كيفية تثبيت وتوصيل المحولات الكهربائية
تُعرف المحولات الكهربائية على أنّها معدات كهربائية تستخدم لنقل الطاقة من دارة لأخرى أو أكثر مع المحافظة على التردد، وتستخدم في العديد من التطبيقات بمجالات متنوعة. على سبيل المثال تخفيض الجهد في الدوائر لتشغيل الأجهزة التي تعمل على الجهود المنخفضة مثل جرس المنزل أو ألعاب الأطفال، أو رفع الجهد لنقل الطاقة لمسافات طويلة. فلنتعرّف على أجزائها الرئيسيّة، وطريقة عملها، وكيفية تثبيت وتوصيل المحولات الكهربائية على الشبكة.
الأجزاء الأساسية في المحولة الكهربائية
تتكون المحولات الكهربائية من الأجزاء الثلاثة الرئيسية التالية:
- الملف الأولي للمحول: وهو عبارة عن سلك ملفوف حول نواة المحول وهو الذي ينتج التدفق المغناطيسي عند توصيله بمصدر كهربائي.
- النواة المغناطيسية للمحول: وهي الجزء الذي سيمر به التدفق المغناطيسي الناتج عن الملف الأولي، والذي سيمر عبر مسار الممانعة المنخفض المرتبط بالملف الثانوي لخلق دارة مغناطيسية مغلقة.
- الملف الثانوي للمحول: يصل التدفق المغناطيسي الناتج عن الملف الأولي، عبر اللب ، ويرتبط بالملف الثانوي. هذا اللف يجرح أيضًا في نفس النواة ويعطي الناتج المطلوب للمحول.
آلية عمل المحول الكهربائي
تعمل المحولات الكهربائية وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي والحث المتبادل لفاراداي، لذا عندما يمر تيار متناوب في الملف الأولي فإنّ ذلك سيؤدي إلى توليد تدفق مغناطيسي متغير في القلب تبعًا لقانون فاراداي، سيولد التدفق المغناطيسي الناتج قوة محركة كهربائية في الملف الثانوي المرتبط بالقلب الذي يلف عليه الملف الأولي أيضًا، بتلك الطريقة ينتج جهد كهربائي على خرج المحولة مرتفع أو منخفض بالنسبة لجهد الدخل بناءً على عدد لفات كلا الملفين ونسبة التحويل الناتجة.
يمكن تلخيص عمل المحول بأنّه يقوم على نقل الطاقة الكهربائية من دائرة إلى أخرى عن طريق الحث الكهرومغناطيسي دون أي تغيير في التردد.
قدرة المحولات الكهربائية
هي الطاقة القصوى التي يمكن للمحولة تقديمها لتشغيل الأحمال المربوطة معها، تقاس بالكيلو فولت أمبير، وتشمل الاستطاعات القياسية لأنواع المحولات قدرة 15، و30، و45، و75، و150، و225، و300، و500، و1000 كيلو فولت أمبير، كما تتوفر قدرات أكبر من ذلك للتطبيقات الصناعية الكبرى وتطبيقات نقل الطاقة.
بالإضافة للقدرة، تتميز المحولات بمجموعة من المعاملات الفيزيائية الهامة الأخرى التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار عند اختيار وتوصيل المحولات الكهربائية وهي:
- الجهد: جهد الملف الأولي والثانوي والمواد الأساسية للفات وطريقة لفها تلعب دورًا في اختيار المحول، بالإضافة إلى توصيل ملفات المحول، وصل نجمي أم مثلثي، حيث تأخذ معظم المحولات توصيل نجمي على خرجها، وذلك لتأمين قطب تأريض لتأريض المحول.
- كفاءة الطاقة: تفرض وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) أن تحمل المحولات شهادة كفاءة من اللوائح التي تم الاعتماد عليها اعتبارًا من 1 كانون الأول من العام 2016 والمعروفة باسم DOE-2016، حيث يتوجب حتمًا أن تحمل جميع المحولات المنتجة أو المستوردة في الولايات المتحدة الأمريكية أن تتوافق مع لوائح DOE-2016.
