اختيار المحولات لمشاريع التعدين: الاعتبارات الرئيسية لمواقع التشغيل خارج الشبكة والمتصلة بالشبكة

يؤثر اعتماد إمداد الطاقة في المنجم بشكل مباشر على سلامة الإنتاج وكفاءة التشغيل. وبما أن المحول يُعَدُّ المعدات الأساسية لتحويل الطاقة، فإن اختياره يحدد ما إذا كان بإمكان نظام الطاقة الكلي في المنجم أن يعمل باستقرار أم لا. ومع ذلك، تختلف المناجم غير المتصلة بالشبكة والمناجم المتصلة بالشبكة اختلافًا جوهريًّا من حيث تركيب مصدر الطاقة ونمط التشغيل، ولذلك تتفق نقاط التركيز في اختيار المحولات أيضًا. وتبيِّن هذه المقالة النقاط الرئيسية لاختيار المحولات في كلا الحالتين.

تعتمد المنجم غير المتصل بالشبكة اعتمادًا كاملاً على مصادر طاقته الخاصة (مثل مولدات الديزل، والألواح الشمسية الكهروضوئية، ووحدات تخزين الطاقة وغيرها)، ولا يتصل بشبكة خارجية. ويجب أن يحقِّق النظام توازنًا بين توليد الطاقة واستهلاكها في الوقت الفعلي من تلقاء نفسه. وهذا يعني أن التقلبات في مصدر الطاقة (مثل الطابع المتقطع للألواح الشمسية الكهروضوئية) يجب أن تمتصَّها وحدات تخزين الطاقة والمولدات الاحتياطية، ما يفرض متطلبات أعلى على استمرارية الإمداد.

المنجم المتصل بالشبكة مرتبط بشبكة خارجية تُعتبر مصدر الطاقة الرئيسي أو الاحتياطي، وتوفر دعماً مستقراً للجهد والتردد. ويمكن للمنجم شراء الطاقة من الشبكة، وبما أن الظروف تسمح بذلك، فقد يوفّر جزءاً من احتياجاته ذاتياً عبر توليد طاقة متجددة. ويتسم هذا النظام بدرجة أقل نسبياً من التعقيد.

ويتوقف اختيار المحول لمشروع تعديني أولاً على مستوى السلامة في موقع التركيب.

المحولات المغمورة بالزيت وتستخدم هذه المحولات الزيت العازل كوسيلة للتبريد والعزل. ولها قدرة عالية على التحميل الزائد وتبدّد حرارية جيدة، ما يجعلها مناسبة لمحطات التحويل السطحية ومناطق المناجم المفتوحة وغيرها من السيناريوهات منخفضة الخطورة لكنها تتطلب حملاً ثقيلاً. كما أن تكلفة شرائها أقل، والتكنولوجيا المستخدمة فيها ناضجة، وتقدّم قيمة جيدة في ظروف توريد طاقة عالية السعة. ومع ذلك، فإن الزيت العازل ينطوي على مخاطر التسرب والحريق، ويجب فحص جودته بانتظام.

محولات جافة استخدم صب راتنج الإيبوكسي للعزل. وهي خالية من الزيت، ومقاومة للاشتعال ومقاومة للحريق، ما يجعلها مناسبةً للأنفاق تحت الأرض وأماكن العمل التي ترتفع فيها تركيزات الغاز أو المساحات المغلقة. وهي مدمجة، ومحصنة ضد الغبار والرطوبة، مع صيانة دورية بسيطة. أما سلبياتها فهي تكلفة الشراء الأعلى وقدرتها المحدودة نسبيًّا على التحميل الزائد.

باختصار: اختر المحولات الجافة أولًا في المناطق تحت الأرض عالية الخطورة؛ ويمكن إعطاء الأفضلية للمحولات المغمورة بالزيت في السيناريوهات السطحية أو منخفضة الخطورة.

مقارنة سيناريوهات التطبيق

1. التكيف مع تقلبات مصدر الطاقة. غالبًا ما تستخدم الأنظمة خارج الشبكة تكوينًا هجينًا يضم «توليد الديزل + الألواح الشمسية الكهروضوئية + تخزين الطاقة». وتؤدي التقلبات في إنتاج الألواح الكهروضوئية وتشغيل مولدات الديزل وإيقافها إلى تغيرات في الجهد والتردد. ولذلك، يجب أن يمتلك المحول قدرة جيدة على تنظيم الجهد؛ وقد يتطلب الأمر نموذجًا بمقسم تغيير التوصيل تحت الحمل لمواجهة التغيرات المتكررة من جهة مصدر الطاقة.

