كيفية تحديد تحمل محول بجهد 110 كيلوفولت لجهد نبضة الصاعقة

لتحديد جهد تحمل نبضة البرق لمحول بجهد 110 kV، حدّد أعلى جهد للمعدات، واختر مستوى العزل من خلال تنسيق العزل، وبيّن المتطلبات الخاصة بكل طرف. فمواصفة شراء تقتصر على عبارة «110 kV، تم اختباره بنبضة البرق» تترك مجالًا واسعًا جدًا للتفسير.

في مشروع يستند إلى معايير IEC، يقابل نظام بجهد اسمي 110 kV عادةً أعلى جهد للمعدات، U_m، وقدره 123 kV. ويُعد جهد تحمل نبضة البرق المقنن البالغ 550 kV قيمة ذروة شائعة لهذا الجهد، لكن لا ينبغي اعتمادها تلقائيًا. إذ يجب أن تدعم مستويات العزل المعمول بها، ومتطلبات شركة المرافق، وترتيب الحماية من زيادة الجهد، وتوصيلات المحول هذا الاختيار.

ينبغي أن تحوّل وثيقة الشراء هذا الاختيار إلى التزام واضح: ما الأطراف التي يجب أن تتحمل أي جهد، وفي ظل أي ظروف اختبار، وما الأدلة المطلوبة على نجاح الاختبار.

حدّد أساس الجهد قبل اختيار مستوى تحمل النبضة

يشير تصنيف 110 kV إلى الجهد الاسمي للنظام، ولا يصف قيمة القمة لزيادة الجهد الناتجة عن البرق، ولا يحدد مباشرةً قدرة المحول على تحمل النبضة.

ميّز بين الكميات الثلاث الآتية:

• جهد النظام الاسمي: الجهد المستخدم لتحديد الشبكة.
• أعلى جهد للمعدات، U_m: فئة جهد المعدات المستخدمة عند تحديد متطلبات العزل.
• جهد تحمل نبضة البرق المقنن: جهد النبضة الأقصى المحدد الذي يجب أن يتحمله العزل في ظل ظروف اختبار محددة.

يساعد هذا التمييز على تجنب خطأ شائع في المواصفات: مقارنة جهد نظام معبّر عنه كقيمة فعالة (RMS) بجهد تحمل نبضة معبّر عنه كقيمة ذروة. فكل منهما يصف إجهادًا كهربائيًا مختلفًا.

سجّل أقصى جهد تشغيل للنظام وترتيب التأريض إلى جانب قيمة U_m المختارة. وحدد أيضًا ما إذا كان المحول متصلًا بخط هوائي أو دائرة كابلات أو مجموعة مفاتيح معزولة بالغاز. تؤثر هذه الواجهات في النبضة الواردة وترتيب الحماية، حتى عندما يظل الجهد الاسمي دون تغيير.

استخدم إطارًا متسقًا للمعايير

في المواصفات المستندة إلى IEC، يوفّر المعيار IEC 60076-3 الإطار الخاص بالمحولات لمستويات العزل والاختبارات العازلية ومسافات الخلوص الخارجية في الهواء. وتتناول سلسلة IEC 60071 تنسيق العزل، بينما يغطي المعيار IEC 60060-1 تقنيات اختبار الجهد العالي العامة.

عادةً ما تستند عمليات الشراء وفق IEEE إلى المعيارين IEEE C57.12.00 وIEEE C57.12.90 فيما يخص متطلبات المحولات المغمورة في سائل والاختبارات المعمول بها. وتستخدم وثائق IEEE عادةً مصطلح مستوى العزل الأساسي لنبضة البرق (BIL).

يؤدي جهد تحمل نبضة البرق المقنن وفق IEC ومستوى BIL وفق IEEE غرضين متقاربين، لكن تطابق القيم العددية لا يعني أن جميع متطلبات الاختبار متكافئة. ينبغي أن تتبع تسلسلات الاختبار، وأحكام الموجة المقطوعة، وتوصيلات الأطراف، ومتطلبات القبول الإطار المختار.