- مستوى الصوت: تُصدر جميع المحولات اهتزازات وضجيج قوي ناتج عن التمدد المغناطيسي وانكماش النوى، لا يمكن التخلص من هذه الاهتزازات بشكل تام لكن يمكن التخفيف منها عن طريق استخدام وسادات عزل الاهتزازات أو وضع المحول في غرفة عازلة للصوت.
- تصنيف العزل: يعبر هذا التصنيف عن درجة الحرارة القصوى مقاسة بالدرجة المئوية التي يمكن عندها أن تعمل ملفات المحول دون أن تتعرض عازليتها لأي ضرر.
- ارتفاع درجة الحرارة: هو متوسط التغير في درجة حرارة الملفات بين حالة عدم التحميل وحالة الحمولة الكاملة مقاسًا بالدرجات المئوية، يُعتمد على هذا العامل في اختيار نوع العزل للملفات، ويكون المتوسط في المحولات الجافة بين 80 أو 115 أو 150 درجة مئوية، بينما في المحولات التي تستخدم الزيت للعزل يكون حوالي 60 درجة مئوية.
- بدل النقاط الساخنة: لا تُسخن ملفات المحولات بالتساوي أثناء التشغيل، حيث سيكون الجزء الداخلي منها أكثر سخونة من الجزء الخارجي على اعتبارها تقع بالقرب من فتحات التهوية، يدخل هذا العامل أيضًا في تحديد نوع العازل.
- درجة الحرارة المحيطة: يحدد هذا العامل متوسط درجة الحرارة في البيئة المحيطة التي سيتواجد فيها المحول على مدار 24 ساعة مقاسًا بالدرجات المئوية، عادةً يكون حوالي 40 درجة مئوية.
- درجة الحرارة القصوى: هي مجموع العوامل الثلاثة السابقة، درجة الحرارة المحيطة وارتفاع درجة الحرارة وبدل النقاط الساخنة.
- اللوحة الاسمية: يجب أن تزود كل محولة، بل كل جهاز كهربائي، بلوحة اسمية ملصقة عليها تضم جميع بارامترات المحولة، مثل الرقم المتسلسل واسم الشركة المصنعة وقدرة المحولة والتردد وجهد الملفات الأولية والثانوية وكمية ونوع سائل العزل (في حال وجد) وشهادات الجودة التي تحملها وغيرها من البارمترات.
توصيل المحولات الكهربائية
مثلها مثل أي جهاز كهربائي يلزم توصيل المحولة مستوى مقبولًا من الخبرة والاطلاع على آلية التركيب، تتضمن عملية التركيب بعض الخطوات الأساسية التي يتوجب اتباعها لضمان تشغيل الآلة بشكل سليم، وهي:
-
قبل البدء يجب التأكد من أنّ عملية التركيب تتضمن إجراءات تأريض، ومن ثمّ تحديد الموصلات والأسلاك الملائمة لإتمام عملية التركيب بأمان وكفاءة.
-
وصل طرف الأرضي للوحة المحول مع قضيب تأريض موصول مع الأرض، في بعض أنواع المحولات يتطلب أيضًا توصيل القطب المحايد على الدخل والخرج مع الأرض.
-
وصل كابلات الدخل، بعد التأكد من استخدام الكابلات بمقاطع مناسبة وفصل التغذية الكهربائية قبل توصيلها مع دخل المحول.
-
وصل كابلات الخرج، في بعض أنواع المحولات تتكون كابلات الخرج من سلكين أو أكثر بجهود مختلفة لذا يتطلب توصيلها الاطلاع على إرشادات التوصيل المرفقة.
-
وصل مفتاح قاطع (فصل/وصل) أو منصهرة ملائمة لجهد دخل/خرج المحول على كابل الدخل/الخرج الأساسي للمحول لتأمين عزل إضافي في حال حدوث أي خلل.
تفيد النصائح التالية في توصيل المحولات الكهربائية بأمان وسلامة أكبر: