الأطراف الخارجية، يحمل التدفق المغناطيسي الإجمالي، بينما ينقل كل طرف خارجي نصف التدفق، مما يحسن كفاءة المغناطيسية ويقلل من التدفق المغناطيسي الخاطئ.

تصميم المحول من النوع القشرة وأجزاء المحول

بنية اللفائف والنواة للمحول من النوع القشرة

يتم تقليل التدفق المغناطيسي الخاطئ في المحولات من النوع القشرة بتقسيم اللفائف، مما يقلل من التفاعل. توجد اللفائف الأولية والثانوية معاً على الطرف الأوسط: اللفيفة ذات الجهد المنخفض تقع بالقرب من النواة، بينما تُلف اللفيفة ذات الجهد العالي حولها. لتقليل تكلفة الطبقات، يتم تشكيل اللفائف مسبقًا على شكل أسطواني، ثم يتم إدخال طبقات النواة بعد ذلك.

الدائرة العازلة

تتألف الدائرة العازلة من مواد عازلة تفصل بين الأجزاء الموصلة. يتم طلاء طبقات النواة (سمك 0.35-0.5 مم لنظم 50 هرتز) بورنيش أو طبقة أكسيد لتقليل خسائر التيار الدوامي وضمان العزل الكهربائي بين الطبقات.

الخزانات والإكسسوارات

المحافظ

هو خزان أسطواني مثبت على سقف الخزان الرئيسي للمحول، يعمل كمخزن للزيت العازل. يوفر مساحة للزيت المتسع أثناء التشغيل الكامل، مما يمنع زيادة الضغط مع تقلبات درجة الحرارة.

جهاز التنفس

يعمل كقلب المحول، يقوم جهاز التنفس بتنظيم دخول الهواء أثناء توسع/انكماش الزيت. يمتص الجيل السيليكا داخل الجهاز رطوبة الهواء الداخل، مما يحافظ على جودة الزيت: يتغير الجيل الأزرق الطازج إلى اللون الوردي عندما يشبع، ويمكن للجيل الجاف أن يخفض نقطة الندى للهواء إلى أقل من -40 درجة مئوية.

صمام الانفجار

هو أنبوب ألومنيوم رقيق مثبت في كلا طرفي المحول، يقوم صمام الانفجار بإزالة الضغط الداخلي الزائد الناجم عن الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة، مما يحمي المحول من التلف.

المبرد

وحدات المبرد القابلة للفصل تقوم بتنقيط زيت المحول عبر التدفق الطبيعي: يرتفع الزيت المحموم إلى المبرد، يبرد، ويعود إلى الخزان عبر الصمامات، مما يحافظ على دورة تبريد مستمرة.

الفوهات

أجهزة عازلة تسمح بعبور الموصلات الكهربائية عبر الخزان، تتحمل الفوهات مجالات الجهد العالي. تستخدم المحولات الصغيرة فوهات من الفخار الصلب، بينما تستخدم الوحدات الكبيرة فوهات من نوع المكثف المملوءة بالزيت. يعتبر تسرب الرطوبة أحد أبرز أوضاع الفشل، يمكن اكتشافه عبر اختبارات معامل القوة (مثل اختبار Doble Power Factor) التي تراقب تدهور العزل.