محطات التحويل ومكوناتها

3-1 مقدمة
محطات التحويل هي مجموعة من الأجهزة الكهرِبائية على رأسها محول رئيسي تقوم بتحويل الفولتية من مستوى إلى آخر سواء بالرفع أو الخفض بهدف نقل الطاقة إلى المشتركين بالجهد المطلوب وبأقل طاقة مفقودة ، وتقسم محطات التحويل إلى محطات نقل ومحطات توزيع من حيث القدرة التحويلية والى محطات داخلية ومحطات خارجية من حيث مكان الإنشاء .


3-2 مكونات محطات التحويل
تتكون محطات التحويل من مجموعة من الأجزاء والدوائر الكهربائية التي تشكل في مجموعها محطات التحويل ، وهي :
1. دائرة الخط Line Circuit .
2. القضبان العمومية Busbars .
3. دائرة المحول Transformer Circuit .
4. مجموعات المكثفات والمفاعلات المتوازية Capacitors and Reactors Banks .
5. دامج القضبان العمومية Bus Coupler .
6. مجزئ القضبان العمومية Bus Section .
7. الحماية الكهربائية والفيزيائية Electrical & Physical Protection .


ويتضمن هذا الفصل من هذا التقرير مكونات دائرة الخط والقضبان العمومية ومجموعات المكثفات والمفاعلات المتوازية أما دائرة المحول فجاء تفصيلها في الفصل الرابع ، أما الحمايات الكهربائية وصيانة المحطات فسيتم تغطيتها في التقرير الثاني .


3- 3 مكونات دائرة الخط
تتكون دائرة الخط (Line Circuit) كما هو مبين في الشكل (3-1) من الأجزاء التالية :
1. محول الجهد Transformer Voltage .
2. مصيدة الذبذبات Line Trap .
3. القاطع المستعزل اليدوي Line Isolator .
4. القاطع الأرضي Earth Switch .
5. محول التيار Transformer Current .
6. القاطع الآلي Circuit Breaker .
7. مستعزل عمومي Busbar Isolator .























3- 3-1 محول الجهد Transformer Voltage
أن المبدأ لعمل هذه المحولات هو نفس مبدأ عمل المحولات الرئيسية والمساعدة الذي يقوم على وصل مجموعتين من الملفات على قلب حديدي مغناطيسي وبينهما نسبة تحويل تعتمد على عدد اللفات الابتدائية والثانوية . في هذه المحولات يكون عدد لفات الملف الابتدائي عدة آلاف من اللفات توصل إلى جهة الجهد العالي ، بينما عدد لفات الملف الثانوي تكون بالمئات توصل إلى جهة الجهد المنخفض . أن محولات الجهد يمكن أن تكون أحادية الملفات أو ثنائية أو ثلاثية الملفات وحسب الموقع المراد استخدامها فيه .
يكون محول الجهد في بداية كل خط ، ويقوم بتحويل الفولتية من (132/3) كيلو فولت بين الطور والأرضي إلى (110) فولت .
ومن اكثر الأنواع المستخدمة شيوعا هو النوع المكثف (Capacitor Voltage (Transformer الذي يتكون من مكثفين موصولين على التوالي مع ملفات الجهد المرتفع . وظيفة المكثفين هي تجزئة الجهد ، حيث يقع عليهما الجزء الأكبر من الفولتية بينما على الملف حوالي ( 20/3 ) كيلو فولت بين الطور والأرضي يتم تحويلها إلى 110 فولت ، انظر إلى الشكل (1) في الملحق الذي يبين محولات الجهد .

و يستخدم محول الجهد فيما يلي : -
1. تغذية أجهزة القياس مثل (Voltmeter ،Wattmeter، VAR meter) .

2. تغذية أجهزة الحماية (Protection Equipment) .

3. تغذية أجهزة التوافق (Synchroscope) حيث يشترط في عمليات التوافق : تساوي الجهد ، تساوي الذبذبة ، توافق الأطوار ، و تستخدم في محطات التحويل عربة تعرف باسم عربة التوافق لإغلاق الدائرة عن بعد من غرفة التحكم فقط ، ولا يمكن غلق الدائرة عن بعد حتى وان تحققت شروط التوافق إلا باستخدام هذه العربة .

4. تغذية مسجل الأخطاء (Fault Recorder) ، وهذا الجهاز مشترك لكافة محطة التحويل إذ انه يعمل ابتداء من مرحلات الحماية المسافية على خطوط (132 كيلو فولت) ومن مرحل الفصل الرئيسي للمحولات ، كما انه يسجل التيارات والجهود قبل وخلال وبعد حدوث العطل ، وكذلك لحظة فصل القاطع الآلي ، كما يسجل اللحظة التي تعطلت فيها الأجهزة .

