التفصيل الخاص بال퓨وزات والحماية من الحياة البرية للمحولات المركبة على القواعد: قائمة تحقق لشركات التوزيع لخفض حالات الانقطاع

فتح فريق عمل في وسط أوكلاهوما وحدة مُركَّبة على قاعدة في نوفمبر الماضي، وكانت هذه الوحدة قد تسببت في انقطاع التغذية مرتين خلال أسبوع واحد. وكان المحول سليمًا تمامًا. لكن سنجابًا وصل إلى الطرفين العاليَي الجهد في العازل، فحدث تفريغ كهربائي وتَرَكَ أثرًا كربونيًّا تسبب في تكرار التفريغ عند كل إعادة إغلاق. ونتيجة لذلك، حصل انقطاعان، بسبب حيوانٍ واحد، دون أي عطل في لفات المحول، ومع ذلك ظل تقرير الموثوقية يُصنِّف الوحدة على أنها مصدر المشكلة.

نحن نصنع هذه الوحدات، لذا ينبغي التعامل مع هذا الانحياز بحذرٍ وشكٍّ. لكن النمط الذي تشير إليه البيانات يصعب دحضه: فالغالبية العظمى من حالات الاستدعاء الخاصة بالوحدات المركَّبة على القواعد، والتي نُستشار بشأنها، لا تبدأ داخل الخزان. بل تقع عند الحدود الفاصلة، في الفيوز الذي يحمي المحول، وفي الحجرة المصممة لمنع دخول الحيوانات البرية إليه.

 

 

 

نوعان من أنماط الأعطال التي تفسِّر معظم حالات الاستدعاء الخاصة بالوحدات المركَّبة على القواعد

فيوز المحولات المركبة على القواعد هو الأول. إن الفيوز الرئيسي هو الجهاز الوحيد الذي يقف بين عطل ثانوي ومحوِّلٍ يتطلَّب استبداله خلال فترة توريد تمتد لعدة أشهر. وإذا كان حجمُه صغيرًا جدًّا، فإنه ينفتح عند تشغيل الحمل البارد كل مرة يُعاد إغلاق المغذِّي بعد عاصفة. أما إذا كان كبيرًا جدًّا، فإنه يقع فوق منحنى العطل المباشر، ما يعني أن المحوِّل يتحمَّل أعطالًا كان من المفترض أن يقطعها الفيوز.

أما الثاني فهو الحياة البرية. ففتحات العوازل، والألواح الحاجزة، والفراغ بين سقف الغلاف وقسم الكابلات كلُّها نقاط دخول. ويمرُّ السنجاب الشعري عبر فتحة بقطر ٧٥ مم دون أن يبطئ. ولا يحتاج الثعبان إلى فتحة أصلًا إذا كان الخزانة مزودة بخندق كابلات تحت مستوى الأرض.

ولا يظهر أيٌّ من هذين العطلين في مراجعة التصميم الكهربائي الروتينية، لأن كليهما يحدث في الفراغ الموجود بين مواصفات المحوِّل وإعدادات الحماية الخاصة بالشركة المرفِّقة. وبصفتنا شركة مصنِّعة للمحولات المركّبة على القواعد ، فإن الأسئلة التي تصل إلينا في الأسبوعين الأخيرين قبل الشحن تكون غالبًا عن هذين الأمرين.

 

اقرأ منحنى العطل المار قبل قراءة جدول الفيوزات

يبدأ اتخاذ قرار حجم كل فيوز من منحنى، وليس من جدول. ويحدد معيار آي-إي-إي سي ٥٧.١٠٩ المدة التي يمكن أن يتحملها محول غاطس في سائل عند تحميله بمضاعف معين من التيار المقنن قبل أن تتراكم الأضرار؛ وتنصّ النطاق والوضع على الصفحة الخاصة بمعيار آي-إي-إي سي ٥٧.١٠٩-٢٠١٨ . ويقدّم الدليل منحنيات التنسيق لأربعة فئات من المحولات، وتؤخذ في هذه المنحنيات بعين الاعتبار كلٌّ من الحمل الحراري والإجهاد الميكانيكي الذي يولّده العطل على لفات المحول.

