هيكل المحولات ثلاثية الطور

في الشبكة الواسعة والمعقدة التي توفر الكهرباء لمنازلنا وشركاتنا وصناعاتنا، يقف محول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور كبطل مجهول. هذه القطعة الهندسية الضخمة ليست مجرد صندوق على عمود كهرباء أو وسادة في محطة فرعية؛ إنه جهاز مصمم ومُصمم بدقة وهو أمر بالغ الأهمية لاستقرار وكفاءة الشبكة الكهربائية بأكملها. ولتقدير دورها حقًا، يجب على المرء أن ينظر إلى ما هو أبعد من شكله الخارجي الفولاذي المهيب ويفهم الهيكل المعقد بداخله. توفر هذه المقالة استكشافًا شاملاً لتشريح محول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور، مع تحليل كل مكون وشرح وظيفته الحيوية في سيمفونية نقل الطاقة وتوزيعها.

ما هو محول ثلاثي الطور؟

في جوهرها، أ المحول ثلاثي الطور هو جهاز كهربائي ثابت مصمم لنقل الطاقة الكهربائية بين ثلاث دوائر أو أكثر من التيار المتردد (AC). إنه يعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي إما لزيادة الجهد من أجل نقل فعال لمسافات طويلة أو خفضه من أجل الاستخدام الآمن والعملي في الوجهة. على الرغم من وجود أنواع مختلفة، فإن محولات الطاقة المغمورة بالزيت ثلاثية الطور هي الخيار السائد لتطبيقات الجهد المتوسط ​​والعالي، خاصة في محطات الخدمات الفرعية والمرافق الصناعية الكبيرة. ويرجع انتشارها إلى مجموعة من قدرات التبريد الفائقة، وقوة العزل الكهربائية الممتازة، والبنية القوية، مما يجعلها قوة عمل موثوقة قادرة على التعامل مع أحمال الطاقة الهائلة لعقود من الزمن. إن التصميم الأساسي لأي محول طاقة مغمور بالزيت ثلاثي الطور هو شهادة على الدمج بين الهندسة الكهربائية والميكانيكية، بهدف تحقيق أقصى قدر من الأداء والسلامة وطول العمر.

هيكل المحولات ثلاثية الطور

يمكن تفكيك هيكل محول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور إلى أربعة أنظمة أساسية: القلب المغناطيسي، واللفات، والغلاف الواقي، ومجموعة من الأجزاء المساعدة. يعد كل نظام من هذه الأنظمة ضروريًا لتشغيل المحول، وتحدد جودة تصميمها وتصنيعها بشكل مباشر الكفاءة الإجمالية للوحدة وموثوقيتها وعمرها.

2.1. جوهر المحول

النواة هي قلب الدائرة المغناطيسية للمحول. وتتمثل وظيفتها الأساسية في توفير مسار منخفض التردد للتدفق المغناطيسي الناتج عن اللفات. تعد كفاءة هذا المسار أمرًا بالغ الأهمية، حيث أن أي عدم كفاءة هنا يؤدي مباشرة إلى فقدان الطاقة. يتم إنشاء قلب محول الطاقة الحديث المغمور بالزيت ثلاثي الطور من آلاف الصفائح الرقيقة والمصفحة من الفولاذ الكهربائي عالي السيليكون والموجه نحو الحبوب.

• المواد والتصفيح: استخدام الفولاذ السيليكوني يزيد بشكل كبير من المقاومة الكهربائية للمادة الأساسية، وبالتالي يقلل من خسائر التيار الدوامي. إن عملية التصفيح ـ وهي تكديس صفائح رقيقة معزولة عن بعضها البعض ـ تؤدي إلى مزيد من تعطيل مسارات هذه التيارات الدوامة، والتي تعد مكونًا رئيسيًا لفقدان عدم التحميل للمحول. يضمن اتجاه الحبوب للفولاذ أن التدفق المغناطيسي يمكن أن ينتقل بسهولة أكبر على طول الحبوب، مما يقلل من فقدان التباطؤ، وهو جزء رئيسي آخر من فقدان عدم التحميل.