لا يسمح أبدا أن يتعرض الملف الثانوي لمحول الجهد إلى القصر ، لأنه وبما أن وظيفة محول الجهد هو خفض الجهد من قيم عليا إلى قيم منخفضة ، وبما أن القدرة ثابتة على ملفي المحول نفسه ، فانه سوف يتولد تيار عالي جدا على الملف الثانوي وبالتالي يؤدي ذلك إلى تلف محول الجهد .

3-3-2 مصيدة الذبذبات Line Trap
وتكون دائما على الطور الأصفر ، وتستخدم لأغراض الاتصالات بين المحطات وإجراء المكالمات وإجراء العمليات التشغيلية على معدات المحطة عن بعد وذلك عن طريق فصل موجة الاتصالات عن موجة القوى ، انظر إلى الشكل (2) في الملحق الذي يبين مصيدة الذبذبات .


3-3-3 القاطع المستعزل اليدوي Line Isolator
وهو عبارة عن قاطع تكمن أهميته في التأكد من أن الدائرة مفصولة تماما (العزل المرئي) ، ولا تستخدم في عمليات وصل وفصل التيار وذلك خوفا من تكون شرارة كبيرة قد تؤدي بالتالي إلى الإضرار بالمعدات والأشخاص حيث أن العازل اليدوي غير مهيأ لإطفاء الشرارة حيث انه لا يوجد وسيلة لإطفاء الشرارة مثل الزيت كما هو الحال في القاطع الآلي ، وبالتالي لا يجوز فتح العازل اليدوي إلا بعد التأكد من أن القاطع الآلي مفتوح ولذلك تم تركيب نظام التقافل حيث انه لا يمكن تحرير المفتاح المستخدم لإجراء عملية العزل اليدوي إلا بعد فتح القاطع الآلي ، انظر إلى الشكل (3) في الملحق الذي يبين حركة مستعزل الخط .


وللعوازل المستخدمة في المحطة عدة تسميات كلا حسب موقعه وهي :

1. مستعزل خط Line Isolator
ويوجد في دائرة الخط ، خلف محول التيار مباشرة . من مميزاته وجود نظامين تقافل عليه ، الأول بينه وبين القاطع الآلي - كما سبق إن ذكر – والآخر بينه وبين المفتاح الأرضي ، حيث لا يتم إغلاق مفتاح الأرضي إلا بعد فتح مستعزل الخط .

2. مستعزل عمومي رئيسي Isolator Main Busbar
وهو المستعزل الذي يتصل بالقضبان العمومية الرئيسية وفي الغالب يحمل الرقم (4.) في دائرة الخط ورقم (34) في دائرة دامج القضبان (Bus Coupler) .


3. مستعزل عمومي احتياطي Reserve Busbar Isolator
وهو المستعزل الذي يتصل بالقضبان العمومية الاحتياطية وفي الغالب يحمل الرقم (6.) في دائرة الخط ورقم (36) في دائرة دامج القضبان (Bus Coupler) .

4. مستعزل نقطة الحيادي Neutral Isolator
وهو المستعزل الذي يصل نقطة الحيادي على طرف الجهد المنخفض في المحول الإضافي مع المقاومة الأرضية .

5. مستعزل مجزئ القضبان Bus Section Isolator
وهو المستعزل الموجود في دائرة مجزئ القضبان وفي الغالب يحمل الأرقام التالية : (S4 ،S8 ) إذا كان على القضبان الرئيسية و ( P6 ، P9 ) إذا كان على القضبان الاحتياطية .


3-3-4 القاطع الأرضي Earth Switch
ويستخدم القاطع الأرضي لأغراض الصيانة ، حيث يتم تأريض الجزء المراد صيانته حماية للأشخاص ، وغالبا ما يتم تركيب القاطع الأرضي على القاطع اليدوي ، والهدف من وجوده هو تأريض الخط كما انه يوجد نظام تقافل ميكانيكي حيث لا يعمل القاطع الأرضي إلا بعد فتح العازل اليدوي .
و يكون القاطع الأرضي موجودا على طرفي دائرة الخط وذلك لضمان عزل كامل للدائرة أثناء عمليات الصيانة التي تجرى على دائرة الخط مثلا وفي الغالب يحمل الرقم (1.) .


3-3-5 محولات التيار Current Transformer
يكون محول التيار عادة قبل القاطع الآلي ، ويقوم بتحويل التيار إلى قيمة قليلة ( 1 أمبير أو 5 أمبير ) تعتمد على نوع الأداة التي يغذيها ، انظر إلى الشكل (4) في الملحق الذي يبين محول التيار .
ومن الآلات و الأدوات التي يغذيها محول التيار :
• أجهزة القياس .
• بعض مرحلات الحماية .
• مسجل الأخطاء Fault Recorder .

ويكون العزل في محولات التيار إما بغاز SF6 أو بالورق المشبع بالزيت .

إن الفرق الجوهري والمبدئي بين محولات قياس التيار ومحولات قياس الجهد هو أن محولات التيار يوصل ملفها الابتدائي على التوالي مع الدائرة المراد قياس التيار المار فيها ، وبالنتيجة فانه يمر من خلال الملف الابتدائي كل تيار الحمل أو تيار القصر ، ويقوم محول التيار بتغذية أجهزة الحماية والقياس التي تحتاج إلى تيار .
ولا يسمح أبدا أن يتعرض الملف الثانوي لمحول التيار إلى الفتح ، لأنه سوف يتولد عند ذلك جهد عالي جدا على طرفي الملف الثانوي ، ينشأ عنها قوس كهربائي عالي يؤدي بالتالي إلى تعطيل محول التيار .



3-3-6 القاطع الآلي Circuit Breaker
يعرف على انه جهاز قفل وفتح ميكانيكي له القدرة على وصل وفصل التيار تحت ظروف تشغيل مختلفة ، ويمكن القول أن القاطع الآلي له مهمتان هما :

1. فصل و وصل الدائرة الكهربائية في الظروف التشغيلية العادية لغايات التشغيل أو الصيانة اللازمة بسهولة وذلك لان الفصل أو الوصل يتم تحت تيارات الأحمال العادية .

2. فصل الدائرة الكهربائية في الظروف غير العادية ؛ مثل الأعطال الكهربائية أو الأحمال الزائدة " Over Load" ، وتكون مهمة القاطع اكثر صعوبة من الحالة السابقة وذلك لارتفاع قيم تيارات الأعطال التي قد تصل إلى عدة أضعاف التيار الاعتيادي .


وبما أن القاطع الآلي يقوم بعملية فصل و وصل التيار فلا بد من وجود طرق لإطفاء الشرارة العالية الناتجة عن ذلك ، و يستخدم لهذا الغرض الزيت و يسمى القاطع الآلي الزيتي (Circuit Breaker Oil) و غاز سادس فلوريد الكبريت و يسمى القاطع الآلي الغازي (SF6 Circuit Breaker) .


• القاطع الآلي الزيتي Oil Circuit Breaker
حيث يعتبر من اقدم أنواع القواطع الآلية المستخدمة ، و هناك نوعين :
1. قواطع آلية تحتوي على كمية كبيرة من الزيت وتعرف باسم Bulk Oil Circuit Breaker .
2. قواطع آلية تحتوي على كمية قليلة من الزيت و تعرف باسم Minimum Oil Circuit Breaker .

انظر إلى الشكل (5) في الملحق الذي يبين القواطع الآلية ، وللزيت المستخدم في مثل هذه القواطع مجموعة من الصفات والخصائص الجيدة وهي :
1. له عازلية عالية .
2. يمتلك درجة منخفضة من الرطوبة .
3. يمتاز بدرجة غليان ودرجة وميض عاليتين .
4. يساعد على عملية إطفاء الشرارة وتكون الغازات الناتجة عن الزيت ذات فدرة عالية على التبريد .

ومن سيئات الزيوت المستخدمة في القواطع الآلية :

1. قابل للاشتعال .
2. يشكل خليطا متفجرا مع الهواء عند حدوث شرارة .
3. يحتاج إلى صيانة و مراقبة دائمة .



• القاطع الآلي الغازي Circuit Breaker SF6
وهذه القواطع الآلية تستخدم غاز ساد فلوريد الكبريت (SF6) المضغوط ، وهو غاز خامل ذو عازلية عالية وغير سام وغير قابل للاشتعال ، ويضغط الغاز في القواطع الآلية على ضغط مقداره (5 Bar) ، ومن أهم مميزاته :
1. عند الضغط الجوي تكون قوة العزل ( Dielectric Strength) اكثر من الهواء بضعفين أو بثلاثة أضعاف .

2. قابليته لنقل و تبديد الحرارة ، وعند الضغط الجوي تكون اكبر بضعفين أو بضعفين ونصف .

3. يعتبر مستقرا كيميائيا بعكس الزيت وغير قابل للاشتعال .

4. يتم إطفاء الشرارة بحيز اقل من الأنواع الأخرى .

وحتى تتم عمليات فتح وإغلاق القواطع الآلية بشكل سريع بحيث نضمن السلامة والدقة في حماية الأشخاص والمعدات فانه يتم استخدام عدة أنظمة لتحقيق هذا الغرض :-
1. النظام الهوائي
حيث يتم استخدام ضاغطة لضغط الهواء داخل اسطوانة خاصة وبضغط كافي لعمل
(Off/On/Off) في حال توقفت المضخة عن العمل ، كما أن المضخة تعمل أتوماتيكيا عندما ينخفض ضغط الهواء .

2. النظام الزنبركي
حيث يستخدم في هذا النظام زنبرك من نوع خاص لاتمام عملية الوصل والفصل ، ويتم إعادة هذا الزنبرك للوضع السابق (شحنه) باستخدام محرك صغير (DC Motor) ، ويعتبر هذا النظام جيدا وذلك لقلة أعمال الصيانة التي يحتاجها .

3. النظام الهيدروليكي
ويستخدم الزيت الهيدروليكي في هذا النظام حيث يتم ضغطه داخل اسطوانة مملوءة بغاز النيتروجين الذي يقوم بدوره على فتح أو إغلاق القاطع الآلي .

وتحتوي بعض أنواع القواطع الآلية على ثلاثة ملفات اثنان منهما لفتح القاطع الآلي (عن طريق المراقبة والآخر عن طريق الحماية) ، والثالث لإغلاق القاطع الآلي ، ويتم التحكم في القاطع الآلي على النحو التالي :
1. التحكم المراقب (Supervisory) عن طريق مركز المراقبة و التحكم .
2. التحكم عن بعد (Remotely) عن طريق غرف التحكم في المحطات .
3. التحكم محليا (Locally) من خلال مفتاح موجود على القاطع الآلي .
4. التحكم يدويا (Manually) باستخدام قضيب خاص موجود على القاطع الآلي .

3-4 القضبان المجمعة (Busbars)
وهي عبارة عن قضبان معدنية مفرغة من الداخل إما أن تكون نحاسية أو من الألمنيوم مخصصة لتجميع الطاقة الكهربائية القادمة من المصادر تمهيدا لتوزيعها على الأحمال كالمحولات والخطوط .

في الأردن يوجد نظامين من القضبان العمومية وهي :
• نظام القضبان الفردي Single Busbar
ويوجد هذا النظام في المحطات التي تغذي أحمال قليلة حيث يعتبر هذا النظام بسيطا وذو تكلفة منخفضة ، لكنه لا يعطي المرونة الكافية للمحطة في حالة حدوث عطل أو للقيام بأعمال الصيانة .
• نظام القضبان المزدوج Double Busbar
ويوجد هذا النظام في المحطات ا لتي تغذي أحمال عالية وذات أهمية من حيث الموقع ، وفيه يسمى أحد القضبان رئيسيا (Main Busbar) والآخر احتياطيا (Reserve Busbar) ، ويعطي هذا النظام المرونة الكافية لضمان استمرارية الحمل حتى أثناء عمليات الصيانة أو الأعطال .

ومن متممات القضبان العمومية التجهيزات التالية :
- مجزئ القضبان Bus Section
يبين الشكل (3-2) مجزئ القضبان ، وهو عبارة عن قاطع آلي يقوم بتجزئة القضبان إلى جزأين مما يعطي المحطة مرونة في ضمان استمرارية التغذية للأحمال أثناء حدوث الأعطال أو إجراء أعمال الصيانة على أحد الأجزاء .











- دامج القضبان Bus Coupler
يبين الشكل (3- 3) دامج القضبان ، وهو عبارة عن قاطع آلي يقوم بعملية ربط القضبان الرئيسية مع القضبان الاحتياطية معا وذلك يؤمن استمرارية التغذية للأحمال أثناء حدوث الأعطال أو إجراء الصيانة على أحد القضبان .











3-5 مجموعات المكثفات والمفاعلات المتوازية Capacitors and Reactors Banks

مجموعات المكثفات Capacitors Banks :
وهي عبارة عن مجموعات من المكثفات على شكل خلايا موصولة بنظام معين على التوازي والتوالي لتعطي المجموعة الواحدة (7.5 MVAR ) ، ويوجد في المحطة 3 وحدات . وتوضع المكثفات على طرف الفولتية المنخفضة (33KV) ، وتستخدم لتعويض النقص الحاصل في القدرة المراكسة (Reactive Power) والتي تؤدي إلى انخفاض القدرة الكلية .

المفاعلات المتوازية Shunt Reactors :
وهي عبارة عن مفاعلات موصولة على التوازي مع المحول ، تعمل على امتصاص القدرة المراكسة الزائدة عند انخفاض الأحمال (Light Loads