الرئيسية
البوابة
أحدث الصور
من طرف الجمعة يوليو 30, 2010 5:12 pmأساسيات الحماية
الكهربائية
بواسطة Eng.Farouk في
الخميس فبراير 11, 2010 9:27 pm
الكهربائية
بواسطة Eng.Farouk في
الخميس فبراير 11, 2010 9:27 pm
توليد ونقل القدرة الكهربائية
يحتاج الى جهود هائلة وتجهيزات كثيرة ومتنوعة لايصال التيار الكهربائي الى المستهلك
بشكل سليم. نظام القدرة يحتوي على مولدات ومحولات وخطوط نقل هوائية وكابلات وقد
يتعرض الى حوادث غير طبيعية نسميها بالاعطال التي قد تؤدي الى تلف هذه الاجهزة وقطع
للتيار الكهربائي اذا لم تتخذ الاجراءات اللازمة. واذا لم تتخذ الاجراءات اللازمة
فان التجهيزات الكهربائية المعرضة للاعطال قد تتلف ويكون اصلاحها اواستبدالها مكلفا
جدا بالاضافة الى فترة الانقطاع للكهرباء عن المنشآت الصناعية الذي يؤدي الى توقف
الانتاج وبالتالي الى خسائر كبيرة.
تمثل مرحلات الوقاية Protective Relaying
اهمية كبيرة في نظم القوى الكهربائية فهي المسؤولة عن الاحساس باي عطل او خلل قد
يطرا في اي مكان بدءآ من التوليد الى النقل الى التوزيع وتنتهي بالمستخدم وبعد
احساسها بذلك العطل فانها تقوم باصدار الامر الى المهمات المختصة بعزل العطل او
الخلل بشكل وثائقي وانتقائي والذي يؤدي الى استمرارية التغذية في باقي النظام.
ونظرا الى ذلك قد جاء التطور الهائل في مرحلات ونظم الوقاية. فقد انتقلت من مرحلات
الوقاية الكهرومغناطيسية Electromagnetic Relays الى الاستاتكية Static Relays ثم
الوقاية الرقمية مستخدما الحاسب Digital Relays.
ولحماية نظام القدرة بشكل سليم
لابد من معرفة اجهزة الحماية ومميزاتها وكيفية تشغيلها وخطط الحماية
المستخدمة.
تركيب انظمة القدرة متعدد الطبقات
اي نظام قدرة يمكن ان يقسم الى 3 طبقات اساسية كما موضح في الشكل الاول.
عند المستوى الاساسي يتكون من معدات القدرة التي تولد، وتحول، وتوزع القدرة
الكهربائية الى الاحمال. المرحلة التالية تكون معدات التحكم. هذه المعدة تساعد في
حفظ نظام القدرة عند الجهد المقنن والتردد، وتوليد القدرة الكافية للاحمال.
بالاضافة الى حفظ الاقتصادية العظمى والآمان لشبكة الربط Optimum Economy and
Security . واخيرا توجد طبقة الحماية. ويجب ان نذكر هنا بان زمن استجابة طبقة
الحماية اسرع من طبقة التحكم. وتقوم الحماية بفتح وغلق قواطع الدائرة Circuit
Breakers التي تؤدي تغيرفي هيكلية نظام القدرة. بينما يقوم التحكم بضبط متغيرات
النظام من الجهود والتيارات وسريان القدرة Power Flow على الشبكة.
الشكل الاول : تركيب انظمة القدرة ذو 3 طبقات
اجهزة الحماية في محطات التوليد
تعتبر محطات
التوليد هي المصدر الاساسي لتغذية نظام القدرة ويجب الاهتمام بحمايتها. ويجب أن
نشير أنه لابد من الاهتمام بسرعة الأداء والعمل الانتقائي لاجهزة الوقاية خصوصا في
هذه المنطقة نظرا لاهميتها الكبرى. في حالة عدم وجود الانتقائية لأجهزة الحماية
يكون من الصعب تشغيل نظام قدرة حديث. وتستخدم الحماية لعزل الاجزاء المخطئة في نظام
القدرة بسرعة عالية. وتبقى الاجزاء السليمة في الخدمة. وفي حالة عدم فصل العطل
فربما تسبب بالاشياء التالية:
1. استمرار العطل لفترة كبيرة قد يسبب فقدان
التوافق بين المولدات في نفس المحطة او بين مجموعة التوليد في محطة اخرى.
2.
الاجزاء التالفة قد تسبب خطرا في نظام القدرة.
3. قد يمتد الخطر الى الاجزاء
السليمة في نظام القدرة.
اجهزة الحماية في انظمة
القدرة ومحطات التوزيع
قبل البدء في دراسة كيفية وضع اجهزة الحماية على
انظمة القدرة وعلى محطات التوزيع يمكن عرض الانواع المختلفة لانظمة القدرة ومحطات
التوزيع. يمكن تصنيف انظمة القدرة كالآتي:
1. نظام قدرة شعاعي Radial Power
System: ويعتبر أبسط الانواع من الناحية الاقتصادية ولكن من وجهة نظر الموثوقية
Reliability أي فقد في المصدر سوف يؤدي الى فقد في الخدمة لكل المستهلكين.
2.
نظام قدرة متوازي Parallel Power System: في هذا النموذج يؤدي الى مضاعفة وتأمين
عملية التغذية.
3. نظام قدرة حلقي Ring Power System: يبين مرونة في عملية حفظ
الخدمة للمستهلكين. وتأثير فقد مولد أو خط نقل قد لايؤدي الى انقطاع التغذية وعملية
الحماية يجب ان تراعي التغذية المختلفة.
4. نظام قدرة شبكي Network Power
System: وهذا النوع يناسب نظام القدرة الحديث وقد يحتاج الى حماية ذات تنسيق وتصميم
جيد وتعمل بشكل انتقائي والشكل الثاني يوضح الانواع السابقة.
الشكل الثاني : الاشكال المختلفة لانظمة القدرة
كما
يمكن تصنيف محطات التوزيع كالاتي:
قد تم تصميم محطات التوزيع اساسا لتوثيق
الخدمة ومرونة التشغيل وتسمح لصيانة المعدة بأقل فصل في الخدمة. وتصنف الى عدة
انواع وفقا للجهد وموقع وعمل المحطة كالاتي:
أ. قضيب وحيد – قاطع وحيد Single
Bus - Single Breaker.
ب. قضيبان وقاطع Two Bus - Single Breaker.
ت. قضيبان
وقاطعان Two Bus – Two Breaker.
ث. القضيب الحلقي Ring Bus.
ج. قاطع ونصف
Breaker and a Half.
والشكل الثالث يوضح هذه الانواع. تختلف نوع الحماية لكل
نموذج على حسب الشكل للمغذيات الخارجية وللقضبان المجمعة.
الشكل الثالث : الاشكال المختلفة لانظمة قضبان المحطة الفرعية
الاخطاء في انظمة
القدرة:
الشكل الرابع يبين شبكة كهربائية مكونة من _مولد – محول - خطوط
نقل - قضبان بالاضافة الى قواطع على كل جزء يراد له الحماية. المولد G1 مركب له
قاطع A والمحول رقم T1 مركب له القاطعين (B&C)، الخط رقم L1 مركب له قاطعين
(D&C) في حالة حدوث قصر للمولد G1 فان مرحلات الحماية تعمل على فصل القاطع A
وفي حالة وجود عطل في المحول T1 تعمل اجهزة الحماية على فصل كل من (C&B)
وبالنسبة للخط L1 يفصل (D&C) وفي حالة وجود عطل عند القضيب 4 يفصل كلا من
(G,H&I).
الشكل الرابع : نموذج لشبكة كهربائية عليها القواطع
ويمكن تعريف العطل او القصر في المعدة الكهربائية بحدوث
عيب او خلل في الشبكة الكهربائية الذي يؤدي الى انحراف التيار عن مساره العادي
ويؤدي ذلك الى فصل و قطع في الجزء المحمي كما ان انهيار المادة العازلة يؤدي الى
تلامس الموصل بالارض وتكون معاوقة العطل Fault Impedance صغيرة جدا وبالتالي يكون
التيار الكهربائي المار في وقت القصر كبيرا جدا. الشكل الخامس يبين حالة الدائرة في
حالة وجود قصر.
الشكل الخامس : دائرة قصر
05.jpg (30.17 KiB) شوهد 2352 مرات
كيفية تقليل اعطال الشبكة
في الواقع توجد اسباب
عديدة لحدوث اعطال الشبكة الكهربائية. ولكن يمكن تقليل الاعطال بقدر الامكان
وذلك:
ـ بتحسين تصميم الشبكة الكهربائية.
ـ تحسين كفاءة المعدات.
ـ ضبط
وتنسيق سليم لمرحلات الوقاية.
ـ تشغيل سليم للشبكة الكهربائية وعدم تعرضها
للحالات الغير عادية.
ـ عمل صيانة دورية.
والجدول الاول يوضح الاعطال التي
يمكن ان تتعرض لها المعدات الكهربائية.
الجدول الاول
انواع
اعطال نظام القدرة
ان الاعطال التي تحدث على نظام القدرة تكون في
الحالات التي يتبع فيها التيار الكهربائي مسار اخر نتيجة فشل العزل الذي يقيد
التيار ضمن النواقل. ويكون العزل اما هواء او مواد ذات مقاومة عالية.
ان العزل
في هذه الحالة يمكن ان يقصر عن طريق الطيور, اغصان الاشجار, او مواد معدنية
ساقطة.
وقد ينهار العزل بسبب ارتفاع الجهد نتيجة الصواعق كما يمكن ايضا للعزل ان
يضعف ويتأين.
وقد يمكن تصنيف الاعطال الاساسية في نظام القدرة الى:
اعطال دائرة القصر Short Circuit Faults
وتشمل:
عطل ثلاثي الطور معزول عن الارض Three Phase Short Circuit، عطل ثلاثي الطور مع
الارض Three Phase to Ground، عطل بين طورين Two Phase Short Circuit، قصر بين احد
الاطوار والارض Single Phase to Ground، عطل قصر بين طورين والارضي Two Phase to
Ground. أعطال هذا النوع يسبب فشل العازل بين خطوط
النقل او بين خط النقل والارضي
والشكل السادس يبين الرسم التفصيلي لهذه الحالات.
الشكل السادس : الانواع الاساسية لاعطال دوائر القصر
اعطال الدائرة المفتوحة
Open Circuit Faults
وتشمل: انقطاع احد الاطوار في الدائرة، او انقطاع
طورين في الدائرة، او انقطاع الاطوار الثلاثة في الدائرة. ويبين الشكل السابع كل
هذه الانواع.
الشكل السابع : الانواع الاساسية لاعطال الدائرة المفتوحة
الاعطال المتزامنة
Simultaneous Faults
عبارة عن وجود عطلين او اكثر بنفس الوقت وقد تكون
متماثلة او غير متماثلة وقد تكون في أجزاء مختلفة من نظام القدرة.
أعطال الملفات Winding Faults
هذا النوع من
الاعطال يحدث في ملفات المولد او المحول او المحرك وقد يحدث بين احد الملفات
والارضي، او بين ملفين، او قصر بين الملف الواحد.
ويمكن تقسيم الاعطال السابقة
الى اعطال (Faults Permanent ) او اعطال عابرة (Temporary Faults).
زيادة الحمل Overloading
في الجزء السابق قد تم
شرح الانواع المختلفة لقصر الدائرة وقد شرحنا انه عندما يحدث عطل في الدائرة او قصر
والذي بدوره يؤدي الى مرور تيار كبير يعرف Short Circuit Current او تيار القصر
والذي يكون اكبر من التيار العادي.
عندما تاخذ الالة تيار اكبر من التيار المقنن
والمسموح به يعرف في هذه الحالة بتيار زيادة الحمل Over Loading-Current حيث انه
اكبر من تيار الحمل العادي ولذلك تحتاج المعدات الكهربائية لمرحلات وقاية:
= ضد
زيادة التيار والذي حدود تشغيله من 1,2 الى 2 من التيار المقنن.
= ضد تيار القصر
والذي حدوده من 5 الى 25 من التيار المقنن.
تستخدم محولات الجهد والتيار لتحويل التيارات (محولات
تيار) او لتحويل الجهود (محولات جهد) العالية جدا الى قيم منخفضة عن طريق ملفات
ثانوية. وتغذى الملفات الثانوية لهذه المحولات باجهزة حماية وقياس وتحكم ومراقبة
وعدادات. ويجب على المحولات نقل الاشارة بدقة عالية واذا فشلت المحولات بذلك فان
نظام الحماية ممكن الا يعمل بشكل صحيح ويصبح نظام القدرة معرضا للخطر.
