محاضرة المحولات الكهربائية

محاضرة المحولات الكهربائية

مقدمة

طرح مايكل فاراداي مبدأ الحث الكهرومغناطيسي في عام 1831.الذى ينص على أن الجهد الكهربى المستنتج عند أطراف ملف كهربي يقطع مجالا مغناطيسيا متغيرا.  وقيمة الجهد المستحث يتناسب طرديا مع معدل تغيير المجال الذى يقطعه هذا الملف. هذه الظاهرة التى وصل اليها مايكل فاراداي تشكل الأساس للعديد من الأجهزة الكهرومغناطيسية. وكان أول استخدام لهذه الظاهرة في تطوير الملفات الحثية أو التأثيرية، وهذه الملفات الحثية استخدمت لتوليد نبضات الجهد العالي لإشعال عبوات ناسفة في المناجم.وخلال النصف الثاني من القرن 19 تم اختراع المحركات والمولدات والمحولات. وأصبح دور المحولات واضحا.

ويتكون المحول مما يلى:-

أولا: القلب الحديدى

يصنع القلب الحديدي من رقائق الصلب السيليكوني المسحوب على البارد وذلك لأنها تقلل التيارات الدوامية التي تسبب ارتفاع شديد فى حرارة  أثناء التشغيل وهذه الرقائق تكون عادة بسمك  0.35 مم  أو0.3  مم أو 0.27 مم أو 0.23 مم ويتم عزل رقائق الصلب السيليكونى الجهتين بمادة الكارليت التي تتحمل الحرارة وتقاوم الخدش والتأثر بزيت المحولات.

ويتم تقطيع القلب الحديدي إلى أربعة أجزاء تقطيعا في الأتجاة الطولي وذلك لأن البلورات تكون مرتبة في هذا الاتجاه وبذلك يكون المقاومة أقل ما يمكن بالنسبة لمسار الفيض المغناطيسي.

ثانيا: الملفات

  

أ -ملفات الضغط المنخفض

تصنع ملفات الضغط المنخفض من شرائح النحاس والتي تعزل كل منها بواسطة ورق سيليلوزي كما توجد قنوات رأسية لتبريد الملف. وتلف في صورة طبقات وتوضع بين كل طبقة ورق سيليلوزي لعزل هذه الطبقات عن بعضها، ويكون عدد لفات الملف هذا منخفض.

ب -ملفات الضغط العالي

تصنع ملفات الضغط العالي من أسلاك نحاسية ذات مقطع مستدير معزولة بالورنيش وتلف في صورة طبقات وتوضع بين كل طبقة ورق سيليلوزي لعزل هذه الطبقات عن بعضهم كما يوجد قنوات رأسية بين هذه الطبقات لتبريد الملف.

ويتم اختيار السلك بالنسبة للملف الابتدائي أو الثانوي طبقا لقيمة التيار بحيث لا تتعدى قيمة كثافة التيار 4 أمبير / مم2.

                                              التيار

                   كثافة التيار=----------------------

                                     مساحة مقطع السلك

ثالثا :التنك

يصنع التنك من ألواح الصاج المعرج بحيث يكون جسم التنك هو السطح المبرد للمحول ويوجد في الاتجاه الطولي من قاعدة التنك صمام لتصريف الزيت ومنه يمكن أخذ عينة الزيت ويلحم في قاعدة التنك كمر لتثبيت العجل ويمكن تثبيت العجل في الكمر في أي اتجاه  لوضع المحول عليه بطريقة بسيطة. كما يوجد مسمار لتوصيل الأرضي على  سطح غطاء التنك وعلى جانب قاعدة التنك من جهة الضغط العالي وكذلك يركب جراب ترمومتر على سطح غطاء التنك بالنسبة لعوازل الضغط المنخفض ومنه يمكن قياس درجة الحرارة لزيت المحول.

رابعا : خزان الزيت

          يصنع خزان الزيت من الصاج ويركب على غطاء التنك لضمان ملئ التنك دائما بالزيت وكذلك لتصريف الهواء الموجود بالمحول. ويركب خزان تمدد الزيت في اتجاه طولى من المحول ناحية الضغط المنخفض في القدرات  50 ،100 ،160 ك ف أ. كما يركب على يمين الضغط العالي في القدرات من 200 حتى 2000 ك ف أ. كما يوجد بخزان الزيت ستة فتحات ( فتحة لملئ الزيت – فتحتين لمبين مستوي الزيت – فتحتين لتوصيل جهاز السيليكاجيل – فتحة لتوصيل ماسورة لتنك المحول  ويمكن تركيب جهاز حماية )البوخهلز ) للمحول بين خزان الزيت والتنك عن طريق ماسورة توصيل.

