كل ما تريد معرفته عن محطات المحولات Substation

نظام العزل الغازي GIS

يعتبر هذا النظام من أفضل الأنظمة في الشبكة من حيث التشغيل والصيانة وهو موجود بالمحطات ذات السعات العالية وكذلك أكثر محطات التوليد مثل : (توليد دمياط - محولات طلخا– محولات أولاد حمام – الجمالية – محلة أبو على – طنطا) جهد 220/66ك.ف.

وفى هذا النظام تكون قضبان التوزيع داخل ماسورة مفرغة تماما من الهواء وبها غاز SF6 الذي يستعمل للعزل وإطفاء الشرارة ومن الملاحظ أنــه في الجهود العالية (500-220) ك.ف يكون كل وجه داخل ماسورة منفصلة أما في الجهود الأقل مثل 66 ك.ف تكون الثلاثة أوجه داخل ماسورة واحدة . 

ونظام التشغيل في الجهود 220 ك.فمحطات التوليد تخضع لنظام واحد ونصف مفتاحOne and Half C.B .
ويكون المفتاح في غرفة مستقلة بها غاز SF6 ذو ضغط معين يتراوح بين 6: 7.5 بار وتوجد سكينة القضبان رقم واحد مع محول التيار وسكينة الأرضي الأولى للمفتاح داخل غرفة ذات الضغط 6: 6.5 بار وتكون سكينة الأرضي الثانية للمفتاح ومحول التيار الثاني وسكينة القضبان رقم 2 داخل غرفة مستقلة أما سكينة الأرضي للمهمة وسكينة المهمة في غرفة مستقلة ووضع التشغيل في هذا النوع كما هو موضح بالرسم شكل ( 3-5)
وهذا الشكل بين أن المفتاح رقم QF1 موصل على القضبان رقم 1 ورقمQF2 موصل على القضبان رقم 2 ويكون المفتاح QF3 مفصول واحتياطي تشغيل.

مكونات محطة المحولات

1- قضبان التوزيع جهد ك.ف220- جهد 66 ك.ف Busbar

أ. محول جهد لكل قضبان توزيع Potential Transformers

ب. سكينة أرضي لكل قضبان توزيع Earth Switches

ج. مانعات صواعق لكل قضبان توزيع Surge Arrestors

2- سكينتى قضبان لكل مهمة Busbar Isolators
3- سكينة الأرضي رقم واحد للمفتاح Earth Switches
4- المفتاح Circuit Breaker (C.B)
5- محول التيار Current Transformer (C.T)
6- سكينة الأرضي رقم اثنين للمفتاح Earth Switches
7- محول الجهد وسكينة الأرضي Voltage Transformer ( V.T )
8- مصيدة الموجات Wave Trap
9- مانعة الصواعق Surge Arrestor
10- مكثف ربط Coupling capacitor
11- التيار المستمر " البطاريات وأجهزة الشحن " D.C system(batt. And charger
12- دوائر المنع Interlock Circuits
13- نظم الإنذار Alarm Systems
رسم خطي يوضح ترتيب مكونات محطات المحولات

4-1 المحولات Transformers

الجزء الرئيسي في محطة المحولات هو المحول نفسه الذي يقوم بخفض الجهد وتوجد بالشبكة الكهربية الموحدة عدة محولات ذات قدرات مختلفة تعتمد على مدى الأحمال المطلوب تغذيتها منها.
والقيم المستخدمة في الشبكة الكهربية الموحدة للمحولات جهد 220/66ك.ف 125 م.ف.أ - 75 م.ف.أ
وللمحولات جهد 66/11 ك.ف 40 م.ف.أ - 25 م.ف.أ – 20 م.ف.أ -12.5 م.ف.أ ولكن هذا المحول يحتاج إلى الكثير من الأجهزة والمعدات لكي يعمل بأمان وكفاءة .

4-1-1 نظرية العمل

إذا سلط جهد متردد على ملف ابتدائي فإنه يمر به تيار يؤدى إلى مجال مغناطيسي متردد تتجمع كل خطوطه داخل القلب الحديدي وتخترق الملفات الثانوية فتتولد فيها قوة دافعة كهربية وعند تحميل الملف الثانوي يمر به تيار متردد مع العلم بأن القدرة الداخلة تساوى القدرة الخارجة + المفاقيد
Pi = IP × VP CosΦ
Po= IS × VS CosΦ
Pi = Po + Loss

4-1-2 الفقد في المحول

ينقسم الفقد في المحول إلى :
1. الفقد في النحاس نتيجة مرور التيار الابتدائي في الملف الابتدائي ومرور التيار الثانوي في الملف الثانوي ويتناسب مع مربع قيمة التيار I2R
2. الفقد في الحديد ويشتمل على الفقد نتيجة التيارات الإعصارية والتيارات الدوامية وليس له علاقة بتحميل المحول

4-1-3 أنواع المحولات 

يمكن تقسيم المحولات تبعا للآتي :
أولا : من حيث المادة العازلة
1. محولات مغمورة في الزيت وهى المحولات ذات السعات الكبيرة 500 م.ف.أ – 220 م.ف.أ – 75م.ف.أ – 25م.ف.أ – 20 م.ف.أ
2. محولات جافة معزولة بلدائن صناعية وشرائط ســيليكون وعادة تكون في القدرات والجهود المنخفضة حتى 1.2م.ف.أ وجهد 6000/ 400 ك.ف 

ثانيا : من حيث الاستخدام
1. محولات القدرة
2. محولات القياس
3. محولات الاختبارات
4. محولات اللحام
5. محولات تزامن 

ثالثا : من حيث عدد الأوجه
1. محولات أحادية الوجه وتستخدم في اللحام والقياس
2. محولات ثلاثية الوجه وتستخدم في محولات القدرة

رابعا : من حيث طريقة عمل الملفات
1. محولات ذاتية Auto Transformers
2. محولات عادية Power Transformers

4-1-3-1 محولات القدرة Power Transformers

تتركب محولات القدرة من جزأين رئيسيين :