لذلك يجب
ان يكون تصميم محولات القياس بموثوقية عالية. ويستخدم في محولات القياس لضمان العزل
اما زيوت او غازات او مواد صلبة عازلة.
ان استعمال محولات القياس امر لابد منه
في دوائر الجهد العالي حتى ولو كانت التيارات صغيرة جدا، لان هذه المحولات تؤمن
الحماية اللازمة للمستخدم بعزل دوائر الاجهزة المستخدمة عن تجهيزات الدوائر
الاساسية كما انها تحمي الاجهزة من الحوادث العابرة (ارتفاع الجهد او دوائر القصر)
التي تحدث على الدائرة الاولية لنظام القدرة.
ونلخص اهداف استخدام محولات القياس
كالآتي:
1- تستخدم لانقاص تيارات وجهود نظام القدرة الى قيم صغيرة مناسبة لسلامة
اجهزة القياس والتحكم والمراقبة والحماية.
2- تستخدم لعزل دوائر الاجهزة
المستخدمة عن الدائرة الاولية لنظام القدرة.
3- توحيد قيم التيار اوالجهد لقيم
قياسية فمثلا يكون التيار الثاتوي في محولات التيار 1 أمبير او 5 امبير، والجهد
الثانوي في محولات الجهد 100 فولط او 110 فولط.
تركيب محولات التيار
يتكون محول التيار من دائرة
مغناطيسية مقفلة مصنوعة من رقائق من الحديد السليكوني (لتقليل مفقودات الحديد) ومن
ملفين معزولين عن بعضهما وعن القلب الحديدي وهما
= ملف ابتدائي Primary Winding
ويحتوي على عدد من اللفات ويتم توصيله على التوالي مع الكابل او الخط المراد قياس
قيمة التيار المار فيه.
= ملف ثانوي Secondary Winding ويحتوي على عدد كبير من
اللفات ويتم توصيله على التوالي مع ملف التيار لجهاز الوقاية او القياس.
= القلب
الحديدي ويحتوي على اشكال مختلفة:
* قلب حديدي على شكل مستطيل او مربع ويستخدم
لمحولات التيار الصغيرة والمتوسطة، حيث يتم لف الملف الثانوي اولا على الساق ثم
الملف الابتدائي (الشكل الثامن).
الشكل الثامن : الاشكال المختلفة لمحولات التيار
08.jpg (55.7 KiB) شوهد 2325 مرات
* قلب حديدي على
شكل حلقة، ويستخدم لمحولات التيار المختلفة، وفيه يلف الملف الثانوي بانتظام حول
القلب، اما الملف الابتدائي فهو الكابل (او الموصل) الحامل للتيار والذي يتم ادخاله
من خلال الحلقة، انظر الشكل الثامن، كما يبين الشكل التاسع محولات تيار ذات جهود
مختلفة.
الشكل التاسع : محولات تيار ذات جهود مختلفة
مقننات محول التيار
1- التيار الابتدائي ويرمز له
Ip.
2- التيار الثانوي ويرمز له Is (القيم القياسية 1 أو 5 أمبير).
3- نسبة
التحويل وهي Ip/Is أو النسبة العكسية للملفات Ns/Np (مثال: 1200/5 أو 800/5).
4-
عبء المحول Burden وهي القيمة المكافئة لمقاومة اجهزة الوقاية او القياس المحملة
على الملف الثانوي بوحدات اوم او فولط أمبير – مثال لذلك 2.5 ، 7.5 ، 15 فولط
امبير.
5- خطأ نسبة التحويل The Ratio Error وهي النسبة بين تيار المغنطة
والتيار الابتدائي المقنن.
6- الاختلاف الوجهي The Phase Difference وهو قيمة
زاوية الاختلاف بين التيار الابتدائي المقنن والتيار الثانوي المقنن ويجب ان تكون
هذه الزاوية صغيرة جدا.
7- درجة الدقة Accuracy Class تعرف درجة الدقة بدلالة كل
من خطأ نسبة التحويل والاختلاف الوجهي بين التيار الابتدائي المقنن والتيار الثانوي
المقنن.
عادة يرمز للمحول 10C800 او تختصر الى C800 وتعني ان نسبة الخطأ 10% عند
اي تيار في الملف الثانوي والقيمة 800 هي قيمة الجهد على الملف الثانوي. والرمز C
يعني توصيف الدقة باستخدام الاختبار.
الدائرة
المكافئة لمحول التيار
يمثل الشكل العاشر الدائرة المكافئة لمحول التيار
بالاتي:
الشكل العاشر : الدائرة المكافئة لمحول التيار
10.jpg (27.59 KiB) شوهد 2290 مرات
(K-L) نقطتي
الملف الابتدائي
(k-l) نقطتي الملف الثانوي
Ie تيار الاثارة
N نسبة
التحويل
Zp معاوقة الملف الابتدائي
Zs معاوقة الملف الثانوي
Ze معاوقة
الاثارة
Zl حمل العبء سواء كان جهاز وقاية او جهاز قياس
Es جهد الاثارة
Vb
جهد العبء
Rc مقاومة اسلاك التوصيل بين المحول واجهزة الحماية او
القياس
توصيلات محولات التيار
يتكون محول التيار من ملف ابتدائي يرمز له
بالاحرف الكبيرة K , L والملف الثانوي باحرف صغيرة k , l. ويبين الشكل الحادي عشر
التوصيلات المختلفة له.
الشكل الحادي عشر : الاشكال المختلفة لتمثيل محول التيار
الشكل الثاني عشر : طرق توصيل المحول
الشكل الثاني
عشر يدل على طرق توصيل المحول. الشكل الثاني عشر – 1 يدل على توصيل المحول ذو
الثلاثة اوجه.
والشكل الثاني عشر – 2 يدل على توصيل المحول بطريقة نجمة Wye
Connection وتستخدم هذه الطريقة:
= لقياس التيارات المارة بالثلاثة اوجه من خلال
امبيروميتر.
= تركيب اجهزة الحماية ذات حساسات للتيارات المارة بالثلاثة اوجه،
حيث يتم توصيل ملف تيار خاص بجهاز الوقاية لكل وجه.
= تركيب جهاز وقاية ذو
حساسية لمحصلة الجمع الاتجاهي للتيارات بالثلاثة اوجه.
والشكل الثاني عشر – 3
يدل على توصيل المحول بطريقة دلتا Delta Connection وتستخدم هذه الطريقة:
=
لقياس فرق التيارين المارين بالوجهين.
= تركيب اجهزة الحماية لكشف فرق التيارين
المارين بوجهين.
تستخدم محولات الجهد للحصول على قيمة جهد منخفضة، عادة
100 فولط لتغذية دوائر الوقاية والقياس والتحكم. ويوجد نوعان من محولات الجهد، محول
جهد مغناطيسي ومحول الجهد ذو مكثف.
التعريفات
الاساسية لمحولات الجهد
1. الجهد الابتدائي Rated Primary Voltage ويرمز
له Vp.
2. الجهد الثانوي Rated Secondary Voltage ويرمز له Vs.
3. نسبة
التحويل وهي Vp/Vs او Np/Ns.
4. عبء المحول Burden وهي القيمة المكافئة لمقاومة
الملفات المتصلة على التوازي مع الملف الثانوي Zb=(Vs^2)/P (حيث Vs هو الجهد
الثانوي، P هو عبء محول الجهد بالفولط – امبير، Zb مقاومة الحمل).
5. خطأ نسبة
التحويل وتعرف بأنها الفرق بين نسبة التحويل الحقيقية ونسبة التحويل مع اخذ هبوط
الجهد في الاعتبار.
6. اختلاف الوجه وهي زاوية الاختلاف بين الجهد الابتدائي
المقنن والجهد الثانوي المقنن.
7. درجة الدقة وفيها تستخدم جداول قياسية لإعطاء
معنى درجة الدقة بدلالة كل من خطأ نسبة التحويل والاختلاف الوجهي. على سبيل المثال
اذا كان محول الجهد يستخدم للقياس فان العبء 100 فولط امبير والدرجة 5. هذا يعني ان
اقصى خطأ نسبة تحويل يكون يكون 5% عند الجهد المقنن وعبء يساوي 100 فولط
امبير.
درجات الدقة للقياس في هذه المحولات هي 0.1 , 0.2 , 0.5 , 1 , 3. بينما
محولات الجهد المستخدمة في الحماية فان درجة الدقة تحتوي على الرمز P للدلالة على
انه للوقاية. وتكون حدود الدقة من 5% الى 100% من الجهد المقنن.
إذا كانت بيانات
محول 3P , 75VA فمعنى ذلك ان نسبة الخطأ تساوي + او – 3% من الجهد المقنن وذلك عند
اقصى عبء وهو 75VA.
تركيب محول الجهد
المغناطيسي
وهو عبارة عن دائرة مغناطيسية مقفلة عبارة عن رقائق من الحديد
السيليكوني.
= ملف ابتدائي يحتوي على عدد كبير من اللفات ويوصل على التوازي مع
الدائرة المراد تركيب محول الجهد عليها.
= ملف ثانوي يحتوي على عدد اقل من
اللفات ويوصل على التوازي بملفات الجهد باجهزة القياس والوقاية.
يتم عزل الملف
الابتدائي عن الملف الثانوي بمادة عازلة تعتمد على جهد التشغيل، (الشكل الثالث
عشر).
الشكل الثالث عشر : محول الجهد المغناطيسي
13.jpg (42.24 KiB) شوهد 2260 مرات
تركيب محول جهد ذو مكثف
عند العمل على جهود اعلى
من 66KV يصبح استخدام المحولات المغناطيسية مكلف جدا. وهذه الجهود تحتاج الى عزل
مناسب. فمن هنا تستخدم محولات الجهد ذات المكثفات والتي يمكن من خلالها تخفيض قيمة
الجهد الابتدائي لقيمة معينة ثم يتم استخدام المحول المغناطيسي لتخفيض هذه القيمة
الى قيمة قياسية لدوائر الوقاية وهي 100 فولط. والشكل الرابع عشر يبين الدائرة
المكافئة لمحول جهد من النوع المكثف.
والشكل الخامس عشر يبين بعض انواع محولات
الجهد المستخدمة حديثا.
الشكل الرابع عشر : يبين الدائرة المكافئة لمحول جهد من النوع المكثف
(24.99 KiB) شوهد 2251 مرات
الشكل الخامس عشر : بعض انواع محولات الجهد المستخدمة حديثا
15.jpg (58.52 KiB) شوهد 2239 مرات
نظام التاريض System Earthing
اذا حدث عطل مع
الارض لاحد نواقل الشبكة او لخط ثلاثي الاوجه ذو نقطة تعادل معزولة عن الارض فان
هذا العطل لايؤدي الى فصل التغذية عن الخط ولاتشكل هذه النتيجة خطورة بالنسبة
للخطوط القصيرة ذات الجهود المنخفضة نسبيا، ولكن في حال الخطوط الطويلة ذات الجهود
المرتفعة، فان تلك الاعطال الارضية تسبب مشاكل خطيرة، حيث تؤدي الى نشوء جهود عالية
تبلغ ثلاثة او اربعة اضعاف جهد النظام، وذلك على شكل اهتزازات متراكمة، وبالتالي
تشكل خطورة على عازلية الشبكة.
إن التأريض في نظام القدرة ضروري لأسباب كثيرة
منها:
= من أجل فصل الخطوط وذلك بتشغيل حمايات العطل الارضي المركبة في الشبكة
حيث ان لتيار العطل الارضي قيمة محسوسة يمكن الحصول عليها، من اجل موقفات الصواعق
المستخدمة للحماية من الجهود المرتفعة في الشبكة والناتجة عن حوادث البرق.
=
اعطال الاقواس الارضية لاتؤدي الى جهود عالية خطرة على الاوجه السليمة. كما يمكن
التحكم بالتداخلات التحريضية بين دائرة القدرة ودوائر الاتصالات بالتحكم بمدى تيار
العطل الارضي.
انظمة التاريض في نظام
القدرة:
إن انظمة التاريض المستخدمة في نظام القدرة تكون بتأريض نقطة
التعادل للمحولات والمولدات ذات الوصل النجمي، والطرق المستخدمة لذلك هي:
التاريض المباشر Solid Earthing
ويستخدم لتاريض
نقطة التعادل للمحولات من جهة الوصل النجمي وهي تفيد بالسماح لتدرج سماكة عازلية
الملفات نحو الاسفل باتجاه النقطة الحيادية ويستخدم هذا الاجراء على الغالب عند
الجهود 100 ك ف، فاكثر. وان ممانعة التاريض في هذه الحالة هي الممانعة بين نقطة
التعادل والارضي وتمثل بممانعة الناقل الارضي نفسه والمقاومة للقضيب الارضي
اوالصفيحة (Earth Plate) والارض.