2. القدرة على تحمل تأثير الأحمال. يمكن لمعدات كبيرة مثل الكسارات والمطاحن الكروية في المناجم أن تسحب تيارات تشغيل تفوق القيمة المُصنَّفة عدة مرات. وبما أن النظام خارج الشبكة لا يتمتع بالدعم القوي الذي توفره الشبكة العامة، فيجب أن يمتلك المحول هامش تحميل زائد كافٍ لمنع انخفاض جهد النظام بشكل حاد عند بدء تشغيل المحركات. ويجب اختيار السعة استنادًا إلى منحنى الحمل الفعلي مع وجود هامش احتياطي معقول.

3. ظروف النقل والتركيب. غالبًا ما تكون الطرق المؤدية إلى مواقع التعدين النائية محدودة، لذا يجب أخذ أبعاد ووزن محولات التوزيع وإمكانية تجميعها في الموقع بعين الاعتبار. وإذا تطلّب استخدام محول غمر بالزيت تعبئته بالزيت في الموقع، فيجب توفر معدات معالجة الزيت والظروف المناسبة لذلك.

1. تطابق مقاومة القصر. أثناء التشغيل المتصل بالشبكة، يجب تنسيق مقاومة القصر للمحول مع سعة الشبكة لتحمل قصر الدائرة. فالمقاومة المنخفضة جدًّا تؤدي إلى تيار قصر زائد، ما يزيد العبء على أجهزة التحكم والفصل الكهربائية؛ بينما المقاومة العالية جدًّا تسبب تنظيم جهد زائد. ويجب إجراء التحقق استنادًا إلى تيار القصر المتوقع الذي توفره الشبكة.

2. اختيار مجموعة المتجهات. تشمل أحمال التعدين نسبةً عاليةً من المعدات غير الخطية، مثل محولات التردد والمبدئات اللطيفة، وقد تؤثر التيارات التوافقيّة على تشغيل المحولات. وتتفوق مجموعة المتجهات داين ١١ (Dyn11) على مجموعة يان ٠ (Yyn0) في مقاومة التوافقيات وقمع التوافقيات الثالثة، ما يجعلها خيارًا شائعًا للمحولات التوزيعية في المناجم المتصلة بالشبكة.

3. تكوين السعة والاحتياطي للتوسّع. ينمو حمل المناجم المتصلة بالشبكة عادةً بنمطٍ مستقرٍ نسبيًّا. ويمكن تحديد سعة المحول بنسبة «الحمل الفعلي × ١,١–١,٢»، مع ترك هامشٍ للتوسّع وفق خطة دورة حياة المنجم. أما زيادة السعة عن الحاجة فتؤدي ليس فقط إلى ازدياد الفقدان عند حالة عدم التحميل، بل وتُخفض معامل القدرة أيضًا.

لِمَشْرُوعِ مَعْدِنِ الْفَحْمِ نِشْبَاشْ فِي أُوزْبَكِسْتَانَ، وَفَّرْنَا ثَلَاثَ وَحَدَاتٍ مُجَهَّزَةٍ مُسْبَقًا بِنَمْطٍ أُورُوبِّيٍّ لِلتَّوْصِيلِ بِالشَّبَكَةِ الْكَهْرَبَائِيَّةِ، سَعَتُهَا ٣١٥٠ كيلوفولت-أمبير، وَجَهْدُهَا ١٠/٠٫٤ كيلوفولت. وَكَانَتْ أَجْهِزَةُ التَّبْدِيلِ عَلَى الْجَهْدِ الْعَالِي، وَأَجْهِزَةُ التَّبْدِيلِ عَلَى الْجَهْدِ الْوَاطِئ، وَالْمُحَوِّلَاتُ الدَّاخِلِيَّةُ فِي هَذِهِ الْوَحَدَاتِ جَمِيعُهَا مَصْنُوعَةً مِنْ قِبَلِنَا. وَلِهَذَا الْمَشْرُوعِ، صَمَّمْنَا الْمُعَدَّاتِ الْأَنْسَبَ لِخَصَائِصِ الْمَعْدِنِ نَفْسِهِ، إِلَى جَانِبِ عَوَامِلَ أُخْرَى مِثْلَ الْعُلُوِّ عَنْ سَطْحِ الْبَحْرِ، وَالْحَرَارَةِ، وَالرُّطُوبَةِ.