أولا : الجزء الأساسي ويشتمل على :
1. القلب الحديدي (الدائرة المغناطيسية)
وهو المسئول عن ربط الملف الثانوي بالملف الابتدائي عن طريق المغناطيسية الناتجة فيه 0 ويصنع القلب الحديدي عادة من رقائق من الحديد السيليكونى ويتم عزلها عن بعضها بطلائها بمادة عازلة للكهرباء ومقاومة للحرارة ويتم تجميع هذه الشرائح مع بعضها بواسطة مسامير معزولة والشكل (2-2) يوضح الرسم التخطيطي لمحول ذو وجه واحد
2. الملفات الكهربائية
تصنع عادة من أسلاك النحاس المعزولة وتركب ملفات الجهد الأقل بالقرب من قلب المحول ثم يركب فوقها ملفات الجهد الأعلى والتي تصمم بحيث يؤخذ منها عدة نقط يمكن عن طريقها تغيير نسب الجهد (مغير الجهد) 

ثانيا : الزيت والملحقات
1. الزيت: يستخدم زيت المحولات كوسط عازل وكذلك للتبريد والنوع الشائع هو الزيت المعدني 

2. الملحقات:
 خزائن التمدد والتعويض: نتيجة ارتفاع درجة حرارة الجو وكذلك عند تحميل المحول ترتفع درجة حرارة الزيت ويزداد حجمه داخل جسم المحول مما يستلزم وجود خزان إضافي لهذا التمدد وعند انخفاض درجة حرارة الزيت وعودته إلى حجمه الطبيعي يقوم هذا الخزان بتعويض المحول بالزيت
 مجفف الهواء (سيليكا جيل): وتعمل على تخليص الهواء الداخل للمحول من الرطوبة والشوائب وحماية المحول في حالات التمدد والانكماش للزيت.

 العوازل النافذة والبوشبج : تستخدم العازلات النافذة في توصيل التيار من الملفات إلى القضبان التوزيع ويكون عادة من سلك يمر خلال زيت البوشنج وأغلب أنواع البوشنج تزود بقرون الشرارة وذلك لحماية البوشنج من ارتفاع الجهد المفاجئ
 صفائح التبريد والمراوح : أغلب المحولات ذات السعات الكبيرة تجهز بصفائح التبريدRadiators وهى عبارة عن أنابيب مركب عليها صفائح معدنية ذات مساحة سطحية كبيرة تساعد على إشعاع الحرارة وبالتالي تبريده ثم إعادته وتسمى هذه العملية بالتبريد العادي ONAN Air Natural - Oil Natural
ولغرض زيادة وتحسين كفاءة تشغيل المحول والوصول إلى أقصى طاقة تزود المحولات بمراوح تدار بواسطة محركات كهربية تعمل تلقائيا عند ارتفاع درجة حرارة زيت المحول عن 60مْ عن طريق جهاز حرارة الملفات يعطى الإشارة بتشغيل المراوح وبذلك نحصل على حوالي 30% زيادة من الحمل السابق للمحول وتسمى هذه الحالةONAF Air forced –Oil Natural وجميع محولات الشبكة من هذا النوع ومن الممكن زيادة سرعة حركة الزيت بواسطة مضخات إلى مشعات وتسمى بالتبريد الدفعي OFAF ويزيد الحمل في هذه الحالة بنسبة 60%

 صمام الأمان Relief Valve :عبارة عن جهاز يتم تركيبه على الخزان الرئيسي للمحول وعند زيادة الضغط داخل المحول عن قيمة معينة نتيجة حدوث قصر داخل المحول وعدم اشتغال أجهزة الوقاية يتم رفع الغطاء الخاص بهذا الجهاز لتسريب الضغط الداخلي الذي حدث داخل المحول ويكون الخروج عبارة عن زيت.

الاختبارات الوقائية لمحولات القدرة الكهربائية

نتيجة للزيادة المستمرة في استخدام الطاقة الكهربائية أصبح من الضروري تحسين الخدمة الكهربية دون انقطاع، مما يتطلب تطوير الطرق التكنولوجية للصيانة الوقائية للمعدات الكهربائية في حالات التشغيل العادية . وقبل المضي في التفاصيل نوضح بعض التعريفات المتعلقة بهذا الموضوع.
تعريفات :
الصيانة تعنى بها كافة الأعمال المتعلقة بالإصلاح وإعادة التأهيل وتكنولوجيا التشخيص وما يتبعها من إجراءات
تكنولوجيا التشخيص التوقعي تطلق على الطرق المتقدمة التي تستخدم لغرض الحصول على حالة المعدة ويمكن تقسيمها إلى:

• التفتيش Inspection
• اختبارات التشخيص Diagnostic Tests
• الإشراف والمراقبةSupervision & Monitoring
• المراقبة المستمرة Continuous Monitoring تطلق في حالة توصيل جهاز أو وحدة الاستشعار التوقعي Device or Sensor بصفة مستمرة، وقد يصاحب حالات المراقبة إجراء عملية التشخيص التوقعي
• المراقبة الدورية Periodic Monitoring تطلق في حالة تركيب أجهزة المراقبة أو الاستشعار لفترة زمنية محددة ويؤدى التسجيل والتشخيص إلى تقليل عدد مرات وأعمال الصيانة وبالتالي تخفيض التكاليف نتيجة معرفة خصائص ومواصفات المعدة وحيز السماحية للتحميل الزائد أي تحسين خصائص التحكم في تشغيل هذه المعدات بإتاحية عالية وقد يؤدى في بعض الحالات إلى تأجيل تدعيم الشبكة بمعدات جديدة.

طرق التشخيص

أصبحت طرق التشخيص بمحولات القدرة أهم الطرق التي تستخدمها المؤسسات والهيئات إلا أن البحوث والدراسات تشير إلى مدى صعوبة الحصول على أفضل فائدة من هذه الطرق – لوجود العديد من العوامل المؤثرة في تشغيل المحولات وأهم هذه الطرق التي تستخدم بكفاءة عالية لتشخيص حالة محولات القدرة . 