وتعرف طريقة التاريض المباشر بنظام التاريض
الفعال (Effective Earthed System). واثناء عطل وجه مع الارضي فان جهد اي وجه مع
الارضي لاي طور سليم لايتجاوز 80% من الجهد بين وجهين في النظام المدروس.
التاريض باستخدام مقاومة Resistance -
Earthing
وفي هذا النوع من التاريض توصل مقاومة بين النقطة النجمية
والارضي ويعرف بالتاريض غير الفعال (Non – Effective Earthing).
التاريض باستخدام مفاعلة Reactance Earthing
وتستخدم مفاعلة بدلا من المقاومة للوصل بين النقطة النجمية والارض ويعرف ايضا
بالتاريض غير الفعال، ويتم اختيارها بشكل سليم لتلائم متطلبات اجهزة
الحماية.
التاريض باستخدام ملف اخماد القوس (أو
ملف بيترسون) Arc – Suppression (Peterson) Coil Earthing
ويتم وصل
النقطة النجمية الى الارض بواسطة مفاعلة وتكون قيمة مفاعلتها بحيث يمكن التحكم
بضبطها بحيث تتوافق بشكل اكبر او اقل من قيمة السعات بين الوجهين السليمين والارض
عندما يكون الوجه الثالث موصول الى الارض بشكل مباشر، عندئذ فان تيار القوس يساوي
الى مجموع التيارات السعوية والتيار المار في المفاعلة اي يساوي الى الصفر، حيث ان
للتيارين للمفاعلة والتيار السعوي انفراج بمقدار 180 درجة اي متعاكسان، ويؤدي ذلك
الى اطفاء القوس. ويعتبر ملف بيترسون فعال تمام في منع الضرر الناتج عن الاقواس
الارضية، وتجهز هذه المفاعلة بمأخذ (Tapping) بحيث يمكن تغيير قيمتها لتتناسب
السعات في الشبكة وتسمح بتغيير سعة مركبة التتابع الصفري للنظام الناتجة عن عمليات
فصل الدوائر..
التاريض بواسطة ملف بيترسون
ومقاومة
يستخدم في هذا النوع من التاريض شكل مركب من ملف اخماد القوس
ومقاومة. عند حصول عطل ارضي دائم على وجه واحد فانه يكبت (Suppressed) بواسطة
الملف. ومن غير المرغوب فيه استمرار العطل فترة طويلة على النظام، لذلك فانه بعد
تاخير زمني يمكن ضبطه حتى (30) ثانية فان الملف يوصل اليا على التوازي مع المقاومة
ذات القيمة المنخفضة والتي تسمح بسريان تيار العطل الارضي مما يؤدي الى تشغيل
حمايات العطل الارضي.
التاريض في المباني
لعمل شبكة تاريض جيدة للمبنى فانه
من الضروري ان يتم تاريض العناصر التالية:
= كل الاجسام المعدنية والمعرضة
للملامسة.
= كل الاجهزة الكهربائية.
= جميع وحدات الانارة.
يمكن استخدام
احدى الوسائل التالية كقطب للتاريض:
= تمديدات المواسير المعدنية للمياه.
=
اسياخ التسليح للمبنى.
= موصل معدني يتم تمديده حول المبنى.
كما يمكن استخدام
اقطاب التاريض الصناعية التالية:
= قطب تاريض صناعي: وهو عبارة عن قضيب او
ماسورة معدنية لايقل طولها عن 240 سم تدفن راسيا ملامسة للتربة الا اذا كانت الارض
صخرية فيمكن وضعها مائلة 45 درجة على المستوى الراسي او تدفن في خندق على عمق 75 سم
من سطح الارض على الاقل.
= لوح التاريض: وهو عبارة عن لوح معدني قد يكون من
النحاس بسمك 1،5 مم او من الحديد بسمك لايقل عن 6،35 مم ويجب ان لاتقل المساحة
المعرضة للتربة عن 0،186 متر مربع.
وعموما يجب ان يكون قطب التاريض الملامس
للتربة خاليا من الشحوم او الزيوت لانها تضعف خصائص قابلية التاريض للتوصيل
الكهربائي.
الطرق المختلفة لخفض مقاومة التاريض
بعد الانتهاء من تاريض المبنى
واللوحات العمومية والفرعية يتم قياس مقاومة التاريض اجهزة خاصة بذلك فاذا لوحظ
انها تزيد عن الحد المسموح به وهو 25 اوم فانه يلزم خفض هذه القيمة باستخدام طريقة
او اكثر من الطرق التالية :
= زيادة قطر قضيب التاريض.
= زيادة طول قضيب
التاريض.
= زيدة عدد قضبان التاريض.
القواطع
الالية Circuit Breakers
باستمرار نمو الشبكات الكهربائية وازدياد قدرة
محطات التوليد ازدادت الحاجة الى اجهزة قطع وحماية جيدة ومعتمدة. واصبحت حماية
الشبكات تمثل المركز الرئيسي من الاهمية، فعند حدوث دائرة قصر في الشبكة، تغذي كمية
هائلة من التيار الى مكان العطل مما يؤدي الى ضرر بليغ وانقطاع في التغذية. لذلك
يجب على اجهزة الحماية ان تحقق موثوقية تامة بحيث يمكن الاعتماد عليها اعتمادا كليا
وان تميز تمييزا مطلقا بحيث تعزل الاقسام المتعطلة من الشبكة فقط وان تعمل بسرعة
للحد من تاثير العطل على تجهيزات الشبكة. وبما ان موضوع الشرح هنا هو الحمايات التي
تعطي اوامر الفصل للقواطع الالية لذلك لابد من اعطاء فكرة سريعة عن القاطع الالي
والية تشغيله والتحكم فيه ومبدا اطفاء القوس الكهربائي. وتستخدم اجهزة القطع
Switchgear . اما لعزل الدوائر الكهربائية عند حدوث الاعطال بواسطة اجهزة الحماية،
اوان تعزل الدائرة بواسطة فتح القاطع لاجراء اعمال الصيانة الدورية على
التجهيزات.
وتصنف القواطع المستخدمة عادة الى نوعين:
= النوع الاول هي
القواطع الالية Circuit Breaker والتي بامكانها فصل الدائرة تحت الجهد والحمولة
واغلاق الدائرة تحت الجهد.
= النوع الثاني وهي القواطع العازلة Isolators وهي
قواطع بامكانها اغلاق الدائرة تحت الجهد ولكن غير مسموح بفتح الدائرة تحت
الحمولة.
وبشكل عام يمكن تصنيف قواطع الدائرة والادوات التابعة لها بشكل مبدئي
الى اربعة اصناف:
1. قواطع الجهد المنخفض وتستخدم في دوائر الانارة والتيار ضمن
الابنية والمنشآت الصناعية وفي السكك الحديدية والكهربائية وفي الاجهزة المساعدة
لمحطات الطاقة ذات التيارات المنخفضة وجميعها تقريبا قواطع هوائية.
2. قواطع
الجهد المتوسط – المنخفض للجهود ( 2,3 - 15) كيلو فولت وقدرة قطع بين 25 الى 500
ميجا فولت امبير وتستخدم في محطات الطاقة الصغيرة وفي الاجهزة المساعدة لمحطات
الطاقة الكبيرة. ومعظم القواطع القديمة زيتية الا ان الاتجاه الحديث هو نحو القواطع
الهوائية وبصورة خاصة من النوع ذات الاطفاء المغناطيسي.
3. قواطع الجهد المتوسط
– العالي ويكون الجهد بين (15 – 34,5) كيلو فولت وقدرة قطع بين (500) الى (2500)
ميجا فولت امبير وتستخدم في المحطات الثانوية الهامة وفي دوائر المولدات في محطات
الطاقة الكهربائية وذات قدرة قطع متعددة. وقد استخدمت القواطع الزيتية بكثرة في هذا
المجال الا ان القواطع ذات الهواء القسري ( Air blast ) اصبحت شائعة
الاستعمال.
4. قواطع الجهد العالي ويكون جهدها اعلى من (46) كيلو فولت وتستخدم
في خطوط النقل الهامة حيث تكون عادة زيتية ومن النوع الخارجي المركب على قواعد وقد
جرت عليها تحسينات كثيرة فيما يتعلق بالسرعة وقدرة القطع وصغر الحجم.
مبدا اطفاء القوس الكهربائي
في اللحظة التي تبدا
فيها ملامسات القاطع الآلي بالتباعد فان التيار يكون كبير جدا. ولايؤدي التباعد
الصغير بين الملامسات ضمن اقطاب القاطع الى انقطاع التيار فورا. فعندما يزداد تباعد
الملامسات تزداد المقاومة بينهما وبالتالي يزداد الفقد الحراري في هذه المقاومة حسب
العلاقة ((I^2)*R)، وينتج ايضا تاين الهواء او تبخر وتاين الزيت ويصبح هذا الهواء
او بخار الزيت المتأين ناقلا ويستمر جريان التيار ضمنه مكونا قوسا كهربائيا. ويكون
الجهد بين ملامسات قطب القاطع صغيرا بحيث يكفي للمحافظة على القوس الكهربائي.
الشكل السادس عشر : الترتيبات الممكنة لاجهزة القطع
16.jpg (61.15 KiB) شوهد 2230 مرات
ويبين الشكل
السادس عشر الترتيبات الممكنة لاستخدام اجهزة القطع في نظام القدرة فالشكل (a) يبين
استخدام اجهزة القطع في ترتيب القضبان المجمعة المزدوجة. والشكل (b) يبين استخدامها
في ترتيب القضبان المجمعة بشكل حلقة مزدوجة مع ربطها بمفاعل (Reactor) ويمكن عزل
هذا المفاعل لاغراض الصيانة. ولا يمكن نقل الدوائر من احد جانبي المفاعل الى الجانب
الاخر. والشكل (c) يبين استخدام اجهزة القطع في شبكة مفتوحة. وبدون استخدام قواطع
للمحولات. الشكل (d) نفس الشكل السابق ولكن تستخدم قواطع للمحولات. الشكل (e)
استخدام اجهزة القطع في شبكة مغلقة ونقصد باجهزة القطع القواطع الآلية والقواطع
العازلة Isolator بالقواطع التسلسلية Series Switches وان قواطع الدائرة للجهد
العالي لها اربعة اشكال رئيسية:
= القواطع الزيتية.
= القواطع االآلية ذات
الزيت القليل.
= قواطع الهواء القسري.
= قواطع ذات القطع العازل SF6.
الشكل السابع عشر : مقطع لقاطع زيتي 66 ك.ف. ثلاثي الوجه
17.jpg (34.91 KiB) شوهد 2224 مرات
ويبين الشكل
السابع عشر مقطع لقاطع زيتي 66 ك ف ثلاثي الاوجه، حيث يتضمن وعاء معدني مملوء
بالزيت وله غطاء معدني يحوي على مخارج عازلة لدخول وخروج نواقل الدائرة من الوعاء
وتدعى بالمخترقات Bushing. ويلاحظ في الشكل وجود محولات تيار في نهايات مخترقات
القاطع. وتتصل بالنهايات السفلى للمخترقات تحت مستوى الزيت ملامسات ثابتة Fixed
Contacts وهي الملامسات العلوية.
كما يوجد ملامسات متحركة Contacts Moving وتكون
سفلية وتكون عادة قضبان نحاسية اسطوانية Cylindrical Cooper Rods والملامسات
السفلية هي التي تتحرك لتوصل مع الملامسات العلوية او تفصل عنها. وتتكون الملامسات
العلوية من نابض نحاسي قوي يخلق ضغط على قضيب الملامس السفلي عند الاغلاق ليشكل
تماس كهربائي جيد. وعندما يفتح القاطع تحت حالات العطل فان عدة آلاف من الامبيرات
تمر بين ملامسات القاطع وبالتالي فان عملية اطفاء القوس الكهربائي وفتح القاطع
بفاعلية تشكل مشاكل هندسية رئيسية تجري محاولات كثيرة للتغلب عليها.
ان الحرارة
العالية الناتجة عن القوس تؤدي الى تحلل الزيت وتوليد غاز الهيدروجين في الزيت
ويدفع هذا الغاز بضغط عالي جدا القوس الكهربائي الى الفتحات الخاصة الجانبية التي
تحيط بالملامسات.
والعلاقة التالية تعطي القدرة في القوس الكهربائي بدلالة قدرة
القطع وزمن القطع.
