في أنظمة توزيع الطاقة ذات الجهد المتوسط،, محولات التأريض (محولات التوصيل بالأرض) تلعب دوراً حاسماً في حماية النظام وموثوقيته. ويُعد فهم مبادئها وتطبيقاتها أمراً ضرورياً للمهندسين العاملين في مجال شبكات 6 كيلو فولت و10 كيلو فولت و35 كيلو فولت.
1. ما هو محول التأريض؟
A محول التأريض هو محول مخصص يستخدم لـ إنشاء نقطة محايدة اصطناعية في الأنظمة التي لا يتوفر فيها السلك المحايد بشكل طبيعي.
التصنيف
- حسب وسيط العزل
- محول تأريض مغمور بالزيت
- محول تأريض من النوع الجاف
- حسب المرحلة
- محول تأريض ثلاثي الأطوار
- محول تأريض أحادي الطور
الوظيفة الرئيسية
توفر محولات التأريض نقطة محايدة لـ الأنظمة غير المؤرضة أو ذات المحايد المعزول, ، مما يتيح توصيل:
- ملفات كبت القوس الكهربائي (ملفات بيترسن)
- مقاومات التأريض المحايدة (NGR)
وهذا يقلل من تيار العطل الأرضي السعوي أثناء حدوث أعطال أحادية الطور تجاه الأرض، ويحسّن بشكل كبير موثوقية مصدر الطاقة.
2. لماذا تُعد محولات التأريض ضرورية في أنظمة الجهد المتوسط
في العديد من شبكات التوزيع بجهد 6 كيلو فولت / 10 كيلو فولت / 35 كيلو فولت, ، يعمل النظام باستخدام السلك المحايد غير المؤرض.
- غالبًا ما يكون الجانب ذو الجهد المنخفض للمحول الرئيسي متصلة بنظام دلتا, ، مع لا توجد نقطة محايدة يمكن الوصول إليها.
- عندما يكون هناك عطل أرضي أحادي الطور يحدث:
- تظل الفولتية بين الأقطاب متماثلة
- يمكن للنظام أن يستمر في العمل لمدة 1–2 ساعة
- عادةً ما يكون تيار العطل الأرضي السعوي صغيرًا (≤ 10 أمبير)
وهذا يتيح لبعض الأعطال المؤقتة التي تزول من تلقاء نفسها, ، مما يسهم في تحسين استمرارية الإمداد.
3. المشاكل الناجمة عن زيادة تيار العطل الأرضي السعوي
مع توسع شبكة المرافق الحضرية والزيادة السريعة في كابلات التغذية, ، ترتفع السعة الكهربائية بين النظام والأرض ارتفاعًا حادًّا. وعندما يتجاوز تيار العطل الأرضي السعوي 10 أ, ، تظهر مخاطر جسيمة:
المخاطر الرئيسية
- الجهد الزائد الناتج عن تأريض القوس الكهربائي
- انطفاء القوس الكهربائي وإعادة إشعاله بشكل متقطع
- جهد زائد يصل إلى 4 × U (U = ذروة جهد الطور)
- إجهاد عازل شديد وطويل الأمد
- الدوائر القصيرة بين الأطوار
- يؤدي القوس الكهربائي المستمر إلى تأين الهواء
- انقطاع العزل بين الأطوار
- الجهد الزائد الناتج عن الرنين المغناطيسي
- الأضرار التي تلحق بمحولات الجهد (VTs)
- تعطل مانع الصواعق أو انفجاره
قد تؤدي هذه الظواهر إلى انقطاع التيار الكهربائي، وتلف المعدات، وتفاقم الأعطال, ، مما يهدد سلامة تشغيل الشبكة.
4. دور محولات التأريض في تعويض تيار العطل
لتقليل تيار العطل الأرضي السعوي،, ملفات أو مقاومات كبت القوس الكهربائي يجب توصيله بنقطة التوازن في النظام.
