كل ما يتعلق بمحطات الطاقة الكهربائية

السلام عليكم

اقدم لكم كيفيه عمل محطات التوليد للمهندس محمد خصاونه
 المولدات (Generators) :
المولد : هو عبارة عن تلك الآلة التي تعمل على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية .
يتركب المولد من :
*عضو دوار ((Rotor :
يتكون هذا العضو من مجاري يوجد بها ملفات معزولة ،وذلك لتكوين أقطاب دائمة يتم تغذيتها من مصدر تيار مستمر، وعادة يكون مصدر التيار المستمر عبارة عن مولد أصغر حجما،يتم تقويم تياره المتردد ،إما عن طريق فراش ويسمى (Brush excitation) أو باستخدام (Dc shunt generator) ،أو عن طريق قنطرة (Diodes) ويسمى بهذه الحالة
(Brushless excitation ) و الهدف هو تكوين مجال مغناطيسي دوار .

*عضو ثابت ( Stator) :
ويسمى أيضا العضو المنتج ، وتوجد مجاري على سطحه الداخلي تحتوي ملفات معزولة ،تشكل بمجموعها أقطاب العضو الثابت ، وتكون ملفوفة عادة على شكل ثلاث فازات
(3 phases) تحث بها قوة دافعة كهربائية بسبب تقطيعها من قبل المجال المغناطيسي الدوار الناشئ عن Rotor .
أنواع المولدات :
تقسم المولدات إلى نوعين رئيسيين حسب شكل أقطاب العضو الدوار :
1) أقطاب بارزة (ٍ Salient poles) :يستخدم هذا النوع مع المولدات ذات الأكثر من أربع أقطاب وذات السر عات المنخفضة،حيث إن القطر لهذه المولدات يكون كبير،والطول المحوري قصير وذلك للتغلب على مشاكل الطرد المركزي،كذلك للمحافظة على نفس كمية التدفق لكل قطب .
2) مولدات اسطوا نية العضو الدوار (Cylindrical rotor ) :تستخدم هذه النوعية من الأعضاء الدوارة مع المولدات ذات السر عات العالية والأقطاب القليلة؛ من قطبين إلى أربعة،تمتاز بأن محورها طويل وقطرها قصير وذلك للتغلب على قوى الطرد المركزي بسبب السرعة العالية ،وزيادة طول المحور للحصول على كمية التدفق المحسوبة في التدفق التصميم للمولد.





نظام التهييج ( Excitation ) :
• مولد الأقطاب الدائمة (PMG).
• منظم الجهد الأوتوماتيكي (AVR).
• المهيج الرئيسي (Main exciter).

مولد الأقطاب الدائمة (PMG):
يتألف من أقطاب مغناطيسية دائمة ، وذلك حتى يعطي مجال مغنطيسي دوار، ويتألف من أربعة أقطاب ، ويكون له Pf مقداره 0.4 .
العضو الثابت : يتألف من مجاري موجود بها ملفات وهو ملفوف على شكل فاز واحد
( One phase ) ليعطي تيارا مترددا (AC) ،ويذهب هذا التيار إلى دائرة ال(AVR).

دائرة منظم الفولتية الأوتوماتيكية (AVR) :
يتألف هذا الجزء من لوحات إلكترونية ،حيث تحوي هذه اللوحات على قناطر لتوحيد التيار وتحويله من متردد AC إلى تيار مباشر (DC) ،حيث توجد قنطرتين،الأولى تستخدم في بدء تشغيل الوحدة ويتم التحكم فيها يدويا ،أما القنطرة الثانية فيتم استخدامها بعد أن يتم رفع الفولتية الطرفية للمولد إلى (KV 12.7) ،حيث يتم عمل موازنة بين القنطرتين ثم يتم التحويل إلى القنطرة الأوتوماتيكية التي ترفع الفولتية الطرفية للمولد الرئيسي إلى (KV 12.7) (Rated voltage ) .

