المحولات الكهربية,Electrical transformers,معلومات عن المحولات الكهربية

المحول شكل هو جهاز كهر ومغناطيسي ليست به أجزاء متحركة ( ساكن ) يحول التيار المتغير ذو الضغط المنخفض إلى تيار متغير ذو ضغط عالى وبنفس التردد وبالعكس . 

المحولات الكهربية,Electrical transformers,معلومات عن المحولات الكهربية

الغرض من المحول : نظراً لتوليد القدرة الكهربية فى أماكن بعيدة عن المستهلكين لذلك تستخدم المحولات لنقل القدرة الكهربية بضغوط مرتفعة الى أماكن استهلاكها ثم تخفض إلى ضغوط التشغيل .
ونتيجة لنقل القدرة الكهربية بضغوط مرتفعة تحقق عدة فوائد منها :

1. توفير فى ثمن الموصلات حيث أمكن استخدام موصلات ذات مقطع أصغر . 
2. توفير فى القدرة المفقودة فى الموصلات وكذلك فى ثمن الطاقة الكهربية المفقودة . 
3. رفع كفاءة خطوط نقل القدرة الكهربية .

نظرية المحول : 

نظرية المحول : 

تركيب محولات القدرة الكهربية :

1- الإناء  2 - أنابيب التبريد  3 - صفائح القلب المغناطيسي
4- الملفات  5 - وعاء التمدد الزيتي ( التنك المرفق )  6 - قابض أنابيب التبريد
7- متمم بوخلز 8 - ترمومتر حراري 9 - عوازل الضغط العالي
10- عوازل الضغط المنخفض 11 - مسامير تثبيت الصفائح  12 - أنبوبة بيان الزيت
13- أنبوبة التمدد  14 - حامل العجلات 15 - الزيت

العناصر الأساسية المكونة للمحول :

(أ) الجزء الداخلي الرئيسي :
* القلب الحديدي رقم 3 وفائدته :
1- حمل وتكثيف المجال المغناطيسي فى دوائر مغناطيسية .
2- حمل الملفات الابتدائية والثانوية والأطراف العازلة .
*الملفات " الابتدائية - الثانوية " والأطراف العازلة .
أطراف التوصيل " عوازل الجهد العالي رقم 9
عوازل الجهد المنخفض رقم 10 .

(ب) الجزء الخارجي أو الثانوي : 

يتكون من خزان وعاء الزيت الرئيسي ( 1 ) وأنابيب التبريد ( 2 ) . 

خزان وعاء التمدد (5) .
أجهزة التحكم والوقاية ( متمم بوخلز 7 وأنبوبة قذف الزيت ( 13) ومفتاح تغيير نسبة التحويل غير ظاهر بالرسم ) .
أولا : القلب الحديدي :
يصنع من رقائق من الصلب السليكونى بسمك يتراوح من ( 0.35 إلى 0.5 مم ) وتعزل عن بعضها بالورنيش أو الورق وذلك لتقليل المفقود الناشئ من التيارات الاعصارية ويزيد السليكون من معامل نفاذ الحديد وبالتالي يقلل من مفاقيد التعويق المغناطيسي .
ثانياً : (أ)الملفات الابتدائية :
وهو الملف الذي يتصل بالمنبع ويصنع من سلك النحاس الأحمر جميع لفاته معزولة عن بعضها وعن القلب وعن الملف الثانوي عزلا كهربائياً .
وتختلف درجة العزل ومساحة المقطع باختلاف قيمة الضغط والتيار المار به .
(ب) الملف الثانوي :
وهو مثل الملف الابتدائي غير أنة يوصل بالحمل وتختلف عدد لفاته ومساحة مقطعها حسب الضغط على طرفيه والتيار المار به .
ثالثاً : أطراف التوصيل :
تستخدم لتوصيل أطراف الملفات ( الضغط المنخفض والعالي ) من داخل المحول الى خارج المحول .
ويتوقف شكل ونوع طرف التوصيل على الآتي :
1- الضغط المستخدم :
( منخفض - عالي - فائق ) تختلف أطراف التوصيل باختلاف الضغط المستخدم .
ففي الضغط المنخفض تكون من الصيني
والعالي تكون من الصيني المملوءة بالزيت
والضغط العالي جداً ( الفائق ) تكون أطراف مكثفات شكل (4-ب )
2- نوع التوصيلات :