قدرة القوس = قدرة القطع (M.V.A)× 0,1 × زمن القوس
(الثانية)
فاذا كان قدرة القطع 500 ميجا فولت امبير وزمن القوس دورتين اي
(0,04ثانية) فان قدرة القوس تكون
500×0,1×0,04= 2000كيلو جول .
وتكون كمية
الغاز المطلقة في هذه الحالة 120 لترا.
ويبين الشكل الثامن عشر الدائرة
التوضيحية لعملية اطفاء القوس الكهربائي في القواطع الزيتية.
الشكل الثامن عشر : اخماد القوس لقاطع زيتي
18.jpg (44.05 KiB) شوهد 2223 مرات
الشكل التاسع عشر : اخماد القوس لقاطع هوائي
19.jpg (33.19 KiB) شوهد 2203 مرات
ويتم اطفاء القوس
الناتج على مرحلتين:
المرحلة الاولى: تعتمد على ازدياد مقاومة القوس الى قيمة
مرتفعة بحيث تجعل التيار مهملا.
المرحلة الثانية: تعتمد على ازدياد عازلية فراغ
القوس الى قيمة مرتفعة بحيث تحول دون اعادة اشتعال القوس حين تطبيق جهد
الدائرة.
اما القواطع الالية ذات الهواء القسري air- blast circuit breakers
فانها تستخدم من اجل انظمة الجهد اعلى من (120) فولت ويستخدم الهواء المضغوط في هذه
القواطع لعمليات الفتح والاغلاق (وتستخدم في الوقت الحاضر للقواطع في نظام الجهد
66كيلو فولت).
ويبن الشكل التاسع عشر توضيح اخماد القوس لقاطع بالهواء المضغوط
حيث الشكل التاسع عشر-a يمثل حركة الهواء المضغوط محورية مع ملامس متحرك محوري
ايضا. اما الشكل التاسع عشر-b فيمثل حركة الهواء المضغوط محورية مع ملامس متحرك
جانبي وتمثل الارقام:
1) الى النهايات. 2) الملامس المتحرك. 3) الملامس الثابت.
4) انبوب الهواء.
ويخزن الهواء عادة في هذا النوع من القواطع عند ضغط (1.38
MN/(m^2)) ويحرر ويوجه الى القوس عند سرعات عالية مما يؤدي الى اطفاء القوس. كما
يبين الشكل العشرين التجهيزات النموذجية لقاطع يستخدم الهواء المضغوط.
الشكل العشرين : التجهيزات النموذجية لقاطع آلي هوائي
20.jpg (70.35 KiB) شوهد 2199 مرات
القواطع الالية
(400) ك.ف. تقطع تيارات القصر حتى 60 كيلو امبير اي تيار قطع 40000 ميكا فولت امبير
خلال 0.040 من الثانية بعد وصول اشارة الفصل.
القواطع الالية (1100) ك.ف. تكون
قادرة على فصل تيارات اعطال 50 الى 60 كيلو امبير ويجب ان تكون قادرة على الصمود
امام اختبارات الجهد المتناوب بتردد القدرة لمدة دقيقة واحدة لجهد 1900 ك.ف. في
الحالة الجافة و 1500 ك.ف. في الحالة الرطبة واختبارات الجهودات الصدمية للبرق 2800
ك.ف..
ان استخدام سادس فلوريد الكبريت (SF6) كعازل ووسط قطع في القواطع الالية
يعطي القواطع مميزات افضل بالنسبة للقواطع ذات الهواء المضغوط منها مقاومته
الكهربائية العالية ومميزاته الجيدة لاخماد القوس ويعطي حجم اصغر للقواطع بالنسبة
لنفس القيم الاسمية مقارنة مع القواطع الهوائية.
ان المقاومة الكهربائية
Electric Strength لسادس فلوريد الكبريت (SF6) عند الضغط الجوي يساوي المقاومة
الكهربائية للهواء عند ضغط جوي بمقدار عشرة اضعاف (10 atm.) وتكون درجات الحرارة
الناتجة عند حصول قوس كهربائي ضمن سادس فلوريد الكبريت من مرتبة (30000k) وهذه
الدرجة اعلى بكثير من درجة حرارة تفكك الغاز والتي هي (2000k) ويبين الشكل الواحد
والعشرين ترتيبات محطة تحويل 380/110 ك.ف. تستخدم اجهزة قطع (SF6).
الشكل الواحد والعشرين : التجهيزات النموذجية لقاطع SF6
21.jpg (63.38 KiB) شوهد 2192 مرات
المتممات او المرحلات (Relays)
ان نظام القدرة
الكهربائية قديما كان مكون من مجموعات توليد صغيرة تغذي احمال محلية. وكان باستطاعة
مراقب المحطة في الحالات الطارئة ان يفتح القاطع اليدوي بالرغم من خطورة تشكل القوس
الكهربائي. منذ تلك الايام التاريخية حدث تطور سريع على انتشار الشبكات الكهربائية
ومجموعات التوليد وتوسعت وتعقدت مما ادى الى فرض تطور مماثل في استخدام اجهزة حماية
مناسبة.
وكذلك فقد ازداد التوليد في نظام القدرة بشكل كبير جدا. وبازدياد حجم
مجموعات التوليد وتعقيد شبكة القدرة ادى بالدول الصناعية بتطوير انظمة القدرة لديها
وذلك بالتصميم الجيد لاجهزة القطع بحيث تتميز بالسرعة لعزل الاعطال بالرغم من
الاقواس الكهربائية ذات القدرة العالية وذلك خلال اجزاء صغيرة من الثانية لتحاشي
ومنع تلف وانهيار التجهيزات الكهربائية في نظام القدرة.
وتعتبر المنصهرات
(Fuses) اول الاجهزة الالية التي استخدمت في مجال الحماية من الاعطال في الشبكات،
فهي تستطيع ان تعزل الاجهزة المتعطلة من الشبكة بسرعة عالية، وتعتبر ذات فعالية
وموثوقية كبيرة ولاتزال تستخدم بشكل واسع في دوائر التوزيع بالرغم من انها تعاني من
عدة مساوئ، فهي تحتاج الى التبديل قبل اعادة التغذية، ويمكن ان تنصهر المنصهرة في
احد الاوجه فقط ويبقى الجهد على الوجهين الاخرين لذلك فهي لاتحمي من العطل بصورة
تامة.
وقد تم التغلب على هذه المساوئ باستخدام القواطع الالية ذات الفصل المباشر
وهي مزودة بحماية حرارية تحمي من ازدياد الحمولة عن حد معين وحماية مغناطيسية تؤدي
الى فصل الدائرة عند حدوث اعطال على القسم المحمي من الشبكة.
وتتميز هذه القواطع
بامكانية فتح واغلاق الدائرة في الحالات النظامية وكذلك حين حدوث العطل كما تتميز
بامكانية تغيير الزمن والتيار لهذه القواطع للتحكم بتيار العطل وزمن الفصل.
ولذا
من المقارنة بين استخدام المنصهرات والقواطع الالية يتبين ان القواطع الالية افضل
من الناحية الفنية ولكنها مكلفة اكثر من المنصهرات، اما المنصهرات فانه يقتصر
استعمالها على الدوائر الفرعية لسرعتها وقلة تكاليفها. كما يجب ان نذكر صعوبة تغيير
المنصهرات من اجل فصل الاعطال كما هو الحال في القواطع.
وبالنسبة للقواطع الالية
ذات الفصل المباشر فان استخدامها محدود بجهود الشبكة وفي حال ارتفاع جهد الشبكة
المراد حمايتها فان القواطع الالية لوحدها غير كافية لعزل الاعطال في الشبكة المراد
حمايتها ويجب تدعيمها باجهزة حماية مناسبة مهمتها اكتشاف وجود الاعطال، وتحديد
القواطع الالية التي عليها فصل القسم المتعطل وذلك بعد اصدار اوامر الفصل من اجهزة
الحماية – المرحلات – المتممات – (Relays) وهذه الاجهزة هي مستقلة عن القواطع
وتتحكم ملامسها بملف الفصل للقواطع الالية. وتعتبر المحاولات الاولى لتصميم اجهزة
الحماية ونخص منها مرحلات الحماية (Protective-Relays) والتي تستجيب بعملها في
حالات دوائر القصر او زيادة التيار كما هو الحال في زيادة الحمولة عن حد معين، كانت
المرحلات الكهرومغناطيسية (Electromagnetic-Relays) ومنها مرحلة الحافظة المنجذبة
(Attracted Armature Relay) ويمكن ان تعطي امر الفصل للقاطع الالي اما بشكل الي اي
بدون تاخير زمني او بتاخير زمني محدود. وبعد التجارب تبين لهذه المرحلات مجال محدود
من الاستخدام ولها مساوئ حيث ان زمن الفصل يتعلق بتيار العطل وقد تم التوصل الى
مرحلات اكثر دقة واكثر سرعة وتتم بخاصية الانتقائية وخاصية الزمن العكسي للتيار حسب
العلاقة:
اي كلما كبر تيار العطل كلما كان زمن الفصل قصيرا
والمرحلة اسرع بعزل القسم المتعطل من الشبكة. وقد تم التوصل الى هذا النوع من
المرحلات والتي تسمى بالمرحلات الحثية (Induction-Relays) ومنها المرحلة الحثية ذات
القرص وهي تطوير لعداد القدرة الحثي بعد اضافة ملامس اليه. وهذه الحماية لاتزال
مستخدمة حتى الوقت الحاضر ثم بعد ذلك اضيفت الى المرحل خاصية الزمن الاصغر المحدود
ثم حدث تطور على هذا النوع من المرحلات وذلك بالحصول على خصائص زمن اكثر عكسية اي
تعطي زمن فصل اسرع بارتفاع تيار العطل ومن المرحلات الحثية ذات الزمن العكسي جدا
والزمن فائق العكسية (Very Inverse and Extremely Inverse) بعد ذلك الحين بدأت تظهر
اهمية سرعة ازالة الاعطال وكذلك الحاجة لزيادة الحساسية والعمل الانتقائي للمرحلات.
كما تمت محاولات لاستخراج المرحلات التفاضلية (Differential Relays) ذات السرعة
العالية على خطوط النقل الرئيسية ولحماية المحولات والمولدات والمرحلات التفاضلية
تقلل الكميات الكهربائية على طرفي القسم المحمي وتعمل عندما تنحرف نسبة زاوية الوجه
او المجموع الجبري للكميات المقارنة عن قيمة محددة مسبقا.
حال استخدام هذه
الحماية لحماية خطوط النقل فانه يتوجب نقل المعلومات المطلوبة من النهاية البعيدة
للخط الى النهاية الاولى من اجل المقارنة وغير ذلك ويتطلب ذلك ايجاد وسيلة لنقل
المعلومات وهي اما استخدام دوائر سلكية تعرف باسلاك بايلوت (Pilot Wires) وتعمل
بتردد الشبكة الكهربائية او قنوات الحامل (Carrier Current Channels) والتي تستخدم
نواقل الخط المحمي نفسه وتعمل بالتردد الراديوي (Radio Frequency) وظهر في ما بعد
الحمايات التي يعتمد عملها على مبادئ المركبات المتناظرة ذات التتابع الموجب
والتتابع الصفري. كما ظهرت مرحلات زيادة التيار الاتجاهية لحماية الشبكات المعقدة
والمغذاة من عدة مصادر كما ظهرت الحمايات المسافية لحماية خطوط النقل ذات الجهد
العالي.
اما المرحلات الاستاتيكية (Static Relays) فقد انتشرت في الوقت الحاضر
بشكل اوسع بسبب ادائها الجيد واستطاعة دخلها المنخفضة Burdens وحجمها الصغير كما
انها لاتحتاج الى صيانة.
وتعرف هذه المرحلات بانها المرحلات التي لاتتضمن اجزاء
متحركة (No-moving Parts) وتستخدم الاجهزة الاستاتيكية لاعمال القياس والتحكم
والمراقبة والحماية ومن المحتمل ان كل محطة توليد او محطة تحويل ترتبط مع مركز تحكم
رئيسي بارسال واستقبال معلومات القياس والعدادات والحماية والتحكم عبر حاسبات رقمية
مرسلة او مستقبلة خلال قناة اسلاك او قناة حاملة.
