ما هو مبدل نقاط التحميل في المحول؟

• يؤدي نقل وصلة المحول من مخرج لف إلى آخر إلى تغيير نسبة اللفات الفعالة للمحول، وبالتالي تغيير نسبة الجهد. ويقوم مبدل مخرجات الحمل بهذه العملية بينما يظل المحول موصلاً بالتيار ويحمل الحمل.
• OLTC هو الاختصار الدولي الشائع لمبدل المراحل تحت الحمل. وفي الممارسة المتبعة في أمريكا الشمالية، يُطلق على الجهاز نفسه عادةً اسم LTC.
• يُعد كل موضع من مواضع التوصيل نقطة توصيل ثابتة على ملف التنظيم. ويتم ضبط الجهد بخطوات منفصلة، وليس بشكل مستمر.
• لا يمكن قطع تيار الحمل أثناء عملية تغيير المخرج، كما لا يمكن ربط مخرجين متجاورين مباشرةً. ولذلك، يستخدم كل محول OLTC مرحلة انتقالية تحد من التيار الدائر.
• كما أن مبدلات المخرجات خارج الدائرة (غير المزودة بالطاقة) تغير النسبة أيضًا، ولكن فقط عندما يكون المحول خارج الخدمة.

جدول المحتويات

1. ما هي وظيفة مبدل التوصيلات الكهربائية؟
2. لماذا تحتاج محولات الطاقة إلى مبدلات التردد
3. كيف يعمل مبدل التوصيلات تحت الحمل
4. الأجزاء الرئيسية لمبدل التوصيلات أثناء الحمل
5. مبدلات المخرجات تحت الحمل مقابل مبدلات المخرجات خارج الدائرة
6. التصاميم الشائعة لمحطات OLTC
7. مشاكل مبدل نقاط التحميل ومراقبة حالته
8. الأسئلة الشائعة حول مبدل نقاط التحميل

1. ما هي وظيفة مبدل نقاط التحميل؟

يعمل مبدل نقاط التوصيل تحت الحمل على ضبط نسبة الجهد في المحول عن طريق اختيار نقطة توصيل مختلفة على الملف المنظم، مما يؤدي إلى تغيير عدد اللفات في الدائرة. وهو لا يرفع الجهد أو يخفضه بشكل مباشر، بل يغير نسبة اللفات الفعالة، فيتبع ذلك تغير في جهد الخرج. ونظرًا لأن التغيير يحدث أثناء تزويد المحول بالطاقة وتحت الحمل، فإن تنظيم الجهد يستمر دون انقطاع.

العلاقة الأساسية بسيطة. يتناسب الجهد الكهربائي على كل جانب من جوانب المحول مع عدد اللفات على ذلك الجانب، لذا فإن تغيير عدد اللفات المتصلة يؤدي إلى تغيير النسبة. ويصف المشغلون الإعداد الحالي بـ«موضع مأخذ المحول»، ويقوم نظام التحكم في الجهد برفع هذا الموضع أو خفضه تدريجيًّا.

2. لماذا تحتاج محولات الطاقة إلى مبدلات التوصيل

لا يظل جهد الشبكة ثابتًا أبدًا. فالأحمال تتغير على مدار اليوم، ويتقلب الجهد في اتجاه المنبع مع عمليات التبديل في الشبكة، كما يتغير إنتاج الطاقة وفقًا للطلب والظروف الجوية. أما المحول الذي يتمتع بنسبة لفات ثابتة واحدة، فينقل كل ذلك مباشرةً إلى الجانب الثانوي.

عندما يتعين أن يظل الجهد الثانوي ضمن نطاق محدد، فإن هذه النسبة تحتاج إلى قدر من المرونة. وتكتسب مبدلات نقاط التحميل أهمية قصوى في الحالات التي يتعين فيها إجراء هذا التعديل دون انقطاع الخدمة، وهو أمر شائع في المحطات الفرعية ووحدات رفع الجهد الخاصة بالمولدات؛ انظر مراقبة محولات الطاقة لمعرفة الطريقة التي تُعامل بها هذه الأصول عادةً.

لا يحتوي كل محول على مبدل درجات الجهد أثناء التشغيل (OLTC). فبعضها يستخدم بدلاً من ذلك مبدلات الدرجات خارج الدائرة، ويعتمد الاختيار على طبيعة تشغيل المحول ومدى الحاجة إلى تنظيم الجهد في التطبيق المعني.

3. كيف يعمل مبدل الفروع تحت الحمل

وتتم العملية على النحو التالي: عند الحاجة إلى تصحيح الجهد، يصدر نظام التحكم أمرًا بتغيير نقطة التوصيل، ويتم تجهيز نقطة التوصيل التالية، ثم يُنقل تيار الحمل عبر مقاومة انتقالية، ويتم فصل نقطة التوصيل القديمة. وعندئذٍ يعمل المحول في وضع نقطة التوصيل الجديدة.

