تحسين طرق التأريض لمحور محول الطاقة والمشابك

تُقسَم تدابير حماية تأريض المحولات إلى نوعين: الأول هو تأريض نقطة الوسط للمحول. هذه التدبير الحماية يمنع انحراف فولتية نقطة الوسط بسبب عدم توازن الحمل الثلاثي أثناء تشغيل المحول، مما يسمح للأجهزة الحامية بالانقطاع بسرعة ويخفّض تيارات القصر. هذا يعتبر تأريضاً وظيفياً للمحول. التدبير الثاني هو تأريض قلب المحول والصفيحة.

هذا التدبير يمنع ظهور فولتيات موجبة على سطح القلب والصفيحة بسبب المجالات المغناطيسية الداخلية أثناء التشغيل، والتي قد تؤدي إلى أعطال تفريغ جزئي. هذا يعتبر تأريضاً حماية للمحول. لضمان تشغيل آمن وموثوق للمحول، يقوم هذا المقال بتحليل وتحسين طرق التأريض خصيصاً للقلب والصفيحة للمحول.

1. أهمية تأريض القلب والصفيحة

العناصر الرئيسية داخلية المحول تشمل: ملفات التفاف، القلب، والصفيحة. تشكل ملفات التفاف الدائرة الكهربائية للمحول، بينما يتكون القلب من الدائرة المغناطيسية، وتستخدم الصفيحة أساساً لتثبيت ملفات التفاف وأوراق السيليكون الصلب للقلب. أثناء التشغيل العادي، تتولد مجالات مغناطيسية عندما يمر التيار عبر الملفات الأولية والثانوية. تحت هذا البيئة المغناطيسية، تتولد فولتيات موجبة على سطح القلب والصفيحة. 

مع زيادة قوة المجال المغناطيسي، يزداد التدفق المغناطيسي تدريجياً، مما يؤدي إلى ارتفاع التدريجي للفولتيات الموجبة. بسبب عدم توزيع المجال المغناطيسي بشكل متساوٍ، تخلق الفولتيات الموجبة غير المتناسقة فروقات جهد، مما يؤدي إلى تفريغ مستمر على سطح القلب والصفيحة، مما يؤدي إلى أعطال داخلية في المحول. يتم تسمية هذا الجهد الذي يسبب أعطال التفريغ الداخلية في المحولات بـ "الفولتية العائمة." لذلك، أثناء التشغيل، يجب أن يكون القلب والصفيحة للمحول متأرضين بنقطة واحدة لتقليل وإزالة الفولتيات الموجبة.

عند تأريض قلب المحول والصفيحة، يُسمح بنقطة تأريض واحدة فقط لمنع تدفق التيار الدائري بين القلب والصفيحة. إذا كانت هناك نقطتان أو أكثر من نقاط التأريض، ستسبب الفروق الجهدية تياراً دوائرياً بين القلب والصفيحة، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة بشكل غير طبيعي داخل المحول. هذا يضر مباشرة بالعزل الصلب الداخلي ويسرع تقدم عمر العزل الزيتي، مما يؤثر على العمر الخدمي الطبيعي للمحول.

2. طرق تأريض القلب والصفيحة وطرق التحسين

في تصاميم المحولات الحالية في الصين، يتم تحقيق تأريض القلب والصفيحة عن طريق توصيلهما عبر أكمام صغيرة أو براغي معزولة إلى الخارج من خزان المحول قبل التأريض. تتفرع هذه الطريقة في التأريض إلى طريقتين:

الطريقة الأولى (الرسم 1) تربط القلب والصفيحة عبر الأكمام أو البراغي المعزولة، ثم تربطها مباشرة قصيرة قبل التأريض. أثناء التشغيل العادي للمحول، تظهر هذه الطريقة في التأريض ثلاث مسارات للتيار، مُعرَّفة كـ I1، I2، وI3:

• I1: القلب → محطة التأريض → الأرض

• I2: الصفيحة → محطة التأريض → الأرض

• I3: القلب → محطة التأريض → الأرض → الصفيحة

الطريقة الثانية (الرسم 2) تربط القلب والصفيحة عبر الأكمام أو البراغي المعزولة إلى نقاط تأريض منفصلة. تظهر هذه الطريقة في التأريض أيضاً ثلاث مسارات للتيار أثناء التشغيل العادي:

• I1: القلب → نقطة تأريض القلب → الأرض

• I2: الصفيحة → نقطة تأريض الصفيحة → الأرض

• I3: القلب → نقطة تأريض القلب → الأرض → نقطة تأريض الصفيحة → الصفيحة

من الطريقتين المذكورتين أعلاه، يمثل التيار التأريضي المستحث I1 وI2 حالة طبيعية. ومع ذلك، يختلف التيار التأريضي المستحث I3 بشكل كبير:

