شرح التأريض ونظام الأرضى وأنواعه ومكوناته وطرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها

سلسة شرح المحولات الكهربية (1)

تصنيـف المحـولات

يتم تصنيف المحولات استنادا إلى الأسس آلاتية :-
1 ) طبقا لعدد الاوجة
أ – محول أحادى الأوجه Transformer single phase .
ب- محول ثلاثي الأوجه Transformer Three phase .
ج – ستة اوجه أو مضاعفاتها Poly phase Transformer .
2 ) طبقا لطريقة التبريد
أ - محولات جافة . Dry type Transformer
ب - محولات مغمورة فى الزيت. Oil Immersed Transformer
- محولات غازية
3 ) طبقا لوضع المحول
أ – محولات معلقة على الأعمدة .
ب – محولات مركبة داخل كشك .
جـ- محولات ثابتة على قاعدة خرسانية .
د – محولات ثابتة داخل غرف خاصة .
4 ) طبقا للغرض من تركيب المحول
أ – محولات القدرة Power Transformer .
ب- محولات توزيع Distribution Transformer .
- محوات الربط Coupling transformers
- محولات تنظيم الجهد (Automatic Voltage Regulators (AVR
جـ - محولات أجهزة القياس والوقاية : -
محولات التيار (C.T) ومحولات الجهد ( P.T) ويتم تركيبها داخل لوحات التوزيع .
د – محولات المقومات : ( Rectifier Transformer)
هـ - محولات التأريض : (Earthing Transformer )
و – المحولات الخاصة : -
- محولات أفران الصهر - محولات اللحام بالقوس الكهربى
ز - المحولات ذات قدرات صغيرة :
محولات الأجهزة الكهربية - محولات لعب الأطفال .

مافكرة عمل المحول ؟ وما مكوناته ؟

* تعريف المحول :- هو معده كهربيه تستخدم لرفع أو خفض الجهد الكهربى لمقدار معين من القدره الكهربيه .

نظرية عمل المحول

تعتمد على نظرية الحث المغناطيسى المتبادل بين ملفين متجاورين يربطهم قلب حديدى يمربه الفيض المغناطيسى المتغير

أ ) في حالة اللاحمل

1- عند تسليط جهد المصدر على الملف الابتدائي يتولد بسبب ظاهرة الحث الذاتي من الملف الابتدائي فيض مغناطيسي .
2- الفيض المغناطيسي يمر في اسهل مسار له و هو القلب الحديدي .
3- عند مرور الفيض المغناطيسي في القلب الحديدي يقطع ملفات الملف الثانوي فيتولد فى الملف الثانوي قوة دافعه كهربية تتناسب مع الجهد الابتدائي والنسبة بين عدد لفات الملف الابتدائي وعدد لفات الملف الثانوي ( V2N-L )
4- عند تولد قوة دافعة كهربية في الملف الثانوي تتولد في الملف الثانوي بسب الحث الذاتي فيض مغناطيسي أخر يمر في القلب عكس اتجاه الفيض الناتج عن الملف الابتدائي .
5- الفيض المغناطيسي الناتج عن الملف الثانوي يقطع ملفات الملف الابتدائي فيتولد في الملف الابتدائي قوة دافعة كهربية عكس اتجاه جهد المصدر ومتساوية معه فى القيمة 1 E.
6- نظرا لان جهد المصدر يساوى قيمة القوة الدافع العكسية 1 E لذلك تكون محصلة الجهد المؤثر على الملف الابتدائي = صفر ولا يمر تيار كهربى في المحول .

