مُفسَّرات مُغيِّرات التَّحويل: التَّوضيح الفارق بين مُغيِّرات التَّحويل تحت الحمْل (OLTC) ومُغيِّرات التَّحويل خارج الدَّائرة، وكيفيَّة تحديد المدى الملائم لمُغيِّرات التَّحويل

مُفسَّرات مُغيِّرات التَّحويل: التَّوضيح الفارق بين مُغيِّرات التَّحويل تحت الحمْل (OLTC) ومُغيِّرات التَّحويل خارج الدَّائرة، وكيفيَّة تحديد المدى الملائم لمُغيِّرات التَّحويل

في شهر مارس الماضي، أرسل إلينا مدير الصيانة في مصنع لمعالجة الدواجن في جنوب فيتنام صورة لجدول التوصيلات المكتوب على لوحة الاسم. وكانت الوحدة تشير إلى ±٢ × ٢٫٥٪ . وقد بلغ تيار المغذّي الداخل ٩٦٪ من قيمته الاسمية صباحًا و١٠٤٪ بحلول منتصف بعد الظهر، كما تم استبدال مفتاحَي تشغيل ضاغطَين مرتين خلال تلك السنة. وكان سؤاله معقولًا: هل يمكن ببساطة إعادة ضبط توصيلات المحول لحل المشكلة؟ والإجابة الصادقة استغرقت نحو أربع دقائق. فهذه الوحدة كانت مزودة بمغيّر توصيلات خارج الدائرة يحتوي على خمسة مواضع تغطي ١٠٪ من اللفّة، وبإعادة ضبط التوصيلات يتطلّب ذلك توقُّفًا مخططًا للتشغيل، وفريقًا متخصصًا في التعامل مع الزيت، ودراسة جديدة للأحمال — وكل ذلك من أجل تحقيق هامش تحسين لا يتجاوز ٢٫٥٪، والذي سيُستهلك فعليًّا من قِبل المغذّي خلال أسبوع واحد.

وهذا الحوار هو السبب في أننا نستمر في الكتابة عن هذا العنصر الوحيد. مغيّر توصيلات المحول هو الجزء الأقل جاذبيةً على الإطلاق في الوحدة، وهو في الوقت نفسه الجزء الذي يقرّر غالبًا ما إذا انتهت المشروعات بمشكلة في الجهد أو مشكلة في الصيانة أو بكلتيهما معًا.

 

ما الذي يقوم به منظم الجهد الفعلي

أ مغيّر توصيلات المحول لا يُولِّد الجهد، بل يغيّر عدد اللفات النشطة في الملف، ويؤدي نسبة اللفات إلى باقي التأثير. وفي معظم محولات التوزيع والمحولات الكهربائية، توضع نقاط التنظيم على ملف الجهد العالي لأن التيار يكون أقل هناك، ما يسهّل توجيه أسلاك التنظيم حول القلب الحديدي.

وهذا هو الجزء الذي يغفله معظم المشترين عادةً: تُحسب نقاط التنظيم بعدد اللفات، وليس بالفولت. فإذا زاد عدد لفات الجهد العالي، انخفض مقدار الفولت لكل لفة في القلب الحديدي، فانخفضت كثافة التدفق المغناطيسي وفقدان الطاقة عند حالة عدم التحميل — لكن جهد الطرف الثانوي ينخفض أيضاً معهما. أما إذا قلّ عدد لفات الجهد العالي، ازداد جهد الطرف الثانوي، وازدادت كثافة التدفق المغناطيسي وفقدان الطاقة عند حالة عدم التحميل، وسخن القلب الحديدي أكثر. نطاق التحكم إنها صفقةٌ، وليست ميزةً مجانية.

