استجابة التردد النبضي لدائرة قصر الدائرة الداخلية للمحول الكهربائي

الهدف من دراسة التردد النبضي لدائرة قصر الدائرة الداخلية للمحول الكهربائي

ستؤدي مراقبة حالة المحولات وتشخيص الأعطال في المراحل المبكرة إلى تقليل وقت التوقف عن العمل ونفقات الصيانة، وبالتالي ضمان موثوقية نظام الطاقة، بحيث اكتسبت تقنيات الاختبار مثل (FRA) و (DGA) و (PDC) أهمية وتركيزاً، كما وكانت مجال جذب بين الباحثين على مستوى العالم.

كذلك تركز تقنيات مثل (DGA) و (PDC) على السلوك العازل بينما يعالج (FRA) قضايا مثل تشوه اللف والإزاحة، وكلا المحوري والقطري، بحيث حدد الباحثون أن التشوه الشعاعي للملف واستطالة الملف المحوري والحركات الكلية والمحلية والدوائر القصيرة هي الأخطاء المتكررة لملفات المحولات.

كذلك يمكن أن تحدث تشوهات اللف أيضاً بسبب الارتفاعات المفاجئة في نمط التحميل الكهربائي والتي، إذا لم يتم ملاحظتها؛ ستؤدي إلى أضرار جسيمة، حيث أثبتت الأبحاث في الماضي أن القضايا المذكورة أعلاه يمكن معالجتها من خلال نهج (FRA) عن طريق قياس وظائف التحويل الكهربائي للمحولات، وذلك على مدى تردد واسع ومتكرر.

لذلك يمكن إجراء تقييم الاستجابة لحالات الطوارئ من خلال تقنيتين، وهما تحليل استجابة تردد الاجتياح (SFRA) وتحليل استجابة التردد النبضي (IFRA)، كما يتم إجراء (SFRA) عن طريق تطبيق “إشارة جيبية” منخفضة الجهد الكهربائي ذات تردد متغير.

كما أنها تجتاح مجموعة واسعة من طيف التردد المحدد مسبقاً وقياس الاستجابة كوظيفة نقل، وذلك عبر نطاقات مختلفة من الترددات، بحيث يتم الحصول على مخطط (IFRA) من الاستجابات الخاصة بمكونات التردد المختلفة الموجودة في إشارة نبضة واحدة.

نظرية تشخيص الخطأ القائم على (FRA)

يعتمد (FRA) على “استجابة” المحول للترددات المختلفة لإشارة اختبار “الإدخال”، وعادة ما يشار إلى نسبة إشارة اختبار الإدخال إلى الاستجابة أو العكس في مجال التردد باسم “وظيفة النقل (TF)”، بحيث يمكن أن تكون وظيفة النقل في الشكل التالي (1)، حيث أن الممانعة أو القبول الذي يقدمه لف المحول بترددات كهربائية مختلفة لإشارة الاختبار.

كما يتم نقل الجهد من أحد طرفي الملف إلى الطرف الآخر للملف بترددات مختلفة أو أن الجهد المنقول من ملف إلى ملف آخر يكون بترددات مختلفة، ووفقاً لذلك؛ فإنه يُشار إلى هذه الأساليب باسم:

• وظيفة نقل الممانعة أو القبول.

• وظيفة “نقل الجهد الكهربائي” من طرف إلى طرف (EEV TF).

• وظيفة نقل الجهد الكهربائي (TV TF).

وعندما يتم رسم هذه الأحجام أو فرق الطور عند ترددات مختلفة مقابل الترددات المقابلة لها؛ فإنه يشار إليها باسم “مخططات (TF) (الحجم / الطور)”، كما أن كل هذه المقاربات لـ (FRA)، يمكن ملاحظة الاستجابة الترددية للمحول من خلالها، وذلك باستخدام إشارة الاختبار إما في شكل جهد نبضي (يشتمل على عدة مكونات تردد داخلها، وذلك وفقاً لمفاهيم تحويل فورييه).

أو في شكل مسح جيبي من الجهد المنخفض الذي يمتد من عدد قليل من هيرتز إلى بضعة ميغا هيرتز، بحيث سيتم تغيير حجم وظيفة النقل والمرحلة عند ترددات مختلفة عندما يتطور أي خطأ داخل المحول (مثل “الإزاحة المحورية / الشعاعية داخل اللفات والدوائر القصيرة البينية ومشاكل المغنطة الأساسية).

كما يُنظر إلى وظيفة النقل ضمن “الحالة الصحية للمحول” على أنها “وظيفة نقل الحالة الصحية أو وظيفة نقل التوقيع”، وبالمثل؛ فإن وظيفة النقل تحت أي حالة معيبة مشتبه بها للمحول سيتم اعتبارها “وظيفة نقل حالة الكلية”.

