مقاومة دائرة قصر المحولات: كيف تؤثر على تيار العطل، وانخفاض الجهد، واختيار معدات EPC

عندما تتم مراجعة مواصفات المحولات لمشروع EPC، عادةً ما تحظى الطاقة والجهد المقنن بأكبر قدر من الاهتمام. غالبًا ما يتم التعامل مع مقاومة الدائرة القصيرة كرقم آخر يمكن نسخه إلى ورقة البيانات.

وهذا خطأ.

من منظور هندسي في شركة Zisheng Electric، تقع معاوقة الدائرة القصيرة للمحولات مباشرة بين تصميم المحولات والنظام الكهربائي الأوسع. إنه يؤثر على تيار العطل المحتمل، وانخفاض الجهد، وواجب المفاتيح الكهربائية، وتنسيق الحماية، والتشغيل المتوازي، وحتى القوى الميكانيكية التي يجب أن تتحملها ملفات المحولات أثناء حدوث عطل خارجي.

يمكن للمحول ذو السعة الصحيحة ولكن المعاوقة الخاطئة أن يخلق مشاكل تتجاوز بكثير المحول نفسه. للحصول على رؤية أوسع لكيفية توافق السعة والجهد وظروف الموقع وخصائص الحمل معًا، راجع موقعنا دليل اختيار المحولات للمشاريع الصناعية.

بالنسبة لمقاول EPC أو الاستشاري أو مشتري المشروع الصناعي، يجب مراجعة المعاوقة كمعلمة نظام بدلاً من مواصفات محولات معزولة.

الشكل 1. تربط معاوقة المحول تصميم المحول بمستوى الخطأ وواجب مجموعة المفاتيح الكهربائية وأداء الحمل.

ما هي مقاومة ماس كهربائى للمحول؟

تمثل ممانعة دائرة قصر المحولات، والتي يتم التعبير عنها عادةً كنسبة مئوية، ممانعة ملفات المحولات المشار إليها في الظروف المقدرة.

من الناحية العملية، يمكن فهمها على أنها النسبة المئوية للجهد المقنن المطلوب لتدوير التيار المقنن من خلال المحول عندما يتم قصر دائرة أحد الملفات في ظل ظروف اختبار محددة.

على سبيل المثال، إذا كان المحول يحتوي على ممانعة دائرة قصر تبلغ 6%، فإن ما يقرب من 6% من الجهد المقنن المطبق على جانب واحد سوف ينتج تيارًا مقدرًا عندما يكون الجانب الآخر قصير الدائرة، مع مراعاة ترتيب الاختبار المطبق والظروف المرجعية.

هذه النسبة ليست مجرد قيمة كتالوج. وينتج عن هندسة المحولات، بما في ذلك أبعاد اللف، والتباعد الشعاعي بين اللفات ذات الجهد العالي والمنخفض، والترتيب المحوري، والمجال المغناطيسي للتسرب، وأبعاد الموصل، وارتفاع اللف، وخلوص العزل وترتيب التنصت.

تغيير هذه العناصر يمكن أن يغير المعاوقة. ولهذا السبب يجب أخذ المعاوقة في الاعتبار أثناء التصميم الكهرومغناطيسي والميكانيكي بدلاً من إضافتها بعد الانتهاء من تصميم المحول.

المرجع الفني: إيك 60076-1 و IEC 60076-5 — اللجنة الكهروتقنية الدولية.

لماذا تعتبر مقاومة الدائرة القصيرة للمحول مهمة للنظام الكهربائي بأكمله

هناك طريقة مفيدة للنظر إلى المعاوقة وهي من خلال سلسلة المشروع: الشبكة / المولد → المحول → مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​أو المنخفض → وحدة التغذية → التحميل → الحماية.

يقع المحول بين المصدر والمعدات النهائية. تصبح معاوقتها جزءًا من المعاوقة التي تحد من خطأ التيار من خلال هذا النظام. مع تغير مقاومة المحول، تتغير معها العديد من ظروف التصميم النهائية.

المعاوقة المنخفضة تعني تيار خطأ محتمل أعلى

إذا تم تقليل مقاومة المحول بينما يظل المصدر ومعلمات النظام الأخرى دون تغيير، فإن تيار العطل المحتمل على الجانب الثانوي يزداد عمومًا.

