محولات مُركَّبة على القواعد وفق معايير معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لشحن المركبات الكهربائية وتحديث الشبكة

تتعرّض بنية التوزيع الكهربائي في أمريكا الشمالية لتغيّرات جوهرية. فالتقادم المتزايد لأصول المرافق، والتوسّع في المنشآت التجارية، ودمج مصادر الطاقة المتجددة، والنشر السريع لشبكات شحن المركبات الكهربائية، كلّها عوامل تخلق متطلبات جديدة لمعدّات التوزيع متوسطة الجهد الموثوقة.

وبينما تستثمر المرافق والمطوّرون في أنظمة توزيع الطاقة تحت الأرض، معيار معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات محولات مثبتة على قاعدة أصبحت هذه المحولات عنصرًا أساسيًّا في البنية التحتية الكهربائية الحديثة.

على عكس المحولات التقليدية المُركَّبة على الأعمدة، تُركَّب المحولات الأرضية على مستوى سطح الأرض داخل أوعية آمنة مقاومة للتلاعب. وهي توفر وصلًا فعّالًا بين أنظمة التوزيع تحت الأرض ذات الجهد المتوسط والأحمال الكهربائية ذات الجهد المنخفض، مع دعم إمكانية وصول شركات التوزيع، وسلامة الجمهور، وسهولة الصيانة على المدى الطويل.

بالنسبة لمُهندسي شركات التوزيع، والمقاولين العامين للمشاريع الهندسية والمشتريات والبناء (EPC)، وموزِّعي المعدات الكهربائية، ومشغِّلي محطات شحن المركبات الكهربائية التجارية، فإن اختيار المحول المناسب يتطلَّب أكثر من مجرد مطابقة قيم الجهد والقدرة بالكيلوفولت أمبير. إذ يجب على المهندسين تقييم المعايير القياسية المعمول بها من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) والمعهد الأمريكي للمعايير الوطنية (ANSI)، وتخطيطات التغذية، والأداء الحراري، وتناسق أنظمة الحماية، وسلامة الغلاف الواقي، والظروف التشغيلية الخاصة بالموقع.

يوضِّح هذا الدليل الفني المواصفات الحرجة والاعتبارات الهندسية المرتبطة باختيار المحولات الأرضية ثلاثية الطور لمشاريع التوزيع تحت الأرض في أمريكا الشمالية ومشاريع شحن المركبات الكهربائية التجارية .

1. لماذا محولات مثبتة على قاعدة قضية تحديث شبكة الكهرباء في أمريكا الشمالية

١.١ الدور المتزايد لتوزيع الطاقة تحت سطح الأرض

يُستخدم توزيع الطاقة تحت سطح الأرض على نطاق واسع في المجتمعات السكنية في أمريكا الشمالية، والمشاريع التجارية، والمناطق الصناعية، ومشاريع البنية التحتية الحضرية.

ورغم أن توزيع الطاقة تحت سطح الأرض يتطلب عادةً تكاليف بناء أولية أعلى من الأنظمة العلوية، فإنه يوفّر عدة مزايا في التطبيقات المناسبة:

• انخفاض التعرّض الموصلات الأساسية للرياح والأغصان المتساقطة وبعض المخاطر المرتبطة بالطقس.

• تحسين المظهر البصري في المشاريع التجارية والسكنية.

• خفض التداخلات الناتجة عن متطلبات المسافات الآمنة للخطوط العلوية.

• إدماج مرن مع المرافق التجارية والبنية التحتية الكهربائية.

• إمكانية الوصول إلى المعدات عند مستوى سطح الأرض من قِبل موظفي المرافق المؤهلين.

ومع ذلك، فإن توزيع الطاقة تحت سطح الأرض لا يلغي مخاطر الانقطاع. فأعطال الكابلات، والفيضانات، وتدهور العزل، وفشل المعدات تظل اعتبارات هندسية بالغة الأهمية.

محولات التوزيع المثبتة على القاعدة تُعَدُّ هذه المحولات واجهاتٍ حاسمةً بين خطوط التغذية متوسطة الجهد تحت الأرضية والأنظمة الكهربائية الثانوية التي تزود المباني والمعدات الصناعية ومنشآت شحن المركبات الكهربائية.

١.٢ الأحمال الكهربائية الجديدة تُغيِّر متطلبات المحولات

صُمِّمت شبكات التوزيع التقليدية في المقام الأول وفقاً لملفّات الأحمال السكنية والتجارية التي كانت نسبياً قابلةً للتنبؤ.

واليوم، يتعيَّن على شركات التوزيع استيعاب ظروف تشغيل أكثر تعقيداً، من بينها:

• المشاريع التجارية عالية الكثافة.

• مراكز البيانات والمنشآت الصناعية.

• توليد الطاقة الشمسية الموزَّع وأنظمة تخزين طاقة البطاريات.

• ساحات الشحن التجارية للمركبات الكهربائية.

• أساطيل النقل المشحونة كهربائياً.

• ازدياد الطلب على أنظمة المراقبة وأتمتة الشبكة.

تُقدِّم هذه التطبيقات اعتبارات جديدة تتعلَّق بسعة المحوِّل، وتقلُّب الحمولة، والشيخوخة الحرارية، وتنظيم الجهد، وتنسيق أنظمة الحماية.

فعلى سبيل المثال، قد تتطلَّب محطَّة تحميل تجارية مزوَّدة بعدَّة شواحن سريعة تيارٍ مستمرٍ بقدرة ٣٥٠ كيلوواط سعةً أكبرَ بكثيرٍ للمحوِّل مقارنةً بمنشأة تجزئة تقليدية.

