حماية المحولات المغمورة بالزيت: جهاز بوكهولز، والمواصفات الخاصة بالتيار الزائد والتفاضلي التي يجب أن يعرفها المشترون

اتصل بنا مدير مشتريات في شركة مقاولات تعدين تشيلية في شهر يوليو بسؤال نسمعه أكثر مما يتوقعه المشترون: إذا طلب محولةً سعتها ١٥ ميغا فولت أمبير محول غاطس في الزيت من مصنعنا، هل تشمل الحماية معها أم أنه يتعين عليه تأمينها بشكل منفصل؟ والإجابة المختصرة هي أن كلا الأمرين يحدثان. فالأجهزة المثبتة على الخزان تُرسل مع الوحدة، لكن إعدادات أجهزة التحكم، ونسب محولات التيار (CT)، ومنطق التشغيل يتم تحديدها بالتشارك مع مهندس الحماية الخاص بالمشتري — ومعظم حالات الأعطال الميدانية التي نُستدعى للتعامل معها تعود إلى هذه المرحلة الانتقالية، وليس إلى المحولة نفسها.

توجد الحماية لسببٍ واحدٍ فقط: إن عطلًا داخليًّا يُولِّد طاقةً لا يمكن للخزَّان احتواءها إلى الأبد. وبممانعة نموذجية تبلغ ٧٪، قد تصل التيار الناتج عن عطل ماسٍ عند الطرفيات إلى أكثر من أربعة عشر ضعف التصنيف المُدرَج على اللوحة. أما قصرٌ في اللفائف داخل الخزَّان فيُوجِه هذه الطاقة إلى الزيت خلال جزءٍ من الثانية. وتتمثل مهمة نظام الحماية في كشف الحدث مبكرًا — كهربائيًّا أو هيدروليكيًّا أو حراريًّا — وفصل الوحدة قبل أن ينفجر الخزَّان أو يشتعل الزيت.

 

ما الحماية الفعلية التي تُرسَل مع المحولات المغمورة بالزيت

حماية المحولات في هيكل مُلَوَّث بخيط لولبي، يعمل هذا المستشعر كـ محول غاطس في الزيت يَنقسِمُ إلى مجموعتين. أولاً، الأجهزة المُركَّبة على الخزّان نفسه: جهاز تتبُّع الغاز بوكهولز على الأنبوب الواصل بين الخزّان الرئيسي والخزّان التوافقي، وجهاز تخفيف الضغط على غطاء الخزّان، ومؤشرات درجة حرارة الزيت ودرجة حرارة اللفائف مع ملامسات إنذار، ومقياس مستوى الزيت. ثانياً، ريليهات الحماية الخارجية في خزّان أو لوحة محطة فرعية: وظائف الحماية من التيار الزائد والحماية التفاضلية وحماية العطل إلى الأرض، والتي تُفعِّل القاطع على الجانب الأولي.

وهذا الانقسام ذو أهميةٍ بالغةٍ للمشترين. فالأجهزة المُركَّبة على الخزّان تدخل ضمن نطاق التوريد الخاص بالمحوِّل — أي أن المصنع يركّبها ويصلّها كهربائياً ويختبرها. أما نظام الريليهات الخارجية فيُحدَّد عادةً في فلسفة حماية المشروع، وتكون إعداداتها من مسؤولية الجهة المشغلة أو مهندس الحماية التابع لشركة التصميم والتنفيذ (EPC). وأكثر الفجوة شيوعاً التي نراها هي أن المشتري يفترض أن نطاق التوريد بالمصنع يشمل تنسيق الريليهات، بينما يفترض مهندس الحماية أن المحوِّل وصل مع لوحة حماية جاهزة التوصيل بالكامل. وكلا الطرفين يكونان مخطئين، ما يؤدي إلى توقُّف عملية التشغيل الأولي.