اذكر المعايير الحاكمة وإصداراتها في العقد. وإذا أضافت مواصفات شركة المرافق متطلبات، فحدّد أولوية تطبيقها. ينبغي أن يتمكن المورّد من تحديد برنامج الاختبار المطلوب دون الحاجة إلى الاختيار بين بنود متعارضة.

نسّق عزل المحول مع الحماية بمانعات الصواعق

يشكل تصنيف نبضة المحول جزءًا واحدًا من حمايته من زيادات الجهد الناتجة عن البرق. والسؤال العملي هو ما إذا كان الجهد الذي يصل إلى أطرافه يبقى أقل بما يكفي من قدرة العزل على التحمل في ظل الظروف التي جرى تقييمها.

لذلك، يتطلب اختيار مانع الصواعق أكثر من مجرد مقارنة قيمة كتالوج المانع بتصنيف نبضة المحول. إذ يعتمد جهد الحماية الذي يوفره المانع على تيار التفريغ وشكل الموجة. كما يتأثر الجهد الظاهر عند المحول بهندسة التركيب وانتشار النبضة.

راجع العناصر التالية معًا:

• جهد التشغيل المستمر لمانع الصواعق وقدرته على تحمل زيادة الجهد المؤقتة.
• خصائص الحماية التي يوفرها في ظروف النبضة ذات الصلة.
• المسافة الكهربائية بين مانع الصواعق وطرف المحول.
• طول توصيلات الخط والتأريض ومساراتها.
• الانعكاسات عند واجهات الكابلات والخطوط الهوائية والمعدات.
• توصيلات التأريض بين مانع الصواعق وخزان المحول.

قد تضيف الأسلاك الطويلة لمانع الصواعق جهدًا حثيًا أثناء النبضة شديدة الانحدار. كما يمكن أن تؤدي المسافة بين المانع والمحول إلى تغيير الجهد عند الطرف. لذا قد تبالغ هوامش الحماية المقبولة، إذا استندت إلى قيم الكتالوج وحدها، في تقدير مستوى الحماية الذي يحققه ترتيب التركيب الفعلي.

استخدم دراسة تنسيق العزل لتحديد الهامش المطلوب وفق المنهج المعمول به في المشروع. فلا يمكن لنسبة مئوية موحّدة أن تراعي جميع ترتيبات التركيب وظروف النبضة وخصائص العزل.

يوضح رسم تنسيق مفيد الدائرة الواردة وموقع مانع الصواعق وجلبة المحول وموصلات الربط وتوصيلات التأريض. ويسهّل إظهار هذه المسافات تقييم افتراضات الحماية مقارنةً بقائمة المعدات وحدها.

يجب أيضًا معالجة الارتفاع عن سطح البحر بوضوح. فالأثر الناتج عن انخفاض كثافة الهواء يؤثر في العزل الخارجي في الهواء، ولذلك قد يلزم تعديل الجلب ومسافات الخلوص. ولا تؤدي زيادة تصنيف نبضة الملفات وحدها إلى حل مشكلة مسافات الخلوص الخارجية.

حدّد العزل لكل طرف على حدة، لا للمحول ككل فحسب

قد يخفي إدراج قيمة واحدة للنبضة في ورقة بيانات المحول اختلافات مهمة بين أطراف الخط ذات الجهد العالي، والطرف المتعادل، والملف ذي الجهد المنخفض، وأي ملف ثالثي. استخدم جدولًا لعزل الأطراف لإزالة هذا الالتباس.

يتطلب عزل الطرف المتعادل اهتمامًا خاصًا. فالملف المصمم بعزل مخفّض للطرف المتعادل يعتمد على ظروف تشغيل محددة. ولا يتعرض الطرف المتعادل المؤرّض تأريضًا صلبًا بالضرورة لإجهاد الجهد نفسه الذي يتعرض له طرف متعادل يمكن عزله. اذكر ترتيبات التأريض وظروف التبديل المسموح بها قبل قبول العزل المقترح للطرف المتعادل.