في طريقة التأريض الموضحة في الرسم 1، يتدفق التيار المستحث عبر المسار التالي: القلب → محطة التأريض → الصفيحة، مما يخلق "تياراً دوائرياً" بين القلب والصفيحة للمحول. تحت تأثير الحرارة لهذا التيار، يرتفع درجة الحرارة الداخلية للمحول بشكل غير طبيعي. درجة الحرارة المرتفعة تسبب تدهور العزل الصلب وتقدم عمر العزل الزيتي. بالإضافة إلى ذلك، بسبب تأثير التيار الدائري، لا يمكن لنظم الرصد عبر الإنترنت قياس التيار التأريضي للقلب والصفيحة بدقة، مما يؤدي إلى تشخيص خاطئ عند حدوث أعطال في المعدات. لذلك، تحتوي الطريقة الأولى في التأريض على عيوب كبيرة.

على العكس من ذلك، توجه طريقة التأريض الموضحة في الرسم 2 التيار المستحث عبر: القلب → تأريض القلب → الأرض → تأريض الصفيحة → الصفيحة. نظرًا لأن التيار يمر عبر الأرض ذات المقاومة العالية، لا يمكن تكوين "تيار دوائري" بين القلب والصفيحة. هذا يمنع الارتفاع غير الطبيعي لدرجة الحرارة في المحول ويجعل نظم الرصد عبر الإنترنت قادرة على قياس التيار التأريضي للقلب والصفيحة بدقة (وفقًا لـ DL/T 596-2021 قانون التجارب الوقائية الكهربائية، يجب ألا يتجاوز التيار التأريضي للقلب 0.1 أمبير وأن لا يتجاوز التيار التأريضي للصفيحة 0.3 أمبير أثناء تشغيل المحول). هذا يقدم دليلاً موثوقاً لتحديد ما إذا كان هناك أعطال داخلية في المحول.

بالنسبة للمحول xx-223000/500 ذو التنظيم اللاشراري للجهد، يتم تأريض القلب والصفيحة باستخدام الطريقة الموضحة في الرسم 1، مما يؤدي إلى عدة مشاكل تشغيلية:

(1) أثناء التشغيل، يتشكل بسهولة "تيار دوائري" بين القلب والصفيحة الداخلية. تأثير الحرارة يؤدي إلى زيادة غير طبيعية في درجة الحرارة، مما يسرع تدهور العزل الصلب وتقدم عمر العزل الزيتي، مما يقلل من عمر الخدمة للمحول.

(2) بسبب تأثير "التيار الدائري"، لا يمكن للأنظمة المراقبة عبر الإنترنت قياس التيار الأرضي للقلب والحامل بدقة، مما يجعل من المستحيل تقديم دليل قاطع لتحديد الأعطال الداخلية.

(3) يمكن قياس التيار الأرضي المنبعث من القلب والحامل بشكل مستمر ومقارنته مع التيار المسرب الذي يتم مراقبته بواسطة النظام عبر الإنترنت لتأكيد دقة النظام المراقب.

(4) أثناء صيانة ومراجعة المحول، عند قياس مقاومة العزل بين القلب/الحامل والأرض، يجب فصل الأسلاك الأرضية الخارجية. نظرًا لأن هذا النموذج من المحولات يستخدم براغي نحاس M10 (معزولة عن الأرض) لتوصيل القلب والحامل، والتي تتميز بقدرة توصيل ممتازة ولكنها ضعيفة من الناحية الميكانيكية وعرضة للانكسار. أثناء العمليات في الميدان، يمكن أن تسبب المساحات الضيقة والقوى غير المتوازنة كسر البراغي النحاسية بسهولة. بالنظر إلى الهيكل الداخلي المدمج للمحول، يتطلب معالجة هذا العطل رفع غطاء الخزان لاستبداله، مما يؤثر على دورات الصيانة الطبيعية وكفاءة التشغيل.

باعتبار هذه الأربعة مشاكل، لضمان الكشف الدقيق عن التيار الأرضي المنبعث من القلب والحامل أثناء التشغيل، وتمديد عمر خدمة المحول، وإزالة "التيار الدائري"، ومنع عمليات الصيانة من إحداث أضرار تتسبب في توسيع نطاق الإصلاح، يُنصح بتحسين طريقة تأريض القلب والحامل من التكوين في الشكل 1 إلى التكوين في الشكل 2.

3. الخاتمة

من خلال تقديم مفصل لأجزاء المحول الداخلية ووظائفها، جنبًا إلى جنب مع تحليل علمي للأعطال التي تحدث أثناء التشغيل، تم تنفيذ تعديلات بنجاح على الأجزاء المعيبة. هذا النهج يحقق تمديد عمر الخدمة للمعدات، وتحسين سلامة الشبكة الكهربائية، وتقليل تكاليف صيانة المعدات.