• الأنواع الأساسية: هناك تكوينان أساسيان للنواة في محول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور:

• النوع الأساسي: هذا هو التصميم الأكثر شيوعًا لمحولات الطاقة الكبيرة. وهو يتألف من ثلاثة أطراف رأسية، مع ملفات الجهد المنخفض (LV) والجهد العالي (HV) لكل مرحلة موضوعة بشكل مركزي حول طرف واحد. يوفر هذا التصميم تبريدًا فائقًا، حيث يتعرض المزيد من سطح اللف للزيت العازل المنتشر، كما أنه يبسط عملية التصنيع والتجميع.

• نوع الصدفة: في هذا التصميم، تكون اللفات محاطة بالقلب. تحيط الدائرة المغناطيسية باللفات من جميع الجوانب، مما يشبه الصدفة. في حين أن هذا يوفر حماية ميكانيكية أفضل ومسار تدفق مغناطيسي أقصر، إلا أنه أكثر تعقيدًا في البناء ويمثل تحديات أكبر لتبريد اللفات بشكل فعال.

بالنسبة لمحولات الطاقة المغمورة بالزيت ثلاثية الطور النموذجية، يُفضل النوع الأساسي دائمًا نظرًا لتوازن الأداء وقابلية التصنيع وإمكانية الخدمة.

2.2. لف المحولات ثلاثية الطور

إذا كان القلب هو القلب، فإن اللفات هي رئتي المحول، وتشكل دائرته الكهربائية. هذه الملفات من الأسلاك الموصلة هي المكان الذي يحدث فيه تحول الطاقة بالفعل. وهي ملفوفة ومعزولة بدقة لتتحمل الضغوط الكهربائية والحرارية الهائلة التي قد تواجهها أثناء التشغيل.

• الموصلات: عادة ما تكون اللفات مصنوعة من النحاس أو الألومنيوم عالي الموصلية. يوفر النحاس موصلية كهربائية فائقة لمقطع عرضي معين، مما يؤدي إلى انخفاض فقدان الحمل (فقدان I⊃2;R). الألومنيوم أخف وزنًا وأقل تكلفة، ولكنه يتطلب مقطعًا عرضيًا أكبر لتحمل نفس التيار، مما قد يؤثر على الحجم الإجمالي لمحول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور.

• العزل: يعد العزل بين لفات الملف، وبين الطبقات، وبين اللفات ذات الجهد العالي والجهد المنخفض أمرًا بالغ الأهمية. يمنع الدوائر القصيرة ويضمن التشغيل الآمن للوحدة. وتشمل المواد العازلة المينا والورق ولوح الضغط، وجميعها مشربة بالزيت العازل. يملأ الزيت جميع الفراغات، مما يزيد بشكل كبير من قوة العزل الكهربائي لنظام العزل.

• التكوين: الطريقة التي يتم بها توصيل المجموعات الثلاث من اللفات على كلا الجانبين الأولي والثانوي تحدد مجموعة ناقلات المحولات وسلوكها في نظام الطاقة. نوعان الاتصال الأساسيان هما اتصال واي (نجمة) واتصال دلتا. يؤثر اختيار التكوين على مستويات الجهد، وإزاحة الطور، والتعامل مع التوافقيات، مما يجعله معلمة تصميم حاسمة لأي محول طاقة مغمور بالزيت ثلاثي الطور.

2.3. غلاف المحولات

غلاف المحول، أو الخزان الرئيسي، هو الغلاف الفولاذي الذي يحتوي على مجموعة اللب والملف ويحميهما. إنه مكون حاسم يخدم وظائف متعددة. يمتلئ الخزان بالزيت العازل الذي يغمر الأجزاء النشطة. لذلك، يجب أن يكون الغلاف قويًا ومقاومًا للتسرب ومصممًا لتحمل الضغط الداخلي والضغوط البيئية. يعد أداء الختم للخزان أمرًا بالغ الأهمية لمنع تسرب الزيت ودخول الرطوبة، وكلاهما يمكن أن يؤدي إلى تدهور عزل المحول بشكل كارثي. يعد الخزان الرئيسي أيضًا جزءًا لا يتجزأ من نظام التبريد. يتم تزويده عادةً بمشعات أو زعانف خارجية تزيد من مساحة السطح، مما يسمح بتبديد الحرارة الناتجة عن القلب والملفات (من فقدان الحمل وفقدان عدم التحميل) في الهواء المحيط. غالبًا ما يتم تصنيف طريقة التبريد وفقًا لمعايير مثل ONAN (Oil Natural Air Natural)، حيث يدور الزيت والهواء عن طريق الحمل الحراري وحده، أو ONAF (Oil Natural Air Forced)، حيث يتم استخدام المراوح لدفع الهواء فوق المشعات لتعزيز التبريد في محول طاقة كبير مغمور بالزيت ثلاثي الطور.

