 |
| مرحل بوخلز Buchholz Relay |
مرحل بوخلز (Buchholz Relay) في المحولات الكهربائية: مبدأ العمل والوظيفة وأهميته في الحماية
يُعد مرحل بوخلز (Buchholz Relay) من أهم أجهزة الحماية الميكانيكية المستخدمة في المحولات الكهربائية النفطية (الزيتية) المزودة بخزان تمدد الزيت، يلعب هذا الجهاز دورا أساسيا في الكشف المبكر عن الأعطال الداخلية التي قد تحدث في قلب المحول أو ملفاته، وذلك قبل أن تتطور إلى كوارث تشغيلية تؤدي إلى تلف المعدات أو انقطاع التيار الكهربائي في المنظومة.
في هذا المقال الشامل، سنتعرف بالتفصيل على وظيفة مرحل بوخلز، ومكانه الصحيح في الشبكة، ومبدأ عمله الميكانيكي، مع شرح كامل لأنواع الأعطال التي يكتشفها وكيفية تحليل الغازات المنبعثة لتشخيص المشكلات بدقة.
ما هو مرحل بوخلز (Buchholz Relay) :
مرحل بوخلز هو جهاز حماية ميكانيكي وبترولي يتم تركيبه كحلقة وصل أساسية لمراقبة حركة الزيت والغازات المتولدة داخل المحول. عند حدوث أي جهد كهربائي زائد، أو ارتفاع غير طبيعي في درجات الحرارة، أو انهيار في العزل، يبدأ زيت المحول بالتحلل الكيميائي مُطلقاً غازات ترتفع إلى الأعلى، وهنا يأتي دور المرحل للاستشعار وإرسال إشارات إنذار أو فصل مباشر لحماية المنظومة.
مكان تركيب مرحل بوخلز في المحول :
يتم تركيب مرحل بوخلز بزاوية ميلان خفيفة (تتراوح عادة بين 1 إلى 9 درجات) على الأنبوب الواصل مباشرة بين:
- الخزان الرئيسي للمحول (Main Tank).
- خزان تمدد الزيت العلوي (Conservator Tank).
مكان تركيب مرحل بوخلز في المحول الكهربائي
بناءً على هذا التصميم الهندسي، لا يمكن استخدام مرحل بوخلز في المحولات الجافة (Dry-type Transformers) أو المحولات الزيتية المغلقة بالكامل التي لا تحتوي على خزان تمدد.
مكونات مرحل بوخلز الرئيسية :
يتكون الهيكل الداخلي للمرحل من منظومة ميكانيكية دقيقة تشمل العناصر التالية:
 |
| مكونات مرحل بوخلز Buchholz Relay parts |
- عوامة علوية للإنذار (Alarm Float): تستشعر انخفاض مستوى الزيت الناتج عن تجمع الغازات البطيء.
- ريشة أو عوامة سفلية للفصل (Trip Flap/Float): تستجيب لاندفاع الزيت السريع والشدائد الميكانيكية.
- مفاتيح زئبقية أو مغناطيسية (Electrical Contacts): لإغلاق الدوائر الكهربائية الخاصة بالإنذار والفصل.
- غرفة تجميع الغازات (Gas Chamber): تقع في أعلى الجهاز لتجميع الغازات الصاعدة.
- صمام اختبار الغاز (Gas Release Valve): يُستخدم لسحب عينات الغاز وتحليلها.
مبدأ عمل مرحل بوخلز وآلية الحماية :
يعتمد عمل المرحل على طبيعة العطل الداخلي وحجم الغازات المتولدة، وينقسم أداؤه إلى مرحلتين أساسيتين:
1- حالة الأعطال البسيطة والتنبيه :
عند حدوث عطل موضعي خفيف (مثل سخونة زائدة في جزء من اللفات أو ضعف تدريجي في العزل)، يتحلل الزيت ببطء وتتصاعد فقاعات الغاز متجهة نحو خزان التمدد. تُحبس هذه الغازات داخل غرفة التجميع العلوية للمرحل، مما يضغط على مستوى الزيت لأسفل. هذا الهبوط يجعل العوامة العلوية تنخفض لتقوم بإغلاق مفتاح الإنذار (Alarm)، لينطلق تنبيه في غرفة التحكم دون فصل المحول.