ولاجراء مقارنة بين المرحلات
الاستاتيكية والمرحلات الكهرومغناطيسية فان المرحلات الاستاتيكية Static Relays
تتصف بالمميزات الرئيسية التالية: الاستجابة السريعة، الحياة الطويلة والمقاومة
العالية للصدمات والاهتزاز وذات اعادة وضع سريعة وقيمة افلات عالية وعدم وجود تجاوز
في مرحلة الحماية Overshoot بسبب عدم وجود اعطال ميكانيكية وتخزين حراري. ويمكن
الحصول على مميزات افضل بسبب عدم وجود احتكاك نقاط الارتكاز والحوامل ومشاكل
الملامس (تآكل ، ارتداد) ولاتحتاج الى صيانة مثل المرحلات الكهرومغناطيسية كما ان
تكرار العمل لايسبب اي تلف في المرحلة الاستاتيكية بالاضافة الى انه يمكن الحصول
على حساسيات عالية مما يؤدي الى استخدام محولات تيار ومحولات جهد اصغر عند
الاستخدام وبسبب مستويات القدرة المنخفضة لدوائر القياس يمكن تصغير الاجهزة
المستخدمة وبالتالي تصغير اخطاء محولات التيار.
ثم حدثت طفرة كبيرة في عالم
الحماية حيث ظهرت الحماية الرقمية حيث تتميز بالامكانية الكبيرة في تخزين المعلومات
وبالسرعة الفائقة في اجراء العمليات الحسابية وانجاز العلاقة الرياضية وبالقدرة على
ترتيب واستعمال المعلومات مهما كانت طبيعتها والعناصر التي يكون منها الحاسب الرقمي
المستخدم في الحماية هي وحدة الادخال ووحدة الاخراج والذاكرة الخارجية ووحدة
المعالجة المركزية ووحدة التحكم والمراقبة والذاكرة الرئيسية.
وقد تم تطبيق
الحماية الرقمية بصورة سريعة جدا واصبحت في كل المحطات الان وقد تتميز بسرعة فائقة
وموثوقية عمل ويبين الشكل الثاني والعشرين الاشكال المختلفة لتطور المرحلات من
النوع الكهرومغناطيسي الى النوع الاستاتيكي ثم اخيرا بالنوع الرقمي.
الشكل الثاني والعشرين : مجموعة مختلفة من المرحلات : 1) مرحلات كهرومغناطيسية.
2) مرحل استاتيكي. 3) مرحل
يحتاج الى جهود هائلة وتجهيزات كثيرة ومتنوعة لايصال التيار الكهربائي الى المستهلك
بشكل سليم. نظام القدرة يحتوي على مولدات ومحولات وخطوط نقل هوائية وكابلات وقد
يتعرض الى حوادث غير طبيعية نسميها بالاعطال التي قد تؤدي الى تلف هذه الاجهزة وقطع
للتيار الكهربائي اذا لم تتخذ الاجراءات اللازمة. واذا لم تتخذ الاجراءات اللازمة
فان التجهيزات الكهربائية المعرضة للاعطال قد تتلف ويكون اصلاحها اواستبدالها مكلفا
جدا بالاضافة الى فترة الانقطاع للكهرباء عن المنشآت الصناعية الذي يؤدي الى توقف
الانتاج وبالتالي الى خسائر كبيرة.
تمثل مرحلات الوقاية Protective Relaying
اهمية كبيرة في نظم القوى الكهربائية فهي المسؤولة عن الاحساس باي عطل او خلل قد
يطرا في اي مكان بدءآ من التوليد الى النقل الى التوزيع وتنتهي بالمستخدم وبعد
احساسها بذلك العطل فانها تقوم باصدار الامر الى المهمات المختصة بعزل العطل او
الخلل بشكل وثائقي وانتقائي والذي يؤدي الى استمرارية التغذية في باقي النظام.
ونظرا الى ذلك قد جاء التطور الهائل في مرحلات ونظم الوقاية. فقد انتقلت من مرحلات
الوقاية الكهرومغناطيسية Electromagnetic Relays الى الاستاتكية Static Relays ثم
الوقاية الرقمية مستخدما الحاسب Digital Relays.
ولحماية نظام القدرة بشكل سليم
لابد من معرفة اجهزة الحماية ومميزاتها وكيفية تشغيلها وخطط الحماية
المستخدمة.
تركيب انظمة القدرة متعدد الطبقات
اي نظام قدرة يمكن ان يقسم الى 3 طبقات اساسية كما موضح في الشكل الاول.
عند المستوى الاساسي يتكون من معدات القدرة التي تولد، وتحول، وتوزع القدرة
الكهربائية الى الاحمال. المرحلة التالية تكون معدات التحكم. هذه المعدة تساعد في
حفظ نظام القدرة عند الجهد المقنن والتردد، وتوليد القدرة الكافية للاحمال.
بالاضافة الى حفظ الاقتصادية العظمى والآمان لشبكة الربط Optimum Economy and
Security . واخيرا توجد طبقة الحماية. ويجب ان نذكر هنا بان زمن استجابة طبقة
الحماية اسرع من طبقة التحكم. وتقوم الحماية بفتح وغلق قواطع الدائرة Circuit
Breakers التي تؤدي تغيرفي هيكلية نظام القدرة. بينما يقوم التحكم بضبط متغيرات
النظام من الجهود والتيارات وسريان القدرة Power Flow على الشبكة.
الشكل الاول : تركيب انظمة القدرة ذو 3 طبقات
اجهزة الحماية في محطات التوليد
تعتبر محطات
التوليد هي المصدر الاساسي لتغذية نظام القدرة ويجب الاهتمام بحمايتها. ويجب أن
نشير أنه لابد من الاهتمام بسرعة الأداء والعمل الانتقائي لاجهزة الوقاية خصوصا في
هذه المنطقة نظرا لاهميتها الكبرى. في حالة عدم وجود الانتقائية لأجهزة الحماية
يكون من الصعب تشغيل نظام قدرة حديث. وتستخدم الحماية لعزل الاجزاء المخطئة في نظام
القدرة بسرعة عالية. وتبقى الاجزاء السليمة في الخدمة. وفي حالة عدم فصل العطل
فربما تسبب بالاشياء التالية:
1. استمرار العطل لفترة كبيرة قد يسبب فقدان
التوافق بين المولدات في نفس المحطة او بين مجموعة التوليد في محطة اخرى.
2.
الاجزاء التالفة قد تسبب خطرا في نظام القدرة.
3. قد يمتد الخطر الى الاجزاء
السليمة في نظام القدرة.
اجهزة الحماية في انظمة
القدرة ومحطات التوزيع
قبل البدء في دراسة كيفية وضع اجهزة الحماية على
انظمة القدرة وعلى محطات التوزيع يمكن عرض الانواع المختلفة لانظمة القدرة ومحطات
التوزيع. يمكن تصنيف انظمة القدرة كالآتي:
1. نظام قدرة شعاعي Radial Power
System: ويعتبر أبسط الانواع من الناحية الاقتصادية ولكن من وجهة نظر الموثوقية
Reliability أي فقد في المصدر سوف يؤدي الى فقد في الخدمة لكل المستهلكين.
2.
نظام قدرة متوازي Parallel Power System: في هذا النموذج يؤدي الى مضاعفة وتأمين
عملية التغذية.
3. نظام قدرة حلقي Ring Power System: يبين مرونة في عملية حفظ
الخدمة للمستهلكين. وتأثير فقد مولد أو خط نقل قد لايؤدي الى انقطاع التغذية وعملية
الحماية يجب ان تراعي التغذية المختلفة.
4. نظام قدرة شبكي Network Power
System: وهذا النوع يناسب نظام القدرة الحديث وقد يحتاج الى حماية ذات تنسيق وتصميم
جيد وتعمل بشكل انتقائي والشكل الثاني يوضح الانواع السابقة.
الشكل الثاني : الاشكال المختلفة لانظمة القدرة
كما
يمكن تصنيف محطات التوزيع كالاتي:
قد تم تصميم محطات التوزيع اساسا لتوثيق
الخدمة ومرونة التشغيل وتسمح لصيانة المعدة بأقل فصل في الخدمة. وتصنف الى عدة
انواع وفقا للجهد وموقع وعمل المحطة كالاتي:
أ. قضيب وحيد – قاطع وحيد Single
Bus - Single Breaker.
ب. قضيبان وقاطع Two Bus - Single Breaker.
ت. قضيبان
وقاطعان Two Bus – Two Breaker.
ث. القضيب الحلقي Ring Bus.
ج. قاطع ونصف
Breaker and a Half.
والشكل الثالث يوضح هذه الانواع. تختلف نوع الحماية لكل
نموذج على حسب الشكل للمغذيات الخارجية وللقضبان المجمعة.
الشكل الثالث : الاشكال المختلفة لانظمة قضبان المحطة الفرعية
الاخطاء في انظمة
القدرة:
الشكل الرابع يبين شبكة كهربائية مكونة من _مولد – محول - خطوط
نقل - قضبان بالاضافة الى قواطع على كل جزء يراد له الحماية. المولد G1 مركب له
قاطع A والمحول رقم T1 مركب له القاطعين (B&C)، الخط رقم L1 مركب له قاطعين
(D&C) في حالة حدوث قصر للمولد G1 فان مرحلات الحماية تعمل على فصل القاطع A
وفي حالة وجود عطل في المحول T1 تعمل اجهزة الحماية على فصل كل من (C&B)
وبالنسبة للخط L1 يفصل (D&C) وفي حالة وجود عطل عند القضيب 4 يفصل كلا من
(G,H&I).
الشكل الرابع : نموذج لشبكة كهربائية عليها القواطع
ويمكن تعريف العطل او القصر في المعدة الكهربائية بحدوث
عيب او خلل في الشبكة الكهربائية الذي يؤدي الى انحراف التيار عن مساره العادي
ويؤدي ذلك الى فصل و قطع في الجزء المحمي كما ان انهيار المادة العازلة يؤدي الى
تلامس الموصل بالارض وتكون معاوقة العطل Fault Impedance صغيرة جدا وبالتالي يكون
التيار الكهربائي المار في وقت القصر كبيرا جدا. الشكل الخامس يبين حالة الدائرة في
حالة وجود قصر.
الشكل الخامس : دائرة قصر
05.jpg (30.17 KiB) شوهد 2352 مرات
كيفية تقليل اعطال الشبكة
في الواقع توجد اسباب
عديدة لحدوث اعطال الشبكة الكهربائية. ولكن يمكن تقليل الاعطال بقدر الامكان
وذلك:
ـ بتحسين تصميم الشبكة الكهربائية.
ـ تحسين كفاءة المعدات.
ـ ضبط
وتنسيق سليم لمرحلات الوقاية.
ـ تشغيل سليم للشبكة الكهربائية وعدم تعرضها
للحالات الغير عادية.
ـ عمل صيانة دورية.
والجدول الاول يوضح الاعطال التي
يمكن ان تتعرض لها المعدات الكهربائية.
الجدول الاول
انواع
اعطال نظام القدرة
ان الاعطال التي تحدث على نظام القدرة تكون في
الحالات التي يتبع فيها التيار الكهربائي مسار اخر نتيجة فشل العزل الذي يقيد
التيار ضمن النواقل. ويكون العزل اما هواء او مواد ذات مقاومة عالية.
ان العزل
في هذه الحالة يمكن ان يقصر عن طريق الطيور, اغصان الاشجار, او مواد معدنية
ساقطة.
وقد ينهار العزل بسبب ارتفاع الجهد نتيجة الصواعق كما يمكن ايضا للعزل ان
يضعف ويتأين.
وقد يمكن تصنيف الاعطال الاساسية في نظام القدرة الى:
اعطال دائرة القصر Short Circuit Faults
وتشمل:
عطل ثلاثي الطور معزول عن الارض Three Phase Short Circuit، عطل ثلاثي الطور مع
الارض Three Phase to Ground، عطل بين طورين Two Phase Short Circuit، قصر بين احد
الاطوار والارض Single Phase to Ground، عطل قصر بين طورين والارضي Two Phase to
Ground. أعطال هذا النوع يسبب فشل العازل بين خطوط
والشكل السادس يبين الرسم التفصيلي لهذه الحالات.
الشكل السادس : الانواع الاساسية لاعطال دوائر القصر
اعطال الدائرة المفتوحة
Open Circuit Faults
وتشمل: انقطاع احد الاطوار في الدائرة، او انقطاع
طورين في الدائرة، او انقطاع الاطوار الثلاثة في الدائرة. ويبين الشكل السابع كل
هذه الانواع.
الشكل السابع : الانواع الاساسية لاعطال الدائرة المفتوحة
الاعطال المتزامنة
Simultaneous Faults
عبارة عن وجود عطلين او اكثر بنفس الوقت وقد تكون
متماثلة او غير متماثلة وقد تكون في أجزاء مختلفة من نظام القدرة.
أعطال الملفات Winding Faults
هذا النوع من
الاعطال يحدث في ملفات المولد او المحول او المحرك وقد يحدث بين احد الملفات
والارضي، او بين ملفين، او قصر بين الملف الواحد.
ويمكن تقسيم الاعطال السابقة
الى اعطال (Faults Permanent ) او اعطال عابرة (Temporary Faults).
