أهم 10 مكونات في المحول ووظائفها المختلفة

يتكون المحول من أجزاء أساسية لابد أن تكون موجودة في كل محول كهربائي وبدونها لا يعمل المحول، وهي الملف الابتدائي والملف الثانوي والقلب الحديدي ويوجد هناك أجزاء مساعدة توجد في بعض المحولات، ولا توجد في المحولات الأخرى، وذلك حسب حجم المحول وقدرته وأماكن استخدامه وطرق تبريده. وفي هذا المقال شرح أهم أجزاء المحولات الكهربائية ووظيفتها.

القلب الحديدي

القلب الحديدي للمحول (Core) يصنع من رقائق ذات سمك 0.3mm من مادة الصلب السيليكوني موجه الحبيبات والمدرفل على البارد وهو مصمم لتحمل الفيض المغناطيسي الناشئ عن مرور التيار في الملف الابتدائي ونقله ليقطع الملف الثانوي ليتولد الجهد بالحث الكهرومغناطيسي في الملف الثانوي. وهذا المسار الذي يسري فيه الفيض يجب أن يكون ذا معاوقة مغناطيسية ضعيفة ليسهل مرور الفيض.

الملفات

الملفات تصنع غالبًا من أسلاك معزولة من النحاس الأحمر النقي، وجميع لفاتها معزولة عن بعضها وعن القلب عزلًا كهربائيًا. ويحتل النحاس المرتبة الأولى في المواد المستخدمة في صناعة الملفات لأنه يمتاز بعدة مزايا منها: قابليته العالية للتوصيل الكهربي، بطئ التأكسد ويتحمل الهواء الرطب ودرجة انصهاره عالية وسهل اللحام، كما أنه سهل السحب والتشكيل.

تختلف درجة العزل ومساحة المقطع باختلاف قيمة الجهد، وقيمة التيار المار به. وقد يصنع الملف من الألومنيوم، حيث أنه أخف وزنا وأقل سعرا، لكننا سنحتاج معه لمقطع كبير نسبيا لجعله قادرا على تحمل التيارات العالية، ولذا تجده لا يستخدم سوى في المحولات الصغيرة. ويتم لف الاسلاك أولا على ماكينات اللف ثم تجفيفها في فرن لطرد الرطوبة وأخيرا يتم تسقيطها فوق الـ Legs

الخزان الرئيسي

يتم تصنيع الخزان الرئيسي في المحولات من الحديد الغير مغناطيسي، ويتم تصميمه لعزل الجو الخارجي عن المحول، ولتحمل الاهتزازات والضغط، كما يتحمل كتلة المحول الكاملة من القلب الحديدي والملفات والمواد العازلة.

وتتميز خزانات المحولات الرئيسية بتنوع أشكالها بحسب قدرة المحول. فعلى سبيل المثال، قد يكون سطح الخزان مسطحًا ويستخدم هذا النوع في المحولات ذات القدرة الصغيرة الأقل من 50KVA، حيث يكون السطح المستوي كافيًا لتبريد الملفات والتخلص من الحرارة التي تنتج منها بواسطة زيت التبريد.

وبالنسبة للمحولات ذات القدرة المتوسطة، يحتوي الخزان على مواسير جانبية تستخدم لتحسين سطح التبريد والتي تتم لحامها على جسم الخزان لتشكل مسارًا متوازيًا لحركة الزيت داخليًا.

وهناك نوع ثالث من الخزانات يتم فيه تركيب مبردات على الجوانب الأربعة للمحول ويتم لحامها معًا لتشكيل خزان المحول، ويتم سحب الزيت بمضخات لتبريده في هذه المبردات قبل إعادته إلى الخزان مرة أخرى، ويستخدم هذا النوع في المحولات ذات القدرات العالية.

وفائدة الخزان الرئيسي تتمثل في الاتي:

• حماية القلب الحديدي والملفات.
• حمل أطراف ومخارج التوصيل.
• وضع وحفظ الزيت المستخدم في تبريد وعزل المحول.
• حمل مواسير الإشعاع للمحول.

خزان التمدد

خزان التمدد Conservator هو خزان صغير يوضع فوق الخزان الرئيسي يعمل على تعويض تمدد وانكماش الزيت في الخزان الرئيسي. وبما أن درجة حرارة المحول غير ثابتة بسبب العوامل الجوية وتغير الأحمال، فإن وجود الخزان الإضافي يحافظ على عدم زيادة الضغط الناتج عن تمدد الزيت داخل المحول، وكذلك تعويض أي نقص في الزيت. ويقدر حجم خزان التمدد بنسبة 10% من الخزان الرئيسي. ويسمى (الخزان الاحتياطي).

عند تشغيل المحولات على الحمل الكامل فانه تبعًا لخصائص الزيت الطبيعية يتمدد ويزيد حجمه ويمكن أن يزيد بنسبة 8% عند التحميل الكامل مع أقصى درجة حرارة محيطة، فإذا كان الخزان الرئيسي محكم الغلق فإن هذه الزيادة في حجم الزيت قد تؤدي إلى حدوث فك لجسم المحول عند أضعف نقطة لحام، ولذلك يتم إضافة الخزان الاحتياطي.
ولا يمكن ملئ الخزان بالكامل ويكون ارتفاع الزيت حوالي %30 من ارتفاع خزان التمدد للسماح بتمدد الزيت.