1- التحليل الكيميائي / الطبيعي لزيوت المحولات :
يمكن من التحليل الكيميائي / الطبيعي على عينات لزيت المحول معرفة مقدرته على القيام بوظيفة العزل الكهربي والتوصيل الحراري داخل المحول – وكذلك حالته من ناحية التأكسد والتلوث – الخ ويمكن إجراء الاختبارات التالية على عينات الزيت

• المواد المذابة Oil Contaminant
• محتوياته من المياه Water Content
• العزل الكهربي Dielectric Breakdown
• معامل التعادل Neutralization Factor
• معامل فقد العزل Dielectric Dissipation Factor
• ثابت العزل Permittivity
• المقاومة الكهربية Electrical Resistance
• التوتر السطحي Interfacial Tension
• المواد الصلدة العالقة وتحديد كتلتها وعددها وفى بعض الحالات تحديد نوعيتها
• اللزوجية Viscosity
• نقطة الاشتعال Flash Point
• نقطة الانصباب Pour Point
• الغازات المذابة بالزيت وخاصة بالهيدروكربونات Dissolved Gas Analysis (DGA) باستخدام التحليل الكرومانجرافى

2- القياسات الكهربية بالجهد المتغير (50 ذ/ث) :
تستخدم هذه الطريقة خاصة لمحولات الجهد العالي والفائق وذلك بتوصيل جهد متغير (10 ك.ف – 50 ذ/ث) لقياس المفاقيد في الأجزاء المختلفة للمواد العازلة بالمحول، أي بين الملفات وبعضها وبين الملفات والأرض وكذلك لقياس المفاقيد في عازلات النفاذ Bushings ومفاقيد الزيت. ويتم تقييم نتائج القياسات بالآتي :

• مقارنة النتائج بالقيم التي تم الحصول عليها بالصنع واختبارات التسليم أو بقيم محول مشابه من نفس الصنع .
• مقارنه النتائج بالقياسات السابق تسجيلها لنفس المحول بالموقع 

3- قياسات التفريغ الجزئي Partial Discharge Measurements
يحدث أحيانا في المواد العازلة غير المعالجة بالطريقة المناسبة بعض الفقاعات التي يتولد داخلها تفريغات جزئية عند جهد كهربي ما مصحوبة بموجات تضاغطية وقد أمكن تسجيل هذه التفريغات عند أطراف المحول حينما تكون هذه التفريغات ذات ذبذبات في حدود 100ك هرتز .
كما يمكن تسجيل التفريغات ذات المستوى العالي وتحديد أماكنها باستخدام طرق القياس الصوتية الفائقة Ultrasonic Locating. ويمكن أحيانا تحديد مصدر حدوث التفريغات الجزئية بالمحولات باستخدام التحليل الإحصائي وشكل التسجيلات وقد لا تغطى هذه الطريقة الدقة المطلوبة لتحديد الأخطاء وحالة محولات القدرة.

4- طريقة تحليل الغازات المذابة بالزيوت العازلة :
من الخبرة المكتسبة علميا في التشخيص حالة المحولات باستخدام طريقة التحليل الغازات المذابة بالزيوت العازلة، يمكن تقسيم الأعطال التي تحدث المحولات إلى :

•  عطل كهربي : وهو حدوث تفريق تمزيقي أو جزئي بالعزل
•  عطل حراري : وهو حدوث ارتفاع زائد في درجة حرارة العزل نتيجة أي من الأسباب التالية تيارات زائدة دوارة خلال الأجزاء المعدنية والمجاورة للعزل نتيجة رداءة التوصيل أو التيارات الإعصارية أو الشاردة – تيارات زائدة دوارة خلال المادة العازلة وتسبب مفاقيد في العزل قد تؤدى إلى انهيار حراري لمادة العزل – تسخين زائد في الملفات الداخلية أو في الوصلات الخاصة بعازلات النفاذ.

وعند حدوث عطل كهربي أو حراري بالمحولات .. تتكون العديد من الغازات المصاحبة لهذا العطل والتي تكون مذابة في الزيت العازل، ويمكن بتحليل هذه الغازات ومعرفة نوعها ودرجة تركيزها معرفة نوع العطل، فمن المعلوم أن زيوت المحولات المعدنيةMineral Oils تتكون من روابط مختلفة من جزيئات الهيدروجين والكربون CH, CH2, CH3تتحد كيميائيا مع بعضها، ويمكن أن تنفصل أو تتفكك بعض الروابط C-C, C-H نتيجة لعطل كهربي أو حراري مكونة أيونات غير مستقرة من الكربون والهيدروجين والهيدروكوبونات والتي تتحد بسرعة مكونة الغازات التالية :

• الهيدروجين Hydrogen (H2)
• الميثان Methane (CH4)
• الاستيلين Acetylene (C2H2)
• الايثيلين Ethylene (C2H4)
• الإيثان Ethane (C2H6)
• أول أكسيد الكربون Carbon Monoxide (CO)
• ثاني أكسيد الكربون Carbon Dioxide (CO2)

وتذوب هذه الغازات في الزيت أو تتجمع كغازات حرة تتصاعد يمكن تجميعها إذا كانت كمياتها كبيرة، كما يمكن أيضا أن تتولد هذه الغازات نتيجة تفاعلات كيميائية لمعدن الحديد أو صدأ الحديد أو من عمليات التصنيع، كما يخرج خلال عمليات اللحام ويذوب في الزيت.
وقد سجلت حالات لمحولات خارج الخدمة وجود غازات ذائبة بالزيت نتيجة مثل هذه التفاعلات. ولذلك يجب أخذ عينة من زيت المحول قبل وضعه في التشغيل لتحديد نسب الغازات الذائبة في الزيت يمكن اعتبارها كقيمة مرجعية Reference Value لمقارنة نتائج العينات الدورية لكل محول.
ج

مصادر الغازات الذائبة في زيت المحول :

الهيدروجين (H2): ويتولد نتيجة التقادم الحراري للعزل، ويعتمد معدل زيادة التقادم على منحنى التحميل للمحول

الميثان (CH4):يزداد هذا الغاز في حالة التشغيل العادي للمحول بمعدل طفيف مع مرور الوقت ويمكن اعتباره كدليل على التقادم الحراري للعزل في حالة زيادته بنسبة كبيرة كما يعتمد معدل الزيادة أساسا على درجة حرارة الزيت . 

