المحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور من سلسلة S13: دليل اختيار لمحولات التوزيع منخفضة الخسارة من الجيل التالي

في أنظمة التوزيع 10 كيلو فولت، كانت محولات التوزيع المغمورة بالزيت ثلاثية الطور منذ فترة طويلة من بين أكثر أنواع المعدات استخدامًا. سواء بالنسبة للمجمعات السكنية الحضرية، أو ترقيات الشبكة الريفية، أو إمدادات الطاقة إلى المواقع الصناعية والمباني التجارية، تلعب المحولات المغمورة بالزيت بقدرة 10 كيلو فولت دورًا حاسمًا في تحويل الجهد وتوزيع الطاقة.

مع استمرار ارتفاع معايير كفاءة استخدام الطاقة لمعدات التوزيع، أصبحت المحولات التقليدية من سلسلتي S9 وS11 - نظرًا لخسائرها المرتفعة نسبيًا - غير قادرة بشكل متزايد على تلبية متطلبات توفير الطاقة لبعض المشاريع. وفي المقابل، توفر سلسلة S13 كفاءة تشغيلية محسنة وموثوقية المعدات من خلال الهياكل الأساسية المحسنة، وتطبيق المواد المتقدمة، والتصميمات المغلقة بالكامل؛ وبالتالي، فقد أصبح النموذج المفضل لاستبدال وتحديث محولات التوزيع 10 كيلو فولت.

توضح هذه المقالة تسميات النماذج والميزات الهيكلية ومعايير الأداء الرئيسية وسيناريوهات التطبيق العملي للمحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور من سلسلة S13، والتي تعمل كمرجع للاختيار والشراء والتشغيل والصيانة.

I. تعيين النموذج: فك رموز S13 'رمز الهوية'

تتكون تسميات نماذج محولات التوزيع عادة من مجموعة من الحروف والأرقام، مع رموز محددة تمثل هيكل المنتج، وفئة الأداء، والمعلمات المقدرة. بأخذ النموذج الشائع S13-M.RL-500/10 كمثال، يكون التوزيع كما يلي:

وبالتالي، فإن S13-M.RL-500/10 يعين محول توزيع مغمور بالزيت ثلاثي الطور بقدرة مقدرة تبلغ 500 كيلو فولت أمبير وفئة جهد تبلغ 10 كيلو فولت، ويتميز بهيكل أساسي ثلاثي الأبعاد مغلق تمامًا.

والجدير بالذكر أن حرف 'M' يشير إلى هيكل مغلق بالكامل، وهو ما يعد سمة تصميم رئيسية لسلسلة S13.

عادةً ما تكون المحولات التقليدية المغمورة بالزيت مجهزة بخزان للزيت؛ يتفاعل زيت المحولات مع الهواء لاستيعاب التغيرات في الحجم الناجمة عن تقلبات درجات الحرارة. ومع ذلك، أثناء التشغيل على المدى الطويل، يمكن أن تتسبب الرطوبة والأكسجين الموجود في الهواء في تقادم زيت المحولات تدريجيًا، مما يؤثر على أداء العزل.

يعمل الهيكل المغلق بالكامل على التخلص من خزان الزيت، وبدلاً من ذلك يستخدم تمدد وانكماش الخزان المموج نفسه للتعويض عن التغيرات في حجم الزيت. يؤدي هذا إلى عزل زيت المحولات عن الجو الخارجي، مما يقلل من مخاطر تدهور الزيت وامتصاص الرطوبة، ويعزز استقرار المعدات أثناء التشغيل على المدى الطويل.

ثانيا. الميزات التقنية الرئيسية لسلسلة S13

والجدير بالذكر أن حرف 'M' يشير إلى هيكل مغلق بالكامل، وهو ما يعد سمة تصميم رئيسية لسلسلة S13. عادةً ما تكون المحولات التقليدية المغمورة بالزيت مجهزة بخزان للزيت؛ يتفاعل زيت المحولات مع الهواء لاستيعاب التغيرات في الحجم الناجمة عن تقلبات درجات الحرارة. ومع ذلك، أثناء التشغيل على المدى الطويل، يمكن أن تتسبب الرطوبة والأكسجين الموجود في الهواء في تقادم زيت المحولات تدريجيًا، مما يؤثر على أداء العزل.

