المحولات الجافة مقابل المحولات المملوءة بالزيت لمحطات التحويل الداخلية بجهد 33 كيلوفولت

يُعدّ المحول الجاف بجهد 33 kV خيارًا مناسبًا لمحطة فرعية داخلية عندما يؤدي الاستغناء عن السائل العازل إلى خفض متطلبات احتواء الحريق بدرجة ملموسة، وتكون الغرفة قادرة على توفير تبريد كافٍ ومسافات الخلوص الكهربائي والتحكم البيئي. ويظل المحول المملوء بالزيت بديلًا جديرًا بالاعتبار عندما يوفر التبريد بالسائل أو الأداء الحراري أو أبعاد المعدات ملاءمة هندسية أفضل، شريطة أن يكون المبنى قادرًا على استيعاب احتياطات الحريق واحتواء الانسكابات المرتبطة به.

لذلك، ينبغي أن تقارن عملية الاختيار بين الأنظمة الكاملة بعد تركيبها، لا بين أسعار شراء المحولات وحدها. ولا تُعدّ قاعدة «المحول الجاف مقاوم للحريق» أو «المحول المملوء بالزيت غير مناسب للاستخدام الداخلي» قاعدة سليمة للاختيار. فالخيار العملي يتوقف على عواقب العطل، والظروف الفعلية للغرفة، ومنحنى الأحمال، والأدلة المتاحة للتصميم المقترح.

حدّد متطلبات الخدمة الكهربائية قبل مقارنة أنواع الإنشاء

يشير «33 kV» إلى الجهد الاسمي للنظام، وليس إلى مواصفات محول مكتملة. حدّد نسبة التحويل، والقدرة الظاهرية المقننة بوحدة kVA أو MVA، والتردد، ومجموعة المتجهات، وترتيب المحايد، والممانعة، ومتطلبات نقاط التوصيل، وأعلى جهد للمعدات. وتستخدم شبكة بجهد 33 kV عادةً معدات من فئة 36 kV وفقًا لممارسات IEC، لكن يجب أن تحدد مواصفات شركة الكهرباء المعنية ودراسة تنسيق العزل التصنيفات المطلوبة.

لا تكون عروض المحولات الجافة والمملوءة بالزيت قابلة للمقارنة إلا عند تطابق متطلبات الخدمة هذه. فاختلاف قيم الممانعة يؤثر في تيار العطل وتنظيم الجهد، واختلاف تصنيفات التبريد يغير السعة القابلة للاستخدام. ولا ينبغي مقارنة عرض محول جاف ذي تصنيف تبريد بمساعدة المراوح مباشرةً بعرض محول مملوء بالزيت مصنف للتبريد الطبيعي المستمر، من دون احتساب مدى توافر المراوح والطاقة المساعدة.

توفر سلسلة IEC 60076 الإطار المرجعي الخاص بالمحولات، بما في ذلك IEC 60076-11 للمحولات الجافة، وIEC 60076-2 لارتفاع درجة الحرارة في المحولات المغمورة في سائل، وIEC 60076-3 لمستويات العزل والاختبارات العازلية. وينبغي أن يحدد العقد الإصدارات والمتطلبات المحلية المطبقة. ولا يعني الامتثال لمعيار المحولات، بحد ذاته، الموافقة على التركيب الداخلي.

تُحسم السلامة من الحرائق على مستوى الغرفة

يلغي الإنشاء الجاف مخزون السائل العازل وما يرتبط به من مخاطر التسرب وحرائق البرك. وقد يمثل ذلك ميزة حاسمة داخل المباني المشغولة أو في الطوابق الواقعة تحت مستوى الأرض أو عندما يصعب تركيب نظام لاحتواء الانسكابات. لكنه لا يلغي مخاطر القوس الكهربائي أو تحلل العزل أو الدخان أو انتشار الحريق عبر الكابلات والمعدات المجاورة.

كما ينبغي عدم التعامل مع تصميمات راتنج الصب وغيرها من التصميمات الجافة على أنها قابلة للتبادل. وعند تحديد فئات بيئية أو مناخية أو لسلوك الحريق وفقًا لـ IEC 60076-11، اطلب أدلة تنطبق على التصميم المعروض. فئة سلوك الحريق المعلنة هي خاصية أداء محددة، وليست تصريحًا بأن المحطة الفرعية بأكملها غير قابلة للاحتراق.