زيادة الحمل Overloading
في الجزء السابق قد تم
شرح الانواع المختلفة لقصر الدائرة وقد شرحنا انه عندما يحدث عطل في الدائرة او قصر
والذي بدوره يؤدي الى مرور تيار كبير يعرف Short Circuit Current او تيار القصر
والذي يكون اكبر من التيار العادي.
عندما تاخذ الالة تيار اكبر من التيار المقنن
والمسموح به يعرف في هذه الحالة بتيار زيادة الحمل Over Loading-Current حيث انه
اكبر من تيار الحمل العادي ولذلك تحتاج المعدات الكهربائية لمرحلات وقاية:
= ضد
زيادة التيار والذي حدود تشغيله من 1,2 الى 2 من التيار المقنن.
= ضد تيار القصر
والذي حدوده من 5 الى 25 من التيار المقنن.
محولات القياس (التيار والجهد)Current and Voltage
Transformers
Transformers
تستخدم محولات الجهد والتيار لتحويل التيارات (محولات
تيار) او لتحويل الجهود (محولات جهد) العالية جدا الى قيم منخفضة عن طريق ملفات
ثانوية. وتغذى الملفات الثانوية لهذه المحولات باجهزة حماية وقياس وتحكم ومراقبة
وعدادات. ويجب على المحولات نقل الاشارة بدقة عالية واذا فشلت المحولات بذلك فان
نظام الحماية ممكن الا يعمل بشكل صحيح ويصبح نظام القدرة معرضا للخطر.
لذلك يجب
ان يكون تصميم محولات القياس بموثوقية عالية. ويستخدم في محولات القياس لضمان العزل
اما زيوت او غازات او مواد صلبة عازلة.
ان استعمال محولات القياس امر لابد منه
في دوائر الجهد العالي حتى ولو كانت التيارات صغيرة جدا، لان هذه المحولات تؤمن
الحماية اللازمة للمستخدم بعزل دوائر الاجهزة المستخدمة عن تجهيزات الدوائر
الاساسية كما انها تحمي الاجهزة من الحوادث العابرة (ارتفاع الجهد او دوائر القصر)
التي تحدث على الدائرة الاولية لنظام القدرة.
ونلخص اهداف استخدام محولات القياس
كالآتي:
1- تستخدم لانقاص تيارات وجهود نظام القدرة الى قيم صغيرة مناسبة لسلامة
اجهزة القياس والتحكم والمراقبة والحماية.
2- تستخدم لعزل دوائر الاجهزة
المستخدمة عن الدائرة الاولية لنظام القدرة.
3- توحيد قيم التيار اوالجهد لقيم
قياسية فمثلا يكون التيار الثاتوي في محولات التيار 1 أمبير او 5 امبير، والجهد
الثانوي في محولات الجهد 100 فولط او 110 فولط.
تركيب محولات التيار
يتكون محول التيار من دائرة
مغناطيسية مقفلة مصنوعة من رقائق من الحديد السليكوني (لتقليل مفقودات الحديد) ومن
ملفين معزولين عن بعضهما وعن القلب الحديدي وهما
= ملف ابتدائي Primary Winding
ويحتوي على عدد من اللفات ويتم توصيله على التوالي مع الكابل او الخط المراد قياس
قيمة التيار المار فيه.
= ملف ثانوي Secondary Winding ويحتوي على عدد كبير من
اللفات ويتم توصيله على التوالي مع ملف التيار لجهاز الوقاية او القياس.
= القلب
الحديدي ويحتوي على اشكال مختلفة:
* قلب حديدي على شكل مستطيل او مربع ويستخدم
لمحولات التيار الصغيرة والمتوسطة، حيث يتم لف الملف الثانوي اولا على الساق ثم
الملف الابتدائي (الشكل الثامن).
الشكل الثامن : الاشكال المختلفة لمحولات التيار
08.jpg (55.7 KiB) شوهد 2325 مرات
* قلب حديدي على
شكل حلقة، ويستخدم لمحولات التيار المختلفة، وفيه يلف الملف الثانوي بانتظام حول
القلب، اما الملف الابتدائي فهو الكابل (او الموصل) الحامل للتيار والذي يتم ادخاله
من خلال الحلقة، انظر الشكل الثامن، كما يبين الشكل التاسع محولات تيار ذات جهود
مختلفة.
الشكل التاسع : محولات تيار ذات جهود مختلفة
مقننات محول التيار
1- التيار الابتدائي ويرمز له
Ip.
2- التيار الثانوي ويرمز له Is (القيم القياسية 1 أو 5 أمبير).
3- نسبة
التحويل وهي Ip/Is أو النسبة العكسية للملفات Ns/Np (مثال: 1200/5 أو 800/5).
4-
عبء المحول Burden وهي القيمة المكافئة لمقاومة اجهزة الوقاية او القياس المحملة
على الملف الثانوي بوحدات اوم او فولط أمبير – مثال لذلك 2.5 ، 7.5 ، 15 فولط
امبير.
5- خطأ نسبة التحويل The Ratio Error وهي النسبة بين تيار المغنطة
والتيار الابتدائي المقنن.
6- الاختلاف الوجهي The Phase Difference وهو قيمة
زاوية الاختلاف بين التيار الابتدائي المقنن والتيار الثانوي المقنن ويجب ان تكون
هذه الزاوية صغيرة جدا.
7- درجة الدقة Accuracy Class تعرف درجة الدقة بدلالة كل
من خطأ نسبة التحويل والاختلاف الوجهي بين التيار الابتدائي المقنن والتيار الثانوي
المقنن.
عادة يرمز للمحول 10C800 او تختصر الى C800 وتعني ان نسبة الخطأ 10% عند
اي تيار في الملف الثانوي والقيمة 800 هي قيمة الجهد على الملف الثانوي. والرمز C
يعني توصيف الدقة باستخدام الاختبار.
الدائرة
المكافئة لمحول التيار
يمثل الشكل العاشر الدائرة المكافئة لمحول التيار
بالاتي:
الشكل العاشر : الدائرة المكافئة لمحول التيار
10.jpg (27.59 KiB) شوهد 2290 مرات
(K-L) نقطتي
الملف الابتدائي
(k-l) نقطتي الملف الثانوي
Ie تيار الاثارة
N نسبة
التحويل
Zp معاوقة الملف الابتدائي
Zs معاوقة الملف الثانوي
Ze معاوقة
الاثارة
Zl حمل العبء سواء كان جهاز وقاية او جهاز قياس
Es جهد الاثارة
Vb
جهد العبء
Rc مقاومة اسلاك التوصيل بين المحول واجهزة الحماية او
القياس
توصيلات محولات التيار
يتكون محول التيار من ملف ابتدائي يرمز له
بالاحرف الكبيرة K , L والملف الثانوي باحرف صغيرة k , l. ويبين الشكل الحادي عشر
التوصيلات المختلفة له.
الشكل الحادي عشر : الاشكال المختلفة لتمثيل محول التيار
الشكل الثاني عشر : طرق توصيل المحول
الشكل الثاني
عشر يدل على طرق توصيل المحول. الشكل الثاني عشر – 1 يدل على توصيل المحول ذو
الثلاثة اوجه.
والشكل الثاني عشر – 2 يدل على توصيل المحول بطريقة نجمة Wye
Connection وتستخدم هذه الطريقة:
= لقياس التيارات المارة بالثلاثة اوجه من خلال
امبيروميتر.
= تركيب اجهزة الحماية ذات حساسات للتيارات المارة بالثلاثة اوجه،
حيث يتم توصيل ملف تيار خاص بجهاز الوقاية لكل وجه.
= تركيب جهاز وقاية ذو
حساسية لمحصلة الجمع الاتجاهي للتيارات بالثلاثة اوجه.
والشكل الثاني عشر – 3
يدل على توصيل المحول بطريقة دلتا Delta Connection وتستخدم هذه الطريقة:
=
لقياس فرق التيارين المارين بالوجهين.
= تركيب اجهزة الحماية لكشف فرق التيارين
المارين بوجهين.
محولات الجهد Voltage or Potential
Transformer
Transformer
تستخدم محولات الجهد للحصول على قيمة جهد منخفضة، عادة
100 فولط لتغذية دوائر الوقاية والقياس والتحكم. ويوجد نوعان من محولات الجهد، محول
جهد مغناطيسي ومحول الجهد ذو مكثف.
التعريفات
الاساسية لمحولات الجهد
1. الجهد الابتدائي Rated Primary Voltage ويرمز
له Vp.
2. الجهد الثانوي Rated Secondary Voltage ويرمز له Vs.
3. نسبة
التحويل وهي Vp/Vs او Np/Ns.
4. عبء المحول Burden وهي القيمة المكافئة لمقاومة
الملفات المتصلة على التوازي مع الملف الثانوي Zb=(Vs^2)/P (حيث Vs هو الجهد
الثانوي، P هو عبء محول الجهد بالفولط – امبير، Zb مقاومة الحمل).
5. خطأ نسبة
التحويل وتعرف بأنها الفرق بين نسبة التحويل الحقيقية ونسبة التحويل مع اخذ هبوط
الجهد في الاعتبار.
6. اختلاف الوجه وهي زاوية الاختلاف بين الجهد الابتدائي
المقنن والجهد الثانوي المقنن.
7. درجة الدقة وفيها تستخدم جداول قياسية لإعطاء
معنى درجة الدقة بدلالة كل من خطأ نسبة التحويل والاختلاف الوجهي. على سبيل المثال
اذا كان محول الجهد يستخدم للقياس فان العبء 100 فولط امبير والدرجة 5. هذا يعني ان
اقصى خطأ نسبة تحويل يكون يكون 5% عند الجهد المقنن وعبء يساوي 100 فولط
امبير.
درجات الدقة للقياس في هذه المحولات هي 0.1 , 0.2 , 0.5 , 1 , 3. بينما
محولات الجهد المستخدمة في الحماية فان درجة الدقة تحتوي على الرمز P للدلالة على
انه للوقاية. وتكون حدود الدقة من 5% الى 100% من الجهد المقنن.
إذا كانت بيانات
محول 3P , 75VA فمعنى ذلك ان نسبة الخطأ تساوي + او – 3% من الجهد المقنن وذلك عند
اقصى عبء وهو 75VA.
تركيب محول الجهد
المغناطيسي
وهو عبارة عن دائرة مغناطيسية مقفلة عبارة عن رقائق من الحديد
السيليكوني.
= ملف ابتدائي يحتوي على عدد كبير من اللفات ويوصل على التوازي مع
الدائرة المراد تركيب محول الجهد عليها.
= ملف ثانوي يحتوي على عدد اقل من
اللفات ويوصل على التوازي بملفات الجهد باجهزة القياس والوقاية.
يتم عزل الملف
الابتدائي عن الملف الثانوي بمادة عازلة تعتمد على جهد التشغيل، (الشكل الثالث
عشر).
الشكل الثالث عشر : محول الجهد المغناطيسي
13.jpg (42.24 KiB) شوهد 2260 مرات
تركيب محول جهد ذو مكثف
عند العمل على جهود اعلى
من 66KV يصبح استخدام المحولات المغناطيسية مكلف جدا. وهذه الجهود تحتاج الى عزل
مناسب. فمن هنا تستخدم محولات الجهد ذات المكثفات والتي يمكن من خلالها تخفيض قيمة
الجهد الابتدائي لقيمة معينة ثم يتم استخدام المحول المغناطيسي لتخفيض هذه القيمة
الى قيمة قياسية لدوائر الوقاية وهي 100 فولط. والشكل الرابع عشر يبين الدائرة
المكافئة لمحول جهد من النوع المكثف.
والشكل الخامس عشر يبين بعض انواع محولات
الجهد المستخدمة حديثا.
الشكل الرابع عشر : يبين الدائرة المكافئة لمحول جهد من النوع المكثف
(24.99 KiB) شوهد 2251 مرات
الشكل الخامس عشر : بعض انواع محولات الجهد المستخدمة حديثا
15.jpg (58.52 KiB) شوهد 2239 مرات
نظام التاريض System Earthing
اذا حدث عطل مع
الارض لاحد نواقل الشبكة او لخط ثلاثي الاوجه ذو نقطة تعادل معزولة عن الارض فان
هذا العطل لايؤدي الى فصل التغذية عن الخط ولاتشكل هذه النتيجة خطورة بالنسبة
للخطوط القصيرة ذات الجهود المنخفضة نسبيا، ولكن في حال الخطوط الطويلة ذات الجهود
المرتفعة، فان تلك الاعطال الارضية تسبب مشاكل خطيرة، حيث تؤدي الى نشوء جهود عالية
تبلغ ثلاثة او اربعة اضعاف جهد النظام، وذلك على شكل اهتزازات متراكمة، وبالتالي
تشكل خطورة على عازلية الشبكة.