يوجد أيضا في دارة ال AVR محرك(motor) يعمل على تغيير قيمة مقاومة مقدارها
k 4 حيث إن هذا المحرك يستخدم لتحديد النقطة المرجعية لمنظم الفولتية الأوتوماتيكي التي يجب الحفاظ عليها .
يستشعر ال((AVR الفولتية الطرفية للمولد بواسطة (Cross current compensator ) يعمل هذا على مقارنة الفولتية الطرفية للمولد الموضوع عليها ال(( Setter motor ،حيث إذا حصل انخفاض الفولتية الطرفية للمولد فإن ال Cross current compensator) ) يعطي إشارة لل (Thyristor) للوحات الإلكترونية بزيادة زاوية التمرير لل(Thyristor) وذلك لزيادة قيمة تيار التهييج القادمة من الPMG وذلك لتعويض النقص الفولتية الطرفية للمولد الرئيسي والعكس صحيح.
إذا ال (Cross current compensator) يعمل ك Feed Back لل AVR و من ثم تغذية دارة الMain exciter .

المهيج الرئيسي (Main exciter):
وهو عبارة عن مولد ذو قدرة أعلى من قدرة الPMG يتم تغذية العضو الثابت له بالتيار القادم من الAVR حيث تتولد قوة دافعة كهربائية داخل العضو الدوار (Rotor ) مترددة يتم تحويلها إلى تيار مستمر إما عن طريق فراش (Brushes) و يسمى هذا النظام (Brush exciter) ومن ثم تغذية ال(Rotor) للمولد الرئيسي ، وذلك حتى تولد مجال مغناطيسي دوار ، يعمل على حث قوة دافعة كهربائية في العضو الثابت (ٍStator) للمولد الرئيسي وبالتالي تتولد فولتية طرفية على أطراف المولد .





 المحولات Transformers:
تشكل محولات القدرة(Power transformer ) جزءا مهما من مكونات أنظمة القدرة الكهربائية، حيث لا تخلو محطة توليد أو محطة تحويل من هذه المحولات .
و يتيح استخدام محولات القدرة ربط محطات التوليد وشبكات النقل و التوزيع و الأحمال المختلفة وتشغيلها على الجهود المناسبة .
إن محول القدرة (Power transformer ) هو جهاز استاتيكي بملفين أو أكثر يقوم بواسطة الحث الكهرومغناطيسي بتحويل التيار و الجهد المترددين ((AC لنظام ما إلى تيار و جهد مترددين ((AC لنظام آخر على نفس التردد لغايات نقل وتوزيع القدرة الكهربائية .
إن الأسس الفيزيائية لعمل محولات القدرة تعتمد على الحث الكهرومغناطيسي بين دائرتين كهربائيتين أو أكثر مرتبطتين بفيض مغناطيسي مشترك(Common magnetic flux).
إن أبسط الصور لمحولات القدرة هي وجود ملفين حثيين مستقلين كهربائيا ولكن مرتبطين مغناطيسيا بواسطة فلب فولاذي مناسب ،ولدى مرور تيار متردد في أحد الملفين فإن فيضا مغناطيسيا يتكون في القلب الفولاذي حيث يقوم بدوره بتكوين قوة دافعة كهربائية في الملف الآخر حسب قانون فراداي للحث الكهرومغناطيسي .فإذا كانت الدائرة الكهربائية للملف الثاني مغلقة فإن تيارا يمر خلالها وهكذا فإن طاقة كهربائية يتم تحويلها من الملف الأول إلى الملف الثاني .

ويستنتج مما ذكر ما يلي :
- تقوم المحولات بتحويل القدرة الكهربائية من دائرة كهربائية إلى أخرى .
- تختلف قيم التيار و الجهد للدائرتين و لكن التردد يبقى ثابتا .
- الحث الكهرومغناطيسي هو الأساس الفيزيائي للعمل .
-إن المعادلة التي تحكم عمل محولات القدرة (Power transformer) هي :

V1/V2)=(I2/I1)=(N1/N2)

حيث :
I1,V1 هما تيار وجهد الملف الابتدائي.
I2,V2 هما تيار وجهد الملف الثانوي.
N1,N2 : هو عدد لفات الملف الابتدائي والثانوي.

