| الملخص | البحث هو تطوير وتحديث المواصفة الفنية للمحولات النمطية نوع (1000KVA/11KV) بموجب المواصفة العالمية القياسية المحدثة (IEC 60076) والتي جاءت تلبية لمتطلبات وزارة الكهرباء (الزبون الرئيس للمحولات) من خلال زيادة قيمة الممانعة النسبية للمحولة التي كانت تتراوح بين (4.05 % - 4.95 %) لتكون (% 5) كحد أدنى من خلال إجراء تغيير تصميم الملفات والخزان و تغيير بعض المواد الداخلة في التصنيع وبنفس المسلك التكنولوجي للحصول على القيمة المطلوبة المسموح بها مع المحافظة على كفاءة وأداء المحولة .
الكلمات المفتاحية:- محولات التوزيع ، فولتية الممانعة ، الممانعة النسبية .
المقدمة
إن محولات التوزيع المنتجة في هذه الشركة مصممة ومصنعة وفق المواصفات العالمية
(IEC 76) وبامتياز من شركة ميتسوبيشي اليابانية صاحبة حق المعرفة والامتياز، ونظراً للطلبات المتزايدة من قبل مديريات وزارة الكهرباء لمواكبة التطور الحاصل في المواصفات القياسية للمحولات (IEC 60076) لتكون ملائمة لخطوط الشبكة الوطنية، هدف هذا البحث زيادة قيمة الممانعة النسبية لتكون (5 %) كحد أدنى. ولقد سبق أن طورت محولات التوزيع ذات السعات الأقل وهي KVA (100, 250, 400, 630) لتكون قيمة الممانعة مطابقة للمواصفة القياسية المحدثة.
بما أن قيمة الممانعة النسبية لمحولات (1000 KVA) كانت تتراوح بين (4.05 % - 4.95 %) وبسبب تقادم الشبكة الكهربائية أصبحت هذه القيمة لا تلبي متطلبات وزارة الكهرباء .
أقترح زيادة قيمة الممانعة النسبية لتكون بموجب المواصفة القياسية المحدثة
(IEC 60076) والتي قيمتها (% 5) كحد أدنى، وعلى هذا الأساس أعتمد هذا البحث.
الممانعة النسبية في المحولات (Impedance voltage or relative impedance) : هي قيمة الجهد المسلط على الملف الابتدائي ويمرر قيمة التيار(المقنن) تيار الحمل الكامل للمحول في حالة وجود قصرعلى الملف الثانوي مقسوماً على قيمة الجهد المقنن للملف الابتدائي مضروباً في (100) كما في معادلة رقم (1) [2]
…… (1) Z = (Vpsc / Vr)*100
حيث أن :
Z : ممانعة الفولتية
Vpsc : جهد الملف الابتدائي في حالة القصر على الثانوي
Vr : الجهد المقنن للملف الابتدائي
إن أكثر ما تمثله هذه النسبة هي أداء تنظيم المحولة (Regulation) ، وكلما زادت هذه النسبة كان معامل التنظيم رديئاً بالمحولة وفي حالة المحولة المثالية تكون هذه النسبة صفراً مما يؤدي إلى أن يكون جهد المحولة ثابتاً لمختلف تيارات الحمل .
وتنتج هذه النسبة بالأساس من قيمة المحاثة المتسربة (leakage inductance) الموجودة في أحد عناصر الدائرة المكافئة للمحولة مع الجمع الاتجاهي لمقاومة ملفات المحولة. ولكن للمحاثة التسربية فائدة عظيمة في حماية المحولة من التيارات العالية لدوائر القصر مما يتوجب وجودها في المحولات لحمايتها من التلف .
وتزداد هذه النسبة كلما زادت قدرات سعة تغذية المحولة للتقليل من آثار القوى الميكانيكية المؤثرة على ملفات المحولة .
تعني هذه القيمة عند عمل دائرة مقصورة (Short circuit) على المحولة جهة الملف الثانوي، تحقن جهة الملف الابتدائي بقيمة معينة من (Voltage rating) حتى يحصل على التيار المقنن جهة الملف الثانوي (Secondary) ويكون الحقن بنسبة مئوية بالنسبة إلى (Rating) وهذه النسبة (4.5%) وتستخدم في حساب مستوى دائرة القصر (Short circuit level) للمحولة.
أن للممانعة علاقة بنوع العوازل المستخدمة في الملفات فكلما كانت النوعية جيدة والعوازل جيدة فأن قيمة الممانعة تزداد كذلك في حالة كون نسبة وزن الحديد الكهربائي إلى وزن النحاس أعلى فأن ذلك يقلل من قيمة الممانعة والعكس صحيح .
الجانب العملي
صنّعت المحولة الجديدة على وفق المتغيرات التي حسبت في التصميم الجديد.
أجريت الحسابات النظرية والتصميمية المطلوبة لتغيير قيمة الممانعة من خلال تغيير في تصاميم ملفات الضغط الواطي والعالي بموجب خارطة لف محولة (1000 KVA/11 KV) وكما يأتي:
1- زيادة عدد لفات الملف الواطي من ) 12 (إلى )13) لفة .
2- زيادة عدد لفات الملف العالي من )578) إلى )625( لفة .
3- زيادة معدل طول اللف للملف الواطي والعالي حيث زيدت عدد لفات الملف الواطي (TLV) والملف العالي (THV) وكذلك معدلات أطوالهم لزيادة قيمة الممانعة (IZ%) بموجب المواصفة القياسية المحدثة (IEC60076) بتقليل قيمة (V/T) (Volt / Turn) وكما موضح بالمعادلة رقم (2)[2] :
V/T …… (2)
TLV = VLV/ V/T
THV = VHV/V/T
Iz % = √ ( IR 2 % + IX2 %)
IZ % = Percentage impedance %
IX % = Percentage impedance %
IR % = Percentage impedance %
حيث أن :
: kVA كيلو فولت - أمبير
VLV : فولتية الملف الواطي
: VHV فولتية الملف العالي
4- زيادة عدد قنوات التبريد للملف الواطي والعالي .
