لتغذية القدرات العالية يفضل دائمًا توزيع الحمل على عدة محولات، لما يوجد من صعوبات في تصنيع المحولات ذات القدرات العالية. وهذا ما يدفعنا للتفكير في توصيل المحولات على التوازي. وحتى لو أمكننا صنع محولات فائقة القدرة فسيكون من الأفضل استخدام 5 محولات قدرة كل منهم 40 ميجا ثم توصيلهم على التوازي بدلا من تصنيع محول واحد قدرته 2000 ميجا – بفرض أنه أمكن تصنيعه أصلا –
أهمية توصيل المحولات على التوازي
من الاقتصادي تركيب عدد من المحولات ذات التصنيف الأصغر بالتوازي بدلاً من تركيب محول قدرة كهربائي واحد له تصنيف كبير لما له من المزايا التالية:
زيادة كفاءة نظام الطاقة الكهربائية
محولات القدرة الكهربائية توفر أقصى قدر من الكفاءة عند التحميل الكامل. يتيح لنا تشغيل المحولات بالتوازي إمكانية تشغيل عدد المحولات المطلوبة فقط لتلبية الطلب الإجمالي الذي تحتاجه الأحمال، مع إيقاف تشغيل المحولات غير المطلوبة.
وعند زيادة الحمل يمكننا اضافة محول آخر بالتوازي لتلبية الطلب الكلي. بهذه الطريقة يمكن تشغيل النظام بأقصى قدر من الكفاءة.
بينما لو استبدلنا المحولات المتوازية بمحول واحد أكبر فعندما يقل الطلب سيظل يعمل عند قيمة اقل من التحميل الكامل وستكون كفاءته في هذه الحالة أقل.
زيادة موثوقية النظام
إذا تم توزيع الحمل على عدد من المحولات المتصلة على التوازي، وتعطل احداها بسبب خطأ ما، ستعوض بقية المحولات القدرة الناقصة، وبالتالي قد لا ينقطع مصدر الطاقة إذا كانت الأحمال الإضافية لا تجعل المحولات الأخرى محملة بشكل زائد.
بينما لو كان الحمل كله على محول واحد وتعطل فسينقطع عن الحمل بالكامل في وقت واحد.
ضمان عدم إنقطاع الكهرباء
عند وجود أي عطل أو متطلبات للصيانة، في حالة وجود محول واحد، يجب إيقاف تشغيله تمامًا للعمل عليه. ولكن، في حالة وجود عدد من المحولات على التوازي، يمكن فقط إيقاف المحولات التي تتطلب صيانة، بينما تعمل المحولات الأخرى بشكل متوازٍ لتزويد الحمل دون أي انقطاع.
زيادة مرونة النظام
يمكن أن يتغير الطلب على الكهرباء في أي وقت. فقد يزداد أو يقل الطلب المستقبلي على الطاقة الكهربائية. فلو افترضت أن الطلب في المستقبل سيزداد، وقمت بتثبيت محول ذو تصنيف أكبر في الوقت الحالي،
فليس مجدي من الناحية الاقتصادية لأنه لن يؤدي إلا إلى استثمار غير ضروري للمال. وبعد ذلك، ماذا لو انخفض الطلب المستقبلي؟
لذا، فإن وجود محولات تعمل بالتوازي أفضل بكثير لأنها توفر مرونة في إضافة أو إزالة المحولات حسب زيادة أو انخفاض الطلب المستقبلي للطاقة.
أضف إلى ما سبق سهولة نقل وفك وتركيب المحولات الأصغر قدرة مقارنة بالمحولات الكبيرة التي تحتاج تجهيزات خاصة ذات كلفة عالية.
الآن، ربما تكون راضيًا بما يكفي للاعتقاد بأن تشغيل محولات متعددة أصغر حجمًا بالتوازي مفيد جدًا مقارنة بتشغيل محول واحد ذي تصنيف أعلى. ومع ذلك، تذكر أنه عندما تقرر تشغيل محولات متعددة بالتوازي، يجب أن تفي بشروط معينة من أجل الأداء بكفاءة ولتضمن الأمان.
شروط توصيل المحولات على التوازي
عند توصيل المحولات على التوازي يتم توصيل الملفات الابتدائية للمحولات مع بعضهما وربطها مع الباس بار (Bus bar) الخاص بمصدر التغذية، وكذلك يتم توصيل ملفات الجانب الثانوي مع بعضهما وربطها مع الباس بار (Bus bar) المتصل بالحمل.