وبالتالي، يجب أن يراعي اختيار المحوِّل الطلب الكهربائي الحاليَّ وكذلك التوسُّع المستقبليَّ الواقعيَّ.

٢. فهم معايير معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) والمعهد الأمريكي للمعايير الوطنية (ANSI) الخاصة بالمحوِّلات المركَّبة على القواعد.

ويُعَدُّ الامتثال للمعايير الشمال أمريكيَّة السارية أحد أهم الاعتبارات عند تحديد مواصفات محوِّل مركَّب على قاعدة.

وتضع عائلة معايير IEEE C57 المتطلبات والتوجيهات التي تشمل بناء المحوِّلات، وأداءها، واختباراتها، وتطبيقاتها.

٢.١ أبرز معايير IEEE الخاصة بالمحوِّلات التوزيعية المركَّبة على القواعد.

قياسي	النطاق الرئيسي	الأهمية الهندسية
آي-تريبل-اي سي ٥٧.١٢.٣٤	محوِّلات توزيع ثلاثية الطور، تردّد ٦٠ هرتز، مغمورة سائلًا، مركَّبة على قواعد.	المواصفات الكهربائية، ومتطلبات البناء والأداء.
IEEE C57.12.22	محولات توزيع ثلاثية الطور، بتردد ٦٠ هرتز، مغمورة بالسائل ومُركَّبة على قواعد أرضية	المتطلبات الخاصة بتكوينات المحولات المطبَّقة
IEEE C57.12.28	سلامة غلاف معدات التثبيت على القواعد الأرضية	المقاومة للعبث، والمقاومة للتآكل، وسلامة الغلاف
IEEE C57.12.00	المتطلبات العامة للمحولات الكهربائية المغمورة بالسائل المستخدمة في التوزيع والطاقة والتنظيم	المتطلبات الكهربائية والأداء العامة
IEEE C57.12.90	كود الاختبار للمحولات المغمورة بالسائل	التحقق من الأداء الكهربائي والعازل
IEEE C57.91	دليل تحميل المحولات المغمورة بزيت المعادن	تقييم الحمل الحراري وشيخوخة العزل
IEEE C57.12.70	علامات الطرفيات والاتصالات	تحديد الاتصالات وترتيب الطرفيات

مذكّرة هندسية: تتناول معايير IEEE C57.12.22 وIEEE C57.12.34 تكوينات مختلفة للمحولات، ولا يمكن استخدام إحداها بديلاً عن الأخرى. وعليه، يجب على المهندسين التأكد من المعيار المطبق والإصدار المناسب والفئة الجهدية وترتيب المعدات قبل الشراء.

2.2 لماذا يكتسي سلامة غلاف المحول (IEEE C57.12.28) أهمية بالغة

تُركَّب المحولات المُركَّبة على القواعد عادةً في أماكن يسهل على الجمهور الوصول إليها، مثل مواقف السيارات التجارية والمجمعات السكنية ومحطات شحن المركبات الكهربائية (EV).

وبالتالي، يُعَدُّ تصميم الغلاف اعتباراً أساسياً في مجال السلامة.

يحدد معيار IEEE C57.12.28 متطلبات سلامة الأغلفة الخاصة بالمعدات المُركَّبة على القواعد، ومن بينها مقاومة الدخول غير المصرح به والتحمل أمام الظروف البيئية المحددة.

من أبرز اعتبارات التصميم:

• بناء الحجرات المقاومة للعبث.

• أبواب الوصول الآمنة وأحكام القفل.

• المواد المقاومة للتآكل والطلاءات الواقية.

• السلامة الميكانيكية لمكونات الغلاف.

• الفصل المناسب بين الأقسام وترتيبات الوصول.

بالنسبة للتركيبات الساحلية، يجب على المهندسين أيضًا تقييم التعرُّض للملح والرطوبة وأداء الطلاء والمدى الطويل للمقاومة ضد التآكل.

يجب دعم الامتثال لمعيار IEEE C57.12.28 بالوثائق التصميمية ذات الصلة والأدلة التجريبية. وقد تتعدى متطلبات الطلاء أو رش الملح الخاصة بالمشروع الحد الأدنى المنصوص عليه في المعيار.

٢.٣ متطلبات الموافقة من UL وCSA والجهات التشغيلية

قد تتضمَّن عملية شراء المحولات في أمريكا الشمالية عدة متطلبات امتثال مختلفة.

وتشمل هذه المتطلبات معايير التصميم وفق IEEE/ANSI، ومتطلبات شهادات السلامة أو الإدراج المطبَّقة، ومواصفات الجهات التشغيلية، والأنظمة الكهربائية المحلية.

المحول المصمَّم وفق معايير IEEE ليس بالضرورة معتمدًا من UL أو معتمدًا من CSA.

وبالمثل، فإن الامتثال لمعيار منشور لا يضمن بالضرورة قبوله من قِبل شركة توزيع كهرباء معينة.

قبل الشراء، يجب على فرق المشروع التحقق من الآتي:

1. معايير آي-إي-إي/أَن-إس-آي المطبقة والطبعات ذات الصلة.

2. تكوينات المحولات المعتمدة من قِبل شركة التوزيع.

3. الشهادات أو التقييمات الإلزامية من أطراف ثالثة.

4. متطلبات كفاءة وزارة الطاقة الأمريكية المعمول بها.

5. المتطلبات التنظيمية الكندية والإقليمية، عند الاقتضاء.

6. تقارير الاختبارات المصنعية والوثائق الفنية الداعمة.

أما بالنسبة للمحولات المستوردة، فيجب توضيح هذه المتطلبات أثناء مرحلة طلب العروض (RFQ)، وليس بعد تسليم المعدات.

٣. المواصفات الحرجة للمحولات تحت الأرض محولات التوزيع

يَتضمَّن اختيار المحوِّل الملائم اتخاذ قرارات منسَّقة بشأن التصنيفات الكهربائية، وترتيبات التغذية، وأنظمة العزل، وأجهزة الحماية.

٣.١ تغذية الحلقة مقابل تغذية الشعاع للمحوِّلات المُركَّبة على القواعد

هناك نوعان شائعان من ترتيبات الاتصال عالي الجهد: تغذية الشعاع وتغذية الحلقة.

تكوين تغذية الشعاع

يتلقَّى محوِّل تغذية الشعاع الطاقة من مغذٍ أوليٍّ واحد.

يُستخدَم هذا الترتيب عادةً عندما يقع المحوِّل في نهاية دائرة التوزيع أو عندما لا تكون هناك حاجة إلى اتصالات بديلة بالمغذيات.

المزايا:

• ترتيب مغذٍ بسيط نسبيًّا.

• عدد أقل من نقاط اتصال الكابلات الأولية.

• مناسب للأحمال التجارية المستقلة.

• قد يكون تعقيد المعدات والتركيب أقل نسبيًّا.

مع ذلك، يمكن أن يؤدي عطلٌ أو انقطاعٌ يؤثر على التغذية المُورِدة إلى قطع الخدمة عن المعدات الواقعة في اتجاه تدفق الطاقة.

ترتيب التغذية الحلقيّة

يوفر محول التغذية الحلقيّة وصلات كابل أولية تسمح لدائرة التوزيع بالاستمرار عبر موقع المحول.

وبالاعتماد على تصميم شبكة المرافق وتجهيزات التبديل المركَّبة، يمكن لهذا الترتيب دعم تقسيم الدائرة وترتيبات التغذية البديلة.

المزايا:

• مرونة أكبر في تصميم التغذية تحت الأرض.

• يدعم عمليات التبديل والتقسيم التي تقوم بها شركة المرافق.

• إمكانية تحسين استعادة الخدمة.

• مناسب للمناطق التجارية المترابطة والأنظمة المتعددة المحولات لتوزيع الطاقة.

ومن المهم ملاحظة أن ترتيب التغذية الحلقيّة لا يوفّر الخدمة دون انقطاع تلقائيًّا. فالازدواجيّة تعتمد على البنية الشبكيّة العامة ونظام التبديل والمصدر البديل المتاح.

عامل الاختيار	تغذية شعاعية	تغذية الحلقة
ترتيب التغذية الأولية	تغذية واردة واحدة	اتصالات التغذية الواردة والصادرة
التطبيق النموذجي	الأحمال الطرفية	شبكات تحت الأرض متعددة المحولات
درجة تعقيد التركيب	بشكل عام أقل خطرًا	عمومًا أعلى
مرونة التقسيم	محدود	أعلى مع تشغيل مناسب
قدرة الاستعادة	تعتمد على الشبكة العلوية	يمكنها دعم استعادة التغذية البديلة
التطبيقات الشائعة	مرافق تجارية صغيرة	المرافق العامة، والحرم الجامعية، والمشاريع التجارية

توصية الاختيار: يجب تقييم تكوينات التغذية الحلزونية للمشاريع التوزيعية العامة التي تتطلب تقسيم الخطوط الفرعية، بينما قد تستفيد المنشآت التجارية المستقلة من تصاميم التغذية الشعاعية.

٣.٢ سعة المحول واختيار الجهد

تتوفر المحولات المركبة على القواعد في نطاق واسع من التصنيفات، وذلك حسب التصميم وفئة الجهد ومتطلبات التبريد وقدرات الشركة المصنِّعة.

تشمل التصنيفات الشائعة للمحولات الثلاثية الطور المستخدمة في التوزيع ما يلي:

• 75 كيلو فا

• ١٥٠ كيلوفولت أمبير

• ٣٠٠ كيلوفولت أمبير

• 500 كيلو فولت أمبير

• ٧٥٠ كيلوفولت أمبير

• ١٠٠٠ كيلوفولت أمبير

• ١٥٠٠ كيلوفولت أمبير

• ٢٠٠٠ كيلوفولت أمبير

• ٢٥٠٠ كيلوفولت أمبير

قد تتوفر أيضاً تصاميم مخصصة ذات سعات أعلى، رهناً بالمعايير المعمول بها ومتطلبات المشروع.

تشمل أنظمة الجهد المتوسط الشائعة في أمريكا الشمالية ١٣,٨ كيلوفولت و٢٤,٩٤ كيلوفولت و٣٤,٥ كيلوفولت، رغم أن تصنيفات لفات المحولات الفعلية يجب أن تتطابق مع جهد النظام الاسمي المقدَّم من شركة التوزيع وترتيب التأريض.