لماذا لا نكتفي ببساطة بفصل أحد المخرجات وتوصيل المخرج التالي؟ لأن المحول يحمل حملًا كهربائيًّا. فقطع الاتصال سيؤدي إلى انقطاع تيار الحمل ويسبب حدوث شرارة كهربائية عند نقاط التلامس. أما التوصيل بالمخرج التالي دون وجود مقاومة بينهما، فسيؤدي إلى حدوث قصر دارة في جزء الملف الفاصل بين المخرجين. ولذلك، يجب أن يتجنب مبدل المخرجات كلا الأمرين.

3.1 اختيار النقر

يتم اختيار نقطة التوصيل قبل نقل أي تيار. وفي العديد من التصميمات، ينتقل المحدد إلى نقطة التوصيل المجاورة دون أن يقوم بأي مهمة تبديل، بحيث تكون نقطة التوصيل جاهزة عند بدء عملية النقل. وتجمع بعض الترتيبات بين الاختيار والتبديل في عنصر واحد، لذا فإن هذا الفصل ليس شائعًا في جميع الحالات.

3.2 نقل التيار

يُعد نقل التيار الجزء الأكثر حساسية. في التصميمات التي تحتوي على مفتاح تحويل، تعمل آلية تخزين الطاقة — التي عادةً ما تكون عبارة عن زنبرك — على تحريك المفتاح بسرعة خلال مرحلة الانتقال. وخلال فترة وجيزة، يتم ربط الطرفين عبر مقاومة انتقالية. وتُستخدم المقاومات أو المفاعلات لهذا الغرض حسب التصميم، حيث تحافظ على التيار المتدفق بين المخرجين عند مستوى مقبول. وبمجرد أن يتحمل المخرج الجديد الحمل، يتم تحرير المخرج السابق.

4. الأجزاء الرئيسية لمبدل التوصيلات أثناء الحمل

تختلف بنية محولات OLTC باختلاف الشركة المصنعة ونوع المحول. تحتوي بعض الوحدات على حجرة زيت منفصلة لعنصر التبديل، في حين لا تحتوي وحدات أخرى على ذلك؛ لذا فإن القائمة أدناه تصف العناصر الشائعة وليست قائمة مواد شاملة.

5. مبدلات المخرجات تحت الحمل مقابل مبدلات المخرجات خارج الدائرة

كلاهما يغير نسبة اللفات. وما يميز بينهما هو ما إذا كان يجب فصل التيار عن المحول أولاً أم لا. ويُعد مبدل المراحل خارج الدائرة، الذي يُعرف أيضًا باسم مبدل المراحل غير المُزوَّد بالطاقة (DETC)، أبسط في التصميم، لكنه يتطلب انقطاع التيار قبل تغيير موضع المرحلة. أما مبدل المراحل أثناء التشغيل (OLTC) فيتيح إمكانية التنظيم أثناء التشغيل، على حساب تعقيد ميكانيكي أكبر.

ليس أي منهما أفضل في جميع الحالات. فالاختيار الصحيح يتوقف على طريقة استخدام المحول.

6. التصاميم الشائعة لمحطات OLTC

يمكن تصنيف دوائر OLTC بطرق مختلفة اعتمادًا على الدائرة الانتقالية، وتقنية التبديل، والترتيب المادي. وتتداخل هذه الفئات، لذا يمكن أن تنتمي وحدة واحدة إلى عدة فئات في آن واحد.

• حسب مقاومة الانتقال: تستخدم التصميمات من نوع المقاومات التبديل عالي السرعة عبر مقاومات انتقالية، بينما تستخدم التصميمات من نوع المفاعلات مفاعلاً لربط النقاط المتجاورة.
• من خلال تغيير التكنولوجيا: تعمل تصميمات التبديل الزيتي على قطع التيار في الزيت، في حين تستخدم تصميمات التفريغ قواطع تفريغ.
• حسب الترتيب: توجد بعض وحدات OLTC في حجرة مخصصة لها، بينما يتم تركيب أخرى داخل الخزان الرئيسي.

تعمل قواطع التفريغ على حصر قوس التبديل داخل زجاجات محكمة الإغلاق، مما يقلل من تلوث الزيت الناتج عن القوس الكهربائي مقارنةً بتصميمات قواطع التبديل الزيتية التقليدية. ولا تزال تصميمات التفريغ تحتوي على نقاط تلامس ومحركات وآليات تتعرض للتآكل وتحتاج إلى الفحص.