يعمل الهيكل المغلق بالكامل على التخلص من خزان الزيت، وبدلاً من ذلك يستخدم تمدد وانكماش الخزان المموج نفسه للتعويض عن التغيرات في حجم الزيت. يؤدي هذا إلى عزل زيت المحولات عن الجو الخارجي، مما يقلل من مخاطر تدهور الزيت وامتصاص الرطوبة، ويعزز استقرار المعدات أثناء التشغيل على المدى الطويل.

1. تقليل الخسارة في حالة عدم التحميل وتحسين الاقتصاد التشغيلي

أثناء تشغيل المحول، يولد القلب الحديدي قدرًا معينًا من الخسارة حتى في حالة عدم وجود حمل؛ يُعرف هذا بخسارة عدم التحميل. وبما أن محولات التوزيع تظل نشطة لفترات طويلة، فإن تقليل فقدان عدم التحميل يعد أمرًا بالغ الأهمية لتقليل استهلاك الطاقة السنوي.

تحقق سلسلة S13 خسائر أقل في حالة عدم التحميل مقارنة بسلسلة S11 من خلال المواد الأساسية وعمليات التصنيع المحسنة.

تستخدم هذه المنتجات عادةً صفائح فولاذية سيليكونية عالية الجودة ومدرفلة على البارد وموجهة نحو الحبوب في القلب وتستخدم تكوينات مشتركة محسنة لتقليل فقد التدفق المغناطيسي. تستخدم بعض النماذج عالية الأداء فولاذ السيليكون عالي النفاذية لتعزيز الخصائص المغناطيسية.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم عملية التصنيع الأساسية بنية مشتركة متوجة بالكامل بزاوية 45 درجة، مما يقلل من اختلافات الممانعة المغناطيسية في الدائرة المغناطيسية ويقلل من فقد الحديد أثناء التشغيل.

فيما يتعلق بالمواد الموصلة، تستخدم سلسلة S13 بشكل عام سلكًا نحاسيًا عالي الموصلية للملفات لتقليل فقد المقاومة تحت الحمل وتحسين الكفاءة التشغيلية الإجمالية.

وبأخذ وحدة 10 كيلو فولت و500 كيلو فولت أمبير كمثال، تعرض سلسلة S13 خسائر أقل في حالة عدم التحميل مقارنة بنماذج S11 التقليدية، وبالتالي تقليل هدر الطاقة أثناء التشغيل على المدى الطويل.

2. تطبيق الهيكل الأساسي للجرح ثلاثي الأبعاد

تتميز بعض نماذج سلسلة S13 ببنية أساسية ملفوفة ثلاثية الأبعاد (نوع RL)، مما يمثل اتجاهًا مهمًا في التحسين الهيكلي لمحولات التوزيع في السنوات الأخيرة.

على عكس النوى التقليدية المكدسة، يتم تشكيل قلب الجرح ثلاثي الأبعاد من خلال عملية لف مستمرة لإنشاء دائرة مغناطيسية مغلقة ثلاثية الطور. يتم ترتيب الأطراف الأساسية الثلاثة في تكوين ثلاثي الأبعاد، مما يؤدي إلى دائرة مغناطيسية ثلاثية الطور أكثر توازناً. يوفر هذا الهيكل الميزات الرئيسية التالية:

· تعزيز تناسق الدائرة المغناطيسية: تكون الممانعة المغناطيسية عبر المراحل الثلاث موحدة بشكل أساسي، مما يساعد على تقليل تيار الإثارة؛

·تقليل خسائر عدم التحميل: يتم تقليل خسائر التدفق المغناطيسي، مما يحسن كفاءة الاستخدام الأساسي؛

· انخفاض مستوى الضجيج أثناء التشغيل: يؤدي انخفاض تأثيرات الانقباض المغناطيسي إلى تشغيل أكثر هدوءًا وسلاسة؛

· قوة هيكلية عالية: يعزز الهيكل الأساسي المتكامل الاستقرار الميكانيكي.

توفر المنتجات التي تتميز بتصميم قلب الجرح ثلاثي الأبعاد مزايا مميزة للمواقع ذات المتطلبات الصارمة للتحكم في الضوضاء، مثل المناطق السكنية والمباني التجارية.

