المحولات المغلقة محكياً مقابل المحولات ذات الخزانات التوسعية: اختيار نظام حفظ الزيت المناسب

أرسل إلينا مدير عمليات في شركة مرافق كهربائية ساحلية في الفلبين صورةً لجهاز تنفس محولٍ عبر البريد الإلكتروني في شهر أبريل الماضي. وقد تحوّل هلام السيليكا الموجود داخل الجهاز إلى اللون الوردي — أي أنه استُنفد تماماً — وقد قام طاقمه باستبداله مرتين بالفعل خلال تلك الربعية. وتبقى نسبة الرطوبة في محطة التحويل الخاصة بهم أعلى من ٨٠٪ طوال معظم العام، وكل مرة يتنفّس فيها الوحدة، تمتص الرطوبة مباشرةً إلى الخزان التوسعية. وسؤاله هو نفسه السؤال الذي نسمعه من مشتري المناطق الرطبة في كل مكان: «لماذا نحتاج فعلاً إلى هذه الأنبوبة وجهاز التنفس هذا؟ ألا يمكنكم تصنيع محولٍ لا يتنفّس؟»

الإجابة المختصرة هي نعم — تلك الوحدة تُسمى محول مغلق بإحكام . واتخاذ القرار بينها وبين جهاز الحفظ التقليدي للزيت المستخدم في المحولات هو قرارٌ فنيٌّ، وليس قراراً متعلقاً بالسعر. فإذا أخطأت في هذا الاختيار، فقد تدفع ثمن صيانة جهاز التنفس الذي لم تخطط لها من الأساس، أو تفقد حماية جهاز كشف الغاز التي افترضت أنك تمتلكها. وفيما يلي الفروق الفعلية بين التصميمين وكيفية الاختيار بينهما. خزان التوسعة للمحول هو حفظ زيت المحولات قرارٌ فنيٌّ، وليس قراراً متعلقاً بالسعر. فإذا أخطأت في هذا الاختيار، فقد تدفع ثمن صيانة جهاز التنفس الذي لم تخطط لها من الأساس، أو تفقد حماية جهاز كشف الغاز التي افترضت أنك تمتلكها. وفيما يلي الفروق الفعلية بين التصميمين وكيفية الاختيار بينهما.

 

لماذا يحدد نظام حفظ زيت المحولات مدة الخدمة الافتراضية

في محول كهربائي محول غاطس في الزيت يؤدي الزيت وظيفتين رئيسيتين — العزل الكهربائي ونقل الحرارة — لكنه يحمل أيضاً الماء والأكسجين إلى الأماكن التي تسبب فيها الضرر. فنحو ٩٩ في المئة من الماء الموجود داخل المحول يكون مخزَّناً في ورق السيلولوز الملفوف حول الملفات، وليس في الزيت نفسه، ولذلك فإن عينة زيت تبدو «جافة» قد تخفي نظام عزل رطباً. ويُسرِّع كلٌّ من الماء والأكسجين عملية تآكل الورق، ويرفع احتمال حدوث تفريغ جزئي، ويقلل من المنحنى الزمني للعمر الافتراضي الذي تشير إليه أرقام الفقدان الواردة في تقرير الاختبار الخاص بك.

الحرارة تجعل المشكلة ميكانيكية. فزيت المعادن يتمدد بنسبة تقارب ٤٪ عندما يرتفع حرارة المحول من حالة إيقاف باردة عند ٢٠°م إلى درجة حرارة زيت القمة البالغة ٧٥°م عند التحميل الكامل، ثم ينكمش مجددًا كل ليلة. ولا يمكن لخزان صلب ومغلق تمامًا تجاهل هذا التغير في الحجم. ولذلك يجب أن يُصمَّم الخزان بحيث يوفِّر مكانًا للزيت المتمدِّد — مثل خزان التوسع — أو يتحمَّل دورات الضغط والفراغ داخل الخزان المغلق. وهذا الخيار الميكانيكي الوحيد يُحدِّد بالكامل قصة الصيانة الخاصة بالوحدة طوال الـ٢٥ سنة القادمة.

يتم توثيق جانب الصيانة في دليل التثبيت والصيانة IEEE C57.93-2019 ، الذي يشمل خدمة جهاز التنفُّس وفحوصات حفظ الزيت والتحكم في الرطوبة للمحولات المغمورة بالسوائل. أما متطلبات الخزان والإكسسوارات العامة فهي موجودة في IEEE C57.12.00-2021 ، وهي المواصفة التي سيشير إليها عرضك الفني على أي حال. ومن المفيد الاحتفاظ بكلا المستندَين مفتوحين أثناء إعداد طلب العروض (RFQ).