إن التأريض في نظام القدرة ضروري لأسباب كثيرة
منها:
= من أجل فصل الخطوط وذلك بتشغيل حمايات العطل الارضي المركبة في الشبكة
حيث ان لتيار العطل الارضي قيمة محسوسة يمكن الحصول عليها، من اجل موقفات الصواعق
المستخدمة للحماية من الجهود المرتفعة في الشبكة والناتجة عن حوادث البرق.
=
اعطال الاقواس الارضية لاتؤدي الى جهود عالية خطرة على الاوجه السليمة. كما يمكن
التحكم بالتداخلات التحريضية بين دائرة القدرة ودوائر الاتصالات بالتحكم بمدى تيار
العطل الارضي.
انظمة التاريض في نظام
القدرة:
إن انظمة التاريض المستخدمة في نظام القدرة تكون بتأريض نقطة
التعادل للمحولات والمولدات ذات الوصل النجمي، والطرق المستخدمة لذلك هي:
التاريض المباشر Solid Earthing
ويستخدم لتاريض
نقطة التعادل للمحولات من جهة الوصل النجمي وهي تفيد بالسماح لتدرج سماكة عازلية
الملفات نحو الاسفل باتجاه النقطة الحيادية ويستخدم هذا الاجراء على الغالب عند
الجهود 100 ك ف، فاكثر. وان ممانعة التاريض في هذه الحالة هي الممانعة بين نقطة
التعادل والارضي وتمثل بممانعة الناقل الارضي نفسه والمقاومة للقضيب الارضي
اوالصفيحة (Earth Plate) والارض.
وتعرف طريقة التاريض المباشر بنظام التاريض
الفعال (Effective Earthed System). واثناء عطل وجه مع الارضي فان جهد اي وجه مع
الارضي لاي طور سليم لايتجاوز 80% من الجهد بين وجهين في النظام المدروس.
التاريض باستخدام مقاومة Resistance -
Earthing
وفي هذا النوع من التاريض توصل مقاومة بين النقطة النجمية
والارضي ويعرف بالتاريض غير الفعال (Non – Effective Earthing).
التاريض باستخدام مفاعلة Reactance Earthing
وتستخدم مفاعلة بدلا من المقاومة للوصل بين النقطة النجمية والارض ويعرف ايضا
بالتاريض غير الفعال، ويتم اختيارها بشكل سليم لتلائم متطلبات اجهزة
الحماية.
التاريض باستخدام ملف اخماد القوس (أو
ملف بيترسون) Arc – Suppression (Peterson) Coil Earthing
ويتم وصل
النقطة النجمية الى الارض بواسطة مفاعلة وتكون قيمة مفاعلتها بحيث يمكن التحكم
بضبطها بحيث تتوافق بشكل اكبر او اقل من قيمة السعات بين الوجهين السليمين والارض
عندما يكون الوجه الثالث موصول الى الارض بشكل مباشر، عندئذ فان تيار القوس يساوي
الى مجموع التيارات السعوية والتيار المار في المفاعلة اي يساوي الى الصفر، حيث ان
للتيارين للمفاعلة والتيار السعوي انفراج بمقدار 180 درجة اي متعاكسان، ويؤدي ذلك
الى اطفاء القوس. ويعتبر ملف بيترسون فعال تمام في منع الضرر الناتج عن الاقواس
الارضية، وتجهز هذه المفاعلة بمأخذ (Tapping) بحيث يمكن تغيير قيمتها لتتناسب
السعات في الشبكة وتسمح بتغيير سعة مركبة التتابع الصفري للنظام الناتجة عن عمليات
فصل الدوائر..
التاريض بواسطة ملف بيترسون
ومقاومة
يستخدم في هذا النوع من التاريض شكل مركب من ملف اخماد القوس
ومقاومة. عند حصول عطل ارضي دائم على وجه واحد فانه يكبت (Suppressed) بواسطة
الملف. ومن غير المرغوب فيه استمرار العطل فترة طويلة على النظام، لذلك فانه بعد
تاخير زمني يمكن ضبطه حتى (30) ثانية فان الملف يوصل اليا على التوازي مع المقاومة
ذات القيمة المنخفضة والتي تسمح بسريان تيار العطل الارضي مما يؤدي الى تشغيل
حمايات العطل الارضي.
التاريض في المباني
لعمل شبكة تاريض جيدة للمبنى فانه
من الضروري ان يتم تاريض العناصر التالية:
= كل الاجسام المعدنية والمعرضة
للملامسة.
= كل الاجهزة الكهربائية.
= جميع وحدات الانارة.
يمكن استخدام
احدى الوسائل التالية كقطب للتاريض:
= تمديدات المواسير المعدنية للمياه.
=
اسياخ التسليح للمبنى.
= موصل معدني يتم تمديده حول المبنى.
كما يمكن استخدام
اقطاب التاريض الصناعية التالية:
= قطب تاريض صناعي: وهو عبارة عن قضيب او
ماسورة معدنية لايقل طولها عن 240 سم تدفن راسيا ملامسة للتربة الا اذا كانت الارض
صخرية فيمكن وضعها مائلة 45 درجة على المستوى الراسي او تدفن في خندق على عمق 75 سم
من سطح الارض على الاقل.
= لوح التاريض: وهو عبارة عن لوح معدني قد يكون من
النحاس بسمك 1،5 مم او من الحديد بسمك لايقل عن 6،35 مم ويجب ان لاتقل المساحة
المعرضة للتربة عن 0،186 متر مربع.
وعموما يجب ان يكون قطب التاريض الملامس
للتربة خاليا من الشحوم او الزيوت لانها تضعف خصائص قابلية التاريض للتوصيل
الكهربائي.
الطرق المختلفة لخفض مقاومة التاريض
بعد الانتهاء من تاريض المبنى
واللوحات العمومية والفرعية يتم قياس مقاومة التاريض اجهزة خاصة بذلك فاذا لوحظ
انها تزيد عن الحد المسموح به وهو 25 اوم فانه يلزم خفض هذه القيمة باستخدام طريقة
او اكثر من الطرق التالية :
= زيادة قطر قضيب التاريض.
= زيادة طول قضيب
التاريض.
= زيدة عدد قضبان التاريض.
القواطع
الالية Circuit Breakers
باستمرار نمو الشبكات الكهربائية وازدياد قدرة
محطات التوليد ازدادت الحاجة الى اجهزة قطع وحماية جيدة ومعتمدة. واصبحت حماية
الشبكات تمثل المركز الرئيسي من الاهمية، فعند حدوث دائرة قصر في الشبكة، تغذي كمية
هائلة من التيار الى مكان العطل مما يؤدي الى ضرر بليغ وانقطاع في التغذية. لذلك
يجب على اجهزة الحماية ان تحقق موثوقية تامة بحيث يمكن الاعتماد عليها اعتمادا كليا
وان تميز تمييزا مطلقا بحيث تعزل الاقسام المتعطلة من الشبكة فقط وان تعمل بسرعة
للحد من تاثير العطل على تجهيزات الشبكة. وبما ان موضوع الشرح هنا هو الحمايات التي
تعطي اوامر الفصل للقواطع الالية لذلك لابد من اعطاء فكرة سريعة عن القاطع الالي
والية تشغيله والتحكم فيه ومبدا اطفاء القوس الكهربائي. وتستخدم اجهزة القطع
Switchgear . اما لعزل الدوائر الكهربائية عند حدوث الاعطال بواسطة اجهزة الحماية،
اوان تعزل الدائرة بواسطة فتح القاطع لاجراء اعمال الصيانة الدورية على
التجهيزات.
وتصنف القواطع المستخدمة عادة الى نوعين:
= النوع الاول هي
القواطع الالية Circuit Breaker والتي بامكانها فصل الدائرة تحت الجهد والحمولة
واغلاق الدائرة تحت الجهد.
= النوع الثاني وهي القواطع العازلة Isolators وهي
قواطع بامكانها اغلاق الدائرة تحت الجهد ولكن غير مسموح بفتح الدائرة تحت
الحمولة.
وبشكل عام يمكن تصنيف قواطع الدائرة والادوات التابعة لها بشكل مبدئي
الى اربعة اصناف:
1. قواطع الجهد المنخفض وتستخدم في دوائر الانارة والتيار ضمن
الابنية والمنشآت الصناعية وفي السكك الحديدية والكهربائية وفي الاجهزة المساعدة
لمحطات الطاقة ذات التيارات المنخفضة وجميعها تقريبا قواطع هوائية.
2. قواطع
الجهد المتوسط – المنخفض للجهود ( 2,3 - 15) كيلو فولت وقدرة قطع بين 25 الى 500
ميجا فولت امبير وتستخدم في محطات الطاقة الصغيرة وفي الاجهزة المساعدة لمحطات
الطاقة الكبيرة. ومعظم القواطع القديمة زيتية الا ان الاتجاه الحديث هو نحو القواطع
الهوائية وبصورة خاصة من النوع ذات الاطفاء المغناطيسي.
3. قواطع الجهد المتوسط
– العالي ويكون الجهد بين (15 – 34,5) كيلو فولت وقدرة قطع بين (500) الى (2500)
ميجا فولت امبير وتستخدم في المحطات الثانوية الهامة وفي دوائر المولدات في محطات
الطاقة الكهربائية وذات قدرة قطع متعددة. وقد استخدمت القواطع الزيتية بكثرة في هذا
المجال الا ان القواطع ذات الهواء القسري ( Air blast ) اصبحت شائعة
الاستعمال.
4. قواطع الجهد العالي ويكون جهدها اعلى من (46) كيلو فولت وتستخدم
في خطوط النقل الهامة حيث تكون عادة زيتية ومن النوع الخارجي المركب على قواعد وقد
جرت عليها تحسينات كثيرة فيما يتعلق بالسرعة وقدرة القطع وصغر الحجم.
مبدا اطفاء القوس الكهربائي
في اللحظة التي تبدا
فيها ملامسات القاطع الآلي بالتباعد فان التيار يكون كبير جدا. ولايؤدي التباعد
الصغير بين الملامسات ضمن اقطاب القاطع الى انقطاع التيار فورا. فعندما يزداد تباعد
الملامسات تزداد المقاومة بينهما وبالتالي يزداد الفقد الحراري في هذه المقاومة حسب
العلاقة ((I^2)*R)، وينتج ايضا تاين الهواء او تبخر وتاين الزيت ويصبح هذا الهواء
او بخار الزيت المتأين ناقلا ويستمر جريان التيار ضمنه مكونا قوسا كهربائيا. ويكون
الجهد بين ملامسات قطب القاطع صغيرا بحيث يكفي للمحافظة على القوس الكهربائي.
الشكل السادس عشر : الترتيبات الممكنة لاجهزة القطع
16.jpg (61.15 KiB) شوهد 2230 مرات
ويبين الشكل
السادس عشر الترتيبات الممكنة لاستخدام اجهزة القطع في نظام القدرة فالشكل (a) يبين
استخدام اجهزة القطع في ترتيب القضبان المجمعة المزدوجة. والشكل (b) يبين استخدامها
في ترتيب القضبان المجمعة بشكل حلقة مزدوجة مع ربطها بمفاعل (Reactor) ويمكن عزل
هذا المفاعل لاغراض الصيانة. ولا يمكن نقل الدوائر من احد جانبي المفاعل الى الجانب
الاخر. والشكل (c) يبين استخدام اجهزة القطع في شبكة مفتوحة. وبدون استخدام قواطع
للمحولات. الشكل (d) نفس الشكل السابق ولكن تستخدم قواطع للمحولات. الشكل (e)
استخدام اجهزة القطع في شبكة مغلقة ونقصد باجهزة القطع القواطع الآلية والقواطع
العازلة Isolator بالقواطع التسلسلية Series Switches وان قواطع الدائرة للجهد
العالي لها اربعة اشكال رئيسية:
= القواطع الزيتية.
= القواطع االآلية ذات
الزيت القليل.
= قواطع الهواء القسري.
= قواطع ذات القطع العازل SF6.
الشكل السابع عشر : مقطع لقاطع زيتي 66 ك.ف. ثلاثي الوجه
17.jpg (34.91 KiB) شوهد 2224 مرات
ويبين الشكل
السابع عشر مقطع لقاطع زيتي 66 ك ف ثلاثي الاوجه، حيث يتضمن وعاء معدني مملوء
بالزيت وله غطاء معدني يحوي على مخارج عازلة لدخول وخروج نواقل الدائرة من الوعاء
وتدعى بالمخترقات Bushing. ويلاحظ في الشكل وجود محولات تيار في نهايات مخترقات
القاطع. وتتصل بالنهايات السفلى للمخترقات تحت مستوى الزيت ملامسات ثابتة Fixed
Contacts وهي الملامسات العلوية.