3. هيكل مغلق بالكامل لتعزيز الموثوقية التشغيلية

يعد التصميم المحكم الغلق بالكامل سمة أساسية تميز محولات سلسلة S13-M عن النماذج التقليدية المغمورة بالزيت.

تستخدم المحولات التقليدية المغمورة بالزيت عادة هيكل خزان الزيت (خزان التمدد)، حيث يتقلب مستوى الزيت لاستيعاب التغيرات في الحجم الناجمة عن درجة الحرارة. ومع ذلك، أثناء التشغيل طويل الأمد، يمكن أن تدخل الرطوبة والأكسجين والشوائب من الهواء إلى الزيت، مما يؤدي إلى تسريع تقادم الزيت العازل والإضرار بأداء عزل المحولات.

تستخدم سلسلة S13-M هيكلًا مغلقًا بالكامل مع خزان مموج، مما يلغي الحاجة إلى خزان الزيت التقليدي. مع تغير درجة حرارة التشغيل، تتوسع جدران الخزان المموج وتتقلص للتعويض عن التغيرات في حجم الزيت، مما يضمن بقاء الزيت الداخلي مغلقًا تمامًا عن البيئة الخارجية.

يقدم هذا الهيكل العديد من المزايا الرئيسية:

· يقلل الاتصال بين زيت المحولات والهواء، مما يبطئ معدل أكسدة الزيت.

· يقلل من خطر دخول الرطوبة، مما قد يؤدي إلى تدهور أداء العزل؛

· يقلل الحاجة إلى مهام الصيانة الروتينية مثل تجديد الزيت أو استبداله؛

· مناسب للبيئات الخارجية والسيناريوهات التي تتطلب تشغيلًا مستمرًا طويل الأمد.

بالنسبة لمعدات التوزيع المثبتة في مواقع متفرقة أو مناطق ذات وصول محدود للصيانة - مثل شبكات الطاقة الريفية، والمحطات الفرعية من النوع الصندوقي الخارجي، وأنظمة توزيع المناطق الصناعية - يساعد الهيكل المغلق بالكامل على تخفيف عبء التشغيل والصيانة المستمرة.

4. قدرة عالية على تحمل ماس كهربائى

أثناء التشغيل الفعلي، قد تتعرض محولات التوزيع لظروف غير طبيعية مثل أخطاء الخطوط أو دوائر القصر الخارجية. عند حدوث ماس كهربائي، تتعرض اللفات لقوى كهرومغناطيسية كبيرة؛ لذلك، يجب أن يمتلك التصميم الهيكلي للمحول قوة ميكانيكية كافية.

تستخدم سلسلة S13-M.RL بنية أساسية ملفوفة ثلاثية الأبعاد، مما يوفر صلابة إجمالية عالية لمجموعة المحولات. تتميز اللفات عادةً بهيكل أسطواني مع ملفات متحدة المركز عالية ومنخفضة الجهد، مما يسمح بتوزيع أكثر اتساقًا للقوى الكهرومغناطيسية المحورية والشعاعية الناتجة عن تيارات الدائرة القصيرة.

وفي الوقت نفسه، يتم تأمين التجميع الداخلي باستخدام المشابك، وقضبان الربط، وهياكل الدعم العازلة لتعزيز الاستقرار الميكانيكي الشامل، وبالتالي تحسين قدرة المحول على تحمل تأثير الدوائر القصيرة المفاجئة.

تجدر الإشارة إلى أن قدرة تحمل الدائرة القصيرة للمحول لا تعتمد فقط على الهيكل الأساسي ولكن أيضًا على تصميم الملف وعمليات التصنيع والمواد العازلة وجودة التجميع؛ ولذلك، ينبغي إجراء تقييمات شاملة تعتمد على بيانات اختبار نوع الشركة المصنعة أثناء الاختيار الفعلي للمشروع

ثالثا. معلمات الأداء الفني

توفر سلسلة S13 من المحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور بقدرة 10 كيلو فولت نطاقًا واسعًا من السعة، يغطي تقييمات السعة القياسية المستخدمة بشكل شائع في أنظمة توزيع الطاقة العامة. فيما يلي بعض المعلمات النموذجية لسلسلة S13-M.RL:

المواصفات الفنية العامة

تلبي محولات التوزيع 10 كيلو فولت من سلسلة S13 عمومًا المتطلبات الفنية الأساسية التالية:

*التردد المقدر: 50 هرتز

*فئة الجهد المقنن: 10 كيلو فولت / 0.4 كيلو فولت

*طريقة التبريد: ONAN (تبريد طبيعي مغمور بالزيت)

*فئة العزل: عزل من الفئة أ

*نطاق الضغط العالي: ±5% أو ±2×2.5%

*مجموعة المتجهات: Dyn11 أو Yyn0

ومن بين هذه المجموعة، يتم استخدام مجموعة المتجهات Dyn11 على نطاق واسع في توزيع الطاقة في المناطق الحضرية وتطبيقات الأحمال الصناعية لأن الملف المتصل بالدلتا يسمح للتيارات التوافقية الثالثة بالانتشار داخليًا، مما يساعد على تخفيف تأثير التوافقيات على نظام إمداد الطاقة.

رابعا. متطلبات درجة كفاءة الطاقة

محولات التوزيع عبارة عن معدات مصممة للتشغيل على المدى الطويل، وتؤثر مستويات فقدها بشكل مباشر على تكاليف تشغيل الشبكة. لذلك، وضعت المعايير الوطنية متطلبات واضحة لمؤشرات كفاءة طاقة المحولات. وفقًا للمعايير الدنيا المسموح بها لكفاءة الطاقة ودرجات كفاءة الطاقة لمحولات الطاقة (GB 20052-2020)، تلبي مقاييس الخسارة لسلسلة S13 متطلبات كفاءة الطاقة ذات الصلة، مما يجعلها محولات توزيع موفرة للطاقة مستخدمة على نطاق واسع في السوق الحالية.

تجدر الإشارة إلى أنه تم تحديث معيار GB 20052. سوف يدخل GB 20052-2024 حيز التنفيذ في 1 فبراير 2025؛ بناءً على الإصدار السابق، فإنه يعمل على تحسين متطلبات كفاءة استخدام الطاقة للمحولات في سيناريوهات تطبيقات الطاقة الجديدة، بما في ذلك معدات الطاقة الكهروضوئية (PV)، وطاقة الرياح، وأنظمة تخزين الطاقة.

بالنسبة لمشاريع التوزيع القياسية 10 كيلو فولت، تلبي سلسلة S13 الاحتياجات التقليدية لتوفير الطاقة. ومع ذلك، بالنسبة للمشاريع ذات متطلبات استهلاك الطاقة الأكثر صرامة - مثل المباني الخضراء ومراكز البيانات واسعة النطاق ومحطات الطاقة الجديدة - يمكن النظر في المنتجات ذات درجات كفاءة الطاقة الأعلى (على سبيل المثال، سلسلة S20 أو S22)، اعتمادًا على ميزانيات الاستثمار ودورات الحياة التشغيلية.

V. سيناريوهات التطبيق

تُستخدم المحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور من سلسلة S13 بشكل أساسي في أنظمة توزيع التيار المتردد بتردد 50 هرتز والمصنفة بـ 10 كيلو فولت أو أقل. إنها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب موثوقية تشغيلية عالية ومستويات خسارة منخفضة وسهولة الصيانة.

تجدر الإشارة إلى أن مشاريع الطاقة الجديدة غالبا ما تنطوي على ظروف تشغيل أكثر تعقيدا للمحولات. بالإضافة إلى مقاييس السعة والخسارة، يجب مراعاة عوامل مثل المستويات التوافقية وتقلبات الأحمال ومتطلبات الاتصال بالشبكة. لذلك، بالنسبة لتطبيقات مثل الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة، يجب اختيار المنتجات المناسبة بناءً على المتطلبات الفنية المحددة للمشروع. سادسا. التحليل الاقتصادي المقارن: سلسلة S13 مقابل سلسلة S11

عند اختيار محولات التوزيع، لا يعتمد الاختيار بين سلسلتي S13 وS11 على سعر الشراء الأولي فحسب، بل يعتمد أيضًا على التقييم الشامل لفقد الطاقة وتكاليف الصيانة على المدى الطويل.