العلاقة الهندسية المبسطة هي: تيار الخلل ≈ التيار المقنن × 100 / المعاوقة (٪) . وهذا مجرد تقدير للمرحلة الأولى. يجب أن تأخذ دراسة الدائرة القصيرة المناسبة أيضًا في الاعتبار معاوقة مصدر الشبكة والكابلات والمولدات والمحركات والمحولات المتوازية وعناصر الشبكة الأخرى.

يسمح محول المعاوقة المنخفضة بتيار خطأ أكبر بكثير. يمكن أن يؤثر ذلك المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط ، وسعة قطع قاطع الدائرة، وتصنيف تحمل قضيب التوصيل، والتحمل الحراري للكابل، واختيار CT، وإعدادات الحماية وحسابات الفلاش القوسي.

هذا هو السبب في أن اختيار مقاومة المحولات دون التحقق من تصميم مجموعة المفاتيح الكهربائية يمكن أن يخلق مشكلة في واجهة EPC.

الشكل 2. مقارنة مبسطة توضح سبب زيادة مقاومة المحولات المنخفضة لتيار العطل المحدود للمحول.

المعاوقة العالية ليست أفضل تلقائيًا

إذا أدت المعاوقة المنخفضة إلى زيادة تيار العطل، فقد يبدو من المنطقي تحديد مقاومة أعلى كلما أمكن ذلك. وهذا يخلق مجموعة مختلفة من المشاكل.

عادة ما تنتج معاوقة المحولات الأعلى انخفاضًا أكبر في الجهد تحت الحمل، خاصة عندما يكون للحمل عامل طاقة منخفض أو تيار عابر كبير. وهذا مهم في تطبيقات مثل المحركات الكبيرة، ومعدات التعدين، والكسارات والمطاحن، والضواغط، والمضخات، وأحمال مراكز البيانات، وخطوط الإنتاج الصناعي، والأنظمة المساعدة للطاقة المتجددة.

يمكن للمحول أن يلبي تصنيفه الحراري ولا يزال ينتج أداء غير مقبول للنظام إذا لم يتم تقييم تنظيم الجهد. بالنسبة لبدء تشغيل المحرك، قد تتسبب المعاوقة المفرطة في انخفاض الجهد الثانوي بدرجة كافية لزيادة وقت البدء أو منع التسارع الناجح.

يجب التحكم في تيار العطل دون حدوث انخفاض غير مقبول في جهد التشغيل. وينبغي تحديد هذا التوازن في مرحلة تصميم النظام.

العلاقة بين الممانعة وقوى الدائرة القصيرة

تيار الدائرة القصيرة ليس مجرد مشكلة حماية. إنها أيضًا مشكلة تصميم ميكانيكي داخل المحول.

أثناء حدوث ماس كهربائى خارجي شديد، تتعرض ملفات المحولات للقوى الكهرومغناطيسية. يمكن لهذه القوى أن تعمل بشكل شعاعي ومحوري، مما يؤدي إلى ضغوط الضغط والشد والانحناء والإزاحة في الموصلات المتعرجة والهياكل الداعمة.

يزداد حجم هذه القوى بقوة مع تيار الخلل. وبالتالي فإن التصميم الذي يحد من تيار الخلل يؤثر على الواجب الميكانيكي المفروض على الجزء النشط. لكن تحديد المعاوقة وحده لا يكفي. لا يزال يتعين تصميم المحول وبنائه لتحمل ضغوط الدائرة القصيرة المرتبطة بظروف النظام المحددة.

المرجع الفني: IEC 60076-5 — اللجنة الكهروتقنية الدولية.

بالنسبة للمراجعة الفنية لـ EPC، فهذا يعني أنه يجب طرح سؤالين مختلفين: ما هي المعاوقة المحددة؟ وهل تم تقييم تصميم المحول لواجب الدائرة القصيرة الناتج؟ إنهما مرتبطان، لكنهما ليسا نفس السؤال.

كيف تؤثر المعاوقة على تصميم المحولات

ترتبط مقاومة الدائرة القصيرة ارتباطًا وثيقًا بتدفق التسرب. في المحول المثالي، كل التدفق المغناطيسي الناتج عن أحد الملفات سوف يربط الملف الآخر. تحتوي المحولات الحقيقية دائمًا على بعض تدفق التسرب الذي لا يربط كلا الملفين بشكل كامل.