2.4. الأجزاء المساعدة للمحول ثلاثي الطور

تم تجهيز محول الطاقة الحديث المغمور بالزيت ثلاثي الطور بمجموعة من الأجهزة المساعدة التي تراقب تشغيله وتحميه وتدعمه. هذه الأجزاء ضرورية للسلامة والتحكم والصيانة. وظيفة

الجزء المساعد	وأهميته
خزان الحفظ	خزان التوسع يوضع فوق الخزان الرئيسي. فهو يسمح للزيت العازل بالتمدد والتقلص مع تغيرات درجة الحرارة، مما يمنع تراكم الضغط في الخزان الرئيسي.
استراحة	جهاز يحتوي على هلام السيليكا، متصل بالحافظ. فهو يجفف الهواء الذي يتم سحبه إلى الخزان أثناء تبريد الزيت، مما يمنع الرطوبة من تلويث الزيت.
تتابع بوخهولز	مرحل وقائي يعمل بالغاز مثبت في الأنبوب بين الخزان الرئيسي والحافظة. يكتشف الأعطال الداخلية البسيطة (عن طريق استشعار تراكم الغاز البطيء) والأخطاء الكبيرة (عن طريق استشعار زيادة في الزيت)، مما يؤدي إلى إطلاق إنذار أو تعثر المحول.
اضغط على المغير	آلية لضبط نسبة دورات المحول، مما يسمح بضبط جهد الخرج لتعويض تغيرات الحمل. يمكن أن يكون خارج التحميل (إلغاء تنشيطه) أو عند التحميل (يعمل أثناء تنشيط المحول).
أجهزة قياس درجة الحرارة ومستوى الزيت	توفير مراقبة مرئية وعن بعد في الوقت الحقيقي لارتفاع درجة حرارة الملف ومستوى الزيت، والتي تعد من المعلمات التشغيلية المهمة.
معدات التبريد	يتضمن مشعات ومراوح ومضخات لـ ONAF أو أنظمة تبريد أكثر قوة (مثل OFAF - Oil Forced Air Forced) المطلوبة للوحدات الأكبر حجمًا لإدارة ارتفاع درجة الحرارة بشكل فعال.

مبدأ تشغيل المحولات ثلاثية الطور

عملية أ محول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور هو نتيجة مباشرة لهيكله. ويخضع لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. عندما يتم تطبيق جهد تيار متردد ثلاثي الطور على الملفات الأولية، فإنه يخلق تدفقًا مغناطيسيًا متغيرًا بمرور الوقت في الدائرة المغناطيسية (القلب). يرتبط هذا التدفق المتناوب بالملفات الثانوية، مما يؤدي إلى إحداث جهد كهربائي فيها. تحدد نسبة اللفات بين اللفات الأولية والثانوية نسبة زيادة أو خفض الجهد.

الهيكل يملي الأداء. تحدد جودة الفولاذ الأساسي فقدان عدم التحميل. يحدد المقطع العرضي والمواد الخاصة بالموصلات المتعرجة فقدان الحمل. يحدد الترتيب الفيزيائي للملفات والفجوة الهوائية في القلب مقاومة دائرة القصر للمحول، وهي معلمة حاسمة للحد من تيارات الصدع وتمكين التشغيل المتوازي. يتم غمر المجموعة بأكملها بالزيت العازل، الذي لا يقوم بالعزل فحسب، بل يحمل أيضًا الحرارة بعيدًا عن القلب والملفات إلى مشعات التبريد، مما يؤدي إلى إدارة ارتفاع درجة الحرارة. إن محول الطاقة المغمور بالزيت ثلاثي الطور المصمم جيدًا هو نظام يعمل فيه كل مكون هيكلي بشكل متضافر لتحقيق تحويل طاقة فعال وموثوق.