وَبِشَكْلٍ خَاصٍّ، عِنْدَ اخْتِيَارِ الْمُحَوِّلِ، أَخَذْنَا بِالِاعْتِبَارِ كَامِلًا شُرُوطَ التَّوْصِيلِ بِالشَّبَكَةِ الْكَهْرَبَائِيَّةِ. وَاخْتَرْنَا فِي النِّهَايَةِ مُحَوِّلًا غَمْرِيًّا بِالزَّيْتِ، ذَا مَجْمُوعَةِ مُتَّجِهَاتٍ Dyn11، وَمَنْعَقٍ قَصِيرِ الْمَدَى نِسْبَتُهُ ٥٫٥٪.

(ق1 هَلْ يَجِبُ أَنْ تَكُونَ الْمُحَوِّلَاتُ الْمُسْتَخْدَمَةُ فِي الْمَعَادِنِ مُحَوِّلَاتٍ مُتَخَصِّصَةً لِلْمَعَادِنِ؟

فِي الْمَنَاطِقِ التَّحْتَأَرْضِيَّةِ وَالْمَنَاطِقِ الَّتِي تَحْمِلُ خَطَرَ الانْفِجَارِ، يَجِبُ اسْتِعْمَالُ مُحَوِّلَاتٍ تَتِمَّشَى مَعَ مَعَايِيرِ الْمَعَادِنِ (نَوْعٌ عَامٌّ أَوْ نَوْعٌ مَانِعٌ لِلْاِشْتِعَالِ). أَمَّا فِي مَحَطَّاتِ التَّحْوِيلِ السَّطْحِيَّةِ وَالْمَنَاطِقِ الْمَفْتُوحَةِ، فَيُمْكِنُ اسْتِعْمَالُ الْمُحَوِّلَاتِ الصِّنَاعِيَّةِ الْقِيَاسِيَّةِ، شَرْطَ أَنْ تَتِمَّشَى مَعَ مَتْطَلَبَاتِ دَرَجَةِ الْحِمَايَةِ وَالْمُقَاوَمَةِ لِلتَّآكُلِ.

(ق2 هل يمكن استخدام المحولات الجافة في الهواء الطلق؟

نعم، لكن يلزم وجود غلاف واقٍ، وعادةً ما يكون تصنيف الحماية فيه IP54 أو أعلى، للتعامل مع الظروف الغبارية والرطبة.

-الجزء الثالث هل يمكن لمنجم خارج الشبكة استخدام محول متصل بالشبكة القياسية؟

غير موصى به. فخصائص مصدر الطاقة وأنماط تأثير الأحمال في الأنظمة خارج الشبكة تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في الأنظمة المتصلة بالشبكة. وقد لا يتمكّن المحول القياسي المتصل بالشبكة من تحمل التقلبات المتكررة في الجهد وتأثيرات تيار التشغيل.

الفرق الجوهري بين اختيار المحولات للمشاريع خارج الشبكة والمشاريع المتصلة بالشبكة يكمن في المتطلبات المختلفة التي تفرضها خصائص مصدر الطاقة على المحول تتطلب السيناريوهات خارج الشبكة وجود محولات ذات قدرة أعلى على التكيُّف مع التقلبات الجهدية وهامش تحميل زائد لمواجهة تقلبات مصادر الطاقة المُنشأة ذاتيًّا وتأثيرات الأحمال. أما السيناريوهات المتصلة بالشبكة فتركِّز أكثر على مطابقة الممانعة، وقمع التوافقيات، والتنسُّق مع أنظمة حماية الشبكة. وفي كلا السيناريوهين، يظل مستوى السلامة هو الخط الفاصل الأول بين المحولات الزيتية والمحولات الجافة — إذ تُركَّب المحولات الجافة تحت الأرض، بينما تُركَّب المحولات الزيتية على السطح. ولا يتغيَّر هذا المبدأ سواء كانت المنجم تعمل خارج الشبكة أو متصلة بها.