تحدد هندسة الجزء النشط مفاعلة التسرب الناتجة. قد يقوم المصمم بضبط المعاوقة عن طريق تغيير المعلمات مثل تباعد اللف أو ارتفاع اللف أو ترتيب الموصل. لكن كل تعديل له عواقب.

زيادة المسافة بين اللفات HV وLV

زيادة التباعد الشعاعي يمكن أن يزيد من مفاعلة التسرب وبالتالي الممانعة. لكن التباعد الأكبر قد يؤدي أيضًا إلى زيادة أبعاد الجزء النشط، وزيادة طول الموصل، والتأثير على فقدان الحمل، وزيادة استخدام المواد، وتغيير توزيع القوة الميكانيكية.

تغيير ارتفاع اللف

يؤثر ارتفاع اللف على هندسة مجال التسرب. قد يؤثر التعديل الذي يهدف إلى الوصول إلى قيمة مقاومة معينة أيضًا على قوى دائرة القصر المحورية، وأبعاد الموصل، والثبات الميكانيكي للملف، وأبعاد الخزان.

ترتيب لف

يتم اختيار تكوينات القرص والطبقة والحلزونية وغيرها من التكوينات المتعرجة وفقًا للجهد والتيار والمتطلبات الميكانيكية. ولذلك لا يمكن النظر إلى المعاوقة بشكل منفصل عن تصميم الملفات. وينطبق نفس المبدأ عبر الجهد المتوسط تصميمات المحولات المغمورة بالزيت ومعدات الجهد العالي مثل محولة مغمورة بالزيت جهد 110 ك.ف.

بالنسبة للمحولات ذات التصنيف الأعلى، يجب الإبلاغ عن المعاوقة المحددة مبكرًا. قد يؤدي تغييره بعد الموافقة على التصميم والرسومات الكهرومغناطيسية إلى فرض عملية إعادة تصميم كبيرة.

الشكل 3. هندسة الملفات هي أحد محركات التصميم الرئيسية وراء مفاعلة تسرب المحولات ومقاومة الدائرة القصيرة.

ما الذي يجب على مهندسي EPC تأكيده قبل إصدار مواصفات المحولات

لا ينبغي أن يحتوي طلب عرض أسعار المحولات على قيمة مقاومة تعسفية منسوخة من مشروع سابق. قبل تحديد المتطلبات، يجب على المهندس الكهربائي EPC فحص الشبكة المحيطة.

يعد هذا الأسلوب أكثر فائدة أثناء عملية الشراء من مجرد تحديد 'الممانعة: 6%' دون توضيح مصدر القيمة. بالنسبة للمشاريع الصناعية متوسطة الحجم، لدينا يوفر دليل اختيار المحولات بقدرة 2500 كيلو فولت أمبير سياقًا إضافيًا حول مطابقة بيانات المحولات مع بيئة المشروع وحزمة الوثائق.

تتطلب عملية المحولات المتوازية اهتمامًا خاصًا

تصبح الممانعة أكثر أهمية عندما يعمل محولان أو أكثر بالتوازي. يجب مراجعة المحولات المخصصة للتشغيل المتوازي من حيث نسبة الجهد المتوافقة ومجموعة المتجهات وموضع الصنبور وإزاحة الطور وخصائص المعاوقة والسعة المقدرة.

إذا كان هناك محولان متوازيان لهما معاوقات مئوية مختلفة ماديًا، فلن تتبع مشاركة الحمل ببساطة قيم kVA المقدرة الخاصة بهما. يميل محول المعاوقة المنخفضة إلى أخذ حصة أكبر من الحمل. قد تصبح هذه الوحدة محملة بشكل زائد بينما يظل المحول ذو المعاوقة الأعلى أقل من سعته المقدرة.

بالنسبة لمشروع التوسعة، تكون هذه المشكلة شائعة عند شراء محول جديد بعد عدة سنوات من الوحدة الأصلية. سؤال الشراء الصحيح ليس 'هل يمكنك تصنيع محول آخر بنفس كيلو فولت أمبير؟ ' بل 'هل يمكن للوحدة الجديدة أن تعمل بشكل صحيح بالتوازي مع المحول الحالي في ظل ظروف التوصيل والتحميل المطلوبة؟ '

ولذلك ينبغي توفير لوحة اسم المحول الحالي وتقرير الاختبار وبيانات المعاوقة أثناء المراجعة الفنية.

