محول توزيع

محول التوزيع أو محول الخدمة هو محول يوفر تخفيضًا نهائيًا للجهد في نظام توزيع الطاقة الكهربائية ، حيث يخفض الجهد المستخدم في خطوط التوزيع إلى المستوى الذي يستخدمه المستهلك. ^{[ 1 ]} وقد جعل اختراع محول عملي وفعال توزيع الطاقة الكهربائية المترددة ممكنًا؛ وتم عرض نظام يستخدم محولات التوزيع في وقت مبكر من عام 1882. ^{[ 2 ]}

إذا تم تركيبها على عمود كهرباء ، فإنها تسمى محولات مثبتة على عمود. أما عند وضعها على مستوى الأرض أو تحت الأرض، فتُركب محولات التوزيع على قواعد خرسانية وتُغلق داخل صناديق فولاذية، ولذلك تُعرف باسم محولات مثبتة على قواعد توزيع .

تتراوح قدرة محولات التوزيع عادةً بين أقل من 200 كيلو فولت أمبير ، ^{[ 3 ]} مع أن بعض المعايير الوطنية تسمح بتصنيف وحدات تصل قدرتها إلى 5000 كيلو فولت أمبير كمحولات توزيع. ونظرًا لأن محولات التوزيع تعمل بالطاقة على مدار الساعة (حتى في حالة عدم وجود حمل)، فإن تقليل فقد الحديد يُعدّ أمرًا بالغ الأهمية في تصميمها. وهي لا تعمل عادةً بكامل طاقتها، لذا تُصمّم لتحقيق أقصى كفاءة عند الأحمال المنخفضة. ولتحسين الكفاءة، يُحافظ على تنظيم الجهد في هذه المحولات عند الحد الأدنى، وبالتالي تُصمّم لتكون ذات مفاعلة تسريب صغيرة . ^{[ 4 ]}

يتم تصنيف محولات التوزيع إلى فئات مختلفة بناءً على عوامل مثل: ^{[ 5 ]}

• موقع التركيب – عمود، قاعدة، قبو تحت الأرض
• نوع العزل - مغمور في سائل أو جاف
• عدد الأطوار – طور واحد أو ثلاثة أطوار
• فئة الجهد
• مستوى العزل الأساسي للنبضات (BIL).

تُوضع محولات التوزيع عادةً عند نقطة توصيل الخدمة ، حيث تمتد الأسلاك من أعمدة الكهرباء أو خطوط الطاقة الأرضية إلى منازل العملاء. وتُستخدم غالبًا لتزويد المنشآت الواقعة خارج المناطق السكنية بالطاقة، مثل المنازل المعزولة، والمزارع، ومحطات الضخ، بفولتيات أقل من 30 كيلوفولت . ومن تطبيقاتها الأخرى تزويد خطوط السكك الحديدية العلوية بالكهرباء المترددة. في هذه الحالة، تُستخدم محولات توزيع أحادية الطور. ^{[ 6 ]}

يختلف عدد المشتركين الذين يغذيهم محول توزيع واحد تبعًا لعدد المشتركين في المنطقة. ففي المناطق الحضرية، قد تُغذى عدة منازل بمحول واحد؛ أما في المناطق الريفية، فقد يتطلب التوزيع محولًا لكل مشترك، وذلك تبعًا لجهد الشبكة الرئيسية. ويحتوي المجمع التجاري أو الصناعي الكبير على عدة محولات توزيع. وفي المناطق الحضرية والأحياء التي تمتد فيها خطوط التوزيع الرئيسية تحت الأرض، تُركّب محولات أرضية ، وحاويات معدنية مُغلقة، على قاعدة خرسانية. وتُزوّد ​​العديد من المباني الكبيرة بالكهرباء بجهد التوزيع الرئيسي. وتحتوي هذه المباني على محولات مملوكة للمشتركين في الطابق السفلي لخفض الجهد. ^{[ 6 ]}

