التشغيل المتوازي للمحولات: توزيع الحمل، ومطابقة النسبة المئوية للمقاومة الداخلية (%Z)، والأخطاء التي تكلّف شركات التوزيع وقت توقف التشغيل

قبل صيفين، أضافت إحدى شركات المرافق في تكساس محولًا مثبتًا على القاعدة بقدرة 1000 kVA ثانيًا بجانب الوحدة الموجودة لحمل خط تغذية سكني آخذ في الزيادة. بدت الخطة بسيطة: توصيل الثانويات على حافلة مشتركة والسماح للوحدتين بمشاركة الحمل. على الورق كانت لوحتا الاسم متطابقتين. في الميدان، أنتجت المحاولة الأولى لإغلاق الدائرة همهمة عالية، وانفجار وصلة الصمام على الجانب ذي الجهد المنخفض، ومحطة فرعية بقيت معطلة طوال فترة الظهيرة. السبب لم يكن عطبًا في الأجهزة، بل كان عدم تطابق في الممانعة لم يقم أحد بالتحقق منه قبل التشغيل. تشغيل المحولات على التوازي يبدو بسيطًا على مخطط الخط الواحد، ويُعاقب التفاصيل التي لا يتحقق منها أحد.

لماذا تُشغِّل شركات التوزيع والمحطات المحولات على التوازي

إن تشغيل وحدتين على حافلة واحدة لم يعد حالةً استثنائيةً بعد الآن. فمع تزايد الأحمال بوتيرة أسرع من قدرة الوحدة الواحدة على الطلب والتسليم، يلجأ المالكون إلى تنفيذ مراحل توسيع السعة: فيُثبَّتون محولًا واحدًا الآن، ثم يُوصِلون محولًا ثانيًا على التوازي عندما تمتلئ الدائرة الفرعية. وتقوم شركات التوزيع بتوصيل المحولات على التوازي لاستبعاد إحداها لأغراض الصيانة دون انقطاع التغذية عن العملاء. أما المصانع الصناعية فتوصِل وحدات صغيرة على التوازي لأن محولين صغيرين الحجم يمكن أن يتّسعا داخل المبنى، بينما لا يتّسع فيه محولٌ واحدٌ كبير الحجم. وفي كل حالة، يكون الهدف واحدًا: حافلة واحدة، ومصدران، وتوزيع الحمل تلقائيًّا.

والشرط المهم هنا هو أن المحولات المتوصِّلة على التوازي لا تقسم الحمل بالطريقة المتوقَّعة إلا إذا تطابقت خصائصها الكهربائية تمامًا. فإذا أُهمِلت شرطة واحدة فقط، تتوقَّف هاتان الوحدتان عن العمل كبنك واحد سعته ٢٠٠٠ كيلوفولت أمبير، وتبدأان بدلًا من ذلك في التصرُّف كجهازين يتصارعان مع بعضهما. وتظهر أعطال هذه الحالة على شكل ارتفاع درجة الحرارة، وانفجار الفيوزات، وتشغيل أجهزة الحماية — وهي دائمًا ما تحدث في أسوأ الأوقات، وغالبًا ما تكون بعد انتهاء فترة الضمان.

 

الشروط اللازمة لتشغيل المحولات على التوازي بشكل آمن

يجب توفر خمسة شروط قبل ربط محولين بحافلة مشتركة:

• توافق تسلسل الطور وانزياح الطور (المجموعة المتجهة). فمحول من النوع Dyn11 لا يمكن تشغيله على التوازي مع محول من النوع Dyn1 أو Yyn0 دون حدوث مشكلة في زاوية الطور.
• تساوي نسب الجهد عند الوضع التشغيلي للمقابض، ضمن هامش يبلغ نحو ٠,٥٪. ويُحتسب استخدام المقابض غير الاسمية — إذ يجب أن يكون كلا المحولين في نفس وضع المقابض.
• تطابق قيم المعاوقة النسبية بشكل وثيق، ضمن هامش يبلغ نحو ١٠٪ من بعضها البعض. وكلما اقتربت قيم %Z من بعضها، كانت تقسيمة الحمولة أكثر عدلاً.
• توافق سعة القصر والحماية. فيجب أن تكون الحافلة وال퓨وزات والمفاتيح الكهربائية قادرة على تحمل مجمل مساهمة كل من المحولين في حالة العطل.
• توافق تردد النظام ومصدر المرجع المشترك — فلا يجوز تشغيل وحدتين مصممتين لشبكتين مختلفتين على حافلة واحدة.

