نسق محطات المحولات

نسق محطات المحولات
Substations Layout

1-
أنواع محطات المحولات الكهربية
Types of Substations
تنشأ محطات التوليد الكهربية بصورة عامة بعيدة عن مراكز الأحمال الكهربية
وذلك بسبب الجدوى الاقتصادية لإنشاء المحطة . ولنقل الطاقة الكهربية
لمسافات كبيرة يتم رفع الجهد الكهربي لتقليل الفاقد في الخطوط الكهربية
ولكن عند استغلال هذه الطاقة لابد من خفض الجهد مرة ثانية للموائمة مع
الأحمال الكهربية . وتقسم محطات المحولات بصورة عامة إلى:

أ‌-
محطات محولات لرفع جهد المولد في محطات التوليد وذلك من خلال محولات رفع
الجهد Step up transformer ويطلق على المحولات اسم Machine Transforms
نظرا لارتباطها بالمولد. وغالبية هذه المحولات تحتوي على ملفين حيث يتم
توصيل ملف المحول المتصل بالمولد علي شكل دلتا Delta ومن ناحية الشبكة
(الملف الآخر) يكون نجمة (Star) ونقطة التعادل (Star point) تكون متصلة
مباشرة بالأرض (Solidly earthed) وفى بعض الحالات (نسبيًا قليلة) يكون
المحول ذو ثلاث ملفات وذلك للحصول على قيمتين مختلفتين للجهد . كذلك قد
تتصل نقطة تعادل المحول بممانعة بالأرض .

ب‌-
محطات محولات الشبكات Network Transformer Substations
تحتوي هذه المحطات على محولات لخفض الجهد - ولكنه لا يصل بعد إلى جهد
التوزيع - وقد يستخدم فى هذه المحطات محولات ذاتية Autotransformers
لجدواها الاقتصادية وقد تعطي هذه المحولات قيمة واحدة أو قيمتين للجهد فى
الدائرة الثانوية Secondary circuit طبقًا لعدد الملفات .
وفى الغالب تحتوي شبكات القوي الكهربية على مجموعة أخري من محطات المحولات
لخفض الجهد مرة ثانية - لكنه لا يصل بعد إلى جهد التوزيع – مثال ذلك محولات
500/220 ك . ف . ومحولات 220/66 ك.ف وتختار أماكن هذه المحطات طبقًا
لتوزيع مراكز الأحمال الكهربية .

جـ-
محطات محولات التوزيع Distribution Substations تبدأ شبكات التوزيع بمحطات
محولات التوزيع وهي محطات لخفض الجهد مرة ثانية Step - down transformer
ومن الدائرة الثانوية للمحولات تمتد خطوط الكهرباء Primary feeders إلى
محولات التوزيع Distribution transformers ومنها تخرج خطوط التغذية
Secondary feeder للمستهلك النهائي End user وتقسم الأحمال الكهربية من حيث
طبيعة الاستهلاك إلى أحمال صناعية Industrial loads أحمال تجارية
Commercial loads أحمال سكينة Residential loads وأحمال خاصة تتطلب
اشتراطات يجب توافرها فى مصدر التغذية الكهربية لها .

وتنقسم محطات المحولات من ناحية الإنشاء Construction features إلى :
1- محطات تقام فى الهواء الطلق – Outdoor Substation
2- محطات مغطاة Indoor Substation
3- محطات تقام اسفل الأرض Underground Substation
4- محطات معلقة سواء مفتوحة أو فى كشك Pole mounting - Open or Kiosk

ويتوقف نوع المحطة على نسبة تحويل الجهد ، والعوامل الاقتصادية و سعة
المكان وطبيعته وإجراءات الأمان وغيرها. و الشكل (1) يبين مخططا لأحد
محطات محولات داخل مبني.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

محطات المحولات المتحركة
Mobile Substations
رغم اعتبارات الحماية والاستعواض Backup فقد يحدث انهيار لمبان التغذية أو
المحولات أو كليهما معًا في محطة المحولات ، مما يسبب قطع التغذية تمامًا
لفترة من الزمن في هذه الحالة يمكن استخدام محطة محولات متحركة جميع
أجهزتها محمولة على جرارات كبيرة بمقطورة Large Tractor Trailer ، وبصورة
عامة سعة هذه المحطات لا تزيد عن 40 ميجا فولت أمبير - وذلك يسبب اعتبارات
الحجم والوزن للحركة ويمكن تجهيز هذه المحطة فى خلال ثلاث إلى ستة ساعات .
شكل رقم (2) يبين مثالا لهذا النوع من محطات المحولات .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

2-
الأعمال المدنية والكهربية لمحطات المحولات
Civil and Electrical works in Substations