توجد محولات التوزيع أيضًا في شبكات تجميع الطاقة في مزارع الرياح ، حيث تقوم برفع الطاقة من كل توربين رياح لتوصيلها بمحطة فرعية قد تبعد عدة أميال (كيلومترات). ^{[ 7 ]}

تقوم المحولات، سواءً المثبتة على الأعمدة أو على قواعد، بتحويل الجهد الابتدائي العالي لخطوط التوزيع الهوائية أو الأرضية إلى جهد ثانوي منخفض أو جهد الاستخدام داخل المبنى. تستخدم أسلاك التوزيع الرئيسية نظامًا ثلاثي الأطوار . تحتوي خطوط التوزيع الرئيسية دائمًا على ثلاثة أسلاك "حارة" بالإضافة إلى سلك محايد اختياري. في نظام أمريكا الشمالية، حيث تتصل المحولات أحادية الطور بسلك طور واحد فقط، قد تحتوي الخطوط الجانبية الأصغر المتفرعة على الطرق الفرعية على سلك طور حار واحد أو اثنين فقط. عند وجود سلك طور واحد فقط، يتم توفير سلك محايد دائمًا كمسار عودة. توفر الخطوط الرئيسية الطاقة بجهود التوزيع القياسية المستخدمة في المنطقة؛ وتتراوح هذه الجهود من 2.3 كيلوفولت إلى حوالي 35 كيلوفولت، اعتمادًا على ممارسات ومعايير التوزيع المحلية. غالبًا ما يُستخدم 11 كيلوفولت (  لأنظمة 50 هرتز) و13.8 كيلوفولت (  لأنظمة 60 هرتز)، ولكن العديد من الجهود الأخرى قياسية. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة ، يبلغ الجهد الأكثر شيوعًا 12.47 كيلو فولت، مع جهد خط إلى أرضي يبلغ 7.2 كيلو فولت. ^{[ 8 ]} ويبلغ جهد الطور إلى المحايد 7.2 كيلو فولت، أي ما يعادل 30 ضعفًا بالضبط من 240 فولت على الجانب الثانوي ذي الطور المنفصل .

المرحلة الثانوية

يتم توصيل الملفات الثانوية ذات الجهد المنخفض بثلاثة أو أربعة أطراف على جانب المحول. ^{[ 9 ]}

• في المنازل والشركات الصغيرة في أمريكا الشمالية، غالبًا ما يكون النظام الثانوي عبارة عن نظام ثنائي الطور 120/240 فولت. يتم توصيل ملف الـ240 فولت الثانوي بنقطة مركزية، ويتم تأريض السلك المحايد المركزي، مما يجعل الموصلين الطرفيين "موجبين" مقارنةً بالنقطة المركزية. تمتد هذه الأسلاك الثلاثة عبر كابل الخدمة إلى عداد الكهرباء ولوحة التوزيع في المبنى . يؤدي توصيل حمل بين السلك الموجب والسلك المحايد إلى توفير 120 فولت، وهو ما يُستخدم لدوائر الإضاءة. بينما يؤدي توصيل كلا السلكين الموجبين إلى توفير 240 فولت للأحمال الثقيلة مثل مكيفات الهواء والأفران والمجففات ومحطات شحن السيارات الكهربائية . في بعض الأحيان، يتم توصيل محولين أحاديي الطور بعمود كهرباء واحد مع توصيل ملفاتهما الثانوية على التوازي. ^{[ 10 ]} يتيح ذلك سعة أكبر (أحادية الطور) مما يمكن الحصول عليه من أي محول على حدة.