تشمل خيارات الجهد الثانوي النموذجية:

جهد ثانوي	التطبيقات الشائعة
٢٠٨Y‏/١٢٠ فولت	المباني التجارية والأحمال الكهربائية الأصغر
٤٨٠Y/٢٧٧ فولت	المنشآت الصناعية والمباني التجارية الكبيرة وبنية تحتية شحن المركبات الكهربائية (EV)
٦٠٠Y‏/٣٤٧ فولت	بعض المنشآت التجارية والصناعية في كندا
تكوينات مخصصة	التطبيقات الخاصة بشركات التوزيع والتطبيقات الصناعية

يجب أن يراعي اختيار فئة الجهد تنسيق العزل ومستوى العزل الأساسي للنبضات (BIL) والتأريض ومواصفات معدات شركة التوزيع.

٣,٣ التصميم المغلق (Dead-Front) والحماية الأولية

في تطبيقات التوزيع تحت الأرض، يُطلب عادةً تكوين المحولات ذات الواجهة المغلقة.

تستخدم الترتيبات ذات الواجهة المغلقة وصلات أولية معزولة قابلة للفصل لتقليل التعرّض للمكونات المشحونة أثناء العمليات المصرح بها.

تشمل الملحقات النموذجية ما يلي:

• موصلات كوعية قادرة على فصل الحمل أو فصل غير مُحمّل.

• الوصلات الأولية والتجاويف الخاصة بها.

• مثبّطات الصواعق.

• مجموعات الفيوز من نوع باي-أو-نت.

• فيوزات احتياطية محددة للتيار.

• مؤشرات درجة حرارة الزيت.

• مقاييس مستوى السائل.

• أجهزة تخفيف الضغط.

• أ provisions التأريض.

يجب أن تكون معدات الحماية منسقة مع أجهزة الحماية العلوية والأحمال الكهربائية السفلية.

لا يلغي استخدام المعدات ذات الواجهة المغلقة المخاطر الكهربائية. ويجب اتباع إجراءات المرافق المعمول بها ومتطلبات السلامة الكهربائية عند التشغيل والاختبار والصيانة.

٤. المحولات التجارية المركبة على القواعد لشحن المركبات الكهربائية بسرعة

تُدخل بنية شحن المركبات الكهربائية التجارية خصائص تشغيل تختلف عن خصائص العديد من الأحمال التوزيعية التقليدية.

يجب أن تتمكّن المحولة التي تخدم محطة الشحن المباشر عالي السرعة من استيعاب الطلب العالي على الطاقة، وخصائص تحويل الشواحن، والتقلبات المحتملة في الحمل، والتوسّع المستقبلي في السعة.

٤.١ حساب سعة المحولة للشحن المباشر عالي السرعة

خذ على سبيل المثال ساحة تجارية لشحن المركبات الكهربائية مزودة بأربع شواحن مباشرة عالي السرعة بقدرة ٣٥٠ كيلوواط لكل منها.

إجمالي الإخراج المباشر الأقصى هو:

٤ × ٣٥٠ كيلوواط = ١٤٠٠ كيلوواط

بافتراض كفاءة وهمية للشاحن تبلغ ٩٥٪ وعامل قدرة على جانب التيار المتناوب يساوي ٠,٩٩:

القدرة الظاهرية المطلوبة:

كيلوفولت أمبير المحول = ١٤٠٠ ÷ (٠,٩٥ × ٠,٩٩)

≈ ١٤٨٩ كيلوفولت أمبير

تشير هذه الحالة الموضّحة إلى أن محولًا سعته ١٥٠٠ كيلوفولت أمبير قد يعمل بالقرب من قدرته الاسمية عندما تعمل جميع الشواحن الأربعة بأقصى إخراج لها.

ومع ذلك، يجب أن يراعي الاختيار النهائي للمحول أيضًا ما يلي:

• مواصفات المدخلات المقدمة من شركة تصنيع الشاحن.

• الطلب المتزامن على الشحن.

• إدارة طاقة الموقع والضوابط الخاصة بتوزيع الحمل.

• أحمال المعدات والمرافق المساعدة.

• درجة حرارة الجو وظروف التركيب.

• حدود تحميل المحول.

• توسيع سعة الشحن في المستقبل.

قد يوفّر محول بسعة ٢٠٠٠ كيلوفولت أمبير سعة إضافية في بعض التصاميم، لكن لا ينبغي اختياره تلقائيًّا دون إجراء تقييم هندسي للأحمال.

كما أن التضخيم المفرط يرفع تكلفة رأس المال وقد يزيد من استهلاك الطاقة الإجمالي في حالة عدم التحميل، وذلك حسب تصميم المحول.

٤٫٢ التشويه التوافقي وتسخين المحول.

تستخدم شواحن التيار المستمر السريعة محولات إلكترونية قوية لتحويل الطاقة الكهربائية التناوبية إلى طاقة تيار مستمر منظمة.

وقد تُدخل هذه المحولات تيارات توافقية في نظام التوزيع.

ويمكن أن تؤدي التيارات التوافقية إلى زيادة الفقد الناجم عن التيارات الدوامية في لفات المحول، وزيادة الفقد العشوائي، وارتفاع درجات حرارة التشغيل.

يعتمد الملف التوافقي الفعلي بشكل كبير على تركيب شاحن الطاقة، وتصحيح معامل القدرة، والمرشحات، وظروف التشغيل.

قد تُظهر الشواحن الحديثة ذات الواجهة الأمامية النشطة تشويشًا نسبيًّا منخفضًا في تيار الإدخال ضمن ظروف التشغيل المحددة.

وبالتالي، لا ينبغي للمهندسين افتراض أن كل محولٍ لشحن المركبات الكهربائية (EV) يحتاج إلى تصنيف معيَّن لمُعامل K.

بل يجب أن تستند عملية اختيار المحول إلى ما يلي:

• الطيف التوافقي لتيار إدخال الشاحن.