وهناك شروط لا بد أن تؤخذ في عين الاعتبار عند توصيل المحولات على التوازي. سواء كانت المحولات احادية الوجه (single phase) او ثلاثية الوجه (three phase) هذا بالإضافة إلى شرط عام يجب ألا نغفل عنه،
وهو أن تكون قدرة المحولين المراد توصيلهما على التوازي متقاربتين بقدر الإمكان. ولا يوجد ما يمنع من تشغيل محولين على التوازي بسبب اختلاف قدرتهما ولكن خوفًا من حدوث عطل في المحول الكبير مما يؤدى لوقوع الحمل بالكامل على المحول الصغير مما يؤدى لانهياره.
ونأتي الآن الى الشروط الواجب تحقيقها عند توصيل المحولات على التوازي وهي كالتالي:
يجب أن تكون نسبة الجهد لجميع المحولات متساوية.
إذا تم توصيل محولين لهما نسبة جهد (Voltage ratio) مختلفة بالتوازي، فسيكون هناك فرق في الفولتية في الطرف الثانوي بين المحولين. لنفترض الآن أن هذه المحولات الثانوية متصلة بنفس الباس بار،
سيكون هناك تيار متداول (circulating current) بين الملفات الثانوية للمحولين، وبالتالي بين الملفات الابتدائية أيضًا. (عند تساوي نسبة الجهد يُلاشى كل تيار الآخر).
نظرًا لأن المعاوقة الداخلية للمحول صغيرة، فقد يتسبب اختلاف الجهد الصغير في حدوث تيار متداول (circulating current) مرتفع بدرجة كافية مما يؤدي إلى مفاقيد إضافية حتى عند اللاحمل.
وحسب مواصفات IEEE فإن الاختلاف في نسبة الجهد لو كان أقل من 0.5% فإنه يعتبر مقبولا ولا يتسبب في مشاكل ومن المستحيل عمليا أن يتم التطابق بين المحولين بنسبة 100%، ولابد أن يوجد هناك فرق لكن من المهم ألا يزيد هذا الفرق عن 0.5%.
يجب أن تكون النسبة المئوية للمعاوقة متساوية.
عند ربط محولين لهما نفس التصنيف rating، ونفس النسبة المئوية للمعاوقة (percentage impedance) %Z ، ونفس القدرة يتم توزيع الحمل بينهما بالتساوي، وعند اختلاف قدرة المحولين وحتى يتوزع الحمل بينهما حسب تصنيف كل واحد MVA rating ،
بحيث المحول ذي التصنيف الأكبر يشارك بتيار اكبر والمحول الأصغر يشارك بتيار أقل بما يتناسب مع قدرته الكلية.
يجب أن تكون القطبية متساوية.
قطبية المحول (Polarity) تعني الاتجاه اللحظي (instantaneous) للقوة الدافعة الكهربية emf المتولدة في الجانب الثانوي. وتكون المحولات لها قطبية معاكسة إذا كان اتجاه emf في الجانب الثانوي في محولين معاكسة لبعضها البعض عن تغذية المحولين من نفس المصدر.
عندما تكون القطبية متعاكسة يحدث قصر (short circuit) في الجانب الثانوي كما لو وصلت مباشرة بين طرفي محول، ويمر بين المحولات تيار متداول (circulating current) كبير.
يجب أن يكون تتابع الطور متطابق.
هذا الشرط مع المحولات ثلاثية الوجه (3 phase). إذا كان تتابع الطور (Phase Sequence) غير متماثل، فلا يمكن توصيل المحولات بالتوازي وذلك لأنه في حالة اختلاف تتابع الطور سيحدث قصر (short circuit) بين زوجين من الاطوار (Phases) ويتكرر في كل دورة (Cycle).
يجب أن يكون للمحولات نفس الـ Phase Displacement.
هذا الشرط ايضًا مع المحولات ثلاثية الوجه (3 phase) فقط. ويعني أن تكون المحولات من نفس المجموعة الاتجاهية vector group) على سبيل المثال، لو كان المحول الأول من النوع Dy1 فيجب أن يكون الثاني إما Yd1، أو Yz1، أي من نفس المجموعة.
وحتى يكون الـ phase displacement متساويًا يجب أن تكون جميع المحولات الموصلة على التوازي تنتمي لنفس المجموعة من مجموعات الـ Vector Groups الأربعة المشهورة والشائعة الموضحة في الصورة التالية.
ولا يصح أن يكون المحولين خليطًا من مجموعتين باستثناء المجموعة الأول والثانية أما المجموعة الثالثة والرابعة فيمكن أن يوصلا معًا بشرط عكس طرفي التوصيل في أحد المحولين.
مصادر
المرجع فى المحولات الكهربائية، د. محمود جيلاني
مقال جيد بالتوفيق لكم
مفيد جدا
قليلة جداً كلمات الشكر و لاكن ((( جزاكم الله خيراً)))
آمين وإياكم