 

تصميم المحول ذي خزان التوسع: التنفُّس كجزء من التصميم

أ خزان التوسعة للمحول يحمل خزان تمدد أسطواني صغيرًا مُركَّبًا فوق الخزان الرئيسي وموصولًا به عبر أنبوب. وعندما يتمدَّد زيت الخزان الرئيسي بسبب التحميل، ينسكب إلى الأعلى داخل خزان التخزين الاحتياطي (الكونسرفاتور)، بينما تُدفع الهواء الموجود فوق الزيت خارجًا عبر جهاز تنفُّس مملوء بهلام السيليكا الذي يجفِّف الهواء الداخل في الدورة التالية. وعادةً ما يُحدَّد حجم خزان التخزين الاحتياطي بنسبة ٨–١٠٪ من حجم الزيت الرئيسي، وهي نسبة تغطي مدى التمدد من حالة إيقاف التشغيل الباردة في الشتاء حتى درجة حرارة الزيت العليا عند التحميل الكامل.

يكتسب هذا التخطيط مكانته في الوحدات من فئة المحطات الفرعية لثلاثة أسباب. أولًا، يتيح تركيب جهاز تفعيل الغاز بوكهولز: حيث يُركَّب الجهاز في الأنبوب الواصل بين الخزان ووحدة التخزين، وهي المنطقة التي تتجمع فيها غازات العطل، ولذلك تُصنَّف المحولات الكهربائية المزوَّدة بحماية غازية عمومًا على أنها من النوع ذي وحدة التخزين. ثانيًا، يكون مستوى الزيت مرئيًّا، ويكون إضافته سهلة — إذ تُضاف كمية الزيت عبر وحدة التخزين دون الحاجة إلى فتح الخزان الرئيسي. ثالثًا، يبقى الضغط الداخلي منخفضًا ومستقرًّا، ما يقلِّل الإجهاد الواقع على الحشوات المطاطية، ومقياس مستوى الزيت، وختم الغطاء.

ثمن هذه المزايا هو واجهة تنفُّس تتطلّب صيانةً من قِبل شخصٍ ما. فمادة السيليكا جيل المستخدمة في واجهة التنفُّس تصبح مشبَّعةً بمرور الوقت — ويظهر ذلك في تغيُّر لونها من الأزرق إلى الوردي — وفي المواقع الرطبة القريبة من السواحل أو المناطق الاستوائية، قد يتطلّب ذلك استبدال الخرطوشة كل ثلاثة أشهر، وليس مرة واحدة سنويًّا. كما يجب أن يظل كوب ختم الزيت الموجود أسفل واجهة التنفُّس ممتلئًا باستمرار؛ وإلا توقَّفت واجهة التنفُّس عن تجفيف الهواء وبدأت تعمل كفتحة تهوية مفتوحة. أما في المحولات الكهربائية الكبيرة للطاقة، فيُرسَل الخزّان التوافقي غالبًا بشكل منفصل مع ألواح سدّية، ما يضيف خطوة توصيل ميدانية أثناء التركيب.

 

ما الذي يفعله المحول المغلَق إغلاقًا تامًّا بشكل مختلف

أ محول مغلق بإحكام لا يحتوي على جهاز حفظ ولا على جهاز تنفس. ويبنى الخزان بحيث يمتص تمدد الزيت بالكامل داخليًّا، بإحدى ثلاث طرق: وسادة غازية قابلة للانضغاط فوق الزيت (النوع المغلق أو ذي وسادة الغاز)، أو غشاء مرن أو غشاء مطاطي يفصل بين الزيت وحجم الغاز، أو مرونة في جدران الخزان مُدمَجة في هيكله. وبما أن الوحدة لا تتنفَّس أبدًا، فلا يدخل الهواء الخارجي — والرطوبة التي يحملها — إلى الداخل أبدًا. وبالتالي، تختفي هلام السيليكا وختم الزيت وصيانة جهاز التنفس تمامًا من جدول الصيانة.