مكونات محولات القدرة :
يتكون محول القدرة في أبسط صوره من ملفين معزولين كهربائيا مثبتان على قلب فولاذي ذو شرائح (Laminated) عنهما ،ووسط العزل و التبريد مع عوازل خارجية لإخراج أطراف الملفات للخارج . وفيما يلي ملخص لمكونات محول القدرة :
1) القلب الفولاذي ((Core :
يشكل القلب الفولاذي الدائرة المغناطيسية ويتكون من شرائح ( Lamination) بسماكة عادة ما تكون 0.23 إلى 0.30 ملم تعزل عن بعضها البعض لتقليل التيارات الدوامية (Eddy (currents وبالتالي تقليل الفقد(Losses) وتحسين كفاءة المحول وعدم رفع درجات الحرارة أثناء التشغيل . ويتم اختيار نوع المادة الفولاذية بعناية أيضا لتقليل الفقد و الحصول على أداء مناسب للمحول .
2) الملفات (windings ) :
تشكل الملفات دوائر التيار الكهربائي و يستعمل النحاس في الغالبية العظمى من الحالات ،إلا أنه في حالات خاصة يستخدم الألومنيوم.ويكون النحاس المستخدم من أفضل أنواع النحاس من حيث النقاوة من الشوائب بنسبة تصل إلى (%9.95 9 ) وغالبا ما تكون موصلات الملفات على شكل موصلات مسطحة معزولة بطبقات من ورق العزل.
3) المواد العازلة (Insulators ) :
إن المواد العازلة المستخدمة في المحولات الزيتية هي:
- طبقات من ورق العزل المشبع بالزيت لعزل الملفات .
- اسطوانات من الورق الليفي (السليولوزي ) بين وحول الملفات ولعزل الملفات عن القلب .
- الخشب لغايات الدعم والتثبيت .
- الزيت المغموس به كل أجزاء المحول الداخلية .
- العوازل الخارجية لإخراج أطراف الملفات للخارج .
هناك محولات تكون معزولة بغاز SF6 ولكنها محدودة الاستعمال ، وهناك محولات جافة تستعمل الهواء فيها بدلا من الزيت مع استعمال لدائن مختلفة للملفات ولكن هذه المحولات تكون صغيرة القدرة ومحدودة الاستعمال لبعض التطبيقات .
4) إن وسط التبريد والعزل في معظم المحولات والأكثر شيوعا و الأكثر كفاءة للتبريد هو زيت العزل (زيت المحولات ) و هو زيت معدني يستخدم من تكرير النفط ،ومن المهم جدا أن يكون الزيت مكررا و جافا (لا يحتوي على أي رطوبة ) و خاليا من الشوائب الصلبة ومن الغازات . إن المهمة الأساسية لوسط التبريد هي إزالة الحرارة من القلب(Core ) ومن الملفات (Windings ).
5) تجهيزات التبريد(Cooling equipment) :
وتستعمل هذه التجهيزات لتبريد الزيت الساخن و تشمل :
– المبردات (Radiators) : وقد تكون مثبتة على جسم المحول مباشرة أو منفصلة عنه ، وتكون على شكل أنابيب أو على شكل صفائح.
– مراوح التبريد .
– مضخات الزيت .
6) الخزان الرئيسي (Main tank) :
وهو عبارة عن حاوية معدنية مملوءة بالزيت تحتوي الملفات و القلب...الخ ،ويجب أن يكون الخزان مصمما لاحتمال نقل المحول والضغط الداخلي للزيت أثناء التشغيل العادي و احتمال الإجهادات الناتجة عن مرور تيارات (S.C ) عبر ملفات المحول .
7) مبدلات التفريعة (Tap changer) :
تستخدم مبدلات التفريعة (Tap changer) في محولات القدرة لتعديل الفولتية الخارجة من المحول بما يتناسب مع تغيرات فولتية الشبكة وتغير الأحمال (Loads ).
