ماذا يحدث لمحول ثلاثي الطور عند فقدان أحد أطوار التغذية؟

يمكن أن يظل محول ثلاثي الطور موصولًا بالطاقة عند فقدان إحدى مراحل التغذية الواردة، لكن مخرجاته قد لا تعود مناسبة للتشغيل العادي. تفقد بعض الأحمال الطاقة فورًا، بينما تواصل أحمال أخرى العمل بجهود غير متوازنة وتيار مفرط. وتكون المحركات عرضة للخطر بوجه خاص، إذ قد يستمر المحرك الدائر في الدوران بينما ترتفع حرارة ملفاته.

تعامل مع الفقد المؤكد لإحدى المراحل بوصفه حالة تغذية غير طبيعية تستلزم العزل الفوري وفق إجراء الإيقاف المعتمد. إن إضاءة مؤشر، أو ظهور قراءة جهد على كل طرف ثانوي، أو استمرار الإنتاج، لا يثبت سلامة التغذية. ويؤثر كل من توصيل المحول وترتيب المحايد والقلب المغناطيسي والأحمال المتصلة في تحديد ما يظل موصولًا بالطاقة.

يغيّر موضع الدائرة المفتوحة النتيجة

قد يشير تعبير «فقدان مرحلة واحدة» إلى أعطال مختلفة: انقطاع موصل من المرفق الكهربائي في جهة المنبع، أو فصل أحد مصاهر الملف الابتدائي، أو تعطل أحد أقطاب الكونتاكتور، أو انقطاع وصلة كابل ثانوي. ولا تؤدي هذه الأعطال إلى قياسات متطابقة. فقد يظل المحول يعمل بشكل طبيعي عند انقطاع موصل في جهة الحمل، بينما يتعرض أحد المغذيات لفقدان طور. أما انقطاع موصل في الملف الابتدائي فيغيّر إثارة المحول نفسه.

سجّل موضع اكتشاف الحالة غير الطبيعية وجهاز الحماية الذي عمل. إذا كانت تغذية الملف الابتدائي سليمة، لكن لا يمر تيار في أحد موصلات أحد المغذيات الخارجة، فتحقق من ذلك المغذي ومعدات الفصل والتوصيل الخاصة به. أما إذا ظهرت الحالة غير الطبيعية في عدة مغذيات ثانوية في الوقت نفسه، فيُرجح أن تكون تغذية المحول أو وصلة مشتركة هي السبب.

ينبغي أيضًا الانتباه إلى الوصلات المرتخية أو ذات المقاومة العالية. فقد يظهر الجهد طبيعيًا تقريبًا عند انخفاض الحمل، ثم يهبط بشدة وتظهر سخونة موضعية مع زيادة الطلب. ويؤثر الفرق بين الانقطاع الكامل والوصلة المتدهورة في التشخيص والإصلاح على حد سواء.

تحدد توصيلات الملفات الجهود التي تبقى موجودة

تُعد مجموعة المتجهات المدونة على لوحة بيانات المحول ووصلات المحايد الفعلية أساسية لتفسير العطل. وتوضح المقارنات التالية السلوك العام، لكنها لا تغني عن مخطط توصيلات المحول أو التقييم الخاص بالنظام.

يضيف الملف الثانوي المثلثي تفاعلًا آخر، إذ يتيح مسار الملف المغلق مرور تيارات دورانية داخلية في ظروف معينة من عدم الاتزان. ويوفر الملف الثانوي النجمي مرجعًا للمحايد عند توصيله، لكن ذلك لا يعيد إثارة الملف الابتدائي المفقودة. لذلك يجب أخذ توصيلات الملفين الابتدائي والثانوي معًا في الحسبان.

كما يؤثر تركيب القلب. إذ يختلف الاقتران المغناطيسي بين الأطوار في قلب ذي ثلاثة أطراف عن الاقتران في مجموعة من محولات أحادية الطور المنفصلة. ويمكن للتدفق المغناطيسي في الأطراف التي ما زالت موصولة بالطاقة أن يستحث جهدًا في ملف موصله الوارد مفتوح. ونتيجة لذلك، قد يظل الطرف المرتبط بمرحلة التغذية المفقودة حاملًا لجهد خطير.