 خامسا : جهاز البوخهلز 

وهو جهاز لحماية المحول يعمل على ارتفاع الضغط فى التنك والذى قد يكون نتيجة حدوث قصر بين اللفات بالمحول أدى الى احتراق الزيت وتصاعد غاز يعمل على زيادة الضغط. ويركب هذا الجهاز حسب الطلب.

  

سادسا : العوازل الصيني

هي عوازل مصنوعة من البورسلين الصيني بمواصفات خاصة من حيث الشكل والطول ودرجة العزل طبقا لجهد التشغيل للمحول فكلما زاد جهد زاد طول العازل المطلوب لإتمام عملية التوصيل، ونلاحظ جوانب العوازل مائلة لأسفل وذلك لسهولة إنزلاق ماء المطر والأتربة وما  إلى ذلك من  المواد العالقة، بالاضافة الى زيادة مسار التسرب للحد من ظاهرة الـ(flash-over) . كما يختلف طول العازل للمحول تبعا للمكان المركب به حيث يكون العازل طويل اذا تم تركيب المحول بالخارج (ويسمى محول خارجى out-door) ويكون قصير فى حالة تركيبه بغرفة أو كشك (ويسمى محول داخلى in-door).

سابعا: أطراف التوصيل

توصل أطراف الضغط العالي والمنخفض إلى عوازل من الصيني مناسبة لجهد وتيار التشغيل وتثبت هذه العوازل على غطاء التنك بطريقة تسمح بتغييرها بدون فتح الغطاء. ويمكن تزويد المحولات بصناديق نهايةكابلات من جهتي الضغط العالي والضغط المنخفض أو إحداهما فقط حسب الطلب.

ثامنا : مغير الجهد

يركب على غطاء المحول وهو ذات خمس  أو سبع مراحل تسمح بتغيير الجهد في حـدود معينة ويعمل يدويا من  خارج المحول بعد عزل المحول عن الكهرباء تماما، ويعمل المغير فقط عند اللاحمل.

مرحلة التجميع الابتدائي

حيث يتم فيها وضع الملفات على القلب الحديدي ويتم تقفيل القلب الحديدي بوضع شرائح الحديد السيليكونى بنفس النظام الذي وضعت به باقي أجزاء القلب الحديدي.

طريقة تثبيت الشرائح

تثبت الشرائح من الخارج باستخدام ثقوب في العوارض الخشبية ويتم وضع الملفات بحيث ترتكز على العوارض الخشبية ولا ترتكز على الشرائح وذلك يجعل العوارض على ارتفاع أعلى من ارتفاع شرائح اليوك. ثم توضع العارضة العلوية ويتم الترابط عن طريق مسامير عرضية مغطاة بمواسير فينو بلاست وكذلك مسامير طويلة.

ويراعى تربيط المسامير العرضية جيدا وذلك لان المجال المغناطيسي والكهربي ينتج عنهما قوتين رأسية وأفقية حيث تكون القوة الأفقية أكبر بكثير من القوة الرأسية. ويراعى وضع خوابير خشبية بين كل من الملف والقلب الحديدي وهذه الخوابير فائدتها تثبيت القلب مع الملفات أثناء اهتزاز المحول عند التشغيل.

 فرن التجفيف

بعد إتمام عملية التجميع الابتدائي يوضع المحول في فرن خاص للتجفيف تبلغ درجة حرارته  (100 ) درجة مئوية للتخلص من الرطوبة وآلتي تقلل من جودة المحول وكفائتة وبذلك تنتهي مرحلة التجميع الابتدائي.

مرحلة التجميع النهائي 

تبدأ عملية التجميع النهائي بوضع واجهة التنك وآلتي تحمل الفتحات وآلتي يتم عن طريقها توصيل الدخل والخرج للمحول ( الدخل على ملفات الضغط العالي والخرج على ملفات الضغط المنخفض ) ثم يتم أخذ النهايات الثلاث لملفات الضغط المنخفض وتصل بنقطة واحدة معا وتعتبر هي المحايد. أما أطراف البدايات فيتم توصيلها كأطراف خرج للمحول وبذلك عند أخذ الثلاث أطراف معا نحصل على فولت قدرة 380 فولت وهو الذي يستخدم للقوي وعند أخذ إحدى هذه الأطراف مع الطرف المحايد نحصل على فولت قدرة 220 فولت وهو المستخدم للإنارة. أما بالنسبة لملفات الضغط العالي فتوصل إما ( دلتا أو نجمة ) حسب طلب العميل ثم يتم بعد ذلك توصيل مغير الجهد مع ملفات الضغط العالي وبعد ذلك يتم توصيل كاسر الشرارة على عوازل الضغط العالي.