هناك نوعين من مبدلات التفريعة (Tap changer) :
– مبدلات التفريعة (Tap changer) بدون حمل ((Off load حيث يحتاج تبديل التفريعة لإخراج المحول من الخدمة .
– مبدلات التفريعة (Tap changer) على الحمل (On Load ) : حيث يتم تبديل التفريعة و المحول في الخدمة ويزود الأحمال بالتيار الكهربائي.
وفي حال استخدام مبدلات التفريعة على حمل فإن مرحلات خاصة لتنظيم الفولتية يتم تركيبها لإرسال إشارات خفض ورفع الفولتية إلى مبدل التفريعة بشكل أوتوماتيكي وتسمى هذه المرحلاتِ (Automatic Voltage regulator).
وفي حال وجود مجموعة من المحولات المزودة ب(Tap changer) على حمل ،وتعمل على التوازي وتغذي نفس القضبان العمومية (Bus Bar) ؛ فإنه يتم تنظيم الفولتية بحيث تكون المحولات على نفس رقم التفريعة (Tap number ) لضمان أن تكون الفولتية الخارجة من المحولات جميعا متماثلة لمنع سريان تيارات بين المحولات(Circulating current).
الأجهزة المساعدة(Auxiliary Devises ) :
وتشمل هذه الأجهزة على :
– أجهزة قياس حرارة الزيت أو الملفات : للتأكد من عدم ارتفاع درجة حرارة الزيت أو الملفات إلى درجات خطرة تؤدي إلى تقصير عمرها أو إتلافها.
– مرحل الحماية (Buchholz relay ) :
ويتم تركيب هذا المرحل((Relay بين الخزان الرئيسي للمحول و الخزان الاحتياطي العلوي،إن الغازات المتولدة داخل المحول تمر خلال هذا المرحل حيث يتم احتجازها وتجميعها هناك، ولدى تراكم كمية تكفي لتشغيل هذا المرحل فإنه يرسل إشارة إنذار .أما في حالة تراكم كميات أكبر من الغازات فيه أو انطلاق الزيت بعنف من الخزان الرئيسي باتجاه الخزان الاحتياطي فإن هذا المرحل(Relay ( يرسل إشارة فصل للقواطع الخاصة بالمحول .
إن عمل هذا المرحل( (Relay يعتمد على حقيقة أن الأعطال داخل المحولات تؤدي إلى تحلل الزيت وخروج بعض الغازات وتؤدي كذلك إلى توليد ضغط كبير داخل الخزان الرئيسي مما يدفع بالزيت باتجاه الخزان الاحتياطي .
– جهاز تنفيس الضغط (pressure relief valve ) :
إن حدوث عطل داخل المحول قد يؤدي إلى ارتفاع الضغط داخل الخزان الرئيسي،لذا يتم تركيب هذا الجهاز على جسم الخزان الرئيسي ليقوم بتنفيس الضغط للخارج لمنع انفجار الخزان .
– جهاز تبادل الهواء (Silica gel breather ):
يستعمل هذا الجهاز للمحولات التي لها خزان احتياطي .إن تغير درجة حرارة المحيط ودرجة حرارة الزيت أثناء ظروف التشغيل المختلفة تؤدي إلى الحاجة إلى تبادل الغازات دخولا وخروجا للخزان الاحتياطي ،لذا يستخدم هذا الجهاز ،ويتم وضع مادة السيليكا جل فيه لامتصاص أي رطوبة في الغازات الداخلة .إن وجود رطوبة داخل زيت المحول تؤدي إلى تقليل قدرته على العزل وتنتقل إلى المواد العازلة الورقية مسببة أضرارا لخصائصها الكهربائية والميكانيكية .ويتبدل لون السيليكا جل من الأزرق إلى الزهري عند امتصاص الرطوبة حيث يتم استبدالها بعد ذلك أو تجفيفها .