لهذا السبب يسود التصميم المغلق محولات مثبتة على الوسادة ووحدات التوزيع الأصغر في أمريكا الشمالية، حيث تُعتبر الوحدات المزودة بخزانات مغلقة والمعتمدة من قِبل UL وCSA هي القاعدة، وقد يزور طاقم الصيانة الوحدة مرة واحدة فقط في السنة. وهي أيضًا مناسبة جدًّا للمواقع النائية، والمنشآت الصحراوية والساحلية، وأي مشروع لا يمكن الاعتماد فيه على الطاقم المحلي لتغيير خرطوشة التنفيس وفق الجدول الزمني المحدد. وتُصنع وحدات الخزانات المغلقة عادةً لملئها بالفراغ الكامل، ما يزيل الرطوبة المتبقية في المصنع، كما أن حزمة المثبِّت الموجودة في الزيت تدوم لفترة أطول لأن عملية الأكسدة تفتقر إلى الأكسجين الطازج.

تؤثر المفاضلات بشكلٍ كبير. فبدون خزان توسيع، لا يمكن تركيب جهاز بوكهولز الغازي الكلاسيكي — لأن الغاز ليس له مكانٌ يتجمع فيه — ولذلك تعتمد التصاميم المغلقة على أجهزة تخفيف الضغط، وبشكلٍ اختياري على أجهزة كشف ارتفاع الضغط السريع أو أنظمة المراقبة القائمة على تحليل الغاز الذائب في الزيت (DGA). وتتطلب عمليات أخذ عينات الزيت وإضافته عنايةً أكبر، لأنك تعمل ضد ضغط داخلي بدلًا من خزان مفتوح. كما أن الخزان نفسه يتحمل واجبات ضغط وفراغ فعلية: ويجب أن تحافظ لحامات الغطاء والمواد العازلة والتجهيزات على ضغط التصميم طوال عمر الوحدة، ولذلك تتطلب التصاميم ذات الخزانات المغلقة لحامًا دقيقًا ومُوثَّقًا واختبار ضغط مُسجَّل قبل طلاء الخزان.

 

خزان التوسيع مقابل الخزان المغلق تمامًا: مقارنة جنبًا إلى جنب

نقطة المقارنة	خزان التوسعة للمحول	محول مغلق بإحكام
معالجة تمدد الزيت	خزان توسيع خارجي فوق الخزان الرئيسي	وسادة غاز داخلية أو غشاء أو غلاف خزان مرن
التنفس / تسرب الرطوبة	يتنفس عبر جهاز تنفس السيليكا هلامي؛ ويتعرّض للخطر من الرطوبة إذا أُهمِل جهاز التنفس	لا يتنفس أبدًا؛ وأدنى مستوى ممكن من تسرب الرطوبة
جهاز الغاز (بوكهولز)	يمكن تركيبه — مُضمَّن قياسيًّا في المحولات الكهربائية	غير مُركَّبٍ بالشكل الكلاسيكي؛ بل تُستخدَم بدلاً منه وحدات تخفيف الضغط ومرحلات الحماية من الانفجارات (RPR)
صيانة دورية	فحص هلام السيليكا واستبداله، ومقياس مستوى الزيت	فحص الضغط ومقياسه؛ ولا يوجد مادة ماصة للرطوبة تحتاج إلى استبدال
إضافة زيت إضافي أو أخذ عيِّنة منه	بسيط عبر خزَّان التوسُّع	ممكن، لكنه يتطلَّب اتِّباع إجراء لإدارة الضغط
التطبيقات النموذجية	محطات التوزيع العامة، والمحولات الكهربائية، ووحدات التحكُّم في الجهد تحت التحميل (OLTC)، والمشاريع المتوافقة مع معايير اللجنة الدولية للتوحيد القياسي (IEC) ومنطقة الشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا	الوحدات المُركَّبة على القواعد والوحدات التوزيعية، وأمريكا الشمالية (المعايير UL/CSA)، والمواقع النائية والرطبة
النقل ومساحة التثبيت	أطول؛ قد يُرسَل جهاز الحفظ بشكل منفصل للوحدات الكبيرة	مدمج، وذو ارتفاع أقل، وغلاف مغلق واحد
عاملٌ رئيسيٌ في تكلفة دورة الحياة	عمالة الصيانة والمواد الاستهلاكية	جودة الخزان واللحام أثناء التصنيع

كلا التصميمين مشروعان، وكلاهما يظهران في كتالوجات كل شركة جادة محول غاطس في الزيت المصنع. والسؤال هو: أيُّهما يناسب موقعك وفريق العمل لديك وفلسفتك في الحماية؟

 

 