يتم توريد وحدة التوزيع عادةً بـ ±٢ × ٢٫٥٪ نوع غير متصل أثناء التشغيل — خمسة مواضع، بمجموع ١٠٪. محول تبديل الحمل أثناء التشغيل وحدات الفئة الانتقالية التي تعمل بنظام ±٨ × ١,٢٥٪ أو ±١٠٪ على ١٦ خطوة ، ما يمنح وحدة التحكم دقة كافية لمتابعة منحنى الحمل اليومي دون تجاوز القيمة المطلوبة.

 

المُغيِّر المُحمَّل بالتيار مقابل مُغيِّر التوصيلات خارج الدائرة: الخيار الذي يُحدِّد تكلفة الصيانة

أحد مغيّر التوصيلات خارج الدائرة — ويُسمَّى أيضًا مُغيِّر التوصيلات عند انقطاع التغذية (DETC) — لا يمكن تحريكه إلا بعد عزل المحول. ولا شيء يقطع التيار داخله، لذا فلا توجد مفاصل قوسية، ولا محرك تشغيل، ولا مشكلة تلوث الزيت. وفي محولات التوزيع، يُشغَّل مرتين أو ثلاث مرات طوال عمره: عند التشغيل الأولي، وعند إعادة تكوين خط التغذية من قِبل شركة التوزيع، وعند سحب الوحدة من الخدمة.

أحد محول تبديل الحمل أثناء التشغيل أما مُغيِّر التوصيلات المُحمَّل بالتيار (OLTC) فيعمل عكس ذلك تمامًا. فهو يغيِّر التوصيلات أثناء حمل الوحدة للحمل، ما يعني أن مفتاح التحويل يجب أن يقطع التيار ويُطفئ القوس الكهربائي في كل مرة يتحرَّك فيها. ويحدث هذا القوس داخل الزيت، ويترك وراءه كربونًا، وتنتج عنه تآكل المفاصل، وتدهور زيت العزل، وصيانة محرك التشغيل — وكل ذلك نتيجة لهذا القرار التصميمي الوحيد.

	مُغيِّر التوصيلات خارج الدائرة (DETC)	مُغيِّر تابِع للجهد تحت التحميل (OLTC)
عملية	يعمل فقط عند انقطاع التغذية	تحت الحمل، عبر مفتاح تحويل
النطاق النموذجي	±٢ × ٢٫٥٪ (٥ مواضع)	±٨ × ١٫٢٥٪ أو ±١٠٪ على ١٦ درجة
إيقاف القوس الكهربائي	لا شيء	الانتقال عبر مقاومة أو مفاعل، في زيت أو فراغ
صيانة دورية	لا شيء جوهريًا	فحص التلامس والزيت حسب عدد العمليات التشغيلية
التكلفة ومساحة التثبيت	منخفض	أعلى بشكل ملحوظ
التطبيق المناسب	السماح بالجهد الموسمي أو لمرة واحدة	تغير الجهد اليومي المُدار بالحمل

يغطي كلا النوعين نفس الزوج من المعايير: IEEE C57.131-2024 معيار آي-إي-إي القياسي لمتطلبات الأداء وطرق الاختبار لمبدلات التوصيل، و IEC 60214-1:2014 والذي ينطبق على مُغيِّرات التوصيل تحت الحمل من النوعين المقاومي والمُحثي، ومُغيِّرات التوصيل عند انقطاع التيار وآليات القيادة الكهربائية الخاصة بها. وتوجد الإرشادات التطبيقيَّة في المعيار IEC/IEEE 60214-2، ومن المفيد قراءتها قبل إدخال جدول التوصيلات في المواصفات.

القاعدة العملية التي نقدِّمها للمشترين: إذا كانت الانحرافات الجهدية موسمية، أو ناتجة عن خطة سنوية لتعديل التوصيلات تحددها شركة التوزيع، أو تم احتسابها مرة واحدة في مرحلة التصميم، فحدد مُغيِّر توصيلات غير نشط مغيّر التوصيلات خارج الدائرة وانفق المال في أماكن أخرى. وإذا تغير الجهد تبعًا لأحمالك — مثل الكسارات، أو بدء تشغيل المحركات الكبيرة، أو أفران القوس الكهربائي، أو محطات شحن المركبات الكهربائية (EV) — فستحتاج إلى مُغيِّر توصيلات نشط محول تبديل الحمل أثناء التشغيل ويجب أن تخصص ميزانيةً للصيانة الدورية له.