الإيثان(C2H6) : تعتبر درجة تركيز هذا الغاز في الزيت ثابتة. 

الاستلين (C2H2) : عادة ما تكون كمية هذا الغاز في الزيت صغيرة جدا أو منعدمة في التشغيل العادي ولكنه يتولد عندما تكون درجة حرارة الزيت عالية جدا أي في حالة حدوث Arcing . 

أول وثاني أكسيد الكربون (CO & CO2): ثبتت الأبحاث .. أن وجود غاز ثاني أكسيد الكربون ( CO2) في الزيت يزداد بنسبة طفيفة مع مرور الوقت، بينما يقل تدريجيا غاز أول أكسيد الكربون (CO). وعادة يتولد غاز أول وثاني أكسيد الكربون من الورق العازل الذى يحتوى على السيليلوز وحيث أن مادة السيليلوز تتكربن كلية عند درجة حرارة 150º، فإنه يمكن أن يحدث تقادم للورق العازل أثناء التشغيل العادي للمحول. 

ويوضح الجدول رقم (4-1) نسب الغازات الآمنة في زيوت المحولات بالنسبة لعمر المحول طبقا لخبرة الهيئات العالية في هذا المجال.
جدول رقم (4-1) : قيم الغازات الذائبة في زيت المحولات الآمنة
Particles Per Million (PPM)
الغاز العمـــــر(عـــام)
0 – 3 3 – 6 6 – 12 12 – 15 أكثر من 15
H2 110 150 250 500 500
CH4 40 100 100 100 150
C2H6 50 75 75 100 100
C2H4 50 125 150 150 150
C2H2 30 60 150 150 150
CO 1000 1000 1000 1000 1500
CO2 5000 10000 10000 10000 1200

إجراءات الصيانة الوقائية
تتبع الخطوات التالية لكل محول :
أ - عمل قاعدة بيانات للمحول تشمل البيانات الفنية التالية :

•  اسم المحطة المركب بها المحول (محطة محولات – محطة توليد -....)
•  اسم المصنع
•  تاريخ التصنيع
•  الرقم المسلسل للمحول
•  تاريخ دخوله الخدمة
•  القدرة المقننة
•  الجهد المقنن
•  نوع مغير الجهد
•  مدى مغير الجهد
•  جهــد المعاوقة (Z%)
•  توصيله الملفات
•  الوزن الكلى للمحول (طن)
•  وزن الزيت (طن)

ب – اخذ عينة من زيت المحول قبل وضعه في الخدمة، طبقا لما جاء بالمواصفات القياسية العالمية (IEC)، وإجراء التحليلات الكيمائية بما فيها الغازات الذائبة بالزيت والقياسات الكهربية بالجهد المتردد، وتسجيل هذه النتائج كقيم رجعية ويمكن مقارنة نتائج تحليل الغازات الذائبة بالقيم الواردة بالجدول رقم (4-1) كقيم استرشادية أو بالقياسات التي تم الحصول عليها بالصنع .
ج - أخذ عينات دورية كل سنة شهور وإعادة ما سبق بالبند (ب)، ومقارنة النتائج التي تم الحصول عليها بالقيم المرجعية للمحول. ويجب أن تكون هذه النتائج قريبة من النتائج السابقة للاطمئنان على حالة المحول، وفى حالة وجود زيادة مفاجئة في قيم أحد الغازات يجب أخذ عينة بعد فترة قصيرة للتأكد من حالة المحول.
د - في حالة استمرار الارتفاع في قيم الغازات، يلزم إجراء تكرير للزيت أو تغييره وإعادة أخذ عينات دورية وتحليلها.
ملاحظات :
في حالة ارتفاع قيم غاز الاستلين بصورة ملحوظة وتكرار ذلك في القياسات، يلزم فصل المحول والكشف عليه وإجراء القياسات الكهربية وقياسات التفريغ الجزئي ومقارنتها بالقيم الأولية للحكم على حالة المحول.
القيم الواردة في الجدول رقم (1) تعتبر فيما استرشادية .. ولكن الحكم الحقيقي على حالة المحول يعتمد على تطور قيم كل نوع من الغازات على حدة Trend.
محولات الخدمة
هي محولات قدرة يتم تركيبها في محطات المحولات على الجهود التالية الجهد 11ك.ف / 0.4 ك.ف .- من 50 – 100 ك.ف.أ، ويستخدم في :

•  تغذية الشاحن بالتيار المتردد
•  الإنارة العامة للوحه واستخدامها
•  بعض نظم الإشارات المركزية للوحة
•  مراوح الشفط وأجهزة التكييف
•  تستخدم في تغذية أجهزة الاختبارات