التسامح مع المعاوقة مهم أيضًا

قيمة التصميم والقيمة المقاسة ليست دائمًا متطابقة عدديًا. تؤثر تفاوتات التصنيع على المعاوقة الفعلية لأن أبعاد الملف ووضع الموصل وهندسة التجميع لا يمكن أن تكون دقيقة بشكل لا نهائي.

ولهذا السبب، ينبغي لتقييم المشروع أن يأخذ في الاعتبار كلاً من قيمة المعاوقة المحددة والتسامح المطبق. يصبح هذا مهمًا بشكل خاص للمحولات المتوازية، والشبكات القريبة من حدود دائرة القصر للمفاتيح الكهربائية، وأنظمة محولات المولدات، والأنظمة الصناعية الكبيرة والمشاريع ذات المتطلبات الصارمة لانخفاض الجهد.

أثناء مقارنة العطاءات الفنية، قد تكون مقارنة المعاوقة الاسمية فقط مضللة. ويجوز لاثنين من الموردين أن يقتبسا نفس النسبة الاسمية ولكنهما يطبقان افتراضات أو تفاوتات تصميمية مختلفة. يجب على مهندس EPC مراجعة التفاصيل الفنية المضمونة والمعايير المعمول بها بدلاً من الاعتماد فقط على ورقة البيانات التجارية.

ما الذي يجب فحصه أثناء FAT؟

يتم عادةً التحقق من مقاومة دائرة القصر كجزء من اختبار المحولات الكهربائية من خلال مقاومة جهد الدائرة القصيرة / مقاومة دائرة القصر وقياسات فقدان الحمل بموجب إجراء الاختبار المطبق. تمنح النتيجة المقاسة فريق المشروع العديد من الفحوصات المفيدة.

هل المحول المصنع مطابق للتصميم المعتمد؟

قد يشير الانحراف الكبير إلى تغييرات في هندسة الجزء النشط أو ظروف التصنيع.

هل القيمة ضمن نطاق القبول المحدد؟

وهذا مهم لحسابات خطأ النظام والتشغيل المتوازي.

هل درجة الحرارة المرجعية للاختبار واضحة؟

تعتمد مقاومة اللف وتفسير فقدان الحمل على مراجع درجة الحرارة المحددة. يجب أن توضح تقارير الاختبار الشروط المطبقة بوضوح.

هل تتطابق نتائج FAT مع البيانات النهائية المستخدمة في دراسات النظام؟

غالبا ما يتم التغاضي عن هذا. إذا كانت دراسة ماس كهربائى للنظام تستخدم قيمة مقاومة أولية ولكن النتيجة النهائية لـ FAT تختلف، فيجب على فريق EPC تحديد ما إذا كانت حسابات النظام بحاجة إلى التحديث.

متطلبات التصميم ← بيانات المحولات المضمونة ← الحساب المعتمد ← التصنيع ← نتيجة FAT ← التحقق النهائي من النظام

يُفضل هذا التسلسل عن شراء المحول واستلام تقرير FAT وعندها فقط اكتشاف أن حساب مجموعة المفاتيح الكهربائية يستخدم ممانعة مختلفة.

الشكل 4. ترتيب FAT المفاهيمي لقياس مقاومة ماس كهربائى. يجب أن تتبع طريقة الاختبار الفعلية المعايير المعمول بها والإجراءات المعتمدة.

أخطاء الشراء الشائعة

نسخ المعاوقة من المواصفات القديمة

القيمة المناسبة لمحطة فرعية واحدة قد لا تكون مناسبة لمحطة أخرى. يمكن أن تكون قوة الشبكة وتقييم المحولات وقدرة المفاتيح الكهربائية وسلوك الحمل مختلفة.

اختيار أقل مقاومة ممكنة لتقليل انخفاض الجهد

قد يؤدي ذلك إلى تحسين التنظيم مع دفع تيار الخلل المحتمل إلى ما هو أبعد من تقييمات المعدات النهائية.

اختيار المعاوقة العالية فقط لتقليل تيار العطل

قد يواجه المشروع بعد ذلك انخفاضًا غير مقبول في الجهد أو أداء بدء تشغيل المحرك.

إهمال العمليات الموازية

قد يظل أداء المحول البديل الذي يفي بالمواصفات المستقلة الخاصة به سيئًا عند موازاته مع وحدة موجودة.