• في أوروبا وغيرها من الدول التي تستخدم هذا النظام، غالبًا ما يكون النظام الثانوي ثلاثي الأطوار 400Y/230. يتكون هذا النظام من ثلاثة ملفات ثانوية بجهد 230 فولت، يستقبل كل منها الطاقة من ملف ابتدائي متصل بأحد الأطوار الابتدائية. يُوصل أحد طرفي كل ملف ثانوي بسلك محايد مؤرض. أما الطرف الآخر للملفات الثانوية الثلاثة والسلك المحايد فيُوصل عبر كابل التوزيع إلى لوحة التوزيع. تُوصل الأحمال بجهد 230 فولت بين أي من الأسلاك ثلاثية الأطوار والسلك المحايد. ولأن الأطوار تفصل بينها زاوية 120 درجة، فإن الجهد بين أي طورين يساوي √3 × 230 فولت = 400 فولت، مقارنةً بـ 2 × 120 فولت = 240 فولت في نظام الطور المنفصل في أمريكا الشمالية. في حين أن استخدام الطاقة ثلاثية الأطوار نادر في المنازل الفردية في أمريكا الشمالية، إلا أنه شائع في أوروبا للأحمال الثقيلة مثل مواقد المطابخ ومكيفات الهواء وشواحن السيارات الكهربائية.

تتكون محولات التوزيع من قلب مغناطيسي مصنوع من صفائح من فولاذ السيليكون ( فولاذ المحولات ) مكدسة وملصقة معًا إما بالراتنج أو مربوطة بأشرطة فولاذية، مع لفات الأسلاك الأولية والثانوية حولها. صُمم هذا الهيكل للقلب لتقليل فقد الطاقة المغناطيسية وتبديدها على شكل حرارة، وهو سبب اقتصادي مهم لفقد الطاقة في شبكات الكهرباء. هناك عاملان يتسببان في فقد الطاقة في القلب: فقد التخلف المغناطيسي في الفولاذ والتيارات الدوامية . يتميز فولاذ السيليكون بانخفاض فقد التخلف المغناطيسي ، ويمنع الهيكل الصفائحي تدفق التيارات الدوامية في القلب، مما يقلل من تبديد الطاقة في مقاومة الفولاذ. تتراوح كفاءة محولات التوزيع النموذجية بين 98 و99 بالمائة تقريبًا. ^{[ 11 ] [ 12 ]} عند تصنيع أعداد كبيرة من المحولات وفقًا لتصاميم قياسية، يكون تصنيع قلب ملفوف على شكل حرف C اقتصاديًا. يتم لف شريط فولاذي حول قالب، وضغطه لتشكيله، ثم تقطيعه إلى نصفين على شكل حرف C وإعادة تجميعهما على لفائف النحاس. ^{[ 13 ]}

تُلفّ الملفات الأولية من أسلاك نحاسية أو ألومنيوم مطلية بالمينا، بينما تُلفّ الملفات الثانوية ذات التيار العالي والجهد المنخفض باستخدام شريط سميك من الألومنيوم أو النحاس. تُعزل اللفات بورق مشبع بالراتنج. تُخبز المجموعة بأكملها لتصلب الراتنج، ثم تُغمر في خزان فولاذي مطلي بمسحوق ، يُملأ بعد ذلك بزيت المحولات (أو أي سائل عازل آخر)، وهو خامل وغير موصل للكهرباء. يعمل زيت المحولات على تبريد اللفات وعزلها وحمايتها من الرطوبة. يُفرغ الخزان مؤقتًا من الهواء أثناء التصنيع لإزالة أي رطوبة متبقية قد تُسبب حدوث شرارة كهربائية، ويُحكم إغلاقه من العوامل الجوية باستخدام حشية في الأعلى.

في السابق، كانت محولات التوزيع للاستخدام الداخلي تُملأ بسائل ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCB). ونظرًا لأن هذه المواد الكيميائية تبقى في البيئة وتؤثر سلبًا على الحيوانات، فقد تم حظرها. تُستخدم سوائل أخرى مقاومة للحريق، مثل السيليكونات، عندما يكون استخدام المحولات المملوءة بالسوائل ضروريًا في الأماكن المغلقة. كما استُخدمت بعض الزيوت النباتية كزيت للمحولات؛ إذ تتميز هذه الزيوت بارتفاع درجة اشتعالها وقابليتها الكاملة للتحلل الحيوي في البيئة. ^{[ 14 ]}