 ففي حالة توصيل المحول بكابلات أرضية
تستخدم صندوق نهاية مثبت فى جانب المحول وتنفذ إلى داخل الوعاء .
أما فى حالة توصيل المحول مباشرة بالخطوط الهوائية أو قضبان التوزيع تكون أطراف التوصيل على غطاء المحول .
رابعاً: خزان ( وعاء ) الزيت الرئيسي :
يصنع من حديد غير مغناطيسي ويختلف شكل الخزان باختلاف قدرة المحول حيث يشكل سطحه بحيث يكون كافياً لفقد الطاقة الحرارية الناتجة من المفاقيد الكهربية . والتي تنقل إليه بواسطة زيت التبريد . وقد يحتوى على مجارى ( أنابيب ) لسحب الزيت وتبريده ثم إعادته فى القدرات العالية . ويركب الوعاء على قاعدة تعمل على عجل بحيث يسهل نقل المحول .

فائدة الخزان الرئيسي :

1- حماية القلب والملفات باحتوائه لها .
2- حمل أطراف ومخارج التوصيل .
3- وضع وحفظ زيت المحولات المستخدم فى تبريد وعزل المحول .
4- حمل مواسير الإشعاع للمحول .
خامساً : خزان التمدد ( خزان الزيت الزائد ) :
يصنع من صفائح الصلب ويثبت على السطح العلوي للمحول ويصل بالخزان الرئيسي بماسورة توصيل حيث تلتقي به فى أعلى بعض الشيء من قاع خزان التمدد الذي يقدر حجمه 10/1 حجم الخزان الرئيسي . 

ويزود خزان التمدد بالآتي :
1- أنبوبة بيان مستوى الزيت وفائدتها :
( أ ) بيان مستوى الزيت .
(ب) ملاحظة لون بخار الزيت الناتج عن حدوث عطل بالمحول ، بعد اشتعال الباخر فإذا كان :

• لون البخار المتجمع أبيض دل ذلك على حرق فى الورق العازل . 
•  لون الغاز المتجمع أصفر دل ذلك على حرق الخشب والفبر العازل . 
•  لون الغاز المتجمع اسود دل ذلك على تحلل الزيت وحرقه . 

2- أنبوبة ذات ثقوب لسحب الهواء وطرده :
حيث تعمل على توازن الضغط داخل الخزان وخارجه وتسمى بأنبوبة التنفس ولمنع الرطوبة وتجفيف الهواء الداخل للخزان يوضع فى طريقة مادة ماصة للرطوبة ( السليكاجيل )
سادساً : أنبوبة الطرد ( قذف الزيت ) :
فى المحولات كبيرة القدرة يزود خزان الزيت الرئيسي بأنبوبة تغلق فتحتها بواسطة شريحة زجاجية ( غشاء ) . فعند حدوث خطاء تزيد كمية الغازات بالخزان ، تضغط على الشريحة الزجاجية فتكسرها وتخرج إلى الجو الخارجي وكذلك الزيت الزائد .

طرق توصيل ملفات محولات القدرة

زاوية الوجه بين ملفات الضغط العالى والمنخفض :
إذا كانت التوصيلات متشابهة فى شكل التوصيل ( نجمة / نجمة أو دلتا / دلتا ) فأنة يكون هناك اتفاق وجهي . لذا فأنة قد أخذت زاوية الوجه بين الضغط العالي والمنخفض كأساس لتقسيم المحولات . فإذا رمزنا الى الضغط العالي بعقرب الثواني والضغط المنخفض بعقرب الساعات وباستخدام الزاوية المركزية بين كل رقمين من أقسام الساعة وقدرها 30 وبالدوران فى اتجاه عقارب الساعة كما هو مبين بالشكل (6) نحصل على جدول توصيلات المحولات . 

