كل شيء عن دوائر حماية المحولات وحماية المحولات

تعتبر المحولات من أهم المكونات وأكثرها تكلفة في أي نظام توزيع. وهو عبارة عن جهاز ثابت مغلق عادة ما يكون منقوعًا في الزيت ، وبالتالي تكون الأعطال التي تحدث فيه محدودة. لكن تأثير خطأ نادر يمكن أن يكون خطيرًا جدًا على المحولات ، كما أن الوقت الطويل لإصلاح واستبدال المحولات يجعل الأمور أسوأ. ومن ثم تصبح حماية محولات الطاقة أمرًا بالغ الأهمية.

تنقسم الأعطال التي تحدث في المحول بشكل أساسي إلى نوعين ، وهما الأعطال الخارجية والأعطال الداخلية ، لتجنب أي خطر على المحول ، يتم التخلص من العطل الخارجي بواسطة نظام ترحيل معقد في أقصر وقت ممكن. تعتمد الأعطال الداخلية بشكل أساسي على أجهزة الاستشعار وأنظمة القياس. سنتحدث عن هذه العمليات بشكل أكبر في المقالة. قبل أن نصل إلى هناك ، من المهم أن نفهم أن هناك العديد من أنواع المحولات وفي هذه المقالة ، سنناقش بشكل أساسي حول محول الطاقة المستخدم في أنظمة التوزيع. يمكنك أيضًا التعرف على عمل محول الطاقة لفهم أساسياته.

يمكن لميزات الحماية الأساسية مثل الحماية من الإثارة المفرطة والحماية القائمة على درجة الحرارة التعرف على الظروف التي تؤدي في النهاية إلى حالة فشل ، ولكن الحماية الكاملة للمحولات التي توفرها المرحلات والمحولات الحالية مناسبة للمحولات في التطبيقات الهامة.

لذلك في هذه المقالة سوف نتحدث عن المبادئ الأكثر شيوعا المستخدمة لحماية المحولات من الفشل الكارثي.

حماية المحولات لأنواع مختلفة من المحولات

يعتمد نظام الحماية المستخدم لمحول الطاقة على فئات المحولات. يوضح الجدول أدناه ،

الفئة	تصنيف المحولات - KVA
1 المرحلة	المرحلة 3
أنا	5-500	15 - 500
II	501 - 1667	501 - 5000
ثالثا	1668 - 10000	5001 - 30000
رابعا	> 10000	> 30000

• تندرج المحولات ضمن نطاق 500 كيلو فولت أمبير ضمن (الفئتين الأولى والثانية) ، لذا فهي محمية باستخدام الصمامات ، ولكن لحماية المحولات حتى 1000 كيلو فولت أمبير (محولات التوزيع لـ 11 كيلو فولت و 33 كيلو فولت) تستخدم قواطع الدائرة ذات الجهد المتوسط ​​عادةً
• بالنسبة للمحولات 10 ميجا فولت أمبير وما فوق والتي تندرج تحت (الفئتين الثالثة والرابعة) يجب استخدام المرحلات التفاضلية لحمايتها.

بالإضافة إلى ذلك، ناقلات الميكانيكية مثل التبديلات Buchholtz، و التبديلات الضغط المفاجئة يتم تطبيقها على نطاق واسع لحماية المحولات. بالإضافة إلى هذه المرحلات ، غالبًا ما يتم تنفيذ الحماية من الحمل الزائد الحراري لإطالة عمر المحول بدلاً من اكتشاف الأعطال.

الأنواع الشائعة لحماية المحولات

1. حماية المحموم
2. حماية التيار الزائد
3. الحماية التفاضلية للمحول
4. حماية خطأ الأرض (مقيدة)
5. تتابع بوخهولز (كشف الغاز)
6. الحماية من التدفق الزائد

الحماية من الحرارة الزائدة في المحولات

ارتفاع درجة حرارة المحولات بسبب الأحمال الزائدة وظروف ماس كهربائى. يعتمد الحمل الزائد المسموح به والمدة المقابلة على نوع المحول وفئة العزل المستخدمة للمحول.