غالبًا ما تتضمن المحولات المثبتة على الأعمدة ملحقات مثل مانعات الصواعق أو وصلات الصمامات الواقية. يتكون المحول ذاتي الحماية من صمام داخلي ومانع صواعق؛ أما المحولات الأخرى، فتُثبّت هذه المكونات فيها بشكل منفصل خارج الخزان. ^{[ 15 ]} قد تحتوي المحولات المثبتة على الأعمدة على عروات تسمح بتثبيتها مباشرة على العمود، أو قد تُثبّت على أذرع عرضية مثبتة بمسامير على العمود. يمكن تركيب المحولات الهوائية، التي تزيد قدرتها عن 75 كيلو فولت أمبير تقريبًا، على منصة مدعومة بعمود واحد أو أكثر. ^{[ 16 ]} قد تستخدم خدمة ثلاثية الأطوار ثلاثة محولات متطابقة، واحد لكل طور.

قد تُصمم المحولات المصممة للاستخدام تحت الأرض لتتحمل الغمر الدوري، لا سيما في المناطق ذات منسوب المياه الجوفية المرتفع أو مخاطر الفيضانات. ^{[ 17 ]}

قد تتضمن محولات التوزيع جهاز تغيير الصنبور خارج الحمل، والذي يقوم بتعديل النسبة بين الجهد الابتدائي والثانوي بشكل طفيف لجعل جهد العميل ضمن النطاق المطلوب على الخطوط الطويلة أو ذات الأحمال الثقيلة.

تتميز المحولات الأرضية بصناديق معدنية آمنة ومؤرضة ومثبتة بمسامير لمنع الوصول غير المصرح به إلى الأجزاء الداخلية الموصلة للتيار. قد يشتمل الصندوق أيضًا على صمامات، ومفاتيح عزل، وجلبات فصل الأحمال، وملحقات أخرى وفقًا للمعايير الفنية. تتراوح قدرة المحولات الأرضية لأنظمة التوزيع عادةً بين 100 و2000 كيلو فولت أمبير، مع وجود وحدات أكبر حجمًا أيضًا.

في الولايات المتحدة، غالباً ما يتم تركيب محولات التوزيع في الهواء الطلق على أعمدة خشبية.

في أوروبا، يشيع تركيب محولات التوزيع داخل المباني. إذا كانت خطوط التغذية هوائية، تبدو هذه المحولات كأبراج. أما إذا كانت جميع الخطوط المؤدية إلى المحولات تحت الأرض، فتُستخدم مبانٍ صغيرة. في المناطق الريفية، تُركّب محولات التوزيع أحيانًا على أعمدة، وعادةً ما يكون العمود مصنوعًا من الخرسانة أو الحديد نظرًا لوزن المحول.

• جلبة (كهربائية)
• أنواع المحولات
• محول التيار
• جهاز مراقبة محول التوزيع

• باكشي، في بي يو إيه (2009). المحولات وآلات الحث . منشورات فنية. رقم ISBN 9788184313802تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يناير 2014 .
• دي كولينير، هانز؛ تشابمان، ديفيد؛ فاسبيندر، ستيفان؛ ماكديرموت، مايك (2001). نطاق توفير الطاقة في الاتحاد الأوروبي من خلال استخدام محولات توزيع الكهرباء الموفرة للطاقة (ملف PDF) . المؤتمر والمعرض الدولي السادس عشر لتوزيع الكهرباء (CIRED 2001). معهد الهندسة والتكنولوجيا. doi : 10.1049/cp:20010853 . تاريخ الاسترجاع: 10 يوليو 2014 .
• هارلو، جيمس هـ. (2012). هندسة محولات الطاقة الكهربائية، الطبعة الثالثة، المجلد 2. دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 978-1439856291.
• بانزيني، أنتوني ج. (2005). دليل أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية . دار فيرمونت للنشر. رقم ISBN 088173506X.
• شومايكر، توماس م.؛ ماك، جيمس إي. (2012). دليل فنيي الخطوط الكهربائية والكابلات (  الطبعة الثانية عشرة). ماكجرو هيل. ISBN 9780071742580.