بالنسبة إلى ملف الجهد المنخفض، خذ في الاعتبار الزيادات الواردة من الشبكة المتصلة به والجهود المنتقلة عبر المحول. ولا يحدد تصنيف ملف الجهد العالي تلقائيًا الحماية المناسبة لكل طرف آخر.

يجب أيضًا أن تتوافق تصنيفات الجلب مع المجموعة. فلا يمكن لجلبة مناسبة أن تعوّض قصور العزل الداخلي، كما لا يمكن لعزل الملفات الكافي أن يعوّض عدم كفاية مسافات الخلوص الخارجية.

حدّد اختبار النبضة بما يتجاوز جهد الذروة

توصف نبضة البرق الكاملة القياسية عادةً بشكل موجة 1.2/50 μs: زمن جبهة محدد، يتبعه زمن محدد للوصول إلى نصف القيمة عند الذيل. وتحدد المعايير الحاكمة كيفية تقييم شكل الموجة والتفاوتات المسموح بها. لهذه التفاصيل أهميتها، لأن إجهاد العزل يعتمد على شكل النبضة بقدر اعتماده على قيمة الذروة.

بالنسبة إلى محول بجهد 110 kV، اذكر متطلبات اختبار الموجة الكاملة المعمول بها وحدد ما إذا كان اختبار الموجة المقطوعة مطلوبًا. إذ تُحدث النبضة المقطوعة هبوطًا سريعًا في الجهد، وقد تفرض إجهادات داخلية مختلفة. ولا ينبغي اعتبار اختبارات الموجة الكاملة والموجة المقطوعة أدلةً قابلة للاستبدال بعضها ببعض.

ينبغي أن يتناول برنامج الاختبار المتفق عليه ما يلي:

• الأطراف المختبرة ومستويات الجهد المحددة لكل منها.
• قطبية النبضة وتسلسل تطبيقاتها المحدد.
• متطلبات الموجة الكاملة والموجة المقطوعة، عند انطباقها.
• مواضع مغير النقرات وطريقة التعامل مع أطراف الملفات الأخرى أثناء الاختبار.
• قياسات الجهد والتيار المستخدمة لتقييم الاستجابة.
• معايير القبول وإجراءات التحقيق في السجلات غير الطبيعية.

يؤثر موضع مغير النقرات في تكوين الملف وتوزيع الجهد الداخلي. وينبغي أن تشترط المواصفة الترتيبات المعمول بها وفق المعيار، وأن تحدد أي متطلبات إضافية للمشروع قبل التصنيع. وقد يؤدي ترك هذا القرار إلى حين إجراء اختبار المصنع إلى خلاف حول ما إذا كان التكوين الذي جرى اختباره يغطي متطلبات التشغيل المقصودة.

يتطلب القبول أكثر من مجرد الإفادة بعدم حدوث انهيار عزل خارجي. ينبغي أن يتضمن تقييم الاختبار استجابات الجهد والتيار المسجلة وأي مؤشرات على تعطل العزل الداخلي. وتتطلب الاختلافات بين المنحنيات تفسيرًا فنيًا، لأن دائرة الاختبار والأحداث الخارجية قد تؤثر أيضًا في السجلات.

افصل بين متطلبات محولات مزارع الرياح

قد يضم مشروع الرياح عدة فئات لجهد المحولات. فمحول رفع الجهد الخاص بالتوربين، الذي يغذي شبكة تجميع متوسطة الجهد، تختلف متطلبات عزله عن المحول الرئيسي الذي يربط تلك الشبكة بشبكة بجهد 110 kV.