خط التغذية المفتوح ليس مجموعة دلتا مفتوحة مصممة لهذا الغرض

تستخدم مجموعة دلتا مفتوحة مصممة عمدًا محولين بتوصيلات وحدود تحميل محددة. ولا يؤدي فقدان أحد خطوط التغذية الواردة لمحول ثلاثي الطور عادي تلقائيًا إلى إنشاء هذا الترتيب. وقد يؤدي تطبيق قاعدة سعة دلتا المفتوحة على هذا العطل إلى قرار تحميل غير آمن.

لا توجد نسبة مئوية عامة من السعة المقننة يمكن الاعتماد عليها بعد فقدان إحدى مراحل التغذية. ويتطلب أي استمرار استثنائي للتشغيل موافقة هندسية على ترتيب الملفات وتوزيع التيار وجودة الجهد والحماية والحدود الحرارية.

لماذا قد تتعطل المعدات المتصلة قبل فصل المحول

غالبًا ما يظهر الخطر المباشر في الحمل. فقد يواصل محرك حثي يعمل الدوران عند فقدان طور، ولا سيما إذا كان الحمل الميكانيكي خفيفًا. ويرتفع تيار التغذية في الأطوار المتبقية، وتنخفض قدرة العزم، وتصبح الحرارة غير متساوية. وقد يتعذر على محرك توقف أن يعاود التشغيل، بينما يسحب تيارًا يسبب تلفًا.

كما يؤدي عدم اتزان الجهد إلى توليد مركبة سالبة التتابع: مجال كهربائي يدور بعكس اتجاه المجال الطبيعي. وينتج عن ذلك ارتفاع إضافي في حرارة الدوار. وحتى إذا بدا المحرك وكأنه يعمل بسلاسة، فقد تتدهور حالته الحرارية بسرعة أكبر مما توحي به قراءة درجة حرارة المحول.

تعمل الأحمال الإلكترونية بطريقة مختلفة. فقد تفصل محركات التردد المتغير والمقومات عند فقدان أحد أطوار الدخل أو انخفاض الجهد أو زيادة تموج جهد ناقل التيار المستمر. وقد يواصل بعضها العمل مؤقتًا مع زيادة الإجهاد على مكونات الدخل. ويمكن للأحمال أحادية الطور المتصلة بأطوار ثانوية مختلفة أن تُظهر أنماطًا متفاوتة، مثل التشغيل الطبيعي أو خفوت الإضاءة أو إعادة الضبط أو انقطاع الطاقة.

لا تكون حماية المحول مضمونة تلقائيًا بسبب انخفاض إجمالي الخرج. إذ يصبح توزيع التيار غير متساوٍ، وقد ترتفع حرارة ملفات أو وصلات بعينها حتى عندما يبدو الحمل الإجمالي معتدلًا. وتتحدد تيارات الخطوط المتبقية وفق استجابة الحمل: فالمعدات التي تحاول الحفاظ على القدرة تتصرف بطريقة مختلفة عن الحمل المقاوم الذي تنخفض قدرته مع هبوط الجهد.

قد لا يعمل جهاز الحماية العادي من زيادة التيار بسرعة، لأنه يستجيب لقيمة التيار وخصائص زمن الفصل. وقد يستمر عدم اتزان ضار دون تجاوز عتبة الفصل. كما أن حماية درجة حرارة المحول لها تأخر حراري، ولا تعكس مباشرة درجة حرارة كل محرك متصل.

قراءات الجهد التي قد تمنح اطمئنانًا زائفًا

إن إمكانية قياس الجهد على الأطوار الثلاثة لا تثبت سلامة مسارات التغذية الثلاثة جميعها. فقد ينتج الاقتران المغناطيسي والآلات الدوارة المتصلة والاقتران السعوي ومصادر التغذية البديلة جهدًا على طور يبدو مفصولًا. لذلك قد تبدو القياسات عند حمل خفيف أفضل بكثير مما يكون عليه أداء الدائرة تحت الطلب.