وهذا الرقم يجعل الأمر ملموسًا. خذ وحدة سعة ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير ذات أولية دلتا جهدُها ١٢,٤٧ كيلوفولت، وثانية جهدُها ٤٨٠ فولت، وممانعتها ٥,٧٥٪. ويساوي التيار الاسمي للأولية ٤٦ أمبير، بينما يساوي التيار الاسمي للثانية ١٢٠٣ أمبير، ويُولِّد عطل ماسٍ عند طرفي الثانوية تيارًا قدره نحو ٢٠,٩ كيلوأمبير قبل أخذ مقاومة الكابل في الحسبان. ويجب أن يفصل الفيوز هذا العطل قبل أن يتجاوز التيار الأولي الذي يراه المحول منحناه المحدَّد في معيار آي-إي-إي سي ٥٧.١٠٩، كما يجب أن يتحمّل أيضًا تيار الإثارة الابتدائي الناتج عن التشغيل التالي للمحول.

تتجه هاتان المتطلبان في اتجاهين متعاكسين. وهذه التوترات تشكّل المهمة برمتها، ولذلك فإن جدول الصمامات المنصوص عليه في مشروع سابق يُعد عبئًا بدلًا من أن يكون اختصارًا.

 

الأرقام الثلاثة التي تكمن وراء اختيار صمام بايونيت

تستخدم معظم المحطات الأرضية في أمريكا الشمالية صمام بايونيت من النوع بـ (NEMA Type B) في الحجرة ذات الجهد العالي، وتتراوح التصنيفات المتوفرة لدى أغلب شركات المرافق بين ٨ أمبير و٢٠٠ أمبير. وتحدد ثلاثة أرقام أيَّ نوعٍ منها يُركَّب.

تيار الحمل الكامل. يُستخلَص من القدرة الظاهرة المذكورة على اللوحة التعريفية (kVA) والجهد الابتدائي، وليس من رسم الوحدة التي يتم استبدالها. فالقيمة ٤٦ أمبير المشار إليها أعلاه نموذجية لوحدة قدرتها ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير ضمن نظام جهد ابتدائي قدره ١٢,٤٧ كيلوفولت.

استهلاك التحميل البارد عند إعادة التشغيل. بعد انقطاع التيار، يعاود كل من الثرموستات والضاغط والعامل الكهربائي التشغيل فورًا. وقد يؤدي التيار الأولي الزائد (inrush) بالإضافة إلى حمل التحميل البارد إلى سحب تيار يفوق عدة أضعاف تيار الحمل الكامل (FLA) لمدة جزء من الثانية (أجزاء من عشرة ثانية)، ولذلك فإن ضبط الصمام عند ١,٢ ضعف تيار الحمل الكامل يجعله سببًا متكررًا لانقطاع غير مرغوب فيه في صباح بارد.

التناسق مع العناصر الواقعة قبله في الدائرة. يجب أن تعمل منحنى المُعيد السريع قبل أن يعمل الفيوز في حالة الأعطال المؤقتة، ويجب أن يعمل الفيوز قبل أن يعمل منحنى المُعيد البطيء في حالة الأعطال الدائمة. وعندما يتقاطع المنحنيان عند نقطة واحدة على رسم العلاقة الزمنية-التيار، فإن شركة التوزيع تواجه أسوأ نتيجة ممكنة: انفجار الفيوز في عطل كان يمكن للمُعيد تصحيحه.

في الواقع، تقع معظم معايير شركات التوزيع بين ١٫٥ و٢٫٥ مرة من التيار الاسمي الأساسي للفيوز القاطع من نوع البانيون، ثم تتحقق الشركة من النتيجة مقابل منحنى العطل عبر المحول. وتلك النطاقات تشكّل نقطة بداية فقط. فوحدة تغذّي حملاً كبيراً من المحركات لا تستحق نفس الإجابة التي تستحقها وحدة تغذّي مركز تسوق، والـ فيوز المحولات المركبة على القواعد الجدول الزمني يجب أن يوضح الافتراض الذي تم استخدامه.

وتوجد تفصيلة إضافية لا تكلّف شيئاً: اطلب منحنى الفيوز على نفس الورقة التي يظهر فيها منحنى تلف المحول. فعند طباعة هاتين الخطين معاً، يصبح عدم التنسيق بينهما واضحاً خلال خمس ثوانٍ. أما عندما يكونان في وثيقتين منفصلتين، فيصبح ظاهراً فقط في السنة الثالثة.

 

حماية الحياة البرية عنصر محدد في المواصفات، وليس ملحقًا

حماية المحولات من الحياة البرية يُعامَل عادةً كبند منفصل تضيفه شركة التوزيع بعد تركيب المحول على القاعدة. بل يجب أن تُدرَج في وثيقة المواصفات منذ البداية، لأن أرخص مكان لحل هذه المسألة هو خط الإنتاج في المصنع.