4-1-3-2 محولات القياس

4-1-3-2-1 محولات التيار Current Transformers

تكون قيم الجهود والتيارات في الشبكات الكهربية مرتفعة إلى الحد الذي يتعذر معه توصيلها مباشرة إلى أجهزة الوقاية وأجهزة القياس لذلك يتم تخفيض قيم الجهود والتيارات بنسب محددة من خلال محولات الجهد ومحولات التيار إلى قيم يمكن إدخالها إلى الأجهزة.
يتكون محول التيار من ملف ابتدائي Primary Windings وهو الذي يوصل على التوالي مع المهمات ويكون عدد لفاته واحدة أو بضع لفات وعزله الكهربي مرتفعا ليتحمل الجهد العالي الذي يسلط عليه والملف الثانوي Secondary Windings وعدد لفاته أكبر كثيرا من عدد لفات الملف الابتدائي، وعزله الكهربي 2000 فولت والنسبة بين عدد لغات الملف الثانوي NS إلى عدد لفات الملف الابتدائي NP تساوى النسبة بين قيمة التيار الابتدائي IP إلى قيمة التيار الثانوي IS تساوى نسبة التحويل الاسمية لمحول التيار Kn
والملفات الابتدائي والثانوي مرتبطان مغناطيسيا من خلال قلب من شرائح الصلب السليكونى ذات الخواص المغناطيسية الجيدة، والملفان معزولان كهربيا عن بعضهما وعن القلب الحديدي وعن الأرض وقيم عزل كل منهما تتناسب مع الجهد الاسمي له ومن الطبيعي أن حجم محول التيار يكون كبيرا إذا كان الجهد الابتدائي الاسمي له عاليا بسبب كبر حجم العازل Insulator والذي يكون غالبا من البورسلين في الجهود العالية والفائقة ولكن في الجهود المتوسطة فإنه يكون غالبا من الراتنج Cast resin وتنقسم محولات التيار من حيث أنواع الملفات الابتدائية إلى نوعين هما : محولات التيار ذات الملف الابتدائي الملفوفWound Primary والنوع الثاني هو محولات التيار ذات الملف الابتدائي القضيبBar Primary C.T
ج
أولا : محولات التيار ذات الملف الابتدائي الملفوف Wound Primary C.T
وفي هذا النوع يكون الملف الابتدائي عبارة عن موصل ذو مساحة مقطع كبيرة لتتحمل مرور تيارات القصر بها ويلف حول القلب الحديدي مكونا عدد لفات يمكن حسابها من العلاقة :
كمية الأمبير.لفة : (Ampere.Turn) المتولدة في القلب الحديدي عند مرور التيار الابتدائي الراتب 400 أمبير.لفة
Ampere Turn= 400=IP× NP
ويستخدم هذا النوع في محولات التيار ذات نسب التحويل المنخفضة.
ثانيا : محولات التيار ذات الملف الابتدائي القضيب Bar Primary C.T
وهو النوع الغالب في محولات التيار، وفي معظم محولات التيار يتكون القلب الحديدي من شرائح Laminations من الصلب عندما تجمع مع بعضها تكون قلب حديدي على شكل اسطوانة مجوفة من الداخل يتم عزله ثم يلف عليها الملف الثانوي، أما الملف الابتدائي فهو يتكون من موصل على شكل قضيب ذو مساحة مقطع كبير لتتحمل تيارات القصر (31.5- 40 ك.أ )
ويعزل الملف الابتدائي بما يناسب الجهد المصمم له ويمر هذا القضيب في مركز الفتحة الدائرية للقلب الحديدي.
وقد يتكون محول التيار من القلب الحديدي الاسطواني الأجوف والملف الثانوي فقط مكونين محول تيار يسمى تيار حلقي Ring Type C.T وهذا النوع من محولات التيار يركب على الكابلات أو على عوازل قواطع التيار أو على عوازل محولات القدرة وفي هذه الحالة لان الموصل الموجود داخل القلب يعمل كملف ابتدائي من لغة واحدة ويصنع القلب من نصفين حتى يمكن تركيبه حول الكابلات أو الموصلات دون إعادة فكها .
ويختلف ملف القياس عن ملف الوقاية في الآتي :
1- الدقة في ملف القياس
2- التشبع يحدث لملف القياس عند قيم منخفضة وذلك لحماية أجهزة القياس من تيارات القصر ذو القيمة العالية
3- في ملف الوقاية يفضل أن يكون التشبع عند قيم عالية عادة تصل إلى 10مرات قيمة تيار التشغيل

4-1-3-2-2 محولات الجهد Voltage Transformers

تكون قيم الجهود والتيارات في الشبكات الكهربية مرتفعة إلى الحد الذي يتعذر معه توصيلها مباشرة إلى أجهزة الوقاية وأجهزة القياس لذلك يتم تخفيض قيم الجهود والتيارات ينسب محددة من خلال محولات الجهد ومحولات التيار إلى قيم يمكن إدخالها إلى الأجهزة.
يتكون محول الجهد من ملف ابتدائي Primary Windings وهو الذي يوصل على جهد الشبكة ويكون عدد لفاته كبيرا وعزله الكهربي مرتفعا ليتحمل الجهد العالي الذي يسلط عليه والملف الثانوي Secondary Windings وعدد لفاته أقل كثيرا من عدد لفات الملف الابتدائي وعزله الكهربي 2000 فولت والنسبة بين ملفات الملف الابتدائي NP إلى عدد لفات الملف الثانوي NS تساوى النسبة بين قيمة الجهد الابتدائي VP إلى قيمة الجهد الثانوي VS تساوى نسبة التحويل الاسمية لمحول الجهد Kn 

والملفان الابتدائي والثانوي مرتبطان مغناطيسيا من خلال قلب من شرائح الصلب السيلكونى ذات الخواص المغناطيسية الجيدة والملفان معزولان كهربيا عن بعضهما وعن القلب الحديدي وعن الأرض وقيم عزل كل منهما تتناسب مع الجهد الاسمي له ومن الطبيعي أن حجم محول الجهد يكون كبيرا إذا كان الجهد الابتدائي الاسمي له عاليا بسبب كبر حجم العازل Insulator والذي يكون غالبا من البورسيلين في الجهود العالية والفائقة ولكن في الجهود المتوسطة فانه يكون غالبا من الراتنج Cast resin وغالبا ما يتكون محمول الجهد من أكثر من قلب حديدي Core وكل قلب عليه ملفاته الابتدائية والثانوية وكل قلب وملفاته كأنه محول جهد مستقل له نسبه تحويل ومستوى دقه Accuracy Level تختلف عن الآخر حسب الاستخدام المطلوب وتنقسم محولات الجهد حسب التكوين إلى نوعين :

أولا : محولات الجهد المغناطيسي Magnetic C.T
وهو النوع التقليدي ويتكون كما ذكر سابقا من ملف ابتدائي وآخر ثانوي يرتبطان مغناطيسيا بواسطة قلب من شرائح الصلب السليكوني ونظرية عمله تشبه نظرية عمل محولات القدرة Power Transformers ونسبه التحويل الاسمية لمحول الجهد هي نسبه عدد لفات الملف الابتدائي إلى الثانوي ولكن نظرا لحدوث فقد في التيار بسبب تيار المغنطة Exciting Current IE وبسبب مرور التيار الثانوي Secondary Current IS نتيجة توصيل الأجهزة على الملف الثانوي لمحول الجهد ولذلك فإن نسبه التحويل الحقيقية تختلف عن الاسمية بقيمه تسمى الخطأ في نسبه التحويل Ration Error، وكذلك فإن هناك خطأ في زاوية الوجه وجهد الملف الثانوي يكون عادة 100 – 110فولت .