• معدل التشويش التوافقي الكلي للتيار (THDi).

• اعتبارات جودة الطاقة وفق معيار IEEE 519 عند نقطة الاتصال المشتركة.

• خصائص الخسائر العرضية والخسائر في لفات المحول.

• الحسابات الحرارية التي تقدِّمها الشركة المصنِّعة.

• ظروف التشغيل الخاصة بالموقع.

المحولات المُصنَّفة وفق عامل كي تُعَدُّ إحدى الطرق الممكنة لإدارة الأحمال التوافقيَّة، لكن مصطلح عامل كي يرتبط عادةً أكثر بتطبيقات معينة للمحولات الجافة.

أما بالنسبة للمحولات المُركَّبة على القواعد والمملوءة بالسوائل، فقد يكون إجراء تقييم موثَّق لخسائر التوافقيات أو تصميم حراري خاص بالتطبيق أكثر ملاءمةً من تحديد عامل كي-٤ أو كي-١٣ دون حسابات داعمة.

٤.٣ التحميل الديناميكي والأداء الحراري

قد تتغير طلبات شحن المركبات الكهربائية عند اتصال المركبات أو انفصالها أو تعديل قدرة الشحن.

ورغم أن إلكترونيات الشواحن تتحكم عمومًا في التيار المُدخل بدلًا من إنتاج التيارات الابتدائية غير الخاضعة للرقابة المشابهة لتلك الناتجة عن المحركات، فإن وجود عدة شواحن عالية القدرة لا يزال قادرًا على إحداث تغيُّرات كبيرة في الحمل.

وبالتالي، ينبغي تقييم الأداء الحراري للمحول باستخدام ملفات طلبات شحن واقعية.

الاعتبارات الرئيسية تشمل:

درجة حرارة النقطة الساخنة في اللفائف: قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة جدًّا إلى تسريع عملية تقدم عمر العزل.

درجة حرارة الزيت العلوي: تُعَدّ درجة حرارة الزيت مؤشّرًا مهمًّا لظروف التشغيل الحرارية.

دورة التحميل: تؤثّر دورات التحميل والتبريد المتكرّرة في السلوك الحراري للمحوّل.

الظروف المحيطة: يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة في فصل الصيف وانعدام تدفّق الهواء أو تقييده إلى خفض الهوامش الحرارية المتاحة.

يوفّر معيار IEEE C57.91 إرشادات لتقييم التحميل وتقدّم عمر العزل في المحولات المغمورة بالزيت المعدني التي ينطبق عليها هذا المعيار.

بالنسبة لمراكز الشحن الكبيرة، يمكن أن تدعم ملفات الأحمال الساعة الواحدة أو دون الساعة دقة أكبر في تحديد حجم المحوّل مقارنةً بتقدير واحد لأقصى طلب.

4.4 الكفاءة الطاقية والحدّ من الخسائر عند حالة عدم التحميل

قد تبقى محطات شحن المركبات الكهربائية مشحونةً باستمرار حتى عندما يكون الطلب على الشحن منخفضًا.

وبالتالي، تسهم خسائر المحوّل عند حالة عدم التحميل في تكاليف التشغيل طوال العام.

عادةً ما يقيّم مصمّمو المحولات تقنيتين رئيسيتين للقلب:

الفولاذ الكهربائي ذي التوجّه الحبّي (GOES/CRGO)

يُوفِّر فولاذ الكهرباء المُوجَّه بالحبوب التقليدي حلاً راسخًا على نطاق واسع، يتمتّع بأداء مغناطيسي متوقَّع ومرونة في التصنيع وخصائص تكلفة واضحة.

النوى المعدنية الزجاجية غير المتبلورة

يمكن لمواد القلب غير المتبلورة أن تقلّل خسائر التشغيل بدون حمل بشكل كبير مقارنةً ببعض تصاميم القلوب التقليدية.

ومع ذلك، يعتمد الأداء الفعلي على التصميم الكامل للمحوِّل، بما في ذلك هندسة القلب وبُنية اللفات وكثافة التدفق التشغيلية وعمليات التصنيع.

ينبغي لأفراد فرق الشراء مقارنة الخسائر المضمونة عند التشغيل بدون حمل والخسائر تحت الحمْل، بدلًا من الاعتماد فقط على أوصاف مواد القلب.

ويجب أن تشمل التقييمات الشاملة تكلفة الملكية الإجمالية (TOC)، والتي تشمل تكلفة الاكتساب وخسائر التشغيل بدون حمل وخسائر الحمْل وأسعار الكهرباء والمدة التشغيلية المتوقَّعة.

٤٫٥ المراقبة الذكية لبنية تحتية شحن المركبات الكهربائية

قد تستفيد مراكز شحن المركبات الكهربائية التجارية الكبيرة من مراقبة حالة المحولات.

وبالنسبة لكل تطبيق، قد تشمل إجراءات المراقبة ما يلي:

• قياس درجة حرارة الزيت.

• مؤشر مستوى السائل.

• رصد الضغط.

• قياس تيار التحميل.

• إنذارات درجة الحرارة.

• واجهات الاتصال عن بُعد.

يمكن لهذه الوظائف دعم الصيانة الوقائية وتحسين وضوح الأداء التشغيلي.

ومع ذلك، يجب تحديد بنية الاتصالات، وأمن السيبرانية، والتكامل مع شركات المرافق، ومتطلبات الرصد عن بُعد أثناء مرحلة هندسة المشروع.