على سبيل المثال، يُدرج منتج Jinshida Electric، محول توليد الطاقة من الرياح، بسعات تتراوح بين 630 و5000 kVA، وجهد منخفض مقداره 0.69 kV، وخيارات جهد عالٍ تبلغ 10 أو 20 أو 35 kV. وتضع هذه التصنيفات المحول ضمن سياق التوربين أو نظام التجميع؛ ولا تثبت قدرته على العمل كمحول شبكة بجهد 110 kV.

عند تحديد مواصفات محول الشبكة الرئيسي، حدّد جهد التجميع الفعلي وواجهات الكابلات وترتيب التأريض والحماية على ذلك الجانب. ولا تعني الإشارة إلى IEC 60076 عبر منتجات مختلفة أن تلك المنتجات تشترك في فئة العزل أو متطلبات اختبار النبضة نفسها.

اكتب بندًا يستطيع المورّد تسعيره وإثبات الامتثال له

تجمع المواصفة المفيدة بين جدول مكتمل لعزل الأطراف والتزام محدد بالاختبار. وتوفر الصياغة التالية هيكلًا، فيما يحدد جدول المشروع القيم الفعلية وتخصيصات الأطراف:

مثال على بند للشراء: «يجب أن يتمتع المحول بأعلى جهد للمعدات وجهود تحمل نبضة البرق المقننة المحددة في جدول عزل الأطراف. ويجب أن يتوافق التصميم العازلي والاختبارات مع إصدار IEC 60076-3 المحدد في العقد. وعلى المورّد تحديد مستويات العزل لجميع أطراف الخط والطرف المتعادل، وتصنيفات الجلب المقترحة، ومتطلبات اختبارات الموجة الكاملة والموجة المقطوعة المعمول بها. وقبل إجراء الاختبار، يجب على المورّد تقديم إجراء اختبار النبضة، بما يشمل توصيلات الأطراف ومواضع مغير النقرات ومتطلبات شكل الموجة والقياسات ومعايير القبول. ويجب أن يتضمن التقرير النهائي معلمات الاختبار المقاسة ومخططات التذبذب وتقييم النتائج».

أدرج مستوى نبضة الجهد العالي المختار صراحةً. فإذا اعتمد المشروع قيمة U_m = 123 kV و550 kV ذروة لأطراف الخط، فأظهر القيمتين في الجدول. وتجنب الاعتماد على عبارات مثل «العزل القياسي» أو «الممارسة المعتادة للمصنّع»، لأنها قد تؤدي إلى عروض أسعار تستند إلى افتراضات مختلفة.

حدّد متطلبات حضور اختبار المصنع ومراجعة الوثائق عند تقديم الطلب. وأي اقتراح باستخدام أدلة اختبار سابقة يجب أن يبيّن أساسه التعاقدي وأن يثبت صلته بالتصميم المعروض.

قارن الأدلة بالقدر نفسه من الدقة الذي تقارن به التصنيفات

قد يختلف عرضان يذكران جهد تحمل النبضة نفسه في عزل الطرف المتعادل أو اختبار الموجة المقطوعة أو اختيار الجلب أو تغطية الاختبارات أو الوثائق. احسم هذه الاختلافات قبل اعتبار العرضين متكافئين من الناحية الفنية.

اطلب جدولًا مكتملًا لعزل الأطراف، وبيانًا بالامتثال للمعايير، وقائمة واضحة بالانحرافات، وبرنامج الاختبار المقترح، والافتراضات المستخدمة في تنسيق العزل. وينبغي أن يحدد تقرير الاختبار النهائي المحول والتكوين الذي خضع للاختبار، بحيث يمكن ربط الأدلة بالمعدات المورّدة.

تتمثل الخطوة التالية في وضع أساس جهد النظام وجدول الأطراف وترتيب مانعات الصواعق ومتطلبات الاختبار جنبًا إلى جنب. وأي تعارض بينها ينبغي أن يتحول إلى استفسار فني محدد قبل إصدار المواصفة للشراء.