2-1 الأعمال المدنية وتشمل :
• المباني سواء السكنية أو غير السكنية ( مكاتب - مخازن - ورش إصلاح -
مجرات تحكم وغيرها .... )
• خطوط سكة حديد وأوناش معلقة
Railway track and overhead cranes cable trenches
• ممرات كابلات
• طرق وممرات
• سياج لحماية أجهزة القطع Fencing around switch yard

2-2 الأعمال الكهربية:
• اختيار ترتيب قضبان التوزيع Bas Bar arrangement
• اختيار أجهزة الفصل Isolators
• اختيار محولات القياس Instrument transformers
• اختيار أجهزة القطع Circuit Breaker
• اختيار كابح الصواعق Lightning arrestors
• اختيار محولات القوي Power transformers
• نظم الحماية Protective relaying schemes
• اختيار أجهزة تعديل الجهد Vol***e regulating equipment
• اختيار الكبلات
• اختيار نظم التأريض Earthing System
• اختيار الإضاءة Illumination System
• اختيار الحماية من الحريق Fire Protection system
• اختيار وسائل الاتصالات Communication Systems
• اختيار وسائل التغذية الإضافية Auxiliary supply
• اختيار الشابك للتنظيم Interlocks
وبوجه عام فإن تصميم محطة المحولات يجب أن يحقق المرونة flexible والبساطة
وقلة التكلفة الاقتصادية مع ارتفاع جودة الأداء.

3-
النسق الكهربي لمحطة محولات
Electrical layout of Substation
يبين النسق الكهربي للمحطة طريقة ترتيب قضبان التوزيع والأماكن النسبية
للأجهزة والاتصال فيما بينها بخطوط وقد يسمي هذا المخطط أيضًا بـ Key
diagram . بينما فى المخطط المدني توضح الأجهزة مع الاحتفاظ بالمسافات
وزاوية الميل بمقياس رسم مناسب . و يوضح الشكل (3) مثالا لمحطة محولات.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
.

4-
قضبان التوزيع
Bus Bars
تعتبر قضبان التوزيع من أهم مكونات المحطات حيث يمر بها قدرة كهربية عالية
وأي عطل بها يسبب انقطاع التغذية لذلك يجب مراعاة جودة التصميم الكهربي .
والناحية الإنشائية فى التثبيت لتحمل القوي المعرضة لها .

1-4 أنواع قضبان التوزيع
يوجد نوعان أساسيان هما :
• القضيب الصلب Rigid bus
• القضيب المرن Strain bus
وفى الغالب تستخدم القضبان الصلبة فى حالة الجهد الكهربي المتوسط والمنخفض
وتكون مصنوعة من الألومنيوم أو النحاس على هيئة قضبان Bars أو أنبوبة Tubes
ويستخدم للتثبيت والعزل Pedestal - type وفى حالة الجهد العالي تستخدم
القضبان المرنة المصنوعة من أسلاك الألومنيوم المجدولة والمدعمة ACSR أو
من النحاس و يتم تثبيتها على عوازل Strain type insulators.

4-2 مادة القضبان Bus conductor material
يعتمد اختيار المادة التي تصنع منها القضبان على عدة عوامل هي :
- قيمة الفقد في الجهد المسموح به
- الفاقد في القدرة الكهربية
- سعة التيار المار
- قيمة تيار القصر
- تآكل المعدن
- الحمل الديناميكي للرياح والاستاتيكي للثلوج المتراكم
وبوجه عام يستخدم الألومنيوم والنحاس وسبائك الألومنيوم المعالجة حراريًا
Heat - treatable aluminum alloys وخاصة في حالة الأنابيب التي تستخدم في
الجهد العالي والفائق .
ويتميز الألومنيوم عن النحاس بأنه اقل في الوزن . كذلك يحتاج لصيانة أقل
وان كان لسعة معينة للتيار وارتفاع مسموح به لدرجة الحرارة يكون مقطع موصل
الألومنيوم أكبر بحوالي 33% من موصل النحاس .

3-4 الأشكال العمومية لترتيب قضبان التوزيع Common bus bar
arrangement

4-3-1 قضيب مفرد Single bus bar
يوضح الشكل (3) مثالا لهذه الحالة.