 الحمايات الكهربائية (Protection) :

إن الحماية لا تمنع حدوث العطل (fault) ، لكنها تعمل على إزالته ، وتقليل الأضرار الناتجة عنه.
1) الحماية التفاضلية (Differential protection relay) :
هذه الحماية تعتمد على فرق التيارات ضمن المنطقة المحصورة بين محولات التيار ((CTs ،وهي حماية غير اتجاهيه .
2) حماية المسافة (Distance relay):
تستخدم هذه الحماية لحماية فازات المولد و%80 من فازات المحولة ، وهي حماية يقوم مبدأ عملها على حاصل قسمة الفولتية على التيار،وعملها لحظي لا يعتمد على الزمن ، وقد تكون مزودة بوحدة إتجاهية وقد لا تكون مزودة بذلك .
3) حماية فقد التهييج((loss of excitation :
يعتمد مبدأ عمل هذه الحماية على أمرين:
أ‌) في حالة فقد التهييج فإن قيمة الممانعة تقل وبالتالي تسقط خاصية تشغيل المرحلة وهي عبارة عن دائرة معكوسة .
ب‌) أنه في حالة فقد التهييج يسحب المولد قدرة من الشبكة ،أي كأن المولد أصبح في وضع ال(Lead pf) ، وبالتالي فإن الخاصية لعمل هذه المرحلة قد تكون معكوسة.
4) حماية ارتفاع و انخفاض الفولتية :
إن هذه الحماية من النوع الحثي حيث إنه عندما يحصل زيادة بكمية التيار المسحوبة من المولد أو في حالة حصول عطل فإن التيار المار يمول التيار الذي يغذي المرحلة يزاد وبالتالي يزداد عزم المجال المغناطيسي المحرك لقرص المرحلة من خلال إقفال الملامسات (Contactors) و بالتالي عمل Trip)) لل(C.B) الخاص بهذه الحالة ، وفي حالة حصول عطل(fault) أرضي فإنه يرافق ارتفاع التيار انخفاض في الفولتية فبالتالي عن طريق محول فولتية يتم تسريع عمل القرص وبالتالي يتم عمل Trip)) بزمن أقل من لو أن العطل(fault) كان ارتفاع تيار فقط.
5) حماية الأعطال الأرضية :
حيث إن هذه الحماية تكون موصولة على نقطة((Neutralلحماية الفازات (phases) من ارتفاع التيار ، حيث أنه في حالة حصول عطل ،فإنه يحدث حالة عدم توازن في نقطة ال(Neutral) مما يؤدي إلى عمل هذه ال(relay).

6) حماية الأعطال الأرضية المقيدة :
تركب هذه المرحلة على نقاط ال Neutralللمولد و المحول حيث إنها تغذى من محولات جهد ، فإذا حصل مرور تيار عبر الأرض سواء في المولد أو المحول فإن هذا ال(relay) يعمل .
7) حماية ارتفاع التردد :
إن هذه الحماية من النوع الاستاتيكي ويعتمد مبدأ عملها على أنه في حالة ارتفاع التردد ؛ أي زيادة سرعة العضو الدوار، تزداد الفولتية المستحثة داخل العضو الثابت و بالتالي يترجم هذا الارتفاع في الفولتية على أنه ارتفاع في التردد وقد يكون السبب في ارتفاع الفولتية هو أن AVR أصبح sticky وبالتالي تيار التهييج مرتفع .
حماية العضو الثابت(Stator) من الأعطال الأرضية :
و هي حماية تكون مركبة على نقطة (Neutral) للمولد وتتغذى عن طريق ( Stator earth flunt ) ،فإذا مر تيار عبر نقطة التعادل فوق قيمة ال (setting) لل(Relay) فإنه يعمل .
9) يوجد حماية لل(Rotor) من الشحنات الساكنة التي تتكون بسبب الاحتكاك،باستخدام فرشاة موصولة مع العضو الدوار (Rotor) و موصولة مع الأرضي

موضوع مفيد وشرح اكثر من رائع والى مزيد ووفقك الله

شكراااااااااااااااااا
ياريت ملفات عن التوزيع