كذلك يمكن أن يكون الاختلاف بين مقادير وظيفة النقل في “الحالة الصحية” و “الحالة المعيبة” في مخططات (TF) على شكل:

• المظهر أو الاختفاء أي طفرات أو انخفاضات.

• تغييرات في مقادير أي مسامير أو الانخفاضات.

ومن حيث المبدأ؛ فإنه سيتم تحليل هذه الاختلافات التي تظهر في مخططات (TF) للمحول قيد التشخيص بالإشارة إلى الحالة الصحية أو مخطط (TF) الخاص به ورسمه لتشخيص أي خطأ محتمل داخل المحول الكهربائي.

المنهجية الخاصة لاستجابة التردد النبضي لدائرة قصر الدائرة

تفاصيل المحولات التي تم اختبارها

تم إجراء التحقيقات على محولات أحادية الطور ذات الجهود ( 1kVA ، 240V / 240V) ومحولات ثلاثية الطور ذات الجهود (5kVA ،440 V / 440 V)، بحيث يحتوي المحول (1) كيلو فولت أمبير على نقرات على إحدى لفاته عند مستويات (0V ، 30V ، 60V ، 120V ، 200V ، 240V) وبالمثل، يحتوي المحول (5) كيلو فولت أمبير على تنقيط عند مستويات (0V ،30 V ،115 V ،230 V ،440 V)، وذلك في جميع المراحل الثلاث للجانب المتصل بالنجوم.

كما تم محاكاة الدوائر القصيرة البينية أثناء التجريب بين الضمادات داخل إحدى اللفات، وذلك من خلال المقاوم (500)، (25) واط، حيث تم اختيار قيمة المقاوم بحيث يمكن أن تمثل فترة قصيرة في مرحلة تطوير (مستوى منخفض) ولا يمكن أن يتجاوز التيار المتداول داخل الجزء المختصر من الملف المستوى الحالي المقنن للملف، وبالتالي؛ فقد تم تجنب أي ضرر دائم محتمل للمحولات أثناء التجارب.

الإعدادات التجريبية الخاصة لاستجابة التردد النبضي لدائرة قصر الدائرة

من حيث المبدأ، يعتمد (FRA) على الاستجابات لمكونات التردد المختلفة لجهد النبضة المحقون في اللف، وبالتالي؛ فإن الاختبار يتطلب فقط نبضة ذات حجم معتدل (أقل بكثير من مستوى عزل النبض الأساسي (BIL) للمحول الذي تم اختباره)، وذلك مع مكونات تردد كافية تمتد من عدد قليل من هرتز إلى عدد قليل من (MHz)، ومن ثم لم يتم إعطاء أهمية كبيرة للحجم وشكل الموجة.

لذلك تم تصحيح إمداد التيار المتردد إلى مصدر تيار مستمر ثم تغذيته إلى مولد الجهد “ماركس إمبلس” المركب محلياً ومتعدد المراحل مع مكونات تشكيل الموجة القابلة للتعديل، كما تم تعديل جهد التيار المتردد المدخل بشكل مناسب لتطوير النبضة بقوة تصل إلى (400) فولت.

يوضح الشكل التالي (1) توصيلات الدائرة لـ (OLOL IFRA) على المحول (1Φ ،1 kVA) في الجانب الأساسي، بحيث تم توصيل التنصت عند (0) فولت بمحطة الطور، وكان التنصت (240) فولت متصلاً بالمحطة المحايدة لإمداد التيار المتردد.

كما يوضح الشكل التالي (2) اتصال الدائرة لـ (OLOL IFRA) على المحول (3Φ و 5 kVA)، في الجانب النجمي؛ فقد تم توصيل (440) فولت للمراحل (R و Y و B) بالجانب (R و Y و B) من العرض المتوازن (3Φ a.c) في جانب الدلتا، بحيث تم توصيل محرك حثي ثلاثي الطور مع ترتيب تحميل أسطوانة الفرامل كحمل، ومن تم تطبيق النبضة على المحطة (440) فولت من المرحلة (R) من جانب النجم.

وفيما يتعلق بالأرض؛ فإنه تم تأريض النقر المحايد على جانب النجم من خلال المقاوم (50) والذي يضمن أن المقاوم قد تم تضمينه فقط في مسار النبضات.

وأخيرا؛ فقد تم إجراء تحقيق تجريبي لتحليل فعالية (IFRA) في تشخيص الدوائر القصيرة المتداخلة داخل المحولات تحت ظروف تحميل مختلفة، كما تمت محاكاة بعض “الدوائر القصيرة البينية” بشكل هادف في لفات محول أحادي الطور (1) كيلو فولت أمبير، (240 فولت / 240 فولت) ومحول ثلاثي الأطوار (5) كيلو فولت أمبير، (440 فولت / 440 فولت)، وذلك في ظل ظروف تحميل مختلفة.