ثانيا : محولات الجهد السعوية Capacitive C.T
ويستخدم في الجهود الفائقة والعالية من 500 ك.ف – 220 ك.ف – 132 ك.ف وأصبح شائعا استخدام محولات الجهد السعوية لسببين الأول أنها أقل تكلفه عن محولات الجهد المغناطيسية والسبب الثاني أن المكثف Capacitor الموجود بها يؤدى وظيفة أخرى حيث يعمل في نفس الوقت كمكثف ربط Capacitor Coupling لنظام الاتصال بالموجات المحملة على خطوط نقل الطاقةPower Line Carrier PLC والذي أصبح استخدامه ضروريا لأغراض الاتصالات وربــــط أجهـــــــــزة الحماية في المحطات بأجهـــــــزة الحماية في المحطات المقابلة والذي يطلق عليه Tele Protection .

4-2 قواطع التيار Circuit Breakers

وهى العناصر الرئيسية في خلايا الجهد العالي الكهربية Switch Gear والتي يمكن أن توصل أو تفصل في حالة وجود تيار الحمل وتيار القصر.
وهى مجهزة بغرف لإطفاء الشرارة الناتجة عن الفصل والتوصيل على تيارات عالية.
وعندما يحدث قصر في احد عناصر الشبكة يقوم نظام الوقاية مباشرة أو من خلال جهاز وقاية مساعد بإرسال أمر الفصل إلى ملف الفصل Trip Coil الخاص بقاطع التيار وأمر الفصل عبارة عن القطبية الموجبة (+) للتيار المستمر ويكون ملف الفصل على طرفه الآخر قطبية سالبه (-) فيعمل ( يلقط) ملف الفصل ويقوم بتحريك الأجزاء الميكانيكية للقاطع وتتم عملية الفصل وعزل القصر عن باقي أجزاء الشبكة.

وتصمم قواطع التيار لتكون قادرة على فصل تيار Breaking Capacityأعلى من قيمة تيار القصرShort Circuit Current المتوقع حدوثه مع وجود معامل أمان Factor Of Safety كاف مع الأخذ في الاعتبار القيمة المستقبلية لتيارات القصر بعد التوسعات المتوقعة في الشبكة وتنقسم قواطع التيار تبعا للآتي :

1.  من حيث الوسط المستعمل لإطفاء الشرارة أثناء قطع الطاقة
2.  من حيث التشغيل المستعمل في قطع التيار

أولا : من حيث الوسط المستعمل لإطفاء الشرارة أثناء قطع الطاقة
1. القواطع الزيتية

•  كثير الزيت Bulk Oil
•  قليل الزيت Minimum Oil

إن الوسط المستعمل في قواطع التيار للنوعين هو زيت المحولات والغاية من استعماله هو إطفاء الشرارة وتوجد مواصفات خاصة لذا الزيت هي :

•  درجة الاشتعال عالية
•  درجة التجمد منخفضة
•  درجة اللزوجة
•  درجة الرطوبة قليلة جدا
•  خالي من الحوامض
•  الخلو من الشوائب

2. القواطع الهوائية Air Blast
تستعمل هذه الأنواع من قواطع الدورة والتي يعتمد إطفاء الشرارة فيها على الهواء المضغوط الموجود بالخزان الرئيسي ويخض هذا الهواء بواسطة بلوف التخفيض حتى يصل إلى المفتاح بضغط معين ويوجد مثال لذلك لمراحل الضغوط المختلفة للمفتاح :

•  عند نزول الضغط إلى قيمة معينة يعطى إنذار
•  عند نزول الضغط إلى قيمة أقل من السابقة يعطى Blocking

مع ملاحظة أن معدل التسريب المسموح به 1 بار/ساعة وعند حدوث تسريب هواء شديد بالمفتاح ونزول علامة الإنذار يتبــع :
أ‌. المحافظة على الهواء الموجود بالخزان الرئيسي بالمحطة وذلك بغلق محبس الهواء الخاص بالمفتاح الموجود عليه التسريب
ب‌. إخطار التحكم ومسئولي الصيانة التابع لها المفتاح لعمل اللازم نحو فصل المفتاح السابق
3. قواطع الدورة الغازية SF6
تستعمل هذه القواطع فى نظام الجهود العالية (500/400/220/132/66 ك.ف ) والوسط المستعمل في هذا النوع هو غاز SF6 (سادس فلوريد الكبريت) وخواصه :

•  من الغازات الخاملة
•  قابليته للاشتعال معدومة
•  قابليته للعزل وتزداد بزيادة الضغط عليه 

ومن تلك الخصائص المشار إليها يتضح أن غازSF6 قادر على :

•  تبريد مكان الشرارة
•  تغيير الوسط المتأين
•  رفع مستوى العزل

مراحل الضغوط المختلفة للمفتاح الغازي :

•  ضغط الغاز بالمفتاح 7 بار
•  ضغط الإنذار 6.2 بار
•  ضغط Blocking 5 بار 

4. قواطع التيار المفرغة
تستعمل هذه الأنواع من قواطع الدورة في الشبكة خاصة الجهود المتوسطة ( 11/6.6 ك.ف) لكون هذه القواطع ذات سعات عالية ويتم الفصل والتوصيل داخل غرفة مفرغة من الهواء نظرا لعدم وجود مادة قابلة للاشتعال ولعدم وجود وسيط لنقلها .
ثانيا : من حيث الوسط المستعمل في قطع التيار
1. التشغيل بالهواء المضغوط Pneumatic
وهو يستخدم في المفاتيح الهوائية ذات الضغوط العالية (220/66 ك.ف ) ويعتمد على الهواء المضغوط في الفصل والتوصيل
2. التشغيل الهيدروليكي ( الزيت المضغوط بالنيتروجين ) Hydraulic
ويستخدم في المفاتيح التي يستعمل فيها غاز SF6(الغازية) لإطفاء الشرارة ويعتمد على الزيت الهيدروليكي ذو المواصفات الخاصة والذي يعطى ضغطا يقابله ضغط غاز النتروجين والذي يعمل في هذه الحالة عمل بأي التوصيل والفصل
ج
3. التشغيل ذو المحرك ( الملف الكهربي ) Soienoid
وهو محرك تيار مستمر أو متردد حيث يقوم بالتشغيل لشحن بأي معين أو أكثر للقيام بعمليات الفصل – التوصيل – الفصل وغالبا يستخدم في أنواع كثيرة من المفاتيح ومن الممكن تشغيل المفتاح في حالة وجود عطل بمحرك D.C بطريقة يدوية مع ملاحظة عزل الجهد عن طرفي المفتاح وكذلك عزل تغذية الموتور.
ج