للتشخيص المفيد، قارن جهود الخط إلى الخط الثلاثة في الموقع نفسه وتحت ظروف التشغيل نفسها. وفي نظام ذي أربعة أسلاك، توفر قراءات الخط إلى المحايد الثلاث معلومات إضافية. وقد تؤدي القياسات المأخوذة في أوقات مختلفة أثناء تغير الأحمال إلى صورة مضللة عن الاتزان.

تضيف قياسات التيار أدلة لا توفرها قراءات الجهد وحدها. فوجود تيار في الموصلين الآخرين مع انعدام التيار في أحد موصلات الدخل يشير بقوة إلى انقطاع المسار، عندما يكون متوقعًا وجود حمل ثلاثي الطور. ومع ذلك، قد تتأثر قياسات التيار في جهة الحمل بالمحركات المتصلة أو بالتوليد المحلي، لذا يجب تسجيل موضع القياس.

لإجراء تقييم أولي لعدم اتزان الجهد، احسب متوسط مقادير جهود الخط إلى الخط الثلاثة، ثم أوجد أكبر انحراف مطلق عن هذا المتوسط، واقسم ذلك الانحراف على المتوسط. اضرب الناتج في 100 للتعبير عنه كنسبة مئوية. يفيد هذا الحساب القائم على المقدار في الفحص الأولي، لكنه لا يعادل قياس المركبة سالبة التتابع ولا يحدد حدًا مقبولًا للتشغيل.

قارن النتائج بالحدود المحددة للمعدات المتصلة وبإعدادات الحماية المضبوطة. لا يكفي الجهد المقنن للمحول وحده لتحديد مدى تحمل محرك أو محرك تردد متغير أو نظام تحكم للحالة المقاسة.

ميّز بين فقدان الطور وانقطاع المحايد

قد يشبه انقطاع المحايد فقدان الطور، إذ يتغير سطوع المصابيح ويتصرف الجهاز أحادي الطور على نحو غير منتظم. فعند انقطاع المحايد عن حمل نجمي غير متوازن، تتحرك نقطة التعادل في الحمل. وترتفع بعض جهود الخط إلى المحايد بينما تنخفض جهود أخرى، حتى مع بقاء جهود التغذية الثلاثة بين الخطوط طبيعية نسبيًا.

يختلف هذا النمط عن انقطاع موصل أحد الأطوار. وقد يؤدي استبدال مصهر طور يُشتبه في عطله دون التحقق من المحايد إلى بقاء العطل الفعلي دون معالجة. ويكتسب التمييز بين هاتين الحالتين أهمية خاصة عندما تتشارك معدات أحادية الطور حساسة تغذية ثلاثية الطور بأربعة أسلاك.

كما تتطلب قياسات التأريض تفسيرًا دقيقًا. فموصل التأريض الوقائي ليس بديلًا عن المحايد، ولا تكفي قراءة غير متوقعة بين الطور والأرض لتحديد الموصل المعطّل. إذ يؤثر ترتيب التأريض ومرجع القياس واحتمال التغذية العكسية في النتيجة.

العزل وتحديد العطل وإعادة التشغيل

عند التأكد من فقدان طور، أوقف المعدات المتأثرة واعزل الدائرة وفق الإجراء الكهربائي المعتمد في الموقع. تجنب محاولات إعادة التشغيل المتكررة أو استبدال المصهر مرارًا؛ فقد يكون انصهار المصهر نتيجة عطل في الملف أو خلل في الكابل أو قصر كهربائي في جهة الحمل. ويشير عمل المصهر إلى انقطاع مسار، لا إلى السبب الأصلي بالضرورة.