هذه الجُمَل تبدو كأنها مأخوذة من كتاب دراسي حتى يظهر مشروعٌ حقيقيٌ على الطاولة. فما يقارنُه مهندسونا قبل أي اقتراحٍ متوازٍ هو القيم المقاسة من تقارير الاختبارات الروتينية — وليس الوعود المكتوبة على اللوحة التعريفية. فالقيمة المقاسة لـ %Z والقيمة المقاسة للنسبة عند التبديل التشغيلي الفعلي هما ما يقرّران ما إذا كان بالإمكان تشغيل وحدتين معًا على نفس الحافلة بشكلٍ آمن.

 

توزيع الحمل و%Z: حيث تظهر الصعوبة الرياضية

القاعدة الأساسية لـ تشغيل المحولات على التوازي هذا التحميل ينقسم حسب المعاوقة، وليس وفق النوايا الحسنة. بالنسبة لوحدتين لهما نفس القدرة الاسمية، فإن القدرة الظاهرية (kVA) التي تحملها كل وحدة تتناسب عكسياً مع نسبة معاوقتها المئوية (%Z): أي أن الوحدة ذات المعاوقة الأدنى تأخذ الحصة الأكبر. فلنفترض وحدتين سعتهما الاسمية ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير، ومكتوب على لوحيهما الاسميين قيمتا معاوقة مقدارهما ٥,٥٪ و٦,٥٪. عند إجمالي تحميل للبنك قدره ٢٠٠٠ كيلوفولت أمبير، تحاول الوحدة ذات المعاوقة ٥,٥٪ أن تحمل نحو ١٠٨٣ كيلوفولت أمبير — أي ما يعادل ١٠٨٪ من قدرتها الاسمية — بينما تحمل الوحدة ذات المعاوقة ٦,٥٪ فقط ٩١٧ كيلوفولت أمبير. وتصل الوحدة ذات المعاوقة الأدنى إلى ١٠٠٪ من تحميلها عندما يكون إجمالي تحميل البنك لا يزال حوالي ١٨٤٦ كيلوفولت أمبير، أي نحو ٩٢٪ من السعة الكلية التي دفع المالك ثمنها.

البنك: وحدتان سعة كل منهما ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير	نسبة المعاوقة غير متطابقة (٥,٥٪ / ٦,٥٪)	نسبة المعاوقة متطابقة (٥,٥٪ / ٥,٥٪)
تقسيم التحميل عند إجمالي ٢٠٠٠ كيلوفولت أمبير	١٠٨٣ كيلوفولت أمبير / ٩١٧ كيلوفولت أمبير (١٠٨٪ / ٩٢٪)	١٠٠٠ كيلوفولت أمبير / ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير (١٠٠٪ / ١٠٠٪)
سعة البنك القابلة للاستخدام قبل أن تصل إحدى الوحدتين إلى ١٠٠٪ من تحميلها	حوالي ١٨٤٦ كيلوفولت أمبير (٩٢٪)	٢٠٠٠ كيلوفولت أمبير (١٠٠٪)
المخاطر عند تحميل المحول بالكامل	يصبح وحدة ذات مقاومة نسبية منخفضة ساخنة جدًّا، وتتآكل بسرعة، وتتسبّب في قطع التيار	لا توجد مخاطر ناتجة عن المقاومة النسبية

لهذا السبب، فإن وحدتين «متطابقتين» من حيث الاسم التجاري، لكن مقاومتهما النسبية تختلف بنسبة نقطة كاملة، تُخفّضان تصنيف مجموعة المحولات قبل حتى تشغيلها. والحل ليس استخدام فيوز أكبر حجمًا. بل إما توحيد المقاومة النسبية في المواصفات — أي طلب القيم المقاسة من كلا المصنّعين عند التوصيلة الرئيسية — أو قبول تصنيف أقل لمجموعة المحولات والإشارة إلى ذلك صراحةً في إعدادات الحماية.