نظرًا لأن الأنظمة غير المؤرضة تفتقر إلى نقطة محايدة طبيعية، فإن يتم تركيب محول التأريض لإنشاء نقطة محايدة اصطناعية, ، مما يتيح:
- التأريض المحايد عبر ملفات كبت القوس الكهربائي
- تقليل تيار العطل الأرضي
- تحسين استقرار النظام وأمانه
5. محول تأريض ثلاثي الأطوار (من النوع المتعرج)
التوصيل المتعرج (من النوع Z)
تستخدم محولات التأريض ثلاثية الطور عادةً وصلة اللف المتعرجة (من النوع Z).
السمة الهيكلية الرئيسية:
- ينقسم كل ملف طور إلى قسمين
- ملفوفة في اتجاهين متعاكسين على نفس الجذع الأساسي
مزايا محولات التأريض المتعرجة
- يتدفق التدفق من التسلسل صفر عبر أطراف النواة, ، وليس مسارات التسرب
- مقاومة تسلسل صفرية منخفضة جدًّا (عادةً ما يكون حوالي 10 أوم)
- يتيح تدفق تيار التسلسل صفر بشكل فعال
في المقابل، تتميز المحولات العادية بمقاومة تسلسل الصفر أعلى بكثير.
ميزة السعة
- المحولات العادية المزودة بملفات كبت القوس الكهربائي:
- يقتصر على ≤ 20% سعة المحول
- محولات التأريض المتعرجة:
- يمكن حملها 90%–100% سعة ملف كبت القوس
مزايا إضافية
- يمكننا توفير الأحمال المساعدة الثانوية
- قد يتم استبدال محولات الخدمة الخاصة بالمحطة
- يساعد على خفض إجمالي استثمارات المشروع
6. محول تأريض أحادي الطور
تُستخدم محولات التأريض أحادية الطور بشكل رئيسي في:
- أنظمة تأريض نقطة الصفر للمولدات الكهربائية
- خزانات مقاومات التأريض المحايدة للمحولات الكبيرة
الغرض
- توفير نقطة تأريض للأنظمة التي تحتوي بالفعل على سلك محايد
- قلل من الحجم والتكلفة خزانات مقاومات التأريض المحايدة
7. الخصائص التشغيلية لمحولات التأريض
يتميز محول التأريض المصمم جيدًا بالخصائص التالية:
- مقاومة منخفضة في التسلسل الصفر
- يضمن توفر تيار تسلسل صفر كافٍ أثناء حدوث أعطال التوصيل الأرضي
- مقاومة مغناطيسية عالية
- يقلل تيار التيار الفارغ
- خسارة منخفضة في حالة عدم التحميل
- يقلل من استهلاك الطاقة في التشغيل اليومي
تضمن هذه الميزات تشغيلًا موثوقًا مع الحفاظ على كفاءة عالية.
8. التطبيقات النموذجية
تُستخدم محولات التأريض على نطاق واسع في:
- محطات توزيع الجهد المتوسط
- شبكات الطاقة الحضرية التي تهيمن عليها الكابلات
- أنظمة الطاقة الصناعية
- مزارع الرياح ومحطات الطاقة المتجددة الفرعية
وغالبًا ما يتم تثبيتها جنبًا إلى جنب مع:
- ملفات كبت القوس الكهربائي
- مقاومات التأريض المحايدة
- أنظمة الحماية والمراقبة
الخلاصة
محولات التأريض هي المكونات الأساسية في أنظمة الطاقة الحديثة ذات الجهد المتوسط. ومن خلال توفير نقطة محايدة اصطناعية، فإنها تقوم فعليًّا بما يلي:
✔ تقليل تيار العطل الأرضي
✔ كبح الجهد الزائد الناتج عن تأريض القوس الكهربائي
✔ منع الرنين الحديدي
✔ تحسين سلامة النظام وموثوقيته
مع استمرار توسع شبكات التوزيع، ستلعب محولات التأريض دورًا متزايد الأهمية في تشغيل الشبكة بشكل آمن ومستقر.