2- حالة الأعطال الشديدة والفصل الفوري :
في حال حدوث قصر كهربائي عنيف (Short Circuit) بين الملفات أو انهيار كامل لعوازل الأرضي، تتولد موجة صدمية وحرارة هائلة تُبخر كميات ضخمة من الزيت في ثوانٍ معدودة. هذا التمدد الفجائي يدفع الزيت بقوة هائلة عبر الأنبوب نحو خزان التمدد، هذا الاندفاع السريع يضغط على الريشة السفلية (Flap) مباشرة، مما يغلق نقاط تلامس الفصل (Trip Circuit) التي ترسل أمراً فورياً لقواطع الدورة بفصل المحول تماماً عن الشبكة لحمايته من الانفجار أو الاحتراق.
الأعطال التي يكشفها مرحل بوخلز :
يتميز هذا المرحل بقدرته العالية على استشعار باقة واسعة من المشاكل الداخلية مثل:
- قصر الدائرة بين لفات الطور الواحد (Inter-turn faults).
- الأعطال الأرضية وقصر الملفات مع جسم المحول (Core faults).
- النقاط الساخنة الناتجة عن تراخي الوصلات (Hot spots).
- التفريغ الكهربائي الجزئي والشرارات الداخلية (Arcing).
تحليل الغازات المتجمعة داخل المرحل (DGA) :
تعتبر إمكانية فحص الغازات المتجمعة في مرحل بوخلز ميزة تشخيصية لا تقدر بثمن، حيث يشير كل غاز منبعث إلى طبيعة ونوع المشكلة بدقة وفق الجدول التالي:
| نوع الغاز المنبعث | الدلالة الهندسة والمشكلة المحتملة |
|---|---|
| الهيدروجين (H₂) | تفريغات كهربائية بسيطة أو كورونا داخلية (Corona discharge) |
| الميثان (CH₄) | ارتفاع حراري موضعي منخفض الدرجة في الأجزاء المعدنية |
| الإيثيلين (C₂H₄) | ارتفاع حراري شديد جداً في الزيت والملفات الكهربائية |
| الأسيتيلين (C₂H₂) | حدوث قوس كهربائي عنيف (Arcing) وخطير داخل المحول |
مميزات وعيوب مرحل بوخلز :
أولاً: المميزات
- يمنح المهندسين قدرة عالية على تشخيص نوع العطل عبر سحب وفحص عينات الغاز.
- يوفر حماية اقتصادية فائقة الحساسية للأعطال المعقدة التي قد لا تستشعرها أجهزة الحماية الكهربائية الأخرى في بدايتها.
- آلية عمله ميكانيكية بسيطة وموثوقة للغاية مما يقلل من نسب تعطل الجهاز نفسه.
ثانياً: العيوب والقيود
- مقتصر فقط على المحولات المبردة بالزيت والتي تحتوي على خزان تمدد (Conservator).
- لا يمكنه استشعار أو حماية المحول من الأعطال الخارجية التي تحدث على الكابلات أو البارات الخارجية.
- قد يعطي إشارات إنذار خاطئة نتيجة دخول فقاعات هواء أثناء عمليات الصيانة أو تقليب الزيت إذا لم يتم تنفيس الهواء جيداً.
الخلاصة :
يمثل مرحل بوخلز (Buchholz Relay) صمام الأمان الميكانيكي الأبرز في عالم حماية محولات القدرة الكهربائية الزيتية. فبفضل اعتماده الذكي على مراقبة النواتج الغازية وحركة التدفق الهيدروليكي للزيت، يضمن الجهاز استمرارية عمل الشبكة الكهربائية بأمان، ويقلل بشكل كبير من تكاليف الصيانة الاستباقية عبر إيقاف الأعطال الكبرى قبل حدوثها.