لـ توزيع الحمل بين المحولات وبالمثل، تنطبق القاعدة العكسية نفسها على الوحدات ذات التصنيفات المختلفة: فكل وحدة تساهم بمقدار قدرتها الاسمية بالكيلوفولت أمبير مقسومًا على مقاومتها النسبية، ويتم توزيع الحمل بين الوحدتين بشكل متناسب فقط عندما تكون مقاومتهما النسبية متقاربة. وعندما يسألنا المالك عما إذا كان بإمكان وحدة سعة ٧٥٠ كيلوفولت أمبير أن تعمل بالتوازي مع وحدة سعة ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير، فإن ردّنا يبدأ دائمًا بنفس السؤال: ما القيم المقاسة للمقاومة النسبية؟ وعلى أي توصيلة ستُشغل الوحدتان؟

 

التيار الدوراني: ما الذي يحدث عندما لا تتطابق نسب التحويل؟

يؤدي عدم تطابق نسبة الجهد إلى توليد تيار يمر بين وحدتين متصلتين على التوازي، حتى عندما لا يكون هناك حملٌ على الحافلة. ويُسمّيه المهندسون التيار الدائري ، وهو محدودٌ فقط بمجموع مقاومتي الوحدتين. وللتحقق السريع، فإن اختلاف التبديل بنسبة ٢,٥٪ بين وحدتين مقاومتهما كلٌّ منهما ٥,٥٪ يولّد تقريبًا تيارًا دائريًّا قدره ٠,٠٢٥ ÷ (٠,٠٥٥ + ٠,٠٥٥) — أي نحو ٢٣٪ من التيار المقنن عند حالة عدم الحمل. وهذا التيار يتسبّب في خسائر، ويسخّن الخزانتين، ويرفع درجة حرارة لفائفهما دون أن يؤدي أي عملٍ مفيد. أما اختلاف النسبة بنسبة ٠,٥٪ فيُبقي المكوّن الدائري عند حالة عدم الحمل قريبًا من ٥٪، ولذلك فإن القاعدة الإرشادية تقول: «يجب مطابقة النسبة ضمن نصف بالمئة».

كما أن عدم تطابق النسبة يُشوِّه توزيع الحمولة تحت التحميل، ما يدفع الوحدة ذات النسبة الأعلى نحو الاستثارة الزائدة، ويؤدي إلى ارتفاع غير متوازن في درجة الحرارة للزوج ككل. أما أخطاء زاوية الطور فهي أسوأ: فربط وحدات ذات مجموعات متجهة غير متوافقة يعادل عمليًّا حدوث قصر كهربائي عبر الحافلة، وتتولَّى أجهزة الحماية التشغيل قبل أن يتمكَّن أيٌّ من الأشخاص من قراءة العداد. وكل تركيب متوازٍ شاهدناه يبدأ بفحص تسلسل الطور عند الحافلة — ليس لأن المهندسين يشكُّون في البيانات المكتوبة على اللوحات التعريفية، بل لأن اكتشاف كابل واحد مقلوب أرخص بكثير من استبدال مجموعة محولات محترقة.

 

ما يجب التحقق منه في تقرير الاختبار قبل التشغيل المتوازي

تشمل كل وحدة نُرسلها تقرير اختبار روتيني يحتوي الأرقام الضرورية لدراسة التشغيل المتوازي. وقبل تشغيل محول جديد بشكل متوازٍ مع أجهزة موجودة مسبقًا، استخرج هذه القيم الخمس من تقارير الاختبار لكلا الوحدتين:

• القيمة المقاسة لنسبة المقاومة المئوية (%Z) عند التوصيلة الرئيسية، وباستخدام نفس الأساس — وليس القيمة المضمونة المذكورة على اللوحة التعريفية.
• نسبة الجهد المقاسة عند التوصيل التشغيلي، بما في ذلك التوصيلات غير الاسمية التي تخطط لاستخدامها.
• مجموعة المتجهات أو إزاحة الطور، بالإضافة إلى فحص تسلسل الطور في الموقع قبل الإغلاق الأول.
• الفقد عند الخلو والفقد تحت التحميل — وهما يُحدِّدان كفاءة الزوج ويُظهران أي اختلافات في القلب أو اللفات.
• موضع منظم التوصيلات ونطاقه، بحيث يمكن ضبط الوحدتين على نفس التوصيل والحفاظ عليه.