يمكن الحفاظ على الأحمال العالية لفترة قصيرة جدًا من الوقت ، إذا كان ذلك لفترة طويلة جدًا ، فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف العزل بسبب ارتفاع درجة الحرارة فوق درجة الحرارة القصوى المفترضة. تعتبر درجة الحرارة في المحول المبرد بالزيت قصوى عندما تكون 95 * درجة مئوية ، والتي بعدها ينخفض ​​العمر المتوقع للمحول ويكون لها تأثيرات ضارة في عزل السلك. هذا هو السبب في أن الحماية من الحرارة الزائدة تصبح ضرورية.

تحتوي المحولات الكبيرة على أجهزة للكشف عن درجة حرارة الزيت أو لفائف ، والتي تقيس درجة حرارة الزيت أو لفائف ، وعادة ما تكون هناك طريقتان للقياس ، أحدهما يُشار إليه بقياس النقطة الساخنة والثاني يُشار إليه بقياس الزيت العلوي ، وتُظهر الصورة أدناه نموذجًا ترمومتر مع صندوق تحكم في درجة الحرارة من رينهاوزن يستخدم لقياس درجة حرارة المحولات المعزولة بالسائل.

يحتوي الصندوق على مقياس قرص يشير إلى درجة حرارة المحول (وهو الإبرة السوداء) وتشير الإبرة الحمراء إلى نقطة ضبط المنبه. إذا تجاوزت الإبرة السوداء الإبرة الحمراء ، فسيقوم الجهاز بتنشيط إنذار.

إذا نظرنا إلى الأسفل ، يمكننا أن نرى أربعة أسهم يمكننا من خلالها تهيئة الجهاز ليكون بمثابة إنذار أو رحلة أو يمكن استخدامها لبدء أو إيقاف المضخات أو مراوح التبريد.

كما ترون في الصورة ، يتم تثبيت مقياس الحرارة أعلى خزان المحولات فوق القلب والملف ، ويتم ذلك لأن أعلى درجة حرارة ستكون في مركز الخزان بسبب القلب والملفات. تُعرف درجة الحرارة هذه بأعلى درجة حرارة للزيت. تعطينا درجة الحرارة هذه تقديرًا لدرجة حرارة النقطة الساخنة في قلب المحول. في الوقت الحاضر كابلات الألياف البصرية وتستخدم في الجهد المنخفض لف لقياس دقيق لدرجة حرارة المحولات. هذه هي الطريقة التي يتم بها تنفيذ الحماية من الحرارة الزائدة.

حماية التيار الزائد في المحولات

يعد نظام حماية التيار الزائد أحد أقدم أنظمة الحماية المطورة هناك ، وقد تم تطوير نظام التيار الزائد المتدرج للحماية من ظروف التيار الزائد. يستخدم موزعو الطاقة هذه الطريقة لاكتشاف الأعطال بمساعدة مرحلات IDMT. وهذا يعني أن المرحلات لها:

1. خاصية معكوسة و
2. الحد الأدنى من وقت العملية.

إمكانيات مرحل IDMT مقيدة. يجب ضبط هذه الأنواع من المرحلات بنسبة 150٪ إلى 200٪ من الحد الأقصى للتيار المقنن ، وإلا ستعمل المرحلات في حالات الحمل الزائد الطارئ. لذلك ، توفر هذه المرحلات حماية طفيفة للأعطال داخل خزان المحولات.

الحماية التفاضلية للمحول

تُستخدم الحماية التفاضلية للتيار المتحيز بالنسبة المئوية لحماية محولات الطاقة وهي واحدة من أكثر أنظمة حماية المحولات شيوعًا التي توفر أفضل حماية شاملة. تستخدم هذه الأنواع من الحماية للمحولات ذات التصنيف الذي يتجاوز 2 ميجا فولت أمبير.

المحول متصل بنجمة من جانب والدلتا متصلة بالجانب الآخر. المحولات على جانب النجم متصلة بالدلتا وتلك الموجودة على الجانب المتصل بالدلتا متصلة بالنجوم. محايد كلا المحولات مؤرضة.

يحتوي المحول على ملفين ، أحدهما ملف التشغيل والآخر هو ملف التقييد. كما يوحي الاسم ، يتم استخدام ملف التقييد لإنتاج القوة التقييدية ، ويتم استخدام ملف التشغيل لإنتاج قوة التشغيل. يتم توصيل ملف التقييد بالملف الثانوي للمحولات الحالية ، ويتم توصيل ملف التشغيل بين نقطة متساوية الجهد في CT.

عمل الحماية التفاضلية للمحول:

عادة ، لا يحمل ملف التشغيل أي تيار حيث يتم مطابقة التيار على جانبي محولات الطاقة ، عندما يحدث عطل داخلي في اللفات ، يتم تغيير التوازن وتبدأ ملفات التشغيل الخاصة بالمرحل التفاضلي في إنتاج تيار تفاضلي بين الجانبين من المحولات. وبالتالي ، يقوم المرحل برحلات قواطع الدائرة ويحمي المحول الرئيسي.

حماية خطأ الأرض المقيدة

يمكن أن يتدفق تيار عطل مرتفع للغاية عند حدوث عطل في جلبة المحولات. في هذه الحالة ، يجب إصلاح الخطأ في أسرع وقت ممكن. يجب أن يقتصر مدى وصول جهاز حماية معين على منطقة المحول ، مما يعني أنه في حالة حدوث أي خطأ أرضي في موقع مختلف ، يجب تشغيل المرحل المخصص لتلك المنطقة ، ويجب أن تظل المرحلات الأخرى كما هي. لذلك ، هذا هو السبب في أن المرحل يسمى مرحل حماية خطأ الأرض المقيدة.

في الصورة أعلاه ، توجد معدات الحماية على الجانب المحمي من المحول. لنفترض أن هذا هو الجانب الأساسي ، ودعنا نفترض أيضًا وجود خطأ أرضي على الجانب الثانوي من المحول. الآن ، إذا كان هناك عطل في الجانب الأرضي ، بسبب العطل الأرضي ، فسيكون هناك مكون تسلسل صفري ، وسوف يدور فقط على الجانب الثانوي. ولن ينعكس ذلك في الجانب الأساسي للمحول.

يحتوي هذا التتابع على ثلاث مراحل ، في حالة حدوث خطأ ، سيكون لديهم ثلاثة مكونات ، مكونات التسلسل الموجب ، مكونات التسلسل السلبي ، ومكونات التسلسل الصفري. نظرًا لأن مكونات الترتر الموجبة يتم إزاحتها بمقدار 120 * ، لذلك في أي لحظة ، سيتدفق مجموع كل التيارات عبر مرحل الحماية. لذا ، فإن مجموع تياراتها سيكون مساويًا للصفر ، حيث يتم إزاحتها بمقدار 120 * نفس الحال بالنسبة لمكونات التسلسل السالب.

الآن دعونا نفترض حدوث حالة خطأ. سيتم اكتشاف هذا الخطأ بواسطة CTs لأنه يحتوي على مكون تسلسل صفري ويبدأ التيار بالتدفق عبر مرحل الحماية ، وعندما يحدث ذلك ، فإن التتابع سيرحل ويحمي المحول.

تتابع بوخهولز (كشف الغاز)

تظهر الصورة أعلاه تتابع بوخهولز. و تتابع Buchholtz غير المجهزة في بين وحدة محول الرئيسية وخزان الوصي عندما يحدث خطأ داخل محول، يكشف الغاز حلها مع مساعدة من تعويم التبديل.

إذا نظرت عن كثب ، يمكنك رؤية سهم ، يتدفق الغاز من الخزان الرئيسي إلى خزان الحافظة ، وعادة لا ينبغي أن يكون هناك أي غاز في المحول نفسه. يشار إلى معظم الغاز على أنه غاز مذاب ويمكن إنتاج تسعة أنواع مختلفة من الغازات اعتمادًا على حالة الخطأ. يوجد صمامان في الجزء العلوي من هذا المرحل ، وتستخدم هذه الصمامات لتقليل تراكم الغاز ، كما أنها تستخدم لأخذ عينة غاز.

عندما تحدث حالة خطأ ، يكون لدينا شرارات بين اللفات ، أو بين اللفات واللب. ستعمل هذه التفريغات الكهربائية الصغيرة في اللفات على تسخين الزيت العازل ، وسوف يتحلل الزيت ، وبالتالي ينتج غازات ، وتكتشف شدة الانهيار الزجاج الذي يتم تكوينه.

ينتج عن التفريغ الكبير للطاقة إنتاج الأسيتيلين ، وكما تعلم ، فإن الأسيتيلين يستهلك الكثير من الطاقة ليتم إنتاجه. ويجب أن تتذكر دائمًا أن أي نوع من العيوب سينتج غازات ، ومن خلال تحليل كمية الغاز ، يمكننا إيجاد شدة العطل.