 

كيف تُحدِّد مدى التوصيلات دون أن تُسبِّب خسائر كامنة

جدول التوصيلات ليس مجرد بيانٍ للجهد فحسب، بل يُحدِّد أيضًا ترتيب اللفات، ومنحنى الممانعة، وحالة ارتفاع درجة الحرارة؛ وهذه النقطة الأخيرة هي حيث تفشل الضمانات سرًّا.

يجب إثبات ارتفاع درجة الحرارة عند وضع التوصيل الذي يُنتج أعلى خسائر. وفي وحدة التخفيض، يكون ذلك عادةً عند أقصى وضع توصيل مع أقل عدد من اللفات في الجهد العالي — أي الوضع الذي تبلغ فيه كثافة التدفق المغناطيسي وخسارة التشغيل بدون حمل ودرجة حرارة القلب أقصى قيمها. وإذا طلبت المواصفات ارتفاع درجة الحرارة عند وضع التوصيل المُصنَّف، بينما تُجرِي المصنع الاختبارات فقط عند الوضع الاسمي، فإن المشتري يمتلك ضماناً لا يشمل النقطة الفعلية التي ستُستخدم فيها الوحدة في الموقع.

وسلوك المقاومة التحتية (الإمبيدانس) يكون مماثلاً تماماً. نطاق التحكم ويغيّر هذا الوضع الهندسة الفيزيائية لللفات عالية الجهد، لذا تتفاوت نسبة المقاومة التحتية عبر مواضع التوصيل المختلفة. وهذه التفاوتات ذات أهمية بالغة عند تشغيل المحولات على التوازي: فقد تظهر وحدتان لهما مقاومة تحتية متطابقة مذكورة على اللوحة التعريفية عند الوضع الاسمي، ومع ذلك قد تُولِّدان تياراً دائرية عند أقصى مواضع التوصيل.

وهناك تفصيلٌ آخر في المواصفات يستحق المعرفة، وهو تعريف لنطاق العمل وليس ثغرة قانونية. معايير وزارة الطاقة الأمريكية للمحولات التوزيعية تُطبَّق على الوحدات التي يكون جهد الإدخال فيها ٣٤٫٥ كيلوفولت أو أقل، وجهد الإخراج ٦٠٠ فولت أو أقل، ومُصنَّفة لتردد ٦٠ هرتز — ويستثني التعريف صراحةً المحول الذي يحتوي على نطاق التحكم نسبة تبلغ ٢٠ في المئة أو أكثر. وإذا سقطت مواصفة ما ضمن هذه النسبة لسبب مشروع متعلق بالتطبيق، فعليك التأكد من الشركة المصنِّعة أي نظام امتثال ينطبق بدلًا من الافتراض.

 

 

المقاوم والملف الحثي والفراغ: المكان الذي يحدث فيه التآكل فعليًّا

السوق مغيّر توصيلات المحول الأجهزة المُباعة حاليًّا تأتي بثلاث نسخ عملية، وتتآكل كلٌّ منها بشكل مختلف.

تستخدم الوحدة من النوع الملَفِّي ملَفًّا انتقاليًّا للحد من التيار أثناء تغيير التوصيلات. وهي بسيطة ميكانيكيًّا وأقل تكلفة، لكن الملف يحمل التيار باستمرار، ما يُضيف خسائر وحرارة، كما أن مفتاح التحويل يقوم بكامل قوسه الكهربائي في الزيت الرئيسي.