إجراءات الاختبار التي تُنتج هذه الأرقام مُعرَّفة في معيار IEEE C57.12.90، وهو كود الاختبار القياسي للمحولات المغمورة بالسوائل ، أما اتفاقيات التصنيف واللوحة التعريفية فتأتي من معيار IEC 60076-1، الذي يشمل نطاقه صفحة متجر IEC الإلكتروني . وإذا عجز المورد عن تقديم بيانات مقاسة للإعاقة والنسبة الخاصة بالوحدة الدقيقة، فلا ينبغي استخدام تلك الوحدة في التوازي مع أي وحدة أخرى.

 

ما نتحقق منه في شركة ريان إلكترك قبل شحن وحدتين

بصفتنا شريكًا في مشروع مشترك مع إيتن منذ عام ٢٠٢٣، وبامتلاكنا شهادات من جهات مثل يو إل، وسي إس إيه، وآي إي إي إي، وديكرَا، وقاعدة إنتاج تبلغ مساحتها ١٢٠٠٠٠ متر مربع، و٣٧ براءة اختراع مسجلة باسمنا، فإننا نتعامل مع الطلبات الجاهزة للتوصيل المتوازي باعتبارها مهمة وثائقية بحتة، وليس التزامًا. وعندما يُبلغنا المشتري بأن وحدتين ستعملان على حافلة واحدة، فإننا نسجّل قيمة النسبة المئوية للإعاقة (%Z) المقاسة عند الطرف الرئيسي والطرفي غير الاسمي، ونُجري الاختبارات الروتينية وفق معيار آي إي إي إي سي٥٧.١٢.٩٠، ونذكر قيمتي الإعاقة والنسبة في تقرير الاختبار بطريقة تسمح للمهندس الميداني باستخدامها مباشرةً دون الحاجة إلى الاتصال بالمصنع.

النصيحة العملية موجزة. في تشغيل المحولات على التوازي إن الزوج لا يكون جيدًا إلا بقدر أسوأ معلَّمةٍ مُطابِقة — وأسوأ معلَّمةٍ مُطابِقةٍ توجد عادةً في التفاصيل الدقيقة لتقرير الاختبار الذي لم يقارنْه أحد. فإذا كنت تنوي إضافة وحدةٍ إلى بنكٍ قائمٍ، فأرسل تقرير اختبار الوحدة القديمة مع طلب الاقتباس الخاص بك، وسنقوم نحن بإجراء مقارنة مقاومة العَرْض والنسَب قبل أن نقدِّم لك الاقتباس. وقد كشفت هذه الخطوة الوحيدة عن حالات عدم توافق كانت ستؤدّي إلى خفض سعة البنك أو حرق الفيوز في اليوم الأول.

هل تخطط لتشغيل محولٍ جديدٍ على التوازي مع معداتٍ قائمة؟ أرسل تقرير اختبار وحدتك القائمة والتصنيف الجديد عبر الموقع ryantransformers.com — وسيتحقق مهندسونا من توافق النسبة المئوية للمقاومة العرضية (%Z) والنسَب والمجموعة القطبية، ثم يقدّمون لك وحداتٍ تتشارك في الحمل بالطريقة التي يوضحها الرسم البياني الأحادي الخط.

حول المؤلف — كتبت هذه المقالة فرقة الهندسة في شركة رايان إلكترك، الشريك المشترك لشركة إيتن والمصنّع المعتمَد من «أول» و«سي إس إيه» للمحولات في جيانغسو بالصين، والتي تقدّم خدماتها لعملاء المرافق العامة والطاقة المتجددة والصناعات في أمريكا الشمالية وجنوب شرق آسيا والشرق الأوسط وأفريقيا.