ينبغي أن يسير الفحص وفق تسلسل منضبط:

1. حافظ على الأدلة المتاحة. سجّل الإنذارات وأحداث المرحلات وحمل التشغيل والأصوات غير المعتادة وأوضاع أجهزة الحماية قبل إعادة الضبط التي قد تمحو معلومات مفيدة.
2. تحقق من العزل عن جميع مصادر التغذية، بما فيها المولدات ومحولات الطاقة الكهروضوئية وأنظمة تخزين الطاقة واحتمال التغذية العكسية من جهة الثانوي. طبّق إجراءات القفل ووضع بطاقة التحذير، وتحقق من انعدام الجهد باستخدام معدات مناسبة ووفق الإجراء المعتمد.
3. افحص المسار المنقطع بحثًا عن حاملات مصاهر تالفة ووصلات ساخنة وأقطاب كونتاكتور معطلة وتلف الكابلات ومؤشرات مرتبطة بالملفات. ويجب أن يتوافق الاختبار الكهربائي مع حالة المعدات وتعليمات الشركة المصنعة.
4. بعد الإصلاح، تحقق من جهد التغذية وتسلسل الأطوار عند الاقتضاء واستمرارية المحايد وجاهزية الحماية قبل إعادة التوصيل على مراحل. وراقب تيارات الأطوار وجهودها عند عودة الأحمال.

تتطلب القياسات أثناء وجود الجهد، عند الحاجة إليها للتشخيص، الاستعانة بفنيين كهربائيين مؤهلين واتباع إجراء عمل مناسب. ففتح قاطع الدائرة في جهة الثانوي وحده لا يعزل الملف الابتدائي، كما أن انقطاع موصل في الملف الابتدائي لا يثبت انعدام الجهد عن الطرف المقابل له.

يغيّر تخزين الطاقة حدود العزل

إذا كان الموقع يضم نظام تخزين طاقة تجاري وصناعي بقدرة 125kW/261kWh، فيجب أخذ مصدر طاقة إضافي في الحسبان أثناء الفحص. كما يجب مراعاة واجهته المحددة بجهد 380 V / 400 V AC إلى جانب ترتيب المحول والتوزيع. ولا تثبت سعة البطارية والقدرة المقننة قدرة المنظومة على دعم الأحمال عند فقدان إحدى مراحل تغذية المرفق الكهربائي.

يتطلب استمرار التغذية ترتيبًا مناسبًا للتشغيل الجزيري ومعدات تحويل وتنسيقًا للحماية وقدرة تشغيل متوافقة للمحول العاكس. تحقق من هذه الخصائص بالرجوع إلى التصميم الفعلي والإعدادات التي جرى تشغيلها. ولا ينبغي افتراض أن خزانة تخزين متصلة بالشبكة ستعيد تكوين طور مفقود أو ستُبقي الناقل المتأثر موصولًا بالطاقة بأمان.

يجب أن تتعرف الحماية على حالة التغذية غير الطبيعية

يمكن لحماية فقدان الطور أو عدم اتزانه بدء الإيقاف قبل أن يؤدي التشغيل المطول إلى إتلاف المعدات المتصلة. وتعتمد فعاليتها على موضع القياس وكيفية فصل الدائرة. فالمرحّل الموجود قبل كونتاكتور معطل لا يستطيع كشف قطب مفتوح يقع بعده مباشرة؛ كما قد تتأثر المرحلات التي تراقب الجهد فقط بجهد مضلل يُعاد توليده من أحمال دوارة.

لذلك، ينبغي أن يغطي اختيار الحماية مسارات العطل الفعلية، بما فيها عدم اتزان الجهد والتيار عند الاقتضاء. ويجب تنسيق تأخيرات الفصل مع أحداث التبديل العادية، مع مراعاة الحدود الحرارية للمعدات المتصلة. ولا تثبت الإعدادات المنقولة من تركيب آخر تحقق هذا التنسيق.

بعد إعادة التغذية، تحقق من استقرار التشغيل تحت حمل ممثل، ولا تعتمد على قراءة الجهد دون حمل وحدها. ويستدعي استمرار عدم اتزان التيار أو السخونة غير الطبيعية أو تكرار إنذارات فقدان الطور إجراء مزيد من الفحص قبل استئناف الخدمة دون قيود.