كيف يعمل Buchholz (الكشف عن الغاز) التتابع؟

كما ترون من الصورة ، لدينا عوامات: عوامة علوية وعائمة سفلية ، كما أن لدينا صفيحة حاجزة تضغط على العوامة السفلية.

عندما يحدث عطل كهربائي كبير ، فإنه ينتج الكثير من الغاز أكثر من تدفق الغاز عبر الأنبوب ، مما يؤدي إلى تحريك لوحة الحاجز ويجبر العائم السفلي لأسفل ، والآن لدينا مجموعة ، العوامة العلوية للأعلى والعوامة السفلية لأسفل ولوح الحاجز مائل. يشير هذا المزيج إلى حدوث خطأ جسيم. الذي يغلق المحول ويصدر أيضًا إنذارًا. الصورة أدناه توضح ذلك بالضبط ،

ولكن ليس هذا هو السيناريو الوحيد الذي يمكن أن يكون فيه هذا الترحيل مفيدًا ، فتخيل موقفًا يحدث فيه انحناء بسيط داخل المحول ، حيث تنتج هذه الأقواس كمية صغيرة من الغاز ، وينتج هذا الغاز ضغطًا داخل التتابع و ينزل العوامة العلوية لتحل محل الزيت الموجود بداخلها ، والآن يصدر المرحل إنذارًا في هذه الحالة ، والعوامة العلوية لأسفل ، والعوامة السفلية لم تتغير ، ولوحة الحاجز لم تتغير إذا تم اكتشاف هذا التكوين ، يمكننا التأكد من أن لدينا تراكم بطيء للغاز. الصورة أدناه توضح ذلك بالضبط ،

نحن نعلم الآن أن لدينا عطلًا ، وسننزف بعضًا من الغاز باستخدام الصمام الموجود أعلى المرحل ونحلل الغاز لمعرفة السبب الدقيق لتراكم الغاز هذا.

يمكن لهذا المرحل أيضًا اكتشاف الظروف التي ينخفض ​​فيها مستوى الزيت العازل بسبب التسريبات في هيكل المحول ، في هذه الحالة ، يسقط العوامة العلوية ، وينخفض ​​العوامة السفلية ، وتبقى لوحة الحاجز في نفس الموضع. في هذه الحالة ، نحصل على إنذار مختلف. الصورة أدناه توضح العمل.

باستخدام هذه الطرق الثلاث ، يكتشف تتابع بوخهولز الأعطال.

حماية التدفق الزائد

تم تصميم المحول ليعمل عند مستوى تدفق ثابت يتجاوز مستوى التدفق هذا ويتشبع اللب ، يتسبب تشبع اللب في تسخين في القلب يتبع بسرعة الأجزاء الأخرى من المحول مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات ، وبالتالي زيادة تصبح حماية التدفق ضرورية ، لأنها تحمي جوهر المحولات. يمكن أن تحدث حالات التدفق الزائد بسبب الجهد الزائد أو انخفاض تردد النظام.

لحماية المحول من التدفق الزائد ، يتم استخدام مرحل التدفق الزائد. يقيس مرحل التدفق الزائد نسبة الجهد / التردد لحساب كثافة التدفق في القلب. يمكن أن تتسبب الزيادة السريعة في الجهد بسبب العبور في نظام الطاقة في حدوث تدفق زائد ولكن العابرين تموت بسرعة ، وبالتالي فإن التعثر الفوري للمحول أمر غير مرغوب فيه.

تتناسب كثافة التدفق بشكل مباشر مع نسبة الجهد إلى التردد (V / f) ويجب أن تكتشف الأداة الحصة الغذائية إذا أصبحت قيمة هذه النسبة أكبر من الوحدة ، يتم ذلك بواسطة مرحل قائم على متحكم يقيس الجهد و التردد في الوقت الفعلي ، ثم يحسب المعدل ويقارنه بالقيم المحسوبة مسبقًا. تمت برمجة المرحل لحد أدنى محدد معكوس من الوقت (خصائص IDMT). ولكن يمكن إجراء الإعداد يدويًا إذا كان ذلك أحد المتطلبات. بهذه الطريقة ، سيتم تقديم الغرض دون المساومة على حماية التدفق الزائد. الآن ، نرى مدى أهمية منع تعثر المحول من التدفق الزائد.

آمل أن تكون قد استمتعت بالمقال وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فاتركها في قسم التعليقات أو استخدم منتدياتنا للاستفسارات الفنية الأخرى.