ب) في حالة التحميل 

- نتيجة وجود معاوقة داخلية لملفات المحول .
- عند توصيل أحمال على الأطراف الثانوية للمحول ينخفض الجهد الثانوي للمحول تبعا لقيمة الحمل وكلما زاد الحمل زاد الانخفاض في الجهد حتى يصل التيار إلى قيمة التيار المقنن فيصل الجهد الثانوي إلي اقل قيمة له ( VN.L) .
- نظرا لانخفاض الجهد الثانوي مع التحميل فان القوة الدافعة العكسية المتولدة على الملف الابتدائي تنخفض معه .
- نظرا لوجود فرق جهد على الملف الابتدائي بين جهد المصدر والقوة الدافعة الكهربية العكسية ( V1-E1 ) فيمر التيار الكهربي
من المصدر إلى الملف الابتدائي

I1=(V1-E1)/Z1

ملاحظات : يصنع القلب الحديدى من شرائح من الصلب السليكونى معزوله عن بعضها بطبقة من الورنيش حتى تزداد

التى تتسبب فى سخونة القلب الحديدى ( eddy currents ) مقاومته لمرور التيارات الإعصاريه

ما هى أجزاء محول القدره المختلفه ؟

مكونات المحول :

1.  قلب حديدى Iron Core  : يتكون من شرائح معزوله من الصلب السليكونى
2.  ملفان  windingsمعزولان عن بعضهما أحدهما يسمى الإبتدائى والآخر الثانوى
3. زيت المحول  Oil 
4. عوازل اختراق   Bushings   
5.  التانك الرئيسي  main tank  : الذى يحوى القلب والملفات ومملوء بالزيت
6. التانك الإحتياطي conservation tank :ويوجد أعلى المحول
7. مغيرالجهد   tap changer
8. Radiators   المشعات
9. cooling fans مراوح التبريد
10. Buchluz Relay متمم بخلز
11.   oil & winding Temperature Indicators مبينات درجة حرارة الزيت والملفات
12. Oil Level Gauges   مبينات مستوى الزيت
13. pressure relief valve   صمام تنفيس الضغط
14. Breather  المتنفس
15. ريلاى زيادة الضغط لمغير الجهد
16. لوحات تشغيل المراوح ومغير الجهد
17. صمامات لأخذ العينات وفلترة الزيت

القلب الحديدي ( iron core)

- وظيفته : 

1)  حمل و تكثيف الفيض المغناطيسي . 

2)  حمل الملفات الابتدائية و الثانوية و الأطراف العازلة . 

- ويصنع القلب الحديدي : من رقائق ذات سمك 0.3mm من مادة الصلب السيليكوني موجه الحبيبات و المدر فل على البارد

 (Cold rolled grain oriented Silicon steel) . 

- و يتميز هذا النوع بالآتي : 

الصلب ← كفاءة عالية لتحويل الطاقة نظراً لارتفاع النفاذية النسبية ( Permeability ) يعطي أقل قدر ممكن من مفقودات 

التيار الإعصارية و الدوامية مما يساعد على رفع كفاءة المحول . 

السيليكونى ← حيث يتم عزل الشرائح بعضها البعض بمادة السيليكون السائل لتقليل أثر التيارات الإعصارية و الدوامية .

المدرفل على البارد ← يتم درفلة شرائح الصلب من السمك الذي تم تصنيعها عليه حوالي ( 5mm ) إلى السمك الذي سوف 

يستخدم في المحول ( 0.3mm) على عدة مراحل في درجة حرارة منخفضة و ذلك حتى يسهل التعامل معها و تقطيعها بشكل 

منتظم لتكوين القلب الحديدي .

موجه الحبيبات ← حيث يتم ترتيب بلورات الصلب في اتجاه الدرفلة على البارد حتى لا تسبب مقاومة لمرور الفيض المغناطيسي .

كثافة الفيض ← تتراوح كثافة الفيض ( Flux density ) داخل الدائرة المغناطيسية بين 1.6 ß 1.8 تسلا ( وبر/ م2 ) ,

 وبر = 10⁸ خط فيض مغناطيسي و يراعى عدم زيادة هذه القيمة إلى الحد الذي يسبب تشبع ( Saturation ) القلب الحديدي و 

يتسبب تشبع القلب الحديدي في خفض كفاءة التشغيل و ظهور توافقيات ( Harmonics ) غير مرغوب فيها .