 

مرحل بُخهولز: الجهاز الوحيد الذي يتفحّص ما داخل الخزّان

ال مرحل بوكهولز يتموضع في الأنبوب الواصل بين الخزّان الرئيسي وخزّان التوسّع، ويتعبأ بالزيت أثناء التشغيل العادي. وهو يكشف نوعين مختلفين من الإشارات الدالّة على وجود عطل. فال أعطال البطيئة — مثل تقدّم عمر العزل، أو ارتخاء التوصيلات، أو التفريغ الجزئي الصغير — تولّد غازاً يصعد ويترسب في غرفة المرحل. وعندما يصل حجم الغاز إلى الحدّ المحدّد للمرحلة الأولى، يهبط عوّامٌ فيُغلق مفتاح الإنذار. أما الأعطال العنيفة، كحدوث قصر بين طورين في اللفائف، فتدفع زخّةً من الزيت عبر الأنبوب. وهذه الزخّة تميل حاجزاً وتُغلق مفتاح الفصل فوراً تقريباً، أسرع بكثيرٍ من أي قياس كهربائي لاحقٍ يمكنه الاستجابة.

في مختبر الاختبار لدينا، كلّ مرحل بوكهولز يتم اختباره على المنضدة قبل التركيب. ونُحقن الهواء عبر مدخل الزيت للتحقق من أن عوامة الإنذار تعمل عند حجم الغاز المحدد، ثم نُجري اختبار التيار الزائد للتأكد من إغلاق تلامس الإيقاف والوصول إلى صندوق التجميع. وتُلتقط صور لتوصيلات التلامس وتُحفظ في وثائق الاختبار النهائي بالمصنع (FAT)، لأن الخطأ في توصيل تلامس الإنذار في موقع بعيد يتطلب من الفني يومًا كاملاً لتحديد مكان الخطأ. قد يبدو هذا أمرًا بسيطًا. لكنه بالضبط ذلك الأمر البسيط الذي يُقرّر ما إذا كانت العطلة الأولى ستؤدي إلى إنذار أم إلى إيقاف غير ضروري.

تتميّز تفاصيل تركيب أجهزة استشعار الغاز بأهميتها البالغة. ويجب تركيب الجهاز بشكل أفقي تمامًا، مع توجيه السهم المُرسوم عليه نحو خزان التوسّع، لأن اتجاه تدفّق الزيت في الظروف التشغيلية العادية يكون بهذا الاتجاه، وكذلك يسلك الغاز نفس المسار. وذات مرة، زرنا موقعًا كان قد تم فيه تركيب الجهاز باستخدام حشوات شفّافة بين الألواح تركت جيبًا هوائيًّا مرئيًّا؛ فانطلقت إشارة الإنذار خلال أسبوعٍ بسبب تراكم الغاز الذي لم ينتج قط عن عطلٍ فعليّ. أما نقطة أخذ عيّنة الزيت وصمام الاختبار الخاص بالجهاز، فهما القطعتان اللتان يستحسن تحديد موقعيهما قبل إغلاق الوحدة داخل غلافها، لأن كليهما سيُستعملان خلال السنة الأولى من التشغيل.

 

الحماية من التيّار الزائد والحماية التفاضلية: ما الذي تعنيه أرقام الأجهزة؟

تستخدم أنظمة الحماية الخارجية أرقام الأجهزة وفق معايير ANSI/IEEE، وأكثر ثلاثة أرقام تظهر في معظم أوامر المحولات من فئة التوزيع هي 50 و51 و87T. 50هو حماية فورية من التيّار الزائد: أي أنه يُفعّل الإيقاف الفوري عند اكتشاف تيّار عطلٍ أعلى بكثير من التيّار التشغيلي الطبيعي. 51هي حماية تيار زائد ذات تأخير زمني: وتتم مزامنتها مع الأجهزة الواقعة في اتجاه التدفق السفلي بحيث يتم عزل العطل الواقع على خط التغذية عند هذا الخط وليس عند المحول. 87T هي حماية فرق الترانسفورمر: وتقارن التيار الداخل إلى اللفة الأولية بالتيار الخارج من اللفة الثانوية، حيث يُقاس كلاهما عبر محولات التيار (CTs) المركَّبة على الجهتين، وتنشط الحماية عند اختلاف هذين التيارين — وهي أسرع طريقة موثوقة لاكتشاف أعطال اللفات داخل الخزان.