4-3 السكاكين Isolators

وهى من عناصر الخلايا الكهربية Switch Gear ويمكن فصلها وتوصيلها في حالة وجود جهد ولكن عند عدم وجود تيار سواء كان تيار حمل أو تيار قصر أي أنه في كل الأحوال لا يتم فصل السكينة إلا بعد فصل القاطع Circuit Breaker لذلك عند إجراء عمليات الفصل والتوصيل ( المناورات ) يتم فصل القاطع أولا ليتحمل الشرارة الناتجة عن الفصل وبعد ذلك يتم فصل السكاكين لإتمام عزل الجزء المراد عزله
أما في حالة التوصيل فيتم أولا توصيل السكاكين وأخيرا يتم توصيل القاطع ليتحمل الشرارة الناتجة عن توصيل التيار ومن أنواع السكاكين سكاكين القضبان َQL2 & QL1 وسكاكين الخط Line Isolators QL وسكاكين الأرضي Switch Earth QE وتدخل السكاكين في عمل نظام الوقاية عن طريق نقط التلامس الفرعية Block Contacts خصوصا وقاية القضبان وعن طريقها يتم تحديد مناطق وقاية Busbar Protection Zone
وتختلف السكاكين عن المفتاح كما سبق في الآتي :
1. لا تحتوى على وسط لإطفاء الشرارة
2. لا تستجيب للفصل التلقائي ( أجهزة الوقاية )
3. لا يمكن فصله على حمل

4-4 قضبان التوزيع BusBars

يستخدم قضبان التوزيع كمهمة أساسية في توزيع الطاقة وفى الغالب تكون قضبان التوزيع من النوع المزدوج في الجهود 220/66/33 ك.ف ومن مميزات هذا النوع استمرار التغذية عند إجراء الصيانة على أحد الضبان وعادة تصنع موصلات القضبان من الالومنيوم 240مم2 لو 380 مم2 لو أو 150 مم2 نح& 400 مم 2 سبيكة أو 500 مم2 سبيكة من النوع المزدوج الرسومات التالية توضح الأنواع المختلفة لقضبان التوزيع جهد 66, 220 ك.ف الموجودة بالشبكة وكما يتضح من الرسم توجد فواصل طويلة تستخدم في عزل جزء معين من القضبان لإجراء الصيانة المطلوبة مع استمرار التغذية على الأجزاء الأخرى للقضبان ووجود سكينه الأرضي الخاصة بالقضبان لتوصيلها أثناء عمل الصيانة .
ويوجد على كل قضبان توزيع محول جهد خاص بها لمعرفه جهد القضبان أثناء التشغيل وكذلك التأكد من عدم وجود جهد على القضبان بعد مناورة إخلاء القضبان . ويربط القضبان 1, 2 مفتاح رئيسي وسكينتي قضبان توضح الرسومات التالية الأنواع المختلفة القضبان الموجودة بالشبكة .
الأنواع المختلفة لروابط القضبان العرضية الموجودة بالشبكة
مواصفات قضبان التوزيع
 كهربائية (قدرة توصيلية عالية – احتياطات الأكسدة)
 ميكانيكية (خفة – متانة – مقاومة للإجهاد)
 حرارية (قدرة توصيلية حرارية عالية)

4-5 أجهزة القياس Measuring

أولا : على خلايا الدخول
1. جهاز قياس الجهد (فولتميتر) ويتغذى من V.T
2. جهاز قياس شدة التيار (الأميتر) ويتغذى من C.T
3. جهاز قياس القدرة الفعالة (وات ميتر) ويتغذى من V.T + C.T
4. جهاز قياس القدرة الغير الفعالة (فار ميتر) ويتغذى من V.T + C.T
5. جهاز قياس معامل القدرة (P.F) ويتغذى من V.T + C.T
6. جهاز قياس الطاقة الفعالة (وات ساعة ميتر) ويتغذى من V.T + C.T
7. جهاز قياس الطاقة الغير فعاله (فار ساعة ميتر) ويتغذى V.T + C.T
8. جهاز قياس الذبذبة (Hz) ويتغذى من V.T
ثانيا : على خلايا الخروج
1. جهاز قياس شدة التيار (الأميتر) ويتغذى من C.T
2. جهاز قياس الطاقة الفعالة (وات ساعة ميتر) ويتغذى من V.T + C.T
3. جهاز قياس الطاقة الغير فعاله (فار ساعة ميتر) ويتغذى من V.T + C.T

4-6 مانعات الصواعق Surge Arrestors

وهى عبارة عن مقاومة غير خطية أي أنها لا تخضع لقانون أوم ومنها نوعين الأول السيليكونى والثاني الزنكي، والثاني أكثر استعمالا في الضغوط العالية وتعتمد نظرية استخدامها أنها في حالة التشغيل العادية تمثل المانعة كمقاومة لانهائية وبزيادة الجهد عن الجهد المقنن نتيجة الظواهر العابرة (الصواعق الكهربية – الفصل والتوصيل) تبدأ قيمة المقاومة في النقصان السريع تسريب هذه الشحنة إلى الأرض ثم تعود إلى حالتها الطبيعية (مقاومة لانهائية) – المقاومة تتناسب عكسيًا مع الجهد –

4-7 التيار المستمر "البطاريات وأجهزة الشحن"