محاضرة المحولات الكهربائية

محاضرة المحولات الكهربائية

صيانة وفحص المحولات الكهربية

من  خلال متابعة أعمال الصيانة الخاصة بالمحولات وجد انه لابد من عمل الفحوصات والاختبارات  بالدقة المطلوبة وعند تجميع المحول وقبل تشغيله يجب ملاحظة الأمور الآتية:

1.     صوت المحول

2.     مستوى الزيت ولونه وخلوة من الشوائب

3.     -سلامة العوازل الخارجية والتأكد من استمرارية الارضى

4.     التأكد من ربط المصهرات وصحة وجودة عمل أجهزة الوقاية

5.     صحة ربط مخارج الملفات وتوزيعها السليم على الاوجة الثلاثة وعمل مفتاح تحويل الضغط للرفع او الخفض

6.     تسجيل درجة الحرارة المحول عند التشغيل وكذا بعد مرور 10 دقائق من التشغيل للتأكد من صحة عمله

7.     فحص الزيت للتأكد من قوة عزله كهربيا ومكوناته الكيماوية وملاحظة مستوى الزيت ولونه .

أولا: الصيانة الدورية للمحولات

هناك نوعان من الصيانة الدورية للمحولات

الأول لا يحتاج إلى إخراج المحول من خزانه الرئيسي وفترة الصيانة مرة واحدة في السنة تقريبا . والنوع الثاني الذي تتطلب الصيانة فيه الى إخراج المحول من الخزان ويتم ذلك مرة واحدة كل 10 سنوات على وجه التقريب

وتتلخص أعمال الصيانة التي تجرى مرة واحدة في السنة على تنظيف وملاحظة الأجزاء الخارجية التالية للمحول وهي :

1-    خلو عوازل مخارج التيار من أضرار الكسر أو التشقق أو التصدع وازالة الأتربة والأوساخ المتراكمة واستبدال غير الصالح منها .

2-    تنظيف وضبط ملامسات مصهرات الضغط العالي واستبدال المعطوب منها .

3-    انعدام رشح الزيت من مناطق اللحام والتأكد من الإحكام الجيد لها.

4-    ملاحظة عدم ارتفاع درجة حرارة الزيت عن المعدلات المسموح بها .

5-    التأكد من سلامة عمل مراوح التهوية ونظافة أنابيب التبريد والمشعاع (الريدياتير).

6-    يجب أن تكون التهوية جيدة في المحولات العاملة داخل غرف مسقوفة .

7-    يجب تسجيل الحمل بواسطة أجهزة القياس التابعة للمحول

8-    التأكد من سلامة عمل أجهزة الحماية وإشارات التحذير وكذا الإنارة الخارجية

9-     يجب التأكد من مطابقة مكونات المحول وأداءه للمواصفات والخصائص المذكورة في كتيب الشركة المصنعة .

أما الصيانة التي تجرى مرة واحدة كل 10 سنوات فتشمل العمال التالية :

1-    إخراج جسم المحول (القلب الحديدي) من خزانه الرئيسي وإجراء الفحوصات الكهربية علي ملفات المحول للتأكد من مقدار المقاومة وقوة العزل وعدم تواجد حالات قطع كاملة أو ناقصة .

2-    عند إخراج الملفات مت القلب الحديدي يتطلب فك الصفائح الحديدية السليكونية وتنظيفها والتأكد من سلامة عزلها ومن ثم تجميعها وربطها بإحكام .

3-    إعادة ربط التأريض بإحكام والتأكد استمرارية وتنظيف الدعامة الأمامية للمحول وربطها بإحكام .

4-    تجفيف الملفات وتستبدل عوازلها التالفة وتنظف من رواسب الزيت ويعاد تركيبها

5-     فك مفتاح تحويل الضغط وتنظيف ملامساته

6-    تنظيف نهايات الملفات واستبدال عوازلها التالفة والتأكد من متانة لحاماتها .

7-    تنظيف الخزان الرئيسي من رواسب الزيت وإعادة صب جدرانه الخارجية والداخلية بورق التنظيف الخاص والتأكد من عدم تواجد لحامات رديئة والتأكد من عمل عجلات الخزان واستبدال العزل المطاطي على حافة فوهته العلوية

8-    تنظيف الغطاء العلوي والخزان المساعد من الزيت والشوائب والتأكد من سلامة مبين درجة الحرارة ومستوى الزيت .