ال الدليل الإرشادي لحماية محولات الطاقة الصادر عن معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) (IEEE C37.91-2021) ويحدِّد نطاق تطبيقه بأنه يشمل الوحدات ثلاثية الطور التي تتجاوز سعتها الاسمية ٥ ميغا فولت أمبير والتي تعمل عند جهد أعلى من ١٠ كيلوفولت، ويوصي باعتماد نظام حماية كامل — يتضمَّن حماية الفرق — عند هذه السعة. أما دون هذه السعة، فغالبًا ما تُستخدم الفيوزات أو ريلايات التيار الزائد المزامنة، ولذلك نادرًا ما تُزوَّد وحدات التوزيع الصغيرة بحماية الفرق، بينما يجب أن تتضمَّن محولة طاقة سعتها ١٥ ميغا فولت أمبير هذه الحماية. فإذا لم يطلب مهندس الحماية الخاص بك تطبيق حماية الفرق على وحدة تجاوز حجمها هذه السعة، فاسأله لماذا. والدليل مادة مرجعية عامة، ويستحق القراءة قبل إصدار طلب العروض التالي.

فلسفة الإعداد موضوعٌ مستقلٌ بذاته، لكن هناك رقمٌ واحدٌ يجب أن يكون ضمن مفردات كل مشترٍ: تيار البدء المفاجئ للمحول. وعند تشغيل المحول، قد يصل تيار المغنطة إلى ما بين ثمانية واثني عشر ضعف التيار المُصنَّف خلال الدورات القليلة الأولى قبل أن ينخفض تدريجيًّا. وإذا عيَّنت عنصر الحماية من التيار الزائد اللحظي عند قيمة أقل من هذه القيمة، فإن هذا العنصر سيؤدي إلى قطع التيار في كل مرة يتم فيها التشغيل الطبيعي للمحول. ولذلك تُضبط عناصر الحماية من النوع ٥٠ عند قيم أعلى من تيار البدء المفاجئ أو تُعطَّل مؤقتًا عند إغلاق الدائرة، وتتم تنسيق عناصر الحماية من النوع ٥١ مع حماية التغذية الفرعية السفلية، كما تستخدم ريلايات التفاضلية كبحًا تردديًّا — أي أنها تتجاهل تيار البدء المفاجئ مع الاحتفاظ بالقدرة على اكتشاف العطل الداخلي الحقيقي. محول غاطس في الزيت لا يختار مورد المحول هذه الإعدادات؛ بل يقوم بذلك مهندس الحماية الخاص بك. أما ما يجب أن يوفِّره مصنع المحولات فهو بيانات الاختبار — مثل المعاوقة ومنحنى التشبع وفقدان الطاقة عند حالة عدم التحميل — التي تتيح إجراء دراسة التنسيق.

 

صمام التخفيف الضغطي ودرجة الحرارة ومستوى الزيت: باقي نظام الحماية

تستحق ثلاثة أجهزة إضافية مُركَّبة على الخزان سطرًا في مواصفاتك. فالجهاز المُفرِّغ للضغط يُفرِّغ الخزان إذا ارتفعت الضغوط الداخلية بسرعة أكبر مما يستطيع مرحل الغاز الاستجابة لها — ويمكن اعتباره الصمام الآلي للأمان في هذه الترتيبات. ومؤشر درجة حرارة الزيت ومؤشر درجة حرارة اللفائف يحتويان على تلامسات إنذار وفصل، وتُضبط عادةً وفقًا لدرجة حرارة الزيت العلوية التي تتوافق مع ارتفاع متوسط في درجة حرارة اللفائف بمقدار ٦٥ كلفن. أما مقياس مستوى الزيت المزوَّد بإنذار المستوى المنخفض فيكشف التسريبات البطيئة التي لا يستطيع مرحل الغاز اكتشافها، لأن خزان التوسعة الذي يفرغ تمامًا يُعدُّ عادةً مشكلة صيانة قبل أن يتحول إلى حدث يتطلب حماية.