كما يوجد ملامسات متحركة Contacts Moving وتكون
سفلية وتكون عادة قضبان نحاسية اسطوانية Cylindrical Cooper Rods والملامسات
السفلية هي التي تتحرك لتوصل مع الملامسات العلوية او تفصل عنها. وتتكون الملامسات
العلوية من نابض نحاسي قوي يخلق ضغط على قضيب الملامس السفلي عند الاغلاق ليشكل
تماس كهربائي جيد. وعندما يفتح القاطع تحت حالات العطل فان عدة آلاف من الامبيرات
تمر بين ملامسات القاطع وبالتالي فان عملية اطفاء القوس الكهربائي وفتح القاطع
بفاعلية تشكل مشاكل هندسية رئيسية تجري محاولات كثيرة للتغلب عليها.
ان الحرارة
العالية الناتجة عن القوس تؤدي الى تحلل الزيت وتوليد غاز الهيدروجين في الزيت
ويدفع هذا الغاز بضغط عالي جدا القوس الكهربائي الى الفتحات الخاصة الجانبية التي
تحيط بالملامسات.
والعلاقة التالية تعطي القدرة في القوس الكهربائي بدلالة قدرة
القطع وزمن القطع.
قدرة القوس = قدرة القطع (M.V.A)× 0,1 × زمن القوس
(الثانية)
فاذا كان قدرة القطع 500 ميجا فولت امبير وزمن القوس دورتين اي
(0,04ثانية) فان قدرة القوس تكون
500×0,1×0,04= 2000كيلو جول .
وتكون كمية
الغاز المطلقة في هذه الحالة 120 لترا.
ويبين الشكل الثامن عشر الدائرة
التوضيحية لعملية اطفاء القوس الكهربائي في القواطع الزيتية.
الشكل الثامن عشر : اخماد القوس لقاطع زيتي
18.jpg (44.05 KiB) شوهد 2223 مرات
الشكل التاسع عشر : اخماد القوس لقاطع هوائي
19.jpg (33.19 KiB) شوهد 2203 مرات
ويتم اطفاء القوس
الناتج على مرحلتين:
المرحلة الاولى: تعتمد على ازدياد مقاومة القوس الى قيمة
مرتفعة بحيث تجعل التيار مهملا.
المرحلة الثانية: تعتمد على ازدياد عازلية فراغ
القوس الى قيمة مرتفعة بحيث تحول دون اعادة اشتعال القوس حين تطبيق جهد
الدائرة.
اما القواطع الالية ذات الهواء القسري air- blast circuit breakers
فانها تستخدم من اجل انظمة الجهد اعلى من (120) فولت ويستخدم الهواء المضغوط في هذه
القواطع لعمليات الفتح والاغلاق (وتستخدم في الوقت الحاضر للقواطع في نظام الجهد
66كيلو فولت).
ويبن الشكل التاسع عشر توضيح اخماد القوس لقاطع بالهواء المضغوط
حيث الشكل التاسع عشر-a يمثل حركة الهواء المضغوط محورية مع ملامس متحرك محوري
ايضا. اما الشكل التاسع عشر-b فيمثل حركة الهواء المضغوط محورية مع ملامس متحرك
جانبي وتمثل الارقام:
1) الى النهايات. 2) الملامس المتحرك. 3) الملامس الثابت.
4) انبوب الهواء.
ويخزن الهواء عادة في هذا النوع من القواطع عند ضغط (1.38
MN/(m^2)) ويحرر ويوجه الى القوس عند سرعات عالية مما يؤدي الى اطفاء القوس. كما
يبين الشكل العشرين التجهيزات النموذجية لقاطع يستخدم الهواء المضغوط.
الشكل العشرين : التجهيزات النموذجية لقاطع آلي هوائي
20.jpg (70.35 KiB) شوهد 2199 مرات
القواطع الالية
(400) ك.ف. تقطع تيارات القصر حتى 60 كيلو امبير اي تيار قطع 40000 ميكا فولت امبير
خلال 0.040 من الثانية بعد وصول اشارة الفصل.
القواطع الالية (1100) ك.ف. تكون
قادرة على فصل تيارات اعطال 50 الى 60 كيلو امبير ويجب ان تكون قادرة على الصمود
امام اختبارات الجهد المتناوب بتردد القدرة لمدة دقيقة واحدة لجهد 1900 ك.ف. في
الحالة الجافة و 1500 ك.ف. في الحالة الرطبة واختبارات الجهودات الصدمية للبرق 2800
ك.ف..
ان استخدام سادس فلوريد الكبريت (SF6) كعازل ووسط قطع في القواطع الالية
يعطي القواطع مميزات افضل بالنسبة للقواطع ذات الهواء المضغوط منها مقاومته
الكهربائية العالية ومميزاته الجيدة لاخماد القوس ويعطي حجم اصغر للقواطع بالنسبة
لنفس القيم الاسمية مقارنة مع القواطع الهوائية.
ان المقاومة الكهربائية
Electric Strength لسادس فلوريد الكبريت (SF6) عند الضغط الجوي يساوي المقاومة
الكهربائية للهواء عند ضغط جوي بمقدار عشرة اضعاف (10 atm.) وتكون درجات الحرارة
الناتجة عند حصول قوس كهربائي ضمن سادس فلوريد الكبريت من مرتبة (30000k) وهذه
الدرجة اعلى بكثير من درجة حرارة تفكك الغاز والتي هي (2000k) ويبين الشكل الواحد
والعشرين ترتيبات محطة تحويل 380/110 ك.ف. تستخدم اجهزة قطع (SF6).
الشكل الواحد والعشرين : التجهيزات النموذجية لقاطع SF6
21.jpg (63.38 KiB) شوهد 2192 مرات
المتممات او المرحلات (Relays)
ان نظام القدرة
الكهربائية قديما كان مكون من مجموعات توليد صغيرة تغذي احمال محلية. وكان باستطاعة
مراقب المحطة في الحالات الطارئة ان يفتح القاطع اليدوي بالرغم من خطورة تشكل القوس
الكهربائي. منذ تلك الايام التاريخية حدث تطور سريع على انتشار الشبكات الكهربائية
ومجموعات التوليد وتوسعت وتعقدت مما ادى الى فرض تطور مماثل في استخدام اجهزة حماية
مناسبة.
وكذلك فقد ازداد التوليد في نظام القدرة بشكل كبير جدا. وبازدياد حجم
مجموعات التوليد وتعقيد شبكة القدرة ادى بالدول الصناعية بتطوير انظمة القدرة لديها
وذلك بالتصميم الجيد لاجهزة القطع بحيث تتميز بالسرعة لعزل الاعطال بالرغم من
الاقواس الكهربائية ذات القدرة العالية وذلك خلال اجزاء صغيرة من الثانية لتحاشي
ومنع تلف وانهيار التجهيزات الكهربائية في نظام القدرة.
وتعتبر المنصهرات
(Fuses) اول الاجهزة الالية التي استخدمت في مجال الحماية من الاعطال في الشبكات،
فهي تستطيع ان تعزل الاجهزة المتعطلة من الشبكة بسرعة عالية، وتعتبر ذات فعالية
وموثوقية كبيرة ولاتزال تستخدم بشكل واسع في دوائر التوزيع بالرغم من انها تعاني من
عدة مساوئ، فهي تحتاج الى التبديل قبل اعادة التغذية، ويمكن ان تنصهر المنصهرة في
احد الاوجه فقط ويبقى الجهد على الوجهين الاخرين لذلك فهي لاتحمي من العطل بصورة
تامة.
وقد تم التغلب على هذه المساوئ باستخدام القواطع الالية ذات الفصل المباشر
وهي مزودة بحماية حرارية تحمي من ازدياد الحمولة عن حد معين وحماية مغناطيسية تؤدي
الى فصل الدائرة عند حدوث اعطال على القسم المحمي من الشبكة.
وتتميز هذه القواطع
بامكانية فتح واغلاق الدائرة في الحالات النظامية وكذلك حين حدوث العطل كما تتميز
بامكانية تغيير الزمن والتيار لهذه القواطع للتحكم بتيار العطل وزمن الفصل.
ولذا
من المقارنة بين استخدام المنصهرات والقواطع الالية يتبين ان القواطع الالية افضل
من الناحية الفنية ولكنها مكلفة اكثر من المنصهرات، اما المنصهرات فانه يقتصر
استعمالها على الدوائر الفرعية لسرعتها وقلة تكاليفها. كما يجب ان نذكر صعوبة تغيير
المنصهرات من اجل فصل الاعطال كما هو الحال في القواطع.
وبالنسبة للقواطع الالية
ذات الفصل المباشر فان استخدامها محدود بجهود الشبكة وفي حال ارتفاع جهد الشبكة
المراد حمايتها فان القواطع الالية لوحدها غير كافية لعزل الاعطال في الشبكة المراد
حمايتها ويجب تدعيمها باجهزة حماية مناسبة مهمتها اكتشاف وجود الاعطال، وتحديد
القواطع الالية التي عليها فصل القسم المتعطل وذلك بعد اصدار اوامر الفصل من اجهزة
الحماية – المرحلات – المتممات – (Relays) وهذه الاجهزة هي مستقلة عن القواطع
وتتحكم ملامسها بملف الفصل للقواطع الالية. وتعتبر المحاولات الاولى لتصميم اجهزة
الحماية ونخص منها مرحلات الحماية (Protective-Relays) والتي تستجيب بعملها في
حالات دوائر القصر او زيادة التيار كما هو الحال في زيادة الحمولة عن حد معين، كانت
المرحلات الكهرومغناطيسية (Electromagnetic-Relays) ومنها مرحلة الحافظة المنجذبة
(Attracted Armature Relay) ويمكن ان تعطي امر الفصل للقاطع الالي اما بشكل الي اي
بدون تاخير زمني او بتاخير زمني محدود. وبعد التجارب تبين لهذه المرحلات مجال محدود
من الاستخدام ولها مساوئ حيث ان زمن الفصل يتعلق بتيار العطل وقد تم التوصل الى
مرحلات اكثر دقة واكثر سرعة وتتم بخاصية الانتقائية وخاصية الزمن العكسي للتيار حسب
العلاقة:
I.t=k
اي كلما كبر تيار العطل كلما كان زمن الفصل قصيرا
والمرحلة اسرع بعزل القسم المتعطل من الشبكة. وقد تم التوصل الى هذا النوع من
المرحلات والتي تسمى بالمرحلات الحثية (Induction-Relays) ومنها المرحلة الحثية ذات
القرص وهي تطوير لعداد القدرة الحثي بعد اضافة ملامس اليه. وهذه الحماية لاتزال
مستخدمة حتى الوقت الحاضر ثم بعد ذلك اضيفت الى المرحل خاصية الزمن الاصغر المحدود
ثم حدث تطور على هذا النوع من المرحلات وذلك بالحصول على خصائص زمن اكثر عكسية اي
تعطي زمن فصل اسرع بارتفاع تيار العطل ومن المرحلات الحثية ذات الزمن العكسي جدا
والزمن فائق العكسية (Very Inverse and Extremely Inverse) بعد ذلك الحين بدأت تظهر
اهمية سرعة ازالة الاعطال وكذلك الحاجة لزيادة الحساسية والعمل الانتقائي للمرحلات.
كما تمت محاولات لاستخراج المرحلات التفاضلية (Differential Relays) ذات السرعة
العالية على خطوط النقل الرئيسية ولحماية المحولات والمولدات والمرحلات التفاضلية
تقلل الكميات الكهربائية على طرفي القسم المحمي وتعمل عندما تنحرف نسبة زاوية الوجه
او المجموع الجبري للكميات المقارنة عن قيمة محددة مسبقا.
حال استخدام هذه
الحماية لحماية خطوط النقل فانه يتوجب نقل المعلومات المطلوبة من النهاية البعيدة
للخط الى النهاية الاولى من اجل المقارنة وغير ذلك ويتطلب ذلك ايجاد وسيلة لنقل
المعلومات وهي اما استخدام دوائر سلكية تعرف باسلاك بايلوت (Pilot Wires) وتعمل
بتردد الشبكة الكهربائية او قنوات الحامل (Carrier Current Channels) والتي تستخدم
نواقل الخط المحمي نفسه وتعمل بالتردد الراديوي (Radio Frequency) وظهر في ما بعد
الحمايات التي يعتمد عملها على مبادئ المركبات المتناظرة ذات التتابع الموجب
والتتابع الصