تغذية شبكات الكهرباء بمحولتين

نتيجة للزيادة الكبيرة الحاصلة في الاحمال الكهربائية وتأثيراتها على شبكة نقل الطاقة الكهربائية وأيضا ضررها على المستهلكين, أصبحنا نبحث عن حلول اخرى لتفادي هذه المشاكل , ومن هذه الحلول هو تغذية الشبكة الكهربائية بمصدري طاقة على طرفي شبكة توزيع الكهرباء.
ولتوضيح ذلك تلزمنا بعض الدراسة عليه.
ففي حالة موزع(Distributor) الطاقة (شبكة الكهرباء) المغذى من طرف واحد فان مقدار هبوط الجهد الكلي يزداد بكمية كبيرة كلما زاد طول الموزع(أي ابتعاد المستهلك عن مصدر الطاقة) وذلك بسبب زيادة مقاومة الموزع.
R=P(L /A )
مقاومة السلك R : Resistance
مقاومة نوعية لمادة السلك P : Resistivity
طول السلك L : Length
مساحة مقطع السلك A : area
فكلما زاد طول السلك زادت معه المقاومة بصورة طردية وزيادة قيمة المقاومة بكمية كبيرة تؤدي الى هبوط الجهد أكثر ,لذا يتوجب في مثل هذه الحالة (أي عند زيادة طول الموزع يجب زيادة مساحة مقطعه) لتلافي حصول الزيادة الكبيرة في المقاومة والمؤدية الى هبوط الجهد الكبير.
أما في حالة كون الموزع (Distributor) المغذى من طرفين:
حتى لو كان طول الموزع كبيرا فلا يحدث هبوط في الجهد ،فمصادر التغذية تكون على طرفي الموزع.
وفي هذه الحالة لا يحتاج الى زيادة مساحة مقطع أسلاك الموزع , فلو قارنا بين موزع مغذى من طرف واحد وآخر مغذى من طرفين فلكي يكون هبوط الجهد الكلي في كلا الموزعين متساويا يجب أن تكون مساحة مقطع أسلاك الموزع المغذى من طرف واحد اكبر من مساحة مقطع أسلاك الموزع المغذى من طرفين.
ويمكن توضيح كيفية حساب التيارات لموزع مغذى من طرفين في شكل رقم(1) الموجود في الملف المرفق....
وحسب الشكل فان..

نقطتي التغذية A,B : Feeding points
جهد Vb : B ; مقدار الجهد في Va : A
التيار الداخل للموزع من مصدر Ib : B ; من مصدر Ia : A
التيارات في نقاط الاحمال I(1) ,I(2),I(3),I(4):
يقل الجهد تدريجيا كلما ابتعدنا عن أي من نقاط التغذية(A,B) الى أن نصل الى إحدى نقاط الحمل التي تكون قيمة الجهد فيها اقل من أي نقطة أخرى وتسمى هذه النقطة بنقطة الجهد الأصغر(point of minimum potential) وتمثله النقطة M.P. .
ولهذا فان جميع تيارات الاحمال بين النقطة A ونقطة الجهد الأصغر تجهز من الطرف A ، وجميع الاحمال الكهربائية بين النقطة B والنقطة M.P تجهز من طرف B .
وفي اغلب الأحيان يجهز تيار الحمل في M.P من طرفي الموزع (A,B) .
ولحساب فرق الجهد بين A و B نفرض إن الموزع مغذى من طرف واحد وان تيار التغذية Ib حمل مقدار تياره (-Ib) ,وحسب قانون كرشوف:-
Va-Vb=I(1)×Ra1+I(2)×Ra2+I(3)×Ra3+I(4)×Ra4
+(-Ib×Rab
حيث تمثل ( Ra3,Ra4, Ra2, Ra1,Rab ) قيم مقاومات أجزاء الموصل
وبقية المعادلات موجودة في الملف المرفق......

هذا ,وعندما يكون الموزع مغذى من مصدرين متناوبين يمكن الاستعاضة في المعادلات السابقة بالقيم المتجهة للتيارات وعن المقاومات بالقيم المتجهة للممانعات.
وفي حالة الموزعات الثلاثية الطور (Three phase distributors) نستعمل نفس المعادلات السابقة مع الأخذ بأن قيمة التيار هي للطور الواحد والتي منها نستخرج تيار الخط(Line current).

هذه نظرة مبسطة عن أساسيات العمل لموضوعنا الأساسي وهو حول إمكانية ربط محولتين كهربائية لتغذية حمل واحد.
ففي بعض الاحمال العالية التي تصل الى 800 KVA , 1600 KVA أو أكثر , يتعذر غالبا الحصول على محولة بهذه السعات العالية.
فيتم ربط محولتين سعة الواحدة 400 KVA لتغذية حمل مقداره 800 KVA ,
أيضا يمكن ربط محولتين سعة الواحدة 1000 KVA لتغذية حمل مقداره 2000 KVA وهكذا...

شروط الربط:-
يجب حصول الموائمة بين المحولتين وتحقيق النقاط الثلاثة التالية:
(1) الفولتية
يجب أن يكون خرج كل محولة لقيمة الفولتية مساوي لخرج المحولة الأخرى لقيمة الفولتية أي إن المحولة التي تعطي خرج 380V(phase to phase) لاتربط إلا مع محولة تعطي نفس قيمة ذلك الخرج وهذا لا يمنع أن نربط محولتين إحداهما 250KVA والثانية 400KVA .
(2) (زاوية فرق الطور)Phase shift
يجب أن لا يكون هناك زاوية فرق طور بين تيار الاولى وتيار الثانية من جهة وكذلك بين فولتية الاولى وفولتية الثانية من جهة أخرى.

لاحظ المخططات شكل رقم(2) وشكل رقم(3) في الملف المرفق.......

وبالنسبة للفولتية يجب أن تتطابق موجة المصدر الأول مع الثاني, لغرض تحقيق حالة الاستقرارية(Stability) في المنظومة الكهربائية.

(3)التردد (Frequency)
يجب أن يحمل المصدرين نفس القيمة للتردد , وكما موضح في المخططات المبينة, ويكفي في حصول ذلك هو تغذية المحولتين من نفس الخط الناقل.

طريقة الربط:-
لاحظ طريقة الربط في المخطط التوضيحي شكل رقم(4) في الملف المرفق....

حيث نقصد ب (R,S,T) فيزات خط الضغط العالي(ض.ع) والتي قيمتها مثلا 11KV.
تغذي محولتين(T1,T2) ,لاحظ فيزات ض.ع للمحولة الاولى هي (u,v,w) وفي المحولة الثانية(a,b,c)
فقد تختلف المحولات في تسمية فيزات ض.ع ,لكن المهم أن يتم ربطها كما في الشكل المبين
فيزات الضغط الواطئ(ض.و) والتي قيمتها مثلا 380V(phase to phase) ,في المحولة الاولى هي (2u,2v,2w) ويرمز للخط البارد n وفي المحولة الثانية (2a,2b,2c) والبارد n ,أيضا قد تختلف أنواع المحولات في تسمية فيزات ض.و , المهم إنها تربط كما موضح في المخطط السابق.وذلك حتى لا يكون هناك فرق طور بين خرجي المحولتين.

الخلاصة:
في المخطط المبين(شكل رقم 4) تم تحقيق الشروط الثلاثة للموائمة بين المحولتين وبالتالي حصول حالة الاستقرارية في المنظومة الكهربائية ,حيث إن تغذية المحولتين من نفس الخط الناقل يعني حصولهما على نفس الهرتزية(التردد).