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

 

تأثير تيار البدء للمواتير على حساب تصميم قدرة المحول

للمهندس / علي حسن العشماوي

تأثير تيار البدء للمواتير على حساب قدرة المحول

1 - الحالة الاولى (الحالة الإعتيادية)

وهى مبانى او مشاريع بها احمال مواتير صغيرة الحجم والقدرة و موزعة في المبنى وفى تلك الحالة تأثير تيار البدء لهذه المواتير على تصميم المحول بيكون قليل جدا وبيتم اهماله.

2 - الحالة الثانية: وهي حالة وجود احمال عادية مع وجود احمال مجموعة من المواتير

يمكن من ان تغذى من MCC او ان تكون منفردة (تمثل أكثر من %40 من حجم الاحمال المغذاة من المحول) ففي هذه الحالة يجب حساب تأثير تيار البدء لهذه المواتير على تصميم المحول وسنوضح كيف يتم ذلك ادناه

3 - الحالة الثالثة: وهى حالة وجود موتور واحد كبير الحجم (مثل مضخة حريق مركزية او تشيلر كبير)

يمثل معظم حمل المحول وفى هذه الحالة يجب حساب تأثير تيار البدء لهذا الموتور على تصميم المحول وسنوضح كيف يتم ذلك ادناه.

ولكن كيف نحسب تأثير تيار البدء لموتور او مجموعة من المواتير على تصميم المحول ؟ هذا يتم عن طريق حساب ما يسمى بال Voltage Dip  أو لها مسمى آخر وهو ال Voltage Sag

يتم حساب ال voltage Dip أو ال Voltage Sag للمحول في حالة إستخدام حمل موتور واحد كبير الحجم (الحالة الثالثة) من المعادلة التالية :

Voltage dip = Motor Starting kVA x 100 / (Motor Starting kVA + Short Circuit KVA)

و قيمة ال Voltage dip لا يمكن ان تتعدى ال 10 بالنسبة للمحولات في المباني العادية المتعارف عليها ولكن في بعض المباني ذات الاستخدامات الخاصة يمكن ان يزيد ال Voltage dip كما هو مبين فى الجدول المرفق رقم - 1

وفي الغالب كود الدولة بيحدد قيمة ال Voltage dip المسموح بيها فأذا لم يحددها يمكن ان تستخدم قيم الجدول المرفق رقم - 1

مثال حسابي : على تأثير تيار البدء لموتور واحد كبير الحجم على حساب تصميم قدرة المحول 

مثال حسابي على تأثير تيار البدء لموتور واحد كبير الحجم على حساب تصميم قدرة المحول

The following calculations will determine the extra kVA capacity required for a three phase transformer that is used to feed a single three phase motor that is started with full voltage applied to its terminals, or, "across-the-line."

The following precautions should be followed:

1- When one transformer is used to operate one motor, the running amperes of the motor should not exceed 65% of the transformer’s full load ampere rating.

2- If any motor is started more than once per hour, add 20% to that motor's minimum kVA rating to compensate for heat losses within the transformer.

Example:

A 7,500 kVA, 8.0% IZ, 69-4.16 kV transformer loaded with a single 2,000 hp, 4.16 kV, Code Letter J motor. Check if this transformer size is adequate or not?

Answer:

a) If the motor controller is across-the-line (full-voltage controller):

1- from the following table-1 , Starting kVA of 2,000 hp Motor code letter J= 2,000 kVA x 7.6 = 15,200 kVA

2- Three-Phase Short Circuit Capacity of the 7,500 kVA transformer = transformer KVA X 100 / transformer impedance= 7,500 KVA x 100 /8 = 93,750 kVA

Note: In this case, the 7.5 MVA transformer has a maximum of 93.75 MVA short circuit capability.

3- The voltage drop on motor inrush will be:

% Voltage dip = (Motor Starting kVA) x 100 /(Motor Starting kVA + Short Circuit kVA)

%VD at transformer Terminals = 15,200 x 100/(15,200 + 93,750) = 13.95% from the secondary voltage 4.16 KV

So, VD at transformer Terminals = 13.95% x 4.16 KV = 580 V

transformer Terminal Volts During Motor Start-Up = 4160 – 580 = 3,580 V

Result:

The transformer output voltage will drop more than 10%, so this 7.5 MVA transformer is small for a 2,000 hp motor!

The next higher standard size transformer at 10,000 kVA 8.0% impedance would have a short circuit output capability of 125,000 kVA which will give %VD at transformer Terminals 10.84% . so, 12.5 MVA transformer could be the choice which will have a short circuit output capability of 156,250 kVA which will give %VD at transformer Terminals 8.865%.

لكن ما العمل اذا تعدت قيمة ال Voltage dip ال 10 او قيم الجدول المرفق رقم 1 حسب نوع المبنى؟

في هذا الحالة بيكون المحول الذي قمت بإختياره  صغير القدرة ويلزم عمل Oversizing بمحول بقدرة اعلى ونعيد الحسابات الى ان نقل قيمة ال Voltage dip عن قيمة ال 10% او قيم الجدول المرفق رقم - 1- حسب نوع المبنى.

وطبعا حين نقوم بعمل Oversizing بمحول بقدرة اعلى هذا معناه انى قمت بتكبير قيمة ال Short Circuit KVA والتي بدورها ستقلل  قيمة ال Voltage dip

تأثير تيار البدء لمجموعة مواتيرعلى حساب تصميم قدرة المحول 

ولكن في حالة وجود مجموعة من المواتير كما شرحنا في الحالة الثانية فيتم حساب ال Voltage dip كما يلى:

الخطوة الأولى : نأخذ اكبر موتور فيهم و نحسب قدرة المحول المناسب له والذي يحقق قيمة ال Voltage dip لتكون اقل من ال 10 او اقل من قيم الجدول المرفق رقم 1 حسب نوع المبنى.

الخطوة الثانية : نحسب اقل قدرة مناسبة لمحول يستطيع تغذية مجموعة المواتير من القانون التالي:

KVA transformer min = kVA ratings for all motors except largest + transformer KVA 

as necessary to accommodate the inrush current of the largest motor as explained in step#1

وفي هذه الحالة هناك ملاحظتين يجب أخذهما في الإعتبار :

1. اذا كانت جميع المواتير تعمل في نفس الوقت فيجب ان يكون الحمل الكلى للمواتير اقل من 65% من قدرة المحول
2. اذا كان اى موتور من مجموعة المواتير بيبدء أكثر من مرة فى الساعة يجب اضافة %20 الى قدرة المحول المحسوبة من القانون في الخطوة الثانية اعلاه وذلك لتعويض الفقد في الحرارة الناتج من مرور تيارات البدء بالمحول بصورة متكررة.

المصادر:

1- موقع electrical-knowhow.com