٥. الزيت المعدني مقابل سوائل العزل الإسترية الطبيعية

يؤثر اختيار سائل العزل في سلوك المحول الحراري، واعتبارات السلامة من الحرائق، ومتطلبات الصيانة، والأداء البيئي.

يبقى الزيت المعدني مستخدمًا على نطاق واسع في محولات التوزيع المغمورة بالسوائل نظرًا لخصائص أدائه الراسخة وتكلفته.

توفر سوائل الإستر الطبيعية بديلاً لبعض التطبيقات، لا سيما في الحالات التي تكون فيها متطلبات السلامة من الحرائق أو الاعتبارات البيئية ذات أهمية بالغة.

المعلَّمة	زيت معادن	سائل الإستر الطبيعي
الاستخدام الصناعي	مُستَخدمٌ على نطاق واسع	زيادة الاستخدام في تطبيقات مختارة
درجة الاشتعال	عادةً ما تكون منخفضة الارتفاع	عادةً ما تكون أعلى بكثير
قابلية التحلل الحيوي	بشكل عام أقل خطرًا	عمومًا أعلى
سلوك الرطوبة	خصائص الزيوت المعدنية التقليدية	سلوك مختلف في امتصاص الرطوبة والعزل الكهربائي
تكلفة السائل الأولية	بشكل عام أقل خطرًا	عمومًا أعلى
التطبيقات النموذجية	المرافق التجارية وتوزيعها	المنشآت الحساسة للحريق والبيئة

يمكن لسوائل الإستر الطبيعية أن توفر أداءً عاليًا من حيث نقطة الاشتعال، لكن يجب تقييم تصميم المحول وتوافق السائل وإجراءات الصيانة ومتطلبات حماية الحريق ذات الصلة معًا.

عند تحديد سائل العزل المناسب لمراكز شحن المركبات الكهربائية الواقعة قرب المباني أو المناطق العامة، ينبغي على المهندسين مراجعة لوائح مكافحة الحرائق المعمول بها ومسافات التثبيت الآمنة وأحكام احتواء السوائل ومتطلبات المرافق قبل الاختيار.

لا ينبغي افتراض أن سائل الإستر الطبيعي يلغي جميع التزامات حماية من الحرائق أو الامتثال البيئي.

٦. اختيار محول مركّب على قاعدة لمشاريع أمريكا الشمالية

للمهندسين العاملين في شركات التوزيع الكهربائية وفرق المشتريات التابعة لمتعهدي المشاريع الهندسية والمشتريات والإنشاءات (EPC)، فإن اتباع عملية مواصفات منهجية يمكن أن يقلل الغموض التقني ويمنع عدم توافق المعدات الذي قد يترتب عليه تكاليف باهظة.

٦.١ قائمة مراجعة هندسية مقترحة للمواصفات

المواصفات	المعلومات المطلوبة
التطبيق	توزيع كهربائي للمرافق، أو مبانٍ تجارية، أو شواحن مركبات كهربائية (EV)، أو استخدامات صناعية
السعة المقدرة	كيلوفولت أمبير‏/ميجافولت أمبير
التردد	60 هرتز
الجهد الأساسي	جهد اسمي ومُلفوف محدّد من قِبل المرفق
جهد ثانوي	٤٨٠Y‏/٢٧٧ فولت، أو ٢٠٨Y‏/١٢٠ فولت، أو غيرها
فئة الجهد ومستوى العزل ضد الصواعق (BIL)	وفقًا لمتطلبات المرفق وتناسق العزل
تكوين التغذية	تغذية دائرية أو تغذية شعاعية
النهاية الأساسية	نهاية مغلقة أو بديل محدَّد
سائل عازل	زيت معدني أو بديل معتمد
ترتيب التبريد	تصنيف التبريد الخاص بالمحولات المغمورة بالسوائل والقابل للتطبيق
العائق	النسبة المئوية المحددة من قِبل المشروع وشركة التوزيع
الحماية	متطلبات الفيوزات، والمُثبِّطات، والتبديل
غلاف	متطلبات IEEE C57.12.28 عند الانطباق
الكفاءة	المتطلبات المعمول بها من قِبل وزارة الطاقة الأمريكية أو كندا أو شركات التوزيع الكهربائي
المراقبة	أ provisions درجة الحرارة والضغط والاتصالات
الوثائق	الرسومات وتقارير الاختبار وأدلة الامتثال

٦.٢ لماذا تهم مقاومة المحول؟

تؤثر مقاومة المحول في تيار القصر وتنظيم الجهد وتناسق أجهزة الحماية.

قد يحسّن المحول ذي المقاومة الأقل تنظيم الجهد في ظل ظروف تحميل معينة، لكنه قد يزيد أيضًا من تيار العطل المتاح.

أما المحول ذو المقاومة الأعلى فيمكن أن يقلل تيار العطل مع زيادة هبوط الجهد تحت التحميل.

وبالتالي، يجب تنسيق المقاومة مع النظام الكهربائي الكامل بدلًا من تحديدها بشكل منفصل.

وفي تطبيقات شحن المركبات الكهربائية (EV)، ينبغي على المهندسين تقييم هبوط الجهد أثناء التشغيل عالي الطلب والتأكد من أن تيار العطل المتاح لا يتجاوز قيم مقاطعة المعدات اللاحقة.

٦.٣ الاختبارات المصنعية وتوثيق الجودة

يجب أن تشمل ضمان جودة المحول الاختبارات الروتينية المناسبة وإجراءات الفحص الموثَّقة.