تحدد معايير الآي-إي-إي ١٦٥٦ طريقة اختبار أجهزة حماية الحياة البرية من حيث الأداء الكهربائي والميكانيكي والمتانة في شبكات التوزيع ذات الجهد حتى ٣٨ كيلوفولت، أما السجل المرجعي الآي-إي-إي ١٦٥٦-٢٠١٠ فهو المرجع الذي يُستشهد به عند ادعاء المورد أن الغطاء سيصمد أمام الظروف الخارجية لمدة عشر سنوات. وتُجيب سلسلة الاختبارات على هذا السؤال، أما ورقة البيانات فلا تفعل ذلك.

الإجراءات الفعلية التي تُغيّر عدد حالات الانقطاع:

آبار وغطاءات العوازل للمنافذ. في الوحدات ذات الجهد ١٥ كيلوفولت و٢٥ كيلوفولت: غطاءات تبقى ثابتة في أماكنها أثناء سحب الكابل، وليس النوع الانزلاقي الذي يتطاير مع أول عاصفة ريحية.

ألواح الحواجز بين الأقسام. ارتفاع كامل، مُركَّب قبل إغلاق الخزان. حتى الحيوانات المتسلِّقة التي تدخل إلى الداخل لا ينبغي أن تصل إلى أي جزء كهربائي نشط.

فتحات تهوية محمية بشبكة. شبكة من الفولاذ المقاوم للصدأ عند كل فتحة تهوية وفي القاعدة، ومُصمَّمة بحيث لا يمر منها قضيب اختبار قطره ١٢ مم، وليس وفقًا لما هو متوفر لدى الشركة المصنِّعة.

واجهة خندق الكابلات محكمة الإغلاق. الشاشة القابلة للإزالة عند مدخل الخندق هي الفارق بين غلاف واقٍ وطريق سهل لدخول الأفاعي.

لا يؤدي أيٌّ من هذه العناصر إلى زيادة تكلفة ذات دلالة في مرحلة التصميم. أما تركيبها لاحقًا فيتطلَّب طاقم عمل، وأمر تبديل، وانقطاعًا في التغذية الكهربائية.

 

ما التغييرات التي تطرأ في المصنع

أسست شركة ريان إلكتريك محولات التوزيع منذ عام ٢٠٠٧ في موقع تبلغ مساحته ١٢٠٠٠٠ متر مربع، وتضم أكثر من ١٨٠ مجموعة من معدات الإنتاج والاختبار و٣٧ براءة اختراع. ومنذ عام ٢٠٢٣، تعمل الشركة كشريك رسمي في مشروع مشترك مع شركة إيتن، وهي الشهادة التي تطلبها عادةً شركات المرافق الكهربائية في أمريكا الشمالية أولاً. كما أن الوحدات معتمدة من قبل مؤسسة يو إل (UL)، ويمكن تصنيعها وفقاً لمتطلبات المواصفة الكندية سي إس إيه سي٢٢.٢ لمشاريع كندا، وتُرسل مع بيانات الاختبار الروتيني المطابقة للمواصفة آي إي إي إي سي٥٧.١٢.٩٠ ضمن حزمة قبول المصنع.

بالنسبة لطلبات المحولات المثبتة على القواعد، ندمج حزمة الحماية من الحياة البرية في التصميم الأساسي بدلاً من عرضها كخيار اختياري: استخدام مكونات من الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع ٣١٦ في الخزانة، وتركيب وصلات كهربائية مغلفة بالإيبوكسي، وتثبيت ألواح حاجزة قبل إغلاق الخزان، وتركيب فتحات تهوية مشبكة تم التحقق من مقاومتها لاختراق جسم قطره ١٢ مم. شركة مصنِّعة للمحولات المركّبة على القواعد وبما أننا نعمل وفق متطلبات يو إل و سي إس إيه، فإننا نفضّل مناقشة تفاصيل الشبكة أثناء مرحلة الرسومات الهندسية بدل تفسير دخول ثعبان أثناء التشغيل الأولي.

الحماية بال퓨زات هي المكان الذي تبدأ فيه شركة مصنِّعة للمحولات المركّبة على القواعد يجب أن يطرح أكثر الأسئلة. نريد دراسة الحماية الخاصة بالشركة المشغلة، أو على الأقل منحنيات القاطع التلقائي ومنسوب التيار القصيري المتاح عند المحطة. غادر طلبٌ واحدٌ مصنعنا ومعه قاطع بسعة ٢٠٠ أمبير مُركَّب على وحدة سعة ٥٠٠ كيلوفولت أمبير بسبب أن جدول الفيوزات كان مستمدًّا من مشروع أكبر؛ وقد اكتُشف الخطأ أثناء التشغيل التجريبي، وتسبَّب التأخير لمدة أسبوعين في تكاليف فاقت تكلفة شحن المحول.