5- تغيير قطر ومساحة مقطع السلك المستخدم في الملف العالي من قياس (Φ2.9 mm) إلى (Φ2.7 mm).
6- زيادة سمك ملف الطور الواحد (Coil Pressing).
7- زيادة المساحة السطحية للتبريد من خلال زيادة ارتفاع الزعنفة لتكون (340 mm) بدلاً من (320 mm) مما ادى إلى زيادة الأبعاد النهائية للمحولة.
8- زيادة معدل الزيت المستخدم في المحولة.
9- زيادة قيمة (Short Circuit Time) لتكون (9 sec) بدلاً من (8.15 sec) خلال زيادة عدد اللفات للملفين الابتدائي والثانوي .
10- الحفاظ على قيم الخسائر الحديدية والنحاسية ضمن القيم المسموح بها حيث قللت الخسائر الحديدية من خلال تقليل الفيض المغناطيسي ضمن حدود السماح لتصل إلى ( Watt1400) بعد أن كانت أكثر من Watt (1720 - 2100) مع زيادة قليلة في الخسائر النحاسية بسبب زيادة لفة نحاسية في الملف الواطي[4].
a- Iron losses
حيث أن :
…… (3) wtc × w\ kg × c1= wi
wi= No. Load Loss (w)
wtc = Total core weight
c1= Weight coefficient
معامل الوزن (Weight coefficient) : تمثل معامل وزن القلب الحديدي وهو قيمة متغيرة تعتمد على وزن القلب الحديدي المستخدم في المحولة ، في حالة وزن القلب الحديدي موضوع البحث فأن قيمة المعامل c1 = 1
Wc = I2RL + ws1 + I2RH …… (4)
I2RL =Load Loss of L.V. coi
ws1 = Total Stray Loss
I2RH= Load Loss of H.V. coil
حيث أن :
= wcالخسائر الكلية للمحولة
I2RL= الخسائر النحاسية للملف الواطي
ws1 = الخسائر الناتجة من الخزان والغطاء
I2RH = الخسائر النحاسية للملف العالي
المعادلات الرياضية التي تمت وفقها الحسابات للتصميم الجديد هي :
1- غيرت وفق المعادلة (V/T) وانعكس على معادلة الفيض المغناطيسي المبينة في المعادلة رقم (5) :
V/T x 108
B = …… (5)
4.44x f x AC x 0.96
حيث أن :
: الفيض المغناطيسي . B
V : الفولتية .
T: عدد اللفات .
f : التردد .
Ac : مساحة مقطع القلب الحديدي .
2- معادلة كثافة التيار المبينة في معادلة رقم (6) :
…… (6)
حيث أن :
C.D : كثافة التيار
I : التيار
A : مساحة المقطع
3- حسابات التصريف الحراري كما في معادلة رقم (7) :
) 0.8 …….. (7) losses total 43* ϴoil max = 40 * (
(Cooling surface area) 0.8
حيث أن :
: درجة حرارة الزيت العظمى . ϴoil max
: معدل درجة حرارة الزيت . ϴoil ave
ϴoil ave = ϴoil max x 0.8
النتائج والمناقشة
جمعت المحولة المحدثة وأجريت كافة الفحوصات التقليدية والفحص الحراري عليها وكانت النتائج جيدة (بعد حساب العلاقة بين سعة المحولة وقيمة الممانعة) ومطابقة للحسابات التصميمية وضمن القيم المطلوبة والمسموح بها.
قورنت النتائج مع المواصفة العالمية المحدثة وكانت مطابقة وكما مبين في جدول رقم (1) فقرة رقم (2).
جدول رقم (1) يوضح العلاقة بين سعة المحولة وقيمة الممانعة
الملاحظات Short – circuit impedance at rated current
ممانعة دائرة القصر عند معدل التيار No.
Minimum short–circuit impedance %
ممانعة دائرة القصر الصغرى Rated power (KVA)
القدرة المعدلة
4 Up to 630 1
المحولة ((1000/11 تعتبر من ضمن 631-1250)) وقيمة الممانعة المحسوبة هي ) 5 %( وهي النتيجة المطلوبة 5 631 to 1250 2
6 1251 to 6300 3
7 6301 to 25000 4
8 25001 to 40000 5
الاستنتاجات
من خلال البحث والدراسة أنفاً تبين إنه بالإمكان تصميم أية محولة بموجب المواصفات العالمية المحدثة (IEC 60076) حيث طورت سابقاً محولات توزيع ذات سعات أقل وهي KVA
(100, 250, 400, 630) لتكون قيمة الممانعة بموجب المواصفة القياسية المحدثة بالإضافة للمحولة (1000KVA) وان هذه المحولات تعمل الآن بنجاح في شبكات التوزيع التابعة لدوائر وزارة الكهرباء في العراق .
المصادر
1- الكبيسي، وهيب مجيد: طرائق البحث العلمي بين التنظير والتطبيق، فينوس للحاسبات والطباعة والترجمة، بغداد، العراق, 2011.
-2 Mitsubishi Electric Corporation: Design standard – Distribution Transformer, Japan, (1981).
3- ABC of Electrical Engineering, by B.L. Theraja, A.K. Theraja published 2012.
4-Theraja, B.L. &Theraja, A.K.: Electrical Technology, S. Chnd, G.B, 2005. | en_US |