أما الوحدة من النوع المقاوم فتُدخل مقاومة انتقالية خلال بضعة مئات من الميلي ثانية الخاصة بمرحلة الربط. وطاقة القوس الكهربائي تكون أقل، وتتم عملية تغيير التوصيلات أسرع، وهذا التصميم هو السائد حاليًّا في ممارسة تصنيع محولات الطاقة.

يُحرِّك نوع الفراغ القوسَ إلى زجاجات فراغية مغلقة. ويُعرَّض زيت غرفة التحويل للكربون بنسبة أقل بكثير، لذا تزداد مدة صلاحية الزيت وفترات فحص الغازات المذابة — لكن الروابط الميكانيكية ومحرك التشغيل والاتصالات لا تزال تتآكل، كما أن عدّاد العمليات لا يزال يُنظِّم خطة الصيانة.

وبالنسبة لمراقبة الحالة، فإن لهذا المكوِّن توقيعه الخاص. فغاز الأسيتيلين (C₂H₂) هو ما تولِّده ظاهرة القوس الكهربائي، ويظهر في زيت مفتاح التحويل قبل أن تبدو حالة زيت الخزان الرئيسي غير طبيعيةٍ بوقتٍ طويل. وهذه إحدى الأسباب التي نقوم فيها بمراقبة الحالة بأخذ عيِّنات من غرفة منظِّم الجهد بشكل منفصل عن الخزان الرئيسي في كل وحدة نُرسلها.

 

التوصيل على التوازي، والتحكم، والأخطاء الشائعة أثناء التشغيل الأولي

التوصيل على التوازي هو المكان الذي تُسبِّب فيه مفاتيح التحكم في الجهد مشاكل بصمت. ويجب أن يكون الوحدتان المتوصّلتان على التوازي في نفس وضعية التوصيل، وإلا فإن فرق الجهد بينهما يولِّد تياراً دائريةً يمر عبر لفتيهما معاً. وتشمل طرائق التحكُّم المعتادة طريقة «الرئيس-التابع»، حيث تقود وحدة واحدة بينما تتبعها الوحدات الأخرى، وطريقة «المقاومة السالبة»، حيث يستجيب كل جهاز تحكُّمٍ بشكل مستقلٍّ للتيار الدائري. وكلا الطريقتين فعّالتان، لكن كليهما يتطلبان عملية تشغيل أولية دقيقة بدلًا من إعدادات ورقية.

قائمة المراجعة التي نسلّمها للفِرق الميدانية تشمل خمسة عناصر: فحص التسلسل عبر كل وضعية توصيل، والتحقق من تطابق مؤشر الوضع مع وضعية التوصيل الفعلية، وتشغيل مفتاح الحد عند الطرفين، واتجاه دوران محرك التشغيل، وإعدادات رابط الجهد الآلي.

الإعداد الذي يُخطَأ فيه غالبًا هو النطاق الميت. فإذا جعلته ضيقًا جدًّا، فإن منظم الجهد التلقائي يبدأ في التذبذب بين الصعود والهبوط مرارًا وتكرارًا، وكل حركةٍ من هذه الحركات تستهلك جزءًا من عمر التلامس. وعادةً ما يُعتبر نطاق ميت قدره ±١ إلى ١٫٥٪ مع تأخير زمني يبلغ عدَّة عشرات من الثواني نقطة انطلاقٍ طبيعيةٍ للاستخدام التوزيعي.

 

 

ما نصنعه ونختبره في شركة ريان إلكتريك

تُصنِّع شركة ريان إلكتريك المحولات منذ عام ٢٠٠٧ من مصنعٍ مساحته ١٢٠٠٠٠ متر مربع، ومزوَّدٍ بأكثر من ١٨٠ مجموعة من معدات الإنتاج والاختبار، وتحصُل على ٣٧ براءة اختراع. كما أننا شريك مشروع مشترك مع شركة إيتن منذ عام ٢٠٢٣. وتُشحن خطوط المحولات الغاطسة في الزيت والمُركَّبة على القواعد إما بتكوينات DETC أو OLTC حسب نوع الاستخدام، أما وحدات المحولات الجافة من نوع الراتنج المصبوب فتُورَّد عادةً دون منظم جهد تلقائي على الإطلاق — إذ تكون اللفائف ثابتةً، ويتم تنظيم الجهد في المرحلة السابقة.