بالمقارنة مع سلسلة S11، تحقق سلسلة S13 مزيدًا من التخفيضات في كل من خسائر عدم التحميل والحمل من خلال المواد الأساسية وعمليات التصنيع المحسنة. وبما أن محولات التوزيع تعمل عادة بشكل مستمر على مدى فترات طويلة، فإن خسائر عدم التحميل تستمر حتى أثناء ظروف الحمل المنخفض؛ ولذلك، فإن تقليل هذه الخسائر يعد أمرًا مهمًا من الناحية العملية لتعزيز الكفاءة الاقتصادية لدورة حياة المعدات.

بأخذ محول 10 كيلو فولت و500 كيلو فولت أمبير كمثال، يقارن الجدول التالي تكاليف تشغيل المنتجين على أساس افتراض 8000 ساعة تشغيل سنوية وسعر كهرباء قدره 0.8 يوان/كيلوواط ساعة:

توضح الحسابات المذكورة أعلاه أنه في ظل ظروف التشغيل طويلة المدى، تعمل سلسلة S13 على تقليل تكاليف الكهرباء عن طريق تقليل فقد الطاقة. بالنسبة للمشاريع التي تتطلب أوقات تشغيل ممتدة وأحمال مستقرة، فإن التوفير الناتج عن كفاءة استخدام الطاقة يمكن أن يعوض عادة الاستثمار الأولي الأعلى بمرور الوقت.

تجدر الإشارة إلى أن فترة الاسترداد الفعلية تعتمد على عوامل مثل سعر شراء المعدات، ومعدلات الكهرباء المحلية، وعامل الحمولة، ومدة التشغيل؛ ولذلك، يوصى بإجراء تقييم شامل بناءً على ظروف تشغيل محددة أثناء عملية الاختيار.

الأسئلة المتداولة (الأسئلة الشائعة)

س1: ما هي الاختلافات الرئيسية بين سلسلة S13 وسلسلة S11؟

يكمن التحسين الأساسي لسلسلة S13 مقارنة بسلسلة S11 في التحكم في الخسارة. ومن خلال تحسين المواد الأساسية وعمليات التصنيع، تعمل سلسلة S13 على تقليل خسائر عدم التحميل، وبالتالي تحسين الكفاءة الاقتصادية أثناء التشغيل على المدى الطويل. يعتمد المعدل المحدد لتقليل الخسارة على قدرة المنتج والتصميم الهيكلي والمواصفات الفنية للشركة المصنعة.

س2: ما الفرق بين S13-M وS13-M.RL؟

يتميز S13-M بهيكل مغلق بالكامل؛ وخاصيته الأساسية هي التخلص من حافظة الزيت، وبالتالي عزل زيت المحولات عن الهواء الخارجي.

بناءً على ذلك، يشتمل S13-M.RL على بنية أساسية ثلاثية الأبعاد. يعمل هذا التصميم على تحسين الدائرة المغناطيسية لتقليل الخسائر وضوضاء التشغيل مع تعزيز الاستقرار الهيكلي.

س3: ما هي معايير كفاءة الطاقة التي تلبيها سلسلة S13؟

تتوافق سلسلة S13 مع المتطلبات المنصوص عليها في 'القيم الدنيا المسموح بها لكفاءة الطاقة ودرجات كفاءة الطاقة لمحولات الطاقة'. ومع تطبيق معيار GB 20052-2024، تم رفع متطلبات كفاءة الطاقة لمحولات التوزيع؛ ولذلك، يجب اختيار المنتجات ذات درجة كفاءة الطاقة المناسبة بناءً على متطلبات المشروع المحددة.

س4: في أي التطبيقات يتم استخدام سلسلة S13 بشكل أساسي؟

تُستخدم سلسلة S13 بشكل أساسي في أنظمة التوزيع ذات الجهد 10 كيلو فولت أو أقل، بما في ذلك شبكات الطاقة الحضرية والريفية والمجمعات السكنية والمباني التجارية والمؤسسات الصناعية وبعض المشاريع الداعمة للطاقة الجديدة.

س 5: هل المحول المغلق بالكامل لا يحتاج إلى صيانة؟

يقلل الهيكل المغلق بالكامل من الاتصال بين زيت المحولات والهواء، وبالتالي يقلل من مخاطر تحلل الزيت وامتصاص الرطوبة، مما يقلل بدوره من عبء العمل للصيانة الروتينية. ومع ذلك، لا تزال المعدات تتطلب عمليات فحص منتظمة واختبارًا دوريًا وفقًا للمعايير ذات الصلة لضمان التشغيل الآمن وطويل الأمد.