اختيار نظام حفظ الزيت المناسب لمشروعك

ابدأ بالمعيار المطلوب في وجهة التوريد والخطة الخاصة بالحماية، لأن ذلك يستبعد الخيارات أسرع من أي تفضيل شخصي. فمحوِّل مركَّب على قاعدة أرضية ومحدَّد وفق معيار IEEE C57.12.20 أو C57.12.22 للسوق الأمريكية أو الكندية سيكون على الأرجح من النوع ذي الخزان المغلق، ومصنَّف وفق معايير UL أو CSA — وإذا حددت جهاز حفظ لهذا المحوِّل فستدفع مقابل انحراف مخصَّص. أما محوِّل محطة فرعية بسعة ١٥ ميغا فولت أمبير مزوَّد بحماية تفاضلية وحماية بوخهولتز فهو من النوع المزوَّد بجهاز حفظ؛ وبذل محاولة لجعله من النوع المغلق يعني إعادة تصميم فلسفة الحماية بالكامل. وبين هذين الطرفين، اطرح أربعة أسئلة:

• المناخ والرطوبة. المواقع الساحلية أو الاستوائية أو المعرضة للغبار الصحراوي مع نقاط وصول محدودة للصيانة تُرجِح بشكل كبير نحو محول مغلق بإحكام .
• كفاءة الطاقم. إذا كانت فحوصات هلام السيليكا ستُهمَل عمليًّا، فإن التصميم الذي لا يحتاج إليها يكون أكثر أمانًا من جدول صيانة لن يُطبَّق.
• فلسفة المراقبة. إذا كانت خطة المشروع تتضمَّن تحليل الغاز الذائب (DGA) والمراقبة عبر الإنترنت، فإن الخزانات المغلقة تعمل بكفاءة عالية؛ أما إذا كان نظام الحماية يعتمد على مرحل بوكهولز، فاختر خزان التوسعة للمحول .
• توحيد الأسطول. تُقدِّر شركة المرافق التي توحِّد نوعًا واحدًا من الخزانات عبر مئات الوحدات الاتساقَ أكثر من أي تحسين موجَّه لموقعٍ واحد.

تُصنِّع شركة ريان إلكترك كلا التكوينين في نفس المنشأة التي تبلغ مساحتها ١٢٠٠٠٠ مترًا مربعًا، وذلك ضمن الشراكة مع شركة إيتن التي بدأت في عام ٢٠٢٣، وتحمل المنشأة شهادات من جهات الاعتماد التالية: يو إل، سي إس إيه، آي إي إي إي، ديكرا، وسناس. وما نقوله للمشترين هو بالضبط ما يخبر به المهندسون بعضهم بعضاً: إن نظام الحفاظ على الزيت يتحدد وفقاً لموقع التركيب والخطة المُعتمدة للحماية، وليس وفقاً لما ورد في ورقة المواصفات البيعية. أرسل إلينا فئة الجهد، والقدرة بالكيلوفولت أمبير، والمناخ السائد، وخطة الصيانة — وباستنادٍ إلى هذه المدخلات الأربعة، سنُوصي بنوع الخزان المناسب، وسنوثِّق سبب التوصية في العرض الفني.

 

استشرنا قبل أن تُنهي تحديد مواصفات الخزان

تكلفة تغيير نوع الخزان بعد اعتماد الرسومات أعلى بكثير من تكلفة طرح سؤال واحد في مرحلة مبكرة. فإذا كنت تحدد مواصفات خزان من الفئة محول غاطس في الزيت — التوزيع أو الطاقة، ولأي سوقٍ كانت — فأرسل إلينا ظروف التشغيل وظروف الموقع عبر منصتنا صفحة الاتصال وسنعود إليكم بتوصية بشأن النوع المُستند إلى الخزان، وتنبؤات الصيانة للخمس سنوات الأولى، وجداول التسليم الواقعية. القرار الصحيح هو محادثة تتم على صفحة واحدة. حفظ زيت المحولات وهو ما يوفر سنوات من خراطيش المرشحات التنفسية، أو سنوات من التمني بأنك امتلكت جهاز ترحيل غاز.

حول المؤلف هذا الدليل كتبته فرق الهندسة والتصدير في شركة رايان إلكترك، وهي شركة مصنعة للمحولات تأسست عام ٢٠٠٧ في مقاطعة جيانغسو بالصين، وشريكة في مشروع مشترك مع شركة إيتن منذ عام ٢٠٢٣. وتقدّم هذه الفرق دعماً هندسياً تطبيقياً، ودعماً في مجال الشهادات، وتوثيق الاختبارات المصنعية لمشتري المرافق العامة، والمقاولين من الباطن (EPC)، والصناعيين في أمريكا الشمالية، وجنوب شرق آسيا، والشرق الأوسط، وأفريقيا.