في حالة التركيب المملوء بالزيت، حدّد السائل قبل تقييم المخاطر. فللزيت المعدني وسوائل الإستر الأقل قابلية للاشتعال خصائص مختلفة من حيث الحريق، وقد يتيح السائل الأقل قابلية للاشتعال، عند استيفائه للشروط، ترتيبات تركيب مختلفة بموجب القواعد المعمول بها. ومع ذلك، لا يؤدي تغيير السائل تلقائيًا إلى إلغاء متطلبات التقسيم إلى حجرات أو الاحتواء أو التهوية أو الفصل. كما يجب التحقق من توافق السائل والأداء العازلي وتصميم المحول.

يتمثل سؤال الموافقة في ما إذا كان التركيب الكامل يستوفي قواعد البناء والكهرباء المحلية، ومتطلبات شركة الكهرباء، وشروط شركة التأمين، ومتطلبات الجهة صاحبة الاختصاص. وقد يتطلب التصميم، بحسب الموقع، إنشاءات مقاومة للحريق أو أبوابًا مناسبة أو احتواءً للانسكابات أو عزلًا للصرف أو أنظمة كشف أو إخماد. وينبغي إدراج هذه التدابير في المقارنة الأولية، لا تأجيلها إلى تعديل متأخر في أعمال الإنشاء.

قد تحدد التهوية ما إذا كان بالإمكان الاستفادة من التصنيف المختار

يفقد كلا نوعي المحولات الحرارة داخل الغرفة ما لم ينقل ترتيب منفصل هذه الحرارة إلى مكان آخر. ينقل التبريد بالسائل الحرارة من الملفات إلى الخزان والمشعات، لكنه لا يزيل الحمل الحراري من الغرفة. وبالمثل، لا يستطيع غلاف المحول الجاف تعويض قصور تهوية المبنى.

احسب طرح الحرارة من الغرفة استنادًا إلى خسائر اللاحمل والحمل المضمونة في ظروف التشغيل المقصودة، إلى جانب أحمال المعدات المساعدة والمجاورة ذات الصلة. وتظل خسائر اللاحمل قائمة ما دام المحول موصلًا بالطاقة. أما خسائر الحمل فتتغير تقريبًا مع مربع التيار، مع تأثيرات إضافية لدرجة الحرارة ومحتوى التوافقيات.

يمكن أن يستند التقدير الأولي لمعدل تدفق الهواء إلى Q = P / (ρ × c_p × ΔT)، حيث تمثل P الحرارة المطلوب طرحها، وQ تدفق الهواء، وΔT ارتفاع درجة الحرارة المسموح به لهواء التهوية. كما يجب أن يراعي التصميم النهائي الشفرات والمرشحات ومقاومة مجاري الهواء وظروف تشغيل المراوح وإعادة تدوير الهواء ومسار تدفق الهواء الفعلي عبر المعدات.

درجة الحرارة المحيطة الحرجة هي درجة حرارة الهواء الداخل إلى المحول، وليست درجة حرارة محطة الطقس الخارجية. فقد ترتفع حرارة الغرفة حتى عندما يبدو نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء العام في المبنى كافيًا. حدّد درجة حرارة الدخول المسموح بها والاستجابة التشغيلية لتعطل التهوية، بما في ذلك الإنذارات أو خفض الحمل أو الإيقاف عند الضرورة.

اطلب أدلة ارتفاع درجة الحرارة للغلاف وترتيب التبريد المعروضين. فقد يحمي الغلاف من الوصول أو التلوث، لكنه يقيّد تدفق الهواء. وإذا كان التصميم الجاف يعتمد على التبريد القسري لتوفير السعة المطلوبة، فتحقق من قدرته المستمرة عند تعذر استخدام المراوح. وينبغي تطبيق التدقيق نفسه على التصميمات المملوءة بالزيت التي تعتمد على المراوح أو المضخات.

يستدعي العزل وتلوث البيئة اهتمامًا خاصًا عند 33 kV

لا يؤدي غياب الزيت إلى تبسيط جميع مسائل العزل. تعتمد ملفات المحولات الجافة ونهاياتها ووصلاتها على تنسيق العزل الصلب ومسافات الخلوص الهوائي. ويمكن للغبار والرطوبة والتلوث الموصل والتكاثف أن تؤدي إلى مخاطر التتبع السطحي أو التفريغ، حتى إذا ظل الراتنج نفسه سليمًا.

تختلف بيئة الخدمة بين موقع داخلي نظيف وغرفة مغلقة تتعرض للملح أو غبار العمليات أو فترات توقف رطبة. حدّد التعرض للملوثات والرطوبة ومخاطر التكاثف وإمكانية الوصول للتنظيف وأي تدابير لمنع التكاثف. ولا يصف تصنيف حماية الدخول للغلاف وحده ظروف الرطوبة الداخلية أو يثبت ملاءمة العزل.