أنواع القلب الحديدي

النوع القلبي ( Core type )

• هذا النوع هو الأكثر شيوعا حيث أنه الأرخص ويستخدم مع المحلوات ذات القدرات الاقل من 25 ميجا فولت أمبير ولكنة نسبة الفيض المتسرب Leakage Flux تكون أكثر .
• في هذا النوع يكون الصلب محاط بالملفات و فيه يكون الساق ( Limb ) رأسياً و ذو مقطع شبة دائري و يحمل ملفات أسطوانية والجزء العلوي ( الفـك Yoke ) لا يحتوي على ملفات ولكنه يساعد على استكمال الدائرة المغناطيسية بالقلب .

النوع الهيكلي ( Shell Type )  

هذا النوع هو الأكثر تكلفة ويحتاج لمجهود أكبر فى التصنيع ويكون غالبا الأرجل المساعدة التى على الأطراف مساحتها أقل من الأرجل الأساسية وهذا بسبب أن الفيض المغناطيسي ينقسم فى حالة ال shell type إلى دائرتين مغناطيسيتين وباالتى الفيض الذى يمر فى الأرجل الخارجية أقل من الأرجل الداخلية

ملفات المحول Transformer Windings 

هي الدوائر التي تحمل التيار الكهربي في المحول . 

(أ) الملف الابتدائي 

• 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 الجهد والتيار المار به .

(ب) الملف الثانوي :

وهو مثل الملف الابتدائي غير أنه يوصل بالحمل وتختلف عدد لفاته ومساحة مقطعها حسب الجهد على طرفيه والتيار المار به .

 أطراف التوصيل :

تستخدم لتوصيل أطراف الملفات ( الضغط المنخفض والعالي ) من داخل المحول إلى خارج المحول .

وتختلف أطراف التوصيل على الآتي :

• في حالة توصيل المحول بكابلات أرضية تستخدم صندوق نهاية مثبت في جانب المحول وتنفذ إلى داخل الوعاء .
• أما في حالة توصيل المحول مباشرة بالخطوط الهوائية أو قضبان التوزيع تكون أطراف التوصيل على غطاء المحول

أنواع ملفات  المحول

أ - من حيث الشكل :
1)  ملف لولبي ( Flat )
2)  ملف حلزوني ( Foils ) .
3)  ملف قرص مستمر ( أسطواني Cylindrical )
4)  ملف قرص متراكب ( مفرق Disk )
ب – من حيث الاتصال بالمصدر و الحمل : 
1)  ملف ابتدائي و هو المتصل بالمصدر .
2)  ملف ثانوي و هو المتصل بالحمل .
جـ - من حيث الجهد : 
1)  ملف الجهد العالي :
و هو الملف الموجود بالجهة ذات الجهد الأعلى .
2)  ملف الجهد المنخفض :
و هو الملف المتصل بالجهة ذات الجهد الأقل .

مقارنة بين ملفات الجهد المتوسط و المنخفض في محولات التوزيع 

ترتيب الملفات على القلب الحديدي

 القلب - عازل – ملف الجهد المنخفض – عازل –  ملف الجهد العالى .

زيت المحولات transformer oil

وظيفة الزيت فى محولات القدره 

إن الفائدة من استخدام الزيت في محولات القدرة هي:
1) تبريد المحول عن طريق نقل الحرارة من الملفات إلى زعانف التبريد
2) زيادة العزل بين الملفات نفسها وبين الملفات وجسم المحول ( الخزان الرئيسي).
3) يحافظ على الأجزاء التي تتعرض للشرارة داخل المحول لأنه يعمل على إخماد الشرارة.