ومصدر التيار الكهربي المستمر في المحطات هي البطاريات التي تشحن بواسطة أجهزة شحن تقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر .
والتيار المستمر في غاية الأهمية إذ يستخدم في توصيل وفصل القواطع والسكاكين وفي تغذية نظام والاتصالات ونظام الإنذار ونظام إطفاء الحريق والإضاءة الاضطرارية وغيرها لذلك كان من الأهمية توفير مصادر تبادلية للتيار المستمر وحاليا يتم استخدام بطاريتين وثلاثة أجهزة شحن في كل محطة.
الشاحن
تحويل التيار المتردد 380/220 فولت إلى تيار مستمر 115 أو 100 فولت سعه 10 إلى 60 أمبير/ساعة ، و220 فولت سعة 230 أمبير/ساعة.
الاستخدام :
 تغذية مهمات اللوحة من أجهزة وقاية وتحكم بالتيار المستمر وإشارات وإنذار .
 يقوم بتعويض البطاريات عن طريق الشحن ( بطيء – سريع )
البطاريات
البطاريات ( قلوية أو حمضية ) هيدروكسيد بوتاسيوم / حمض كبرتيك وتتكون من عدد من الأعمدة
مثال : 92 عمود جهد العمود الواحد 1.2 ف

•  كثافة المحلول 1.21 – 1.19 مم / سم3
•  جهد البطارية 110.4 فولت
•  سعة البطارية 100 أمبير/ساعة
•  احتياطي البطارية 5 أعمدة

في حالة التشغيل العادية يعتمد في تغذية اللوحة بالتيار المستمر على الشاحن، وفي حالة حدوث الفصل التلقائي للقواطع يعتمد في تغذية دوائر التحكم والوقاية للقواطع على البطارية.
أنواع الشحن للبطارية

•  بطيء في التشغيل العادي من 0.5 – 1 أمبير
•  سريع من 10 – 30 أمبير
•  شحن بطيء بعد أعمال الصيانة من 1 – 10 أمبير

أنواع الصيانة على البطارية
صيانة جسيمه دورية مرتين أو مره واحدة سنويا

•  يتم تغير المحلول بمحلول أخر مطابق للمواصفات .
• تفريغ كامل للبطارية لمدة 8 ساعات ثم إعادة الشحن لمده 8 ساعات .
•  يتم تسجيل تيار وجهد التفريغ ثم يبدأ الشحن لمدة 8 ساعات أخرى والتسجيل لتيار الشحن وجهد البطارية إلى أن نصل إلى أفضل كفاءة للبطارية .
•  يتم تغير الأعمدة التالفة أثناء أعمال الصيانة .
•  يتم قياس جهد كل عمود والكثافة بحيث تكون في الحدود المسموح بها .

ج
صيانة دورية روتينية كل شهر
 تتم هذه الصيانة والبطارية في التشغيل
 نعمل مرور على الأعمدة لتغير التالف منها ونعمل لها نظافة ونضع فزلين على الأقطاب حتى لا تتأكسد
فحص دوري أسبوعي
 نفصل الشاحن لمده ساعتين ونوصل البطاريات على الشحن السريع لمده ساعتين ثم مراقبه النتائج.
 يتم تسجيل الصيانة الجسيمة والصيانة الدورية والفحص الدوري في سجلات البطاريات في اللوحة (كثافة العمود – جهد العمود – رقم العمود)
ج
صيــانة شــهرية

•  افصل الشاحن وحمل المحطة على البطارية
•  سجل الجهد الكلى للبطارية في كارت الصيانة
•  افحص الجدار الخارجي للأعمدة وفي حالة وجود شرخ أو تسريب للمولد يتم تغيير العمود المسبب لذلك
•  راجع مستوى المحلول وسجل كثافة وجهد كل عمود في كارت الصيانة
•  التأكد من الوصلات

صيانة أسبوعية

•  بدون فصل الشاحن
•  افحص أطراف البطارية وإزالة أي أملاح عليها بواسطة الماء المقطر
•  تنظيف البطارية من الأتربة
•  التأكد من أن الغطاءات التهوية الخاصة بالبطاريات في وضعها الصحيح
•  تنظيف أرضية غرفة البطارية.

4-8 دوائر المنع Interlock Circuits

وهو نظام يمنع التشغيل الخاطئ الذي قد يؤدى إلى أضرار بالشبكة أو العاملين وعلى سبيل المثال :

•  عندما تكون إحدى سكاكين القضبانQL2 موصلة والقاطع QF موصلا وسكينة الخط QL موصلة يمنع فصل أي من السكاكين QL2 (سكينة القضبان الثانية) QL (سكينة الخط) وذلك لتلاقى حدوث شرارة على سكينة حيث أنها غير مصممة لإطفاء الشرارة.
•  يمنع توصيل سكينة الخط QL إذا كانت سكينة الأرضي QE موصلة.
•  يمنع توصيل سكينة القضبان QL1 لأي مغذى إذا كانت سكينة القضبان الأخرى QL2 لنفس المغذى موصلة ورابط القضبان العرضي مفصول.

4-9 نظام الإنـذار Alarm System

وهو يتكون من خلية محلية للإنذار Local Alarm Panel تتصل بنظام الوقاية وباقي عناصر المحطة عن طريق دوائر الإنذار وهى مزودة بإشارات بيان ضوئية وبإنذار صوتي وعندما تحدث أي ظاهرة غير عادية يعمل الجهاز.
ومن الإشارات الخاصة بنظام الوقاية ما يلي:
اشتغال أحد أجهزة الوقاية Protection Trip
تعطل أحد أجهزة الوقاية
Protection Fault
انقطاع التغذية بالتيار المستمر عن أي جهاز وقاية D.C Failure
وضع أي جهاز وقاية على وضع اختبار Protection Under Test
وجود خلل بدائرة القطع بأحد القواطع Trip Circuit Faulty
وذلك إضافة إلى الكثير من إشارات الإنذار الخاصة بالمحولات والخلايا الكهربائية وكل جزء في المحطة . وعند صدور أي من هذه الإشارات فإن نظام الإنذار يعمل وتضاء الإشارة الضوئية على خليه الإنذار بالمحطة مبينه نوع الخلل والعنصر الذي به الخلل وفي نفس الوقت ترسل نفس الإشارة إلى مركز التحكم المختص عن طريق نظام الاتصالات .

تعديل المقال