9-    فحص أجهزة الوقاية وملاحظة مدى انتظام عملها واستبدال الأجزاء التالفة منها

ثانيا الفحص الخارجي للمحولات

وفيه يتم الفحص على الأجزاء الظاهرية للمحول وفق نظام معين وبعناية ودقة عالية وتشمل فحص الأجزاء الآتية:

1-    الخزان الرئيسي : يقوم الفاحص بملاحظة وتسجيل حالة آداة الربط من الصواميل وسلامة سطح الخزان من الانبعاج تحت تأثير قوى خارجية وكذا سطح وأنابيب الإشعاع . أما اذا كان الخزان قد جري استبداله تحت ظروف معينة في هذه الحالة يجب التأكد من القياسات والأبعاد من ارتفاع وعرض وسمك الخزان وكذا عدد مواسير التبريد من أعدادها وترتيبها وأقطارها ، تعطى اهمية متزايدة للتأكد من عدم تواجد شقوق او ثقوب حتى وان كانت ضئيلة وبسيطة يحتمل رشح الزيت منها إلى جانب طلاء الخزان وتناسقه كوحدة كاملة.

2-    المشعاع : عند استبدال التالف منها بآخر جديد يجب أن يركز الإهتمام بعرفة عدد الأنابيب وقطرها والمسافة بين بعضها البعض ، خلو الرشح من مواضع الربط وكذا مواضع اللحام وسلامة عمل الصنابير .

3-    الخزان المساعد : يقوم الفاحص بملاحظة موقع الخزان المساعد والمسافة بينه وبين الأجزاء الحاملة للتيار ، خلو الخزان من الضرر الميكانيكي الخارجي ، عدم رشح الزيت في مواضع الربط واللحام وكذا ملاحظة سلامة مبين الزيت والصنابير والشكل العام للخزان

4-     ماسورة الحماية الغازية: ملاحظة أبعادها وزاوية ميلها وغطائها الزجاجي وكذا عدم رشح الزيت من مواضع الربط عند قاعدتها، وملاحظة جودة أدوات الربط.

5-    غطاء المحول:  ويشمل على ملاحظة الغطاء نفسه والتأكد من خلوه من الانبعاج أو أي ضرر ميكانيكي آخر وكذلك مناطق اللحام واحتمالات رشح الربط الى جانب فحص أجزاء المحول الأخرى القائمة على غطاء المحول مثل مخارج التيار للضغطين الابتدائي والثانوي خاصة سلامة العزل  من التشقق أو الخدش أو التصدع وربطه وإحكامه .

6-    ربط أطراف المخارج:التأكد من نوعية العزل المستخدم للضغط الإبتدائي وكذا للضغط الثانوي وعددها وخلو الأطراف من آثار الانصهار (القوس الكهربي ) أو القطع أو الحرارة العالية غير العادية وكذا وضع اللحام ونظافة العزل.

7-    مفتاح التحويل للضغط : تفحص ميكانيكية عمل المفتاح وسهولة تمييز أوضاعة الثلاثة

8-    نظام التبريد : إذا كان نظام التبريد يعتمد على الهواء المضغوط فتفحص محركات المراوح ويتم التأكد من سلامة عملها في ظروف الأحمال .

9-    أجهزة الحماية ومعداتها : ونعنى بالمتمم الغازي (بوقلز) والمصهرات والمنبه الصوتي( الإنذار) الحراري ، فيجري التأكد من سلامتها وصحة عملها في الظروف المطلوبة حيث يتم فحص كل جهاز أو معدة على حدة وكذا التأكد من سلامة عمله.

10-                       مفاتيح التشغيل : هل تشغل يدويا أو بواسطة محركات كهربية ، فعندما تفحص جيدا ويتأكد من سلامة عملها بحرية تامة وخلوها من الأضرار الميكانيكية الخارجية، تدون هذه الملاحظات في سجل الفحص الخارجي الدوري للمحول ويسجل تاريخ إجراء تلك الفحوصات وتاريخ ابتداء الفحص القادم مسبقا.

 ثالثا: خصائص الزيت الجيد للمحولات

تتوقف جودة زيت المحولات على الأمور الآتية:

1)    جهد انهيار العزل للزيت: يحدد هذا الجهد الخواص الكهربية للزيت كمادة عازلة ،اذ أن هذا الضغط الى حدود معينة  يدل على ارتفاع نسبة الرطوبة والأحماض بالزيت فالضغط يجب ألا يقل عن 35 ك .فولت للزيت الجديد الذي لم يستعمل بعد للمحولات ذات الجهد من  10 الى 35 ك.ف ، ويجب الأ يقل عن 40 ك.ف للمحولات جهد 220 ك.ف ، و50 ك.ف للمحولات جهد 500 ك.ف .