نقطة واحدة لطلب عرض الأسعار هنا: اطلب قائمة جهات الاتصال. وَضِّح عدد مخارج الإنذار والانقطاع الاحتياطية التي يجب أن يحتويها كل جهاز، وما إذا كانت هذه المخارج مُصنَّفة لجهد التحكم المستمر الخاص بلوحتك (ومن الجهد الشائع استخدامه: ٢٤ أو ٤٨ أو ١١٠ أو ٢٢٠ فولت تيار مستمر)، وما إذا كانت صندوق التجميع يتضمَّن كتل محطات، وسخَّانًا ولوحات دخول الكابلات. إن تركيب المخارج بعد التسليم يكلِّف تكلفةً مرتفعةً بشكل غير متناسب. أما تحديدها في طلب عرض الأسعار فلا يتطلَّب سوى سطر واحد.

 

الاختبارات المصنعية التي تثبت فعالية الحماية

فعالية نظام الحماية لا تتجاوز جودة التوصيلات الكهربائية المُرتبطة به، ولذلك نُجري الاختبار مرتين. أولاً، تأتي الاختبارات الكهربائية الروتينية تحت IEEE C57.12.00 : النسبة، الاستقطاب، مقاومة اللفات، الفقد عند حالة عدم التحميل والحمل، الممانعة، واختبار العزل الكهربائي. ثم تأتي فحوصات الحماية التي لا تظهر أبدًا في قوائم الاختبارات الروتينية القياسية: التحقق من استقطاب ونسبة المحولات الحالية (CT)، واختبار الاستمرارية من كل مخرج إنذار حتى محطات صندوق التجميع، واختبار الحقن الأولي الذي نُمرِّر فيه تيارًا عبر محولات التيار لإثبات أن المرسل يكتشف المقدار والاتجاه الصحيحين.

 

 

في العام الماضي، طلب مفتشٌ تابعٌ لعميلٍ من طرفٍ ثالثٍ أن يشهد اختبار حقن أوليًّا على وحدةٍ سعتها ٢٠ ميغا فولت أمبير مُوجَّهةٍ إلى جنوب شرق آسيا. وكشف الاختبار عن وجود محول تيار ثانوي واحدٍ متصلٍ في صندوق التجميع بقطبيةٍ معكوسة. ولأن هذه الملاحظة تم اكتشافها في المصنع، استغرق إصلاحها ساعتين فقط. أما لو اكتُشفت في الموقع، لكان ذلك يعني حدوث عطلٍ في حماية التفاضل عند التشغيل الأولي — ما كان سيؤدي إلى محادثةٍ حول مطالبةٍ لا يرغب أحدٌ في خوضها. ولذلك فإن قسم الفحص النهائي في المصنع (FAT) الخاص بالحماية يستحق الاهتمام نفسه الذي تحظى به أرقام الفقدان في تقرير الاختبار.

الآن تقوم الريلايات الرقمية بأداء المهمة التي كانت تتطلب سابقًا جدارًا من الوحدات الكهروميكانيكية، كما أن العديد من المشاريع تستعيد بيانات الريلايات عبر بروتوكول مودبوس أو معيار آي إي سي ٦١٨٥٠ بدلًا من استخدام التلامس الجاف وحده. وبغض النظر عن البروتوكول الذي تختاره، يبقى السؤال المصانعي نفسه: هل تم اختبار حلقة الحماية بكاملها من طرف إلى طرف، بدءًا من أطراف المحولات الحالية (سي تي) وانتهاءً بملف تشغيل القاطع؟ فقد يكون الريلاي مضبوطًا بدقة تامة ومع ذلك يفشل في التشغيل إذا كان الدائرة الثانوية للمحول الحالي مفتوحة أو إذا وُضعت سلك التشغيل في الطرف الخطأ — ولذلك فإن إجراء الاختبار من طرف إلى طرف أثناء الاختبار المصانعي النهائي (إف إيه تي) أرخص بمقدار عشرة أضعاف مقارنةً بنفس الاختبار عند الموقع.

 

ستة أسئلة يجب تضمينها في طلب العروض الخاص بك

1. أي أجهزة حماية مُركَّبة ومُوصَّلة مسبقًا في المصنع، وأيها تُرسل بشكل منفصل؟
2. ريلاي بوخهولز: العلامة التجارية والطراز؛ وهل تمت معايرة مراحل الإنذار والتشغيل على المنضدة، مع توثيق ذلك بصور ضمن ملف الاختبار المصانعي النهائي (إف إيه تي)؟
3. المحولات الحالية (سي تي): النسبة، وفئة الدقة (مثل فئة حماية ٥ بي ٢٠)، وهل تضم الرسومات البيانية رسمًا توضيحيًّا لاستقطاب المحول؟
4. هل تحتوي أجهزة قياس درجة الحرارة ومستوى الزيت والضغط على تلامسات احتياطية للاتصال المستقبلي بنظام الإشراف والتحكم الآلي (سكادا)؟
5. هل يتضمن تقرير اختبار المصنع حقن التيار الأولي لمُحوِّل التيار (CT) واستمرارية التلامس، أم يقتصر فقط على الاختبارات الكهربائية الروتينية؟
6. ما وثائق الحماية التي تُرفق مع الوحدة — مخططات التوصيلات، وأدلة المرحلات، وشهادات الاختبار؟

وهذا ما يفسّر أهميته في التطبيق العملي. فمشترٍ من شركات المرافق الكهربائية، نتعامل معه في الشرق الأوسط، يطبّق معياراً واحداً لجميع طلبات المحطات الفرعية، فيعتمد منصة مرحلة واحدة ومجموعة واحدة من مواصفات التلامس. أما من جانبنا، فإن هذا التوحيد يعني جدول توصيلات موحداً، وإجراء اختبار موحداً، وقائمة قطع غيار موحدةً لجميع الوحدات، مما يقلّص مدة الاختبار النهائي بالمصنع (FAT) ويجعل تسليم الوحدة إلى فريق التشغيل والتشغيل الأولي لديه أمراً متوقعاً.

أنتجت شركة رايان إلكترك محولات التوزيع والطاقة منذ عام ٢٠٠٧ في منشأة مساحتها ١٢٠٠٠٠ متر مربع، وبدأ شراكتنا مع إيتن في عام ٢٠٢٣ لضمان انسجام عمليات توريد المكونات وانضباط اختبارات التسليم النهائية (FAT) مع ما تتوقعه شركات المرافق العالمية. وتؤيد هذه الإجراءات ٣٧ براءة اختراع وشهادات من جهات مثل UL وCSA وIEEE وDEKRA وCNAS — ولا يُغني أيٌّ منها عن إعدادات مهندس الحماية الخاص بك، بل تُسهِّل عليه أداء مهامه.

إذا كنت تحدد مواصفات محول غاطس في الزيت لمشروع مرافق عامة أو تعدين أو صناعي، فأرسل إلينا بيانات الأحمال والجهد النظامي وفلسفة الحماية مع استفسارك. وسيقوم مهندسونا بالتحقق من نطاق الحماية وبرنامج الاختبار وحزمة الوثائق قبل أن تُقدِم على إصدار أمر الشراء. استخدم صفحة الاتصال لدينا أو اطلب عرض سعر مباشرةً، وسنرد عليك بالإجابات لا بكتيب تعريفي.

حول المؤلف كُتِبَ هذا الدليل من قِبل فريق الهندسة والتصدير في شركة ريان إلكترك، وهي شركة صينية مصنِّعة للمحولات تأسست عام ٢٠٠٧. ويدعم الفريق مشتري المرافق العامة، ومشتري المشاريع الهندسية-المشتريات-الإنشاء (EPC)، والمشترين الصناعيين في أمريكا الشمالية وجنوب شرق آسيا والشرق الأوسط وأفريقيا من خلال هندسة التطبيقات ودعم الشهادات وتوثيق الاختبارات المصنعية.