4) يعمل كمادة كاشفة لنوع الخطأ أو العطل من خلال فحص فقاعات الغاز التي تتجمع في البخلص في حالة حصول إشارة (Trip) أو (alarm) على الـ Buchluz relay

 أنواع الزيوت المستعمله فى المحولات

الزيوت المعدنيه السائله مثل الزيوت البتروليه هى الأوسع إنتشارا ويتم الحصول عليها بواسطة التقطير الجزئى للبترول وله أنواع كثيره تتميز كل منها بخواص معينه من هذه الانواع (shell diala oil ) ومن أمثلتها :

Shell Diala C و B زيوت

Shell Diala BX زيوت

Shell Diala D زيوت 

Shell Diala DX زيوت 

Shell Diala F زيوت

 خواص الزيوت المستعمله فى محولات القوى

من أهم مميزات الزيوت المستعملة:

• قابلية هذا الزيت العالية على العزل والتبريد.
• اللزوجة المنخفضة  Viscosity : ترتبط صفة الزوجة بكفاءة الزيت على التبريد ٬ فكلما كانت اللزوجة قليلة يكون دوران الزيت داخل المحولة سهلا مما يزيد من كفاءة الزيت على التبريد والعكس صحيح أيضا.
• خلو الزيت من الحوامض والقلويات والكبريت ومركباته ٬ لأن النسب العالية لهذا العنصر أو احد مركباته تؤدي إلى تآكل الأجزاء النحاسية للمحول.
• مقاومة إمتزاج عاليه (Emulsion) :للتغلب على تعلق المياه بالزيت ٬ حيث أن الزيت المحتوى على المياه تقل متانته الكهربيه .
• خلوه من الرواسب الطينية.
• الاستقرار السريع للنواتج المتخلفة عن الشرارة.
• انخفاض نقطة الانسكاب (الانصباب) (pour point ) : وهي أقل درجة حرارة محيطه يمكن أن يملأ عندها المحول بالزيت ليعمل بأمان (أقصى قيمه هى 30 درجه مئويه ) .
• ارتفاع نقطة الوميض (flash point) : وهي درجة الحرارة التي يحدث الوميض عندها ٬ عند تقريب لهب أو مصدر قابل للاحتراق.
• الكثافة النسبية هي  0.895 جم/ سم ۳ عند 20 درجة مئوية.
• درجة الاتقاد ودرجة الاحتراق العالية ٬ يجب أن تكون هاتين الدرجتين عالية لان انخفاضهما دون المواصفات القياسية يؤدي إلى خطورة بالغة حيث تتجمع أبخرة فوق سطح الزيت وتعرضها لشرارة كهربائية يؤدي إلى احتراق الزيت ومن ثم عطب المحولة.
• أن تكون نقطة التجمد منخفضه .
• احتوائها على الرطوبة قليل جدا.
• ان تكون ظل زاوية مفقودات العازل منخفضه (Low Loss Tangent) : أقصى قيمه عند ۹۰ م هى (0.005)

* ملخص لخواص زيت تبريد المحولات :-

•  زيت بترولي متجانس و خالي من الشوائب .
• الكثافة 0.86 – 0.89 جم / سم3 .
• الحرارة النوعية 0.43 – 0.58 كيلو كالورى / كجم درجة .
• درجة اللزوجة عند 21°م لا تقل عن 37 سنتي ستوك .
• خالي من الاحماض المعدنية .
• لا تقل المتانة الكهربية عن 30 ك . ف عند اختباره بين كرتين الفاصل بينهما 2.5 مم .
• يلتهب في بوتقة مغلقة عند 160°م.
• معامل التمدد الحجمي 0.069 % لكل 1°م .
• درجة تبخره لا تزيد ( و عند غليانه لمدة 5 ساعات ) عن 1.6% على الأكثر .
• كفاءة الزيت لنقل الحرارة تعادل 21 مرة كفاءة الهواء .

عيوب زيت المحولات 

1) قابل للالتهاب .                      2) بخاره يختلط بالهواء وهذا الخليط قابل للانفجار .

3) شره لامتصاص الرطوبة

كلمات مفتاحية محولات المحولات الكهربية المحول محول القدرة القلب الحديدي iron core Core shell ملفات المحول زيت المحولات