قد تشمل الاختبارات المصنعية، وفقًا لنوع المحول والمعيار المعمول به:

• قياسات مقاومة اللفائف.

• التحقق من النسبة والقطبية.

• خسائر التشغيل بدون حمل والتيار التمهيدي.

• خسائر الحمل والمقاومة الداخلية.

• اختبار العزل بالجهد المطبق.

• اختبار الجهد المستحث.

• اختبار التسرب لمعدات الحشوة السائلة.

قد يطلب المشتري إجراء اختبارات إضافية من نوع معين أو تصميم معين أو اختبارات خاصة.

يجب أن تحدد وثائق قبول المصنع بوضوح الوحدة التي خضعت للاختبار، والمعايير الواجب تطبيقها، ومعايير القبول، والنتائج المقاسة.

بالنسبة للمشاريع في أمريكا الشمالية، يجب على المشترين أيضًا التحقق من توفر الرسومات ومعلومات اللوحة التعريفية وتعليمات التشغيل والوثائق المناسبة لمراجعة شركة التوزيع أو الجهة المختصة.

٧. جيانغسو دينغشين للطاقة: حلول محولات مُركَّبة على القواعد حسب الطلب

شركة جيانغسو دينغشين للطاقة هي مصنِّع محولات طاقة لديها أكثر من ٣٠ عامًا من الخبرة في المجال، وتقدِّم حلولًا لمحولات التوزيع ومحولات الطاقة للأسواق الدولية.

ويشمل مجموعتها المنتجية ما يلي:

• محولات توزيع أحادية الطور مُركَّبة على الأعمدة.

• محولات توزيع غامرة بالزيت.

• محولات توزيع مُركَّبة على القواعد.

• محولات توزيع جافة النوع.

• محولات طاقة غامرة بالزيت.

• المحطات الفرعية المُسبَّقة الصنع.

• محولات مثبتة على قواعد للطاقة الشمسية.

بالنسبة للمشاريع في أمريكا الشمالية، يمكن لشركة دينغسين أن تتعاون مع العملاء لتقييم متطلبات المحولات الخاصة بكل تطبيق وتطوير مواصفات معدات مخصصة.

٧.١ هندسة المحولات المُوجَّهة نحو التطبيق.

تتطلب المشاريع المختلفة تشكيلات كهربائية وميكانيكية مختلفة.

قد يركِّز مشروع توزيع كهربائي تحت الأرض تابع لشركة مرافق على التوصيلات الأولية القياسية وترتيبات التشغيل والملحقات المعتمدة من قِبل شركة المرافق.

أما مشروع تزويد المركبات الكهربائية بالطاقة في القطاع التجاري فقد يولّي اهتمامًا أكبر لتوزيع الجهد الثانوي عالي السعة، وأداء فقدان الحمل، وتقييم التوافقيات، والمراقبة الحرارية.

وقد تضيف تركيبات الطاقة المتجددة متطلبات إضافية تشمل تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه، والتوصيل بالأرض، وتناسق أنظمة الحماية.

يمكن لمداولات الهندسة لدى دينغسين أن تتناول ما يلي:

• متطلبات الجهد والسعة الخاصة بكل مشروع.

• ترتيبات لفات المحول وتوصيلاتها.

• أبعاد الغلاف والتكوين الميكانيكي.

• خيارات السائل العازل.

• ترتيبات التوصيلات الأولية والثانوية.

• متطلبات المراقبة والملحقات.

• توقعات الاختبارات في المصنع والتوثيق.

يجب التأكيد على توفر المنتج النهائي وامتثاله وفق المواصفات الفنية المتفق عليها.

٧.٢ دعم مشاريع المقاولين الكهربائيين (EPC) وتوزيع الطاقة في أمريكا الشمالية.

في شراء المحولات الدولية، تكتسب التواصل الفني أهميةً مماثلةً لقدرة التصنيع.

يجب أن يزوّد المشترون في أمريكا الشمالية في مرحلة مبكرة من عملية الشراء بالغرض المقصود من الاستخدام، ومواصفات شركة التوزيع، والمعايير الواجب تطبيقها، ومتطلبات التركيب.

يساعد طلب العروض الفني الكامل في توضيح توافق المعدات وتحديد المشكلات المحتملة المتعلقة بالاعتماد قبل بدء الإنتاج.

تدعم دينغسين مناقشات مع شركات التوزيع الكهربائية، والمقاولين العامين للمشاريع الكهربائية، وموزِّعي المعدات الكهربائية، ومطوري البنية التحتية التجارية الذين يبحثون عن حلول محولات مُخصَّصة لكل مشروع.

للمشاريع التي تتطلب تكوينات وفق معايير المعهد الأمريكي لمهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) أو الجمعية الوطنية الأمريكية للمعايير (ANSI)، يجب تحديد متطلبات الوثائق المتعلقة بالامتثال واختبارات التحقق منها قبل تأكيد الطلب.

٨. الأسئلة الشائعة حول المحولات الأرضية وفق معايير IEEE

ما هي المحولة الأرضية وفق معايير IEEE؟

المحولة الأرضية وفق معايير IEEE هي محولة توزيع توضع على سطح الأرض، وتُصمَّم وفق المتطلبات السارية الصادرة عن المعهد الأمريكي لمهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) فيما يتعلق بتصنيفاتها الكهربائية، وبنيتها، واختباراتها، وتكوين غلافها.

المعايير ذات الصلة تعتمد على نوع المحولة، ورتبة جهدها، ونوع استخدامها.