وحدة التنفيس Breather unit

عندما ينخفض مستوى الزيت في الخزان الرئيسي، يتم تعويضه تلقائيًا من الخزان الاحتياطي، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الزيت وزيادة حجم الفراغ الهوائي به. وبسبب هذا الزيادة، يتم سحب الهواء من الخارج عن طريق وحدة التنفس الجاف “Dehydrated Breathing Unit” التي تحتوي على مادة سيليكا جل (Silicone gel) القادرة على امتصاص الرطوبة التي قد تتسرب للزيت وتمنعها من الوصول إلى زيت المحول،

تساعد وحدة التنفيس Breather unit على منع دخول الرطوبة إلى خزان المحول. يمكن أن تسبب الرطوبة العديد من المشاكل مثل تدهور العزل والتآكل والتفريغ الكهربائي.

السيليكا جل

السيليكا جل Silica gel عبارة عن ملح بلوري يمتص الرطوبة الموجودة بالهواء أثناء دخوله للمحول و بالتالي يمنع الرطوبة من الوصول لزيت المحول، ويتغير لون هذه المادة من الأزرق إلى الوردي عندما تفقد قدرتها على امتصاص الرطوبة.

ألوان مادة السيليكا جل:

• اللون الأزرق: لون المادة الفعالة.
• اللون الوردي: عندما تكون المشبعة بالرطوبة ويجب تغيرها أو تجفيفها حتى تستعيد اللون الأزرق مرة أخرى.
• اللون الأبيض أو الأسود: في هذه الحالة لا تصلح لإعادة التجفيف ويجب تغييرها.

بخلص ريلاي Bochholz relay

جهاز الوقاية الغازية Bochholz relay، هو جهاز حماية يمكنه أن يصدر إنذار alarm عند انخفاض مستوى الزيت وفصل المحول إذا حدث عطل خطير. ويركب الـ Relay Bochholz في الأنبوبة الواصلة بين الخزان الرئيسي والاحتياطي ويتكون من غرفة واحدة بها عوامتين علوية وسفلية،

يتضمن الجهاز صمام لخروج الزيت الزائد وصمام لخروج بخار الزيت. وعند حدوث حمل زائد ترتفع درجة حرارة الزيت حتى يغلي ويزيد معدل التبخر مما يسبب الضغط علي العوامة العلوية مسببة توصيل دائرة الإنذار.

وعند حدوث قصر يزداد ضغط الزيت داخل الخزان الرئيسي، ويندفع الزيت بسرعة الي خزان التمدد، وعند مروره على الـ Bochholz Relay يضغط على العوامة السفلية مسببًا قفل دائرة القاطع الرئيسي للمحول ويحدث Trip. علمًا بأنه إذا حدث انخفاض في مستوى الزيت يحدث اضطراب في وضع العوامتين تمامًا كما لو كان نتيجة عطل.

مغير الجهد

مغير الجهد (Tap Changer) أحد أهم العناصر الرئيسية في تركيب المحول والتي لها علاقة مباشرة مع الملفات، وهو الجهاز المسئول عن تنظيم الجهد للمحول بتغيير النسبة بين عدد اللفات في ملف الابتدائي إلى عدد اللفات في الملف الثانوي وهى المعروفة بـ N₂/N₁. ويكون موجودًا فقط مع المحولات الكبيرة أما المحولات الصغيرة فتكون النسبة بين الملفات N₂/N₁ ثابتة.

يوجد نوعين من مغيرات الجهد: مغير الجهد أثناء التشغيل on—load، ومغير الجهد أثناء فصل المحول off—load، والنوعان موجودان بالخدمة، ولكل ميزاته وعيوبه، فالنوع الأول أفيد وأسرع، لكنه أصعب في التصميم لأن التغيير يتم أثناء مرور التيار في اللفات، وهذا قد يتسبب في شرارة.

نظام التبريد

تولد المحولات حرارة أثناء التشغيل مما قد يؤدي إلى تلف العزل والملفات. لمنع ارتفاع درجة الحرارة يتم تزويد المحولات بنظام تبريد. هناك نوعان من أنظمة التبريد المستخدمة في المحولات: تبريد بالهواء وتبريد بالزيت.
في المحولات المبردة بالهواء، يتم استخدام الهواء لتبريد المحولات، بينما في المحولات المبردة بالزيت، يتم غمر المكونات الداخلية للمحول بالزيت الذي يعمل كمبرد.

عوازل الاختراق Bushings

عوازل الاختراق Bushings مصنوعة غالبًا من السيراميك يتم توصيل أطراف الملفات الابتدائية الداخلية للمحول بجهد دخول الشبكة الكهربائية وكذلك توصيل أطراف الملفات الثانوية الداخلية للمحول بالأحمال الخارجية عن طريق هذه العوازل، حيث تقوم بعزل أطراف ملفات المحول والأطراف الخارجية (المتصلة بالشبكة والأحمال) بأمان حتى لا يحدث لها تلامس مع جسم المحول.