الانتظار حتى FAT للتحقق من تأثير النظام

بواسطة FAT، تم بالفعل تصنيع هندسة المحولات الرئيسية. يجب تأكيد متطلبات المعاوقة قبل الموافقة النهائية على التصميم الكهرومغناطيسي.

سير عمل هندسي أفضل لاختيار معاوقة المحولات

1. الحصول على بيانات ماس ​​كهربائى المصدر

تحديد الحد الأقصى والحد الأدنى لمستويات خطأ الشبكة عند نقطة الاتصال الأساسية للمحول.

2. تحديد تصنيف المحولات وفلسفة التشغيل

تحقق من التحميل العادي والتحميل في حالات الطوارئ والتكرار والتوسع المستقبلي.

3. حساب تيار الخطأ المحتمل في اتجاه مجرى النهر

قم بتضمين ممانعة المحولات ومانعات المنبع/المصب ذات الصلة.

4. التحقق من واجبات المفاتيح الكهربائية والكابلات

تأكد من أن قواطع الدائرة الكهربائية وقضبان التوصيل والكابلات وغيرها من المعدات تلبي تقييمات الدائرة القصيرة المطلوبة.

5. التحقق من تنظيم الجهد

تقييم التحميل الطبيعي والظروف العابرة الحرجة.

6. قم بمراجعة بدء تشغيل المحرك عند الاقتضاء

بالنسبة للمحركات الكبيرة، قم بتقييم ما إذا كانت المعاوقة المحددة تؤدي إلى انخفاض غير مقبول في الجهد.

7. مراجعة العملية المتوازية

عندما تعمل المحولات بالتوازي، قم بتقييم توافق المعاوقة وتقاسم الحمل المتوقع.

8. تجميد المعاوقة قبل التصميم التفصيلي للمحول

يجب أن تصبح القيمة المعتمدة جزءًا من التفاصيل الفنية المضمونة.

9. التحقق من ذلك خلال FAT

قارن المعاوقة المقاسة بالمتطلبات المعتمدة واستخدم القيمة النهائية عند الحاجة في حسابات المشروع.

كيف يجب على مشتري المحولات مقارنة عروض الموردين

يجب أن يسمح عرض المحول القوي تقنيًا للمشتري بفهم أكثر من نسبة المعاوقة الرئيسية. عند مراجعة عروض الأسعار، اطلب من الموردين توضيح النقاط التالية.

لا ينبغي اختيار المحول لأن قيمة المعاوقة تبدو طبيعية. يجب تحديده لأن هذه القيمة تعمل مع النظام الكهربائي المحيط بها.

مسألة الهندسة أكبر من نسبة مئوية واحدة

تربط معاوقة الدائرة القصيرة للمحولات التصميم الكهرومغناطيسي للمحولات بالحماية والمفاتيح الكهربائية ودراسات النظام وأداء الحمل الفعلي.

منخفض جدًا، وقد يصبح من الصعب إدارة تيار العطل. مرتفع جدًا، وقد يصبح تنظيم الجهد غير مقبول. بالنسبة للمحولات المتوازية، يمكن أن تؤدي علاقة المعاوقة غير المناسبة إلى تحميل غير متساوٍ. أثناء الأعطال الخارجية، يحدد تيار الدائرة القصيرة أيضًا الضغوط الحرارية والميكانيكية التي يجب أن يتحملها المحول.

المرجع الفني: إيك 60076-5 و IEC 60076-1 — اللجنة الكهروتقنية الدولية.

بالنسبة لمشروع محول جديد، فإن المعلومات الأكثر فائدة التي يجب إرسالها في البداية ليست فقط السعة والجهد. يسمح الرسم التخطيطي ذو الخط الواحد ومستوى الدائرة القصيرة للشبكة وورقة بيانات المحولات وجدول التحميل وقائمة المحركات والمواصفات الفنية للمشروع بمراجعة المعاوقة كجزء من نظام الطاقة الكامل.

Zisheng الإمدادات الكهربائية المحولات المغمورة بالزيت ومحولات الطاقة والمحولات من النوع الجاف والمحولات ذات الصلة ومعدات المحطات الفرعية لتطبيقات المشاريع. يمكن مطابقة قدرة المحول ومستوى الجهد والممانعة والمعلمات التقنية الأخرى مع متطلبات المشروع المؤكدة وظروف الموقع.

سيقوم فريقنا الهندسي بمراجعة المتطلبات والرد على استفسارات المشروع خلال 24 ساعة.