ما الفرق بين المحولات الأرضية ذات التغذية الحلزونية والتغذية الشعاعية؟

تتلقى المحولة ذات التغذية الشعاعية الطاقة عبر ترتيب واحد لمغذي أولي.

يوفّر محول التغذية الحلقيّة وصلات تسمح لدائرة التوزيع تحت الأرض بالاستمرار عبر موقع المحول، ما يدعم خيارات إضافية للتبديل والتجزئة عند التصميم المناسب.

ما حجم المحول المطلوب لمحطة تحميل مركبات كهربائية تجارية؟

تعتمد سعة المحول على قدرة الشاحن، وكفاءة الإدخال التياري المتناوب، ومعامل القدرة، والطلب المتزامن، والأحمال المساعدة، وخطط التوسّع.

فعلى سبيل المثال، قد تتطلّب أربع شواحن بقدرة ٣٥٠ كيلوواط تعمل في آنٍ واحد تقريباً ١٤٨٩ كيلوفولت أمبير من القدرة الظاهرية، وذلك استناداً إلى افتراضات توضيحية تشير إلى كفاءة نسبتها ٩٥٪ ومعامل قدرة قدره ٠,٩٩.

يتطلّب التحديد النهائي للحجم إجراء تقييم تفصيلي لأحمال الكهرباء.

هل معيارا IEEE C57.12.28 وIEEE C57.12.34 متطابقان؟

كلا. يتناول معيار IEEE C57.12.28 متطلبات سلامة الغلاف الخاص بالمعدات المُركّبة على القواعد والتي يشملها هذا المعيار.

أما معيار IEEE C57.12.34 فيتناول المتطلبات الخاصة بالمحولات التوزيعية ثلاثية الطور والمغمورة بالسوائل والمُركّبة على القواعد.

قد تكون كلا الحالتين ذات صلة بمشروع محول معين، لكنهما تغطّيان متطلبات مختلفة.

هل يمكن استخدام سوائل التبريد العازلة المُستخلصة من الإسترات الطبيعية في المحولات المركّبة على القواعد؟

نعم. يمكن تصميم بعض المحولات السائلة المركّبة على القواعد لاستخدام سوائل التبريد العازلة المُستخلصة من الإسترات الطبيعية.

يجب أن يُصمَّم المحول خصيصًا للسائل المختار، مع أخذ توافق المواد والخصائص الحرارية والأداء العازل والمعايير الواجب تطبيقها في الاعتبار بشكل مناسب.

هل تتطلب محولات شحن المركبات الكهربائية تصاميم مقاومة للتشويه التوافقي؟

ليس بالضرورة.

تتوقف متطلبات التوافقيات على خصائص مدخل معدات الشحن وعلى النظام الكهربائي ككل.

يجب على المهندسين تقييم طيف التوافقيات الناتجة عن وحدة الشحن وفقدان الطاقة في المحول والظروف الحرارية التشغيلية قبل تحديد أي شروط تصميم خاصة مرتبطة بالتوافقيات.

٩. الخلاصة: إنشاء بنى تحتية موثوقة للتوزيع الكهربائي تحت الأرض وبنية تحتية لشحن المركبات الكهربائية

إن تحديث شبكة الكهرباء في أمريكا الشمالية وتوسيع نطاق شواحن المركبات الكهربائية التجارية يرفعان الطلب على محولات التوزيع المُركَّبة على القواعد، والتي تتميَّز بالموثوقية والكفاءة والملاءمة للاستخدامات المحددة.

وبالنسبة لشركات التوزيع الكهربائي ومتعهِّدي المشاريع الهندسية والمشتريات والبناء (EPC) ومطوري بنى التحتية للشحن، فإن نجاح عملية اختيار المحولات يتوقَّف على عدة عوامل مترابطة:

• اختيار المعيار الصحيح من معايير معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) أو الجمعية الوطنية الأمريكية للمعايير (ANSI).

• التقنية المناسبة لتغذية الحلقة (loop-feed) أو التغذية الشعاعية (radial-feed).

• تطابق دقيق للقدرة والجهد.

• التناسق في أنظمة الحماية الكهربائية.

• تقييم الأداء الحراري والأداء تجاه التوافقيات.

• تصميم مناسب للغلاف الخارجي وسوائل العزل.

• التحقق من الاختبارات المصنعية الوثائق الخاصة بالمشروع.

يمكن أن يحسِّن المحول المُحدَّد وفق المواصفات الصحيحة موثوقية التوزيع، ويدعم الكفاءة التشغيلية على المدى الطويل، ويقلل من مخاطر التركيب والصيانة.

اطلب مواصفات محول مُركَّب على قاعدة مخصصة

هل تخطط لتحديث شبكة التوزيع تحت الأرض أو مشروع شحن سريع للمركبات الكهربائية التجارية في أمريكا الشمالية؟

توفر شركة جيانغسو دينغسين للكهرباء تصنيع المحولات الموجَّه للمشاريع وتدعم التخصيص لتطبيقات توزيع الطاقة الدولية الخاصة بالمرافق والقطاع التجاري.

شارك مع فريق هندستنا جهد المشروع والسعة المطلوبة وتخطيط التغذية والمعايير الواجب تطبيقها والرسومات الفنية.

اتصل بشركة دينغسين للكهرباء لمناقشة متطلباتك المتعلقة بالمحولات المركَّبة على القواعد، واطلب عرض أسعار فنيًّا مخصصًا (RFQ).