في الوحدات المملوءة بالزيت، يحمي السائل العزل الداخلي من التعرض المباشر لهواء الغرفة، لكن يظل التحكم في الرطوبة مهمًا. وتؤثر ترتيبات الإحكام والمحافظ وأجهزة التنفس، عند تركيبها، والحشيات وحالة الزيت في أداء العزل على المدى الطويل. كما تتطلب العوازل الخارجية ونهايات الكابلات مسافات خلوص مناسبة وحماية بيئية ملائمة.

في كلا نوعي الإنشاء، اختر مستويات تحمل جهد التردد الصناعي والنبضات الصاعقية من خلال تنسيق العزل. وخذ في الحسبان خصائص كابلات الدخول وواجهات خطوط النقل الهوائية ومواقع مانعات زيادة الجهد وأحداث التبديل. وعندما يثير التبديل الفراغي أو ترتيب معين للكابلات مخاوف بشأن العابرّات سريعة الجبهة، قيّم الحاجة إلى تدابير تخفيف إضافية بدلًا من افتراض أن الاختبارات العازلية القياسية تغطي كل ظروف الشبكة.

بالنسبة إلى محول جاف مقترح بجهد 33kv، اطلب الوثائق ذات الصلة باختبارات العزل والتفريغ الجزئي. وتأكد من أن الأدلة تشمل فئة الجهد وخصائص التصميم ذات الصلة. فالشهادة العامة أو التقرير الخاص بترتيب ملفات يختلف جوهريًا لا يعادل دليلًا يدعم الوحدة المعروضة.

يؤثر منحنى الحمل أكثر من هامش سعة بسيط

لا تحدد فئة العزل الحرارية وحدها قدرة التحميل الزائد. فنظام العزل ذي درجة الحرارة الأعلى لا يمنح إذنًا بزيادة الحمل المستمر من دون التحقق من النقاط الساخنة في الملفات وحدود ارتفاع درجة الحرارة وظروف الغلاف وتقادم العزل المتوقع.

يمكن أن توفر التصميمات المملوءة بالزيت قصورًا حراريًا مفيدًا عند تغير الأحمال، لكن يظل التحميل الزائد المسموح به معتمدًا على الحمل السابق ودرجة الحرارة المحيطة وحالة التبريد وحدود التصميم. كما أن قدرة المحولات الجافة على تحمل الحمل الزائد تعتمد على التصميم. استخدم إرشادات التحميل المناسبة وحسابات الشركة المصنّعة بدلًا من نسبة عامة للتحميل الزائد.

حدّد منحنى الحمل اليومي المتوقع ومدة التشغيل الطارئ ومتطلبات بدء تشغيل المحركات والتوافقيات المرتبطة بالمحوّلات الإلكترونية. فقد تزيد التوافقيات خسائر التيارات الدوامية في الملفات والخسائر الشاردة، لذا قد لا تكفي سعة محول حُددت استنادًا إلى kVA للتردد الأساسي فقط. قدّم طيف التيار المتوقع أو أساسًا متفقًا عليه للتقييم.

إذا كانت المحطة الفرعية تتصل أيضًا بمعدات مثل نظام تخزين الطاقة في حاوية بتبريد هوائي بقدرة 500kW/1MWh، فإن واجهة التيار المتردد المحددة بجهد 400 V تتطلب تحويلًا وحماية مناسبين للاتصال بنظام 33 kV. وينبغي أن تندرج ضمن مواصفات المحول مسألة تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه وتوافقيات PCS ومتطلبات القدرة غير الفعالة وجداول التشغيل. ولا تحدد القدرة الاسمية لنظام التخزين وحدها سعة المحول بوحدة kVA أو تفضّل أيًا من نوعي العزل.

قارن الحيز المركب، لا أبعاد الكتالوج

قد يوفر الإنشاء المملوء بالزيت مجموعة فعالة مدمجة، لكن الخزان والمشعات والاحتواء ومتطلبات الصيانة قد تغير المساحة المركبة. وقد يتجنب الجهاز الجاف الحاجة إلى حوض احتواء، لكنه قد يتطلب حيزًا كبيرًا للغلاف وفتحات تهوية ومسافات خلوص حول النهايات. ولا توجد أفضلية عامة موثوقة في المساحة من دون مقارنة المخططات الفعلية.