يتم إخضاع كل وحدة مزودة بمُغيِّر التوصيلات لاختبارات روتينية نادرًا ما تظهر في عروض الأسعار: قياس نسبة اللف عند كل وضعية لتوصيلات المُغيِّر، والتحقق من تسلسل التوصيلات، وتشغيل المحرك المُحرِّك مع التحقق من المؤشر مقابل وضعية التوصيل الفعلية، وإثبات ارتفاع درجة الحرارة عند وضعية التوصيل الحاسمة بدلًا من الوضعية الاسمية. أما بالنسبة للمشاريع الكندية والأمريكية، فإن نفس الوحدات تحمل شهادات UL وCSA، التي يتم التحقق منها بواسطة جهة خارجية مستقلة بدلًا من قسم الجودة الخاص بنا.

 

التأكد من صحة جدول التوصيلات قبل تقديم الطلب

إذا كان هناك مستندٌ واحدٌ يجب طلبه مع طلب عرض أسعار المحول، فهو جدول التوصيلات: أي وضعية، والجهد عند كل وضعية، ووضعية التوصيل التي تُضمَن عندها ارتفاع درجة الحرارة والمقاومة. اطلب هذا الجدول مع دليل قراءة اللوحة التعريفية الذي سيستخدمه فريق الموقع أثناء فحص الاستلام، وللحصول على تقدير واقعي لـ المدة الزمنية اللازمة لتصنيع وحدة مزودة بمُغيِّر توصيلات تحت الحمل لأن محركات التشغيل ومفاتيح التحويل هي المكونات الأكثر تأثرًا بالوضع الحالي لسلاسل التوريد.

أرسل إلينا ملف جهد التغذية، ونوع الحمولة، وخطة التحكم في الجهد من قِبل شركة التوزيع، وسيقوم مهندسونا بالرد عليك بتوصية — إما جهاز تحكم في الجهد الإلكتروني (DETC)، أو جهاز تحكم في الجهد تحت الحمل (OLTC)، أو لفّة ثابتة — مع جدول التحكم في الجهد، والخسائر عند كل طرف من الطرفين، وتوقعات الصيانة المرفقة. إنها محادثة قصيرة، وأرخص من بدّاء الضواغط. مغيّر توصيلات المحول توصية — إما جهاز تحكم في الجهد الإلكتروني (DETC)، أو جهاز تحكم في الجهد تحت الحمل (OLTC)، أو لفّة ثابتة — مع جدول التحكم في الجهد، والخسائر عند كل طرف من الطرفين، وتوقعات الصيانة المرفقة. إنها محادثة قصيرة، وأرخص من بدّاء الضواغط.

عن المؤلف: كتب هذه المقالة فريق الهندسة في شركة ريان إلكترك (ريان إلكترك جيانغسو المحدودة)، وهي شركة مصنعة للمحولات تأسست عام ٢٠٠٧، وشريك اتحادي لشركة إيتن منذ عام ٢٠٢٣. ويقدّم مهندسونا الدعم للمشاريع المتوافقة مع معايير UL وCSA وIEEE في أمريكا الشمالية وجنوب شرق آسيا والشرق الأوسط وأفريقيا، كما يعمل مختبر الاختبار الخاص بنا وفق اعتماد CNAS. وللاستفسار عن اختيار جهاز التحكم في الجهد، أو مراجعة جدول التحكم في الجهد، أو الحصول على عرض سعر، يُرجى التواصل مع مكتب الهندسة لدينا.