7. مشاكل مبدل نقاط التحميل ومراقبة حالته

جهاز OLTC هو آلية تعمل على نقل وتبديل تيار الحمل، ولذلك فإنها تتأثر بمرور الزمن بطرق تختلف عن الأجزاء الثابتة. وتشمل المشكلات الشائعة تآكل نقاط التلامس، أو المقاومة غير الطبيعية لنقاط التلامس أو ارتفاع درجة الحرارة، أو خلل في محرك التشغيل، أو المقاومة الميكانيكية أو الانحشار، أو التغيرات الناتجة عن الاهتزاز، أو التشغيل غير الكامل لمنافذ التوصيل، أو عدم تطابق موضع المنافذ، بالإضافة إلى تدهور الزيت في التصميمات التي تستخدم الزيت في عملية التبديل.

لا توجد قراءة واحدة تسمح بالتمييز بين هذه الحالات بشكل موثوق. تعتمد المراقبة المستمرة لحالة محول التيار المفتوح (OLTC) على دمج عدة إشارات، وهي التيار، ودرجة الحرارة، والاهتزاز، وعزم الدوران، وموضع الصمامات، ويتم مقارنة أي انحراف في إحدى هذه الإشارات مع الإشارات الأخرى. إن معلمات مراقبة حالة نظام OLTC يتم تناولها بمزيد من التفصيل في مقال مخصص لهذا الموضوع، أما بالنسبة للبرامج على مستوى الأسطول، فإن مراقبة حالة OLTC عبر الإنترنت يمكن أن يسهم هذا النهج في تخطيط أعمال الصيانة.

بالنسبة للمشاريع التي تتطلب بيانات تشغيل مستمرة، فإن نظام المراقبة عبر الإنترنت للمحولات (OLTC) من INNO-OLTC تسجل هذه الإشارات المتعلقة بالتبديل وتوفر معلومات عن الأحداث والاتجاهات والإنذارات من أجل تقييم الحالة. تشير القراءات إلى وجود سلوك غير طبيعي؛ إلا أن التشخيص النهائي لا يزال يعتمد على الفحص وتقدير فريق الصيانة.

يُعد «مستشعر حالة الخطوط الخارجية» (OLTC) مجرد مجال واحد من مجالات حالة المحول الكهربائي. فكل من درجة الحرارة، والغازات المذابة، والتفريغ الجزئي، وحالة العازل، يحمل معلومات مختلفة، ولهذا السبب مراقبة حالة المحولات الكهربائية عادةً ما يطلع عليها جميعًا.

8. الأسئلة الشائعة حول مبدل نقاط التحميل

8.1 ما هو مبدل نقاط التحميل في المحول؟

مبدل نقاط التوصيل تحت الحمل هو جهاز يعمل على تغيير نقطة التوصيل التي يستخدمها المحول في الملف، مما يؤدي إلى تغيير نسبة اللفات وبالتالي نسبة الجهد. ويعمل هذا الجهاز أثناء تزويد المحول بالطاقة وحمله للحمل، مما يتيح تنظيم الجهد دون انقطاع التيار.

8.2 ما الفرق بين الرعاية الطويلة الأمد (OLTC) والرعاية طويلة الأمد (LTC)؟

لا يوجد فرق وظيفي بينهما. يُعد مصطلح «OLTC» — وهو اختصار لـ«on-load tap changer» (مبدل المراحل تحت الحمل) — هو المصطلح الدولي الشائع، في حين يُستخدم مصطلح «LTC» — وهو اختصار لـ«load tap changer» (مبدل المراحل تحت الحمل) — على نطاق واسع في الممارسة المتبعة في أمريكا الشمالية. ويصف كلا المصطلحين جهاز مبدل المراحل الذي يعمل تحت الحمل.

8.3 ما الفرق بين مبدل المخرجات تحت الحمل ومبدل المخرجات خارج الدائرة؟

يقوم مبدل المراحل أثناء التشغيل بتغيير المراحل بينما المحول موصول بالتيار، وذلك باستخدام مرحلة انتقالية للحفاظ على استمرار تدفق التيار. أما مبدل المراحل خارج الدائرة فهو أبسط، لكنه يتطلب فصل التيار عن المحول قبل تغيير موضع المرحلة.

8.4 لماذا تحتاج مبدلات نقاط التحميل إلى مراقبة الحالة؟

يحتوي محول OLTC على أجزاء متحركة ويقوم بتحويل تيار الحمل، لذا تتعرض نقاط التلامس ووحدة التشغيل والآلية للتآكل تدريجيًا. وتُظهر مراقبة الإشارات مثل التيار ودرجة الحرارة والاهتزاز وعزم الدوران وموضع المخرج أي اتجاهات غير طبيعية في وقت أبكر مما تتيحه الفحوصات الدورية وحدها، على الرغم من أن التشخيص لا يزال يتطلب إجراء الفحص.