2)    درجة حرارة اشتعال الأبخرة والغازات :  درجات حرارة اشتعال الأبخرة والغازات الناتجة من الزيت حيث أن انخفاض هذه الدرجات يشير الى تحلل الزيت واحتمال اشتعاله، لذا يجب أن لا تقل حرارة اشتعال الأبخرة عن 135 درجة مئوية.

3)    لزوجة الزيت : إن زيادة هذه اللزوجة تعوق دورة التبريد وتحد من سرعته، لذا يجب ألا تتعدى درجة اللزوجة 4.2 وذلك عند 20 درجة مئوية ، ولا تتعدى درجة اللزوجة 1.8  وذلك عند 50 درجة مئوية.

4)    حمضية الزيت :  ينتج عن هذه الأحماض تلف العوازل للملفات ، وأكسدة وتآكل القضبان والصفائح الحديدية . ويجب ألا يتعدى الرقم الحمضي للزيت عن 0.05 ملليجرام [ مقدار المليجرام من ايدروكسيد البوتاسيوم التي تعادل حمضية واحد كيلوجرام من الزيت ].

5)    الشوائب الميكانيكية المختلفة :الشوائب الميكانيكية كثيرة ومختلفة ، الناتجة عن اتساخ الملفات ، ومجاري الزيت من جسيمات الكربون والشوائب الأخرى.

رابعا : مواعيد فحص الزيت ومواصفاته

تختلف مواعيد فحص الزيت من فترة لأخرى تبعا لاختلاف جهد المحولات بالطرق التالية :

1-    يجرى فحص الزيت مرة واحدة كل ثلاث سنوات للمحولات والمعدات ذات الجهد 11 ك.ف .

2-    بالنسبة للمحولات التي جهدها 35 ك.ف تختبر قوة العزل مرة واحدة في السنة ، ويجرى التحليل الكامل مرة كل ثلاث سنوات .

3-    يجرى تحليل الزيت للمعدات  مرة كل سنة لجهد اكبر من 35 ك.ف .

4-    يجرى تحليل الزيت مرة كل سنة بالنسبة لمخارج حاملة التيار المملوءة بالزيت .

5-    يجرى تحليل الزيت عقب كل عمرة للمحولات والمعدات الأخرى.

أما الحدود التالية للجهد الكهربائي الذي يجب أن يتحمله الزيت قبل انهياره فتعتبر حدود صغرى يجب المحافظة عليها،بحيث بدونها يعتبر الزيت غير صالح للاستخدام :

1-    يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 20 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 11 ك.ف .

2-    يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 25 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 35 ك.ف .

3-    يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 35 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 220 ك.ف .

4-    يجب ألا يقل جهد الانهيار عن 45 ك.ف للمحولات ذات الجهد حتى 500 ك.ف .

خامسا : طريقة إجراء الفحص الكهربائي للزيت

اختبار عزل الزيت يتم وفق الخطوات التالية :

1-    الفحص يجرى بين كرتين ذات قطب مختلف على كل كرة قطر الكرة المعدنية 25 مم والمسافة بين الكرتين  2.5 مم .

2-    قنينة الزيت تمزج جيداّ بطريقة الرج دون توليد فقاعات هوائية .

3-    وعاء الفحص ينظف بزيت المحولات مرتين أو ثلاث مرات .

4-    يسكب الزيت في وعاء الفحص حتى يصل الى مستوى 20 مم من فوهته العليا  ، ويجب أن يجري السكب بالشكل الذي يمنع تكون  فقاعات هوائية . ثم يترك الوعاء على جهاز الفحص لمدة 10-15 دقيقة كي تتلاشى احتمالات وجود فقاعات هوائية .

5-    بعد سكون حركة الزيت في الوعاء الفاحص ، يفتح على الكرتين الجهد الكهربي تدريجيا بمعدل 2-5 ك.ف/ثانية ، مع ملاحظة جهاز الفولتميتر ويستمر الرفع حتى انهيار عزل الزيت، وعندها تفصل الدائرة الكهربية تلقائياّ ، ويسجل جهد انهيار العزل ، تعاد عملية الفحص من 2- 5 مرات بين فترات زمنية ما بين 5 الى 10 دقائق بين فحص وآخر والضغط المتوسط هو الذي يعمل به .

6-    لتأكيد أهمية الفحص يمنع منعا باتا لمس الزيت قبل الفحص أو لمس الكرتين بالأصابع ، ويمنع تنظيف وعاء الفحص بقطعة قماش لمنع احتمالات سقوط شعيرات القماش وتلاصقها بجدران الوعاء .