2-3-4 قضيب مفرد مع مقسم Single bus bar with bus sectionalizer
يتميز القضيب المفرد بالبساطة و قلة التكاليف عند التنفيذ و لرفع درجة
العول ( reliability ) يمكن تقسيمه الي أجزاء- الغالب جزأين فقط – كما في
الشكل (4) . و كل جزء يتصل بمغذي (feeder) ومن ناحية و من الناحية الأخرى
تتصل الأحمال الكهربية. و لرفع الكفاءة يفضل أن تستخدم قواطع تيار (
circuit breaker) لفصل الأجزاء و ليس باستخدام سكينة عزل (isolator
breaker) حيث يمكن أن يكون هناك فرق في الجهد بين الجزأين و بذلك يمر تيار
عند التوصيل.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

3-3-4 ثنائي القضبان Double bus bar
لرفع درجة العول ومع إمكانية زيادة التكلفة يتم استخدام قضبان ثنائية و
يكون التشغيل كالأتي:
‌أ- توزع الأحمال علي القضبان
‌ب- تقسم الأحمال الي مجموعات و يتم تغذية كل مجموعة من قضيب
‌ج- يمكن عمل الصيانة لقضيب دون قطع التيار عن الأحمال بنقلها الي القضيب
الأخر
و يوضح شكل (5) كيفية ربط القضيبان بقاطع دائرة Bus coupler circuit
breaker لنقل الأحمال من قضيب لأخر ، نظرا لأن سكينة الفصل لا تستطيع قطع
تيار الحمل. و عند إجراء الصيانة لأجهزة القطع لابد من فصل التغذية. و قد
يسمي هذا النظام اثنان من القضبان مع جهاز قطع واحد Double bus bar with
single breaker

4-3-4 ثنائي القضبان و جهاز القطع Double bus bar double circuit breaker
يوضح شكل (6) مخطط لهذا النظام الذي يعتبر عالي التكلفة. لذا فأن استخدامه
في محطات المحولات قليل نسبيا و يستخدم في محطات المحولات الكبيرة.

5-3-4 ثنائي القضبان وواحد و نصف جهاز قطع Double bus bar one and half
circuit breaker
الشكل (7) يوضح مخططا لهذا النظام و يظهر فيه التوفير في عدد أجهزة القطع ،
فلكل دائرتين يوجد جهاز قطع واحد احتياطي (Spare breaker) . و يلزم لهذا
النظام أجهزة وقاية معقدة و لذا فانه غير شائع الاستخدام.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

6-3-4 قضيبان أساسي و تحويل Main and transfer bus bar
المخطط الموضح في الشكل (8) يسمح بإجراء صيانة لأجهزة القطع ، لكن يستخدم
عدد اكبر من أجهزة الفصل isolators و يلزم الحرص عند الانتقال من قضيب إلي
أخر.

7-3-4 قضيبان مع جهاز فصل جانبي
شكل (9) يوضح مخطط هذا النظام الذي يعتبر خليط من نظام ثنائي القضبان و
نظام قضيب أساسي و قضيب تحويل. و يسمح بإجراء صيانة لأجهزة القطع و لكن يتم
استخدام أجهزة فصل أكثر. و يتميز بالبساطة في التشغيل. و لإجراء الصيانة
يمكن قطع التغذية لفترة و جيزة ، خلال فترة الأحمال الخفيفة مثلا ، يتم
خلالها النقل مع تجنب وضع أجهزة الفصل علي دائرة واحدة.

8-3-4 مخطط الشبكة أو الحلقة Mesh or ring scheme
المخطط الموضح في شكل (10) يبين ترتيب أجهزة الفصل و القطع و الذي يتميز
بالتالي:
1- يسمح بتغذية ثنائية لكل دائرة
2- يسمح بإجراء صيانة لأجهزة القطع
3- اقل في التكلفة من نظام قضبان ثنائية
و ينصح ألا يزيد عدد الدوائر التي يغذيها النظام عن 6 دوائر لذلك فانه غير
مناسب في حالة الشبكات الجاري فيها التوسعات ( Developing systems) .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

5-
محطات المحولات فى نظم التوزيع
Distribution Substations
شكل رقم (11) يبين أبسط صورة لمحطة توزيع حيث يغذي المحطة موزع رئيسي واحد
و يظهر جهاز القاطع و معدات الفصل و يمكن حذف مفتاح الفصل لجهاز القطع من
ناحية الحمل الكهربي و ان كان يفضل وضع مفاتيح فصل قبل و بعد القاطع .

وشكل رقم (12) يبين محطة محولات تحتوي علي محولين كل محول متصل بمغذي مستقل
وسعة المحول تبلغ 75% من سعة المحطة. و يتميز هذا النظام بقلة قيمة تيار
القصر نسبيا و مفتاح فصل الحمل الموجود المتصل بقضيب التوزيع لا يغلق إلا
إذا كان أحد المفاتيح الموجودة علي الملف الثانوي للمحولات في وضع الفتح.

شكل (13) يبين محطة محولات ذات تكلفة اقتصادية أعلي و تتميز بدرجة عول
أكبر. و تحتوي المحطة علي أجهزة قطع متصلة بقضيب التوزيع و كذلك علي طرف
الملف الثانوي للمحول ويعمل النظام اتوماتيكيا لضمان استمرار التغذية.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

» وقاية المحولات الكهربية
» نسق محطات التوليد
» محطات الوقود: استثمار ولكن..