1- مجموعات التوصيل نجمة / نجمة أو دلتا / دلتا : فى هذه التوصيلات يكون عقربي الساعة منطبقين عند الساعة 12 أي زاوية الوجه صفر ولذلك تسمى هذه المجموعة من التوصيل بالمجموعة 12 . 

2- مجموعات التوصيل نجمة/ نجمة معكوسة : حيث تكون زاوية الوجه 180 ويكون عقربى الساعة عند الرقم 6 ولذلك تسمى هذه المجموعة بالمجموعة رقم 6 .

3- مجموعات التوصيل نجمة / دلتا أو دلتا / نجمة : حيث تكون زاوية الوجه 30 ويكون عقربى الساعة عند الرقم 11 وتكون زاوية الوجه للمجموعات 11 هى 30 x 11 = 330 ……. وهكذا .

فاذا رمزنا الى أطراف توصيل الضغط العالي بالحروف الكبيرة Y,D,Z أي نجمة ، دلتا ، زجزاج ، كذلك أطراف توصيل الضغط المنخفض بالحروف y,d,z وبكتابة رقم المجموعة بجوار الرمز يدل على زاوية الوجه بين الضغط العالي والمنخفض بعد ضربها x 30 .
أنواع مجموعات التوصيل المستخدمة ومميزات كل مجموعة :
1- توصيله نجمة / نجمة :
يوصل فيها كل من الابتدائي والثانوي على شكل نجمة وتكون زاوية الوجه صفر حيث رقم المجموعة ( 12 أو صفر ) وتكون نسبة التحويل ض2/ض1 = ن2/ن1 .
وتتميز هذه التوصيله بالآتي :
( أ ) اقتصادية فى دوائر الضغط العالي .
(ب) يغلب استخدامها فى الأحمال الصغيرة المتزنة .
(ج) يمكن الحصول منها على أكثر من قيمة الضغط .
عيوبها :
( أ ) يسبب سلك الأرضي متاعب إذا لم يوصل جيداً بالأرض .
(ب) لا تستخدم فى الأحمال غير المتزنة .
(ج) ظهور التوافقية الثالثة .
2- توصيله الدلتا / دلتا :
يوصل فى هذة الطريقة كل من ملفات الابتدائي والثانوي على شكل دلتا ( مثلث ) وتكون زاوية الوجه صفر حيث رقم المجموعة ( 12 أو صفر ) وتكون نسبة التحويل :
ض2/ض1 = ن2/ن1
مميزات هذه التوصيله :
( أ) اقتصادية عند الضغط المنخفض .
(ب) تخمد فيها التوافقية الثالثة .
(ج) يمكن استخدامها عند الأحمال الكبيرة غير المتزنة .
عيوبها :
( أ ) لا يمكن الحصول منها على أكثر من ضغط .
(ب) لا تستخدم فى التوزيع وذلك لعدم وجود طرف رابع .
3- توصيلة نجمة / دلتا : 
حيث يوصل ملفات الابتدائي نجمة وملفات الثانوي دلتا وقد تكون زاوية الوجه ( 150 أو 330 ) أى رقم المجموعة ( 5أو 11) وتكون نسبة التحويل ض2/ض1 = ن2/ن1.
مميزات هذه التوصيله :
( أ) تخمد فيها التوافقية الثالثة وتعمل على استقرار نقطة الحياد .
(ب) تستخدم فى محولات الخفض لتغذية المحركات الثلاثية الأوجه المتزنة.
عيوبها :
(أ) لا يمكن الحصول منها على أكثر من ضغط .
(ب) لا يمكن استخراج طرف رابع من الملف الثانوي .
4- توصيله دلتا / نجمة :
فى هذه التوصيله توصل ملفات الابتدائي دلتا والثانوي نجمة . وقد تكون زاوية الوجه حسب رقم مجموعة التوصيل أما رقم ( 5، 11 ) أى ( 150-أو 330 )ونسبة التحويل فى هذه الحالة ض2/ض1 = ن2/ن1
مميزات هذه التوصيله :
( أ) تستخدم بكثرة فى توزيع القدرة الكهربية .
(ب) يمكن استخراج طرف رابع والحصول على أكثر من ضغط .
(ج) حيث أن الابتدائي موصل دلتا فلا أثر للتوافقية الثالثة .
(د) تصلح للأحمال المتزنة وغير المتزنة .
5- التوصيلة ذات الدلتا الإضافية :
تزود المحولات بمجموعة ملفات توصل على شكل دلتا مقفولة على نفسها وذلك لتلافى تأثير التوافقية الثالثة وذلك بإمكان تشغيل المحولات التى تظهر بها هذه التوافقية الثالثة على الأحمال المتزنة وغير المتزنة وتكون ضرورية فى المحولات ذات التوصيل نجمة / نجمة متداخلة .
كيفية تمييز أطراف المحولات:
تميز أطراف ملفات الضغط العالي بالرمز لها بالحروف الكبيرة A,B,C وتميز أطراف ملفات الضغط المنخفض بالحروف الصغيرة a, b ,c وتميز أطراف الضغط العالي بالنظر الى مساحة مقطعها حيث تكون أقل من مساحة مقطع أطراف ملفات الضغط المنخفض . أو بواسطة قياس مقاومة كل ملف فالملف ذو المقاومة الأكبر هو ملف الضغط العالي .

توصيلات المحولات على التوازي

أولاً - محولات الوجه الواحد :
( أ ) توصيل ابتدائي على التوازي :
قد يحتاج الأمر لان يتصل محولات بالشبكة العامة لكى يغذى كل منهما حمل خاص به فيكون شرط التوصيل فى هذه الحالة هو تساوى ضغط الملف الابتدائي .
(ب) توصيل ابتدائي وثانوي على التوازي :

شرط توصيل محولين ذو وجه واحد على التوازي :
1- تساوى نسبة التحويل ( نفس الضغط الاسمي للابتدائي والثانوي ).
2- متساوية ضغط القصر أو ( الإعاقة الداخلية للمحولين متساوية ) ولتحقيق الشرطين السابقين نستخدم مصباح متوهج فإذا وصل طرف بالملف الثانوي والآخر بالشبكة ( المحول ناحية الثانوي ) وظل مظلماً كان التوصيل صحيحاً وإلا إذا كان التوصيل خاطئا ويبدل الطرفان
ثانياً : المحولات الثلاثية الأوجه :
شرط توصيل محولين للعمل على التوازي :
1- نفس الضغط الاسمي للابتدائي والثانوي ( نفس نسبة التحويل )
2- نفس جهد القصر ( لا يجوز أن يزيد جهد القصر عن 10 % من المحول المحمل ) .
3- تتابع الأوجه حيث يستخدم جهاز مبين التعاقب .
4- تتبع نفس مجموعة التوصيل .
5- يجب ألا تزيد نسبة القدرة الاسمية عن 3 إلى 1 بقدر الإمكان .
تعريف ضغط ( جهد ) القصر : هو الضغط على طرفي الضغط العالي فى حالة قصر ملف الضغط المنخفض مع سريان التيار الأسمى فى ملف الضغط العالي وتيار مناسب فى ملف الضغط المنخفض .

تغيير نسبة التحويل لمحولات القدرة

من الشروط العامة للتغذية بالكهرباء :
1- استمرارية التغذية .
2- ثبات الضغط عند المستهلكين .
ونظراً لزيادة التحميل على الشبكة قد يؤدى الى انخفاض الجهد عند المستهلكين لذلك يجب رفع هذا الجهد بواسطة التحكم فى نسبة تحويل محول التوزيع ويستخدم لذلك نوعين من المفاتيح :
1- مفتاح تغيير نسبة التحويل عند اللا حمل .
2- مفتاح تغيير نسبة التحويل تحت الحمل .

تبريد المحولات

نظراً لتحول الفقد الكهربي داخل المحولات الى حرارة فان درجة حرارتها ترتفع مما يؤثر على متانة العزل وقد يجعلها تنهار ، لذلك فأنه يجب تبريد المحولات . وحيث أن مفاقيد المحول متناسبة مع قدرته فأنة يمكن تبريد المحولات بعدة طرق أهمها :

1. - تبريد طبيعي بالهواء : تستخدم فى المحولات صغير القدرة حيث تشع الحرارة الى الجو المحيط بواسطة تيارات الحمل فى الهواء . 
2. -تبريد بالهواء المسلط : تستخدم فى المحولات المتوسطة القدرة والتى توضع فى أماكن ضيقة ولا تسمح بوضع المحول فى خزان للزيت أو قد يوضع المحول فى خزان للزيت ويسلط علية تيار هوائى بواسطة مراوح موجه على جسم المحول . 

عيوب التبريد بالهواء :

(أ) لا يسمح بتحميل المحول إلا لفترات زمنية صغيرة .
(ب) قلة متانة العزل.
(ج) تعرض الملفات للأتربة والأوساخ مما يؤدى إلى أضعاف متانة العزل .
(د) زيادة حجم الملفات ليتخللها الهواء .

3- تبريد بالزيت الطبيعي :

حيث يوضع القلب والملفات فى وعاء مملوء بالزيت المعدني المنقى بعناية فائقة حيث يتم تبريد القلب والملفات بواسطة تيارات الحمل فى الزيت والذي يشعه الى الجو الخارجي ، ولزيادة سطح التبريد قد يكون سطح الإناء متعرج أو يزود الإناء الخارجي بمواسير لزيادة سرعة تبريد الزيت .

4- التبريد بالزيت المبرد :

فى المحولات الكبيرة والعالية القدرة الكهربية لا يكفى تبريد الزيت بالهواء الطبيعى نظراً لارتفاع الحرارة الناتجة من المفاقيد الكهربية ولذلك فأنة تستخدم عدة طرق لتبريد الزيت المستخدم فى تبريد المحول منها :
(أ) بواسطة الهواء المسلط : حيث يسلط على جسم الوعاء الرئيسي للمحول مجموعة مراوح لدفع الهواء والعمل على تبريد الزيت .
(ب) بواسطة تبريد الزيت بسحبة فى أنابيب وتمريرة بواسطة طلمبة فى إناء به ماء بارد ثم يدفع الى داخل وعاء المحول ويج أن يلاحظ أن تكون سرعة طلمبة السحب مساوية لسرعة طلمبة الدفع حتى يصير مستوى الزيت ثابت داخل الوعاء .
(ج) يتم دفع ماء بارد فى مواسير تبريد داخل وعاء المحول وبذلك تنقل الحرارة من الزيت الى الماء الى خارج الوعاء .
ويلاحظ فى هذه الطريقة آن تكون أنابيب التبريد خالية من الثقوب ومصنوعة من النحاس الأحمر المعامل كيميائيا لعدم التآكل والتفاعل مع زيت المحول .

مميزات التبريد بالزيت فى المحولات الكهربية :

1- زيادة المتانة الكهربية للعزل .
2- يسمح بتحميل المحولات لفترات طويلة .
3- الاتزان الكهروحرارى داخل جسم المحول .
4- صغر حجم الملفات بضم الثغرات الهوائية .

عيوب التبريد بالزيت :

1- قد يحث انسداد فى أنابيب التبريد مما يعرض المحول لرفع درجة حرارته .
2- قد يحدث انفجار نتيجة تفاعل الهواء المتسرب مع الغازات الناتجة من الزيت .
والشكل التالي يوضح طرق التبريد المختلفة للمحولات .

والموضوع التالى هو زيوت المحولات Transformer Oil