اطلب رسومات الترتيب العام التي توضّح صناديق الكابلات وإمكانية الوصول إلى النهايات والأبواب ونقاط الرفع ومركز الثقل ومساحات الصيانة. وتحقق من مسار التسليم وحمولة الأرضية وأبعاد المداخل ومسار استبدال الوحدة. فقد تلائم الوحدة الغرفة، لكنها تظل غير قابلة للإخراج منها من دون أعمال إنشائية.

يتطلب الأداء الصوتي أيضًا أساسًا محددًا. فضوضاء القلب والضوضاء المرتبطة بالحمل وضوضاء المراوح وسلوك الغلاف والاهتزازات المنقولة عبر الهيكل كلها مهمة بالقرب من المساحات المشغولة. وقارن الضمانات المقاسة في ظروف متسقة، وميّز بين القدرة الصوتية ومستوى ضغط الصوت عند مسافة محددة. ويمكن لصوتيات الغرفة أن تغير بدرجة كبيرة مستوى الصوت المسموع خارج المحطة الفرعية.

أعباء الصيانة وزمن استعادة الخدمة مسألتان مختلفتان

تجنّب المحولات الجافة أخذ عينات الزيت وأعمال التعامل مع السوائل، لكنها لا تخلو من الصيانة. فقد تشمل عمليات الفحص التلوث والوصلات ومستشعرات درجة الحرارة والمراوح وممرات التهوية وأي مؤشرات على التتبع أو التفريغ. ويجب أن تتوافق طرق التنظيف مع نظام العزل، كما ينبغي تصميم الغرفة لتوفير وصول آمن.

تعتمد صيانة المحولات المملوءة بالزيت على الإنشاء وأهمية المحول. وقد تشمل فحص التسربات وفحص نظام التبريد وتقييم جودة الزيت وتحليل الغازات المذابة عند الاقتضاء. وتقلل التصميمات المحكمة الإغلاق بعض المهام الروتينية، لكنها لا تلغي الحاجة إلى تقييم حالة العزل وأجهزة الحماية.

ينبغي أن يتناول تخطيط الموثوقية أيضًا استعادة الخدمة بعد العطل. فقد يتطلب استبدال ملف محول جاف قطعًا خاصة من الشركة المصنّعة وعملًا متخصصًا. وقد يتطلب إصلاح وحدة مملوءة بالزيت التعامل مع السوائل والتجفيف والمعالجة والاختبار. ولا يضمن أي من نوعي الإنشاء سرعة استعادة الخدمة. وبالنسبة إلى مصدر تغذية حرج، قد تفوق استراتيجية قطع الغيار وإمكانية الاستبدال والتكرار ودعم المورّد الفروق في تكاليف الصيانة الدورية.

اتخذ قرار الترسية استنادًا إلى ضمانات متكافئة

ينبغي أن يشمل تقييم دورة الحياة سعر المحول والأعمال المدنية والحماية من الحرائق وطاقة التهوية والخسائر المضمونة والصيانة والعواقب التشغيلية لانقطاع الخدمة. استخدم منحنى الحمل الفعلي عند رسملة الخسائر؛ فتكلفة الشراء المنخفضة أو خسائر الحمل الكامل المنخفضة وحدها لا تثبت أن تكلفة التشغيل هي الأقل.

قبل قبول أي من التصميمين، احصل على ما يلي:

• التصنيفات والخسائر والممانعة وارتفاع درجة الحرارة ومستويات العزل المضمونة، وفق أساس مواصفات موحد.
• نتائج الاختبارات الروتينية ذات الصلة وأدلة اختبارات النوع أو الاختبارات الخاصة، مع تحديد فروق التصميم بوضوح.
• متطلبات مؤكدة لتخطيط الغرفة والتهوية والبيئة والحماية.
• استجابة موثقة لتعطل التبريد وأساس التحميل الطارئ.
• متطلبات الوصول للصيانة وأحكام الإصلاح وترتيبات الاستبدال.

اختر الإنشاء الجاف عندما يؤدي الاستغناء عن السائل العازل إلى معالجة خطر داخلي ملموس، وعندما يثبت ملاءمة البيئة والتهوية والتصميم العازلي. واختر الإنشاء المملوء بالزيت عندما تبرر مزاياه الحرارية أو أبعاده، بعد التحقق منها، تدابير الحماية اللازمة للمبنى. وإذا كان أي من الخيارين يعتمد على تبريد غير متحقق منه للغرفة أو خلوص غير كافٍ أو أداء عازل غير موثق، فلا يمكن تبرير اختياره بعد.