 

قائمة مراجعة موجزة قبل الموافقة على الرسم البياني

ستة بنود، وبذلك تختفي معظم مشاكل حماية الوحدات المركَّبة على المحطات قبل مغادرتها المصنع.

١. حساب تيار الحمل الكامل الابتدائي من السعة المذكورة على اللوحة التعريفية (بالكيلوفولت أمبير) والجهد النظامي الاسمي.

٢. تحديد حجم الفيوز ليكون بين ١,٥ و٢,٥ ضعف تيار الحمل الكامل، ثم التحقق منه مقابل منحنى IEEE C57.109 عند منسوب التيار القصيري المتاح.

٣. التأكُّد من ملف ارتفاع الحمل البارد بالاستناد إلى بيانات بحوث الأحمال الخاصة بالشركة المشغلة، لا سيما على الخطوط التي تغذي أحمال التدفئة الكهربائية أو الري.

٤. رسم منحنيي القاطع التلقائي السريع والبطيء على نفس ورقة المنحنى الزمني-التياري الخاصة بالفيوز.

٥. حزمة الحياة البرية المحددة وفقًا لمعيار الاختبار، وليس وفقًا للوصف. اطلب تسلسل اختبار IEEE 1656 أو ما يعادله.

٦. تفاصيل الحاجز والشاشة موضَّحة في الرسم المعتمد، بما في ذلك واجهة خندق الكابلات.

 

 

 

تكلفة اتخاذ القرار الخاطئ

ال퓨زة غير المتناسقة لا تفشل بشكل درامي. بل تنفتح فقط، فيستبدلها الطاقم، ويُسجَّل في السجل انقطاع عابر. كرِّر ذلك ثلاث مرات على نفس التغذية خلال موسم واحد، وتصبح تكلفة العمل والتشغيل التي تحملتها شركة التوزيع أعلى من تكلفة دراسة التنسيق. إن حماية المحولات من الحياة البرية تتبع الحزمة نفس الحساب: سعر الشاشة بضع عشرات من الدولارات، بينما تكلفة ثعبان يمر عبر الطرفين الثانويين أسبوعٌ كاملٌ من فقدان الخدمة بالإضافة إلى استبدال الوحدة المُستخرجة من فتحة إنتاج مُخصَّصة مسبقًا.

هذه هي الحجة المؤيدة لتسوية هاتين النقطتين في مرحلة الرسم. إذ يمكن شركة مصنِّعة للمحولات المركّبة على القواعد تغيير لوحة الحاجز قبل إغلاق الخزان بتكلفة ضئيلة جدًّا. أما بعد تركيب الوحدة على القاعدة، فإن التعديل نفسه يصبح تعديلًا ميدانيًّا مرتبطًا بانقطاع في التغذية.

إذا كنت تحدد وحدات توزيع مثبتة على القاعدة لنافذة تسليم عام 2027، فإن تفاصيل الحماية وحماية الحياة البرية تستحق الإغلاق الآن. أوقات الانتظار في المصنع طويلة لدرجة أن تغيير الرسم بعد الإصدار يكلف ما لم يكلف قبل خمس سنوات.

 

الخطوة التالية

أرسل لنا المخطط أحادي الخط، ومنحنيات المعيد التوصيل، والتيار القصوري المتاح عند القاعدة. ستعيد مجموعتنا الهندسية جدول الصمامات وحزمة حماية الحياة البرية المطابقة لمعيارك، عادةً خلال ثلاثة أيام عمل.

حول المؤلف

تم إعداد هذه المقالة بواسطة مجموعة الهندسة المبيعات في Ryan Electric، وهي شركة مصنعة للمحولات تنتج وحدات مثبتة على القاعدة ومن النوع الجاف ومغمورة في الزيت لشركات المرافق ومقاولي EPC في أمريكا الشمالية والشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا وأفريقيا. تدعم المجموعة المشاريع من مرحلة المواصفات حتى اختبار القبول بالمصنع. يمكن توجيه الأسئلة الفنية حول هذه المقالة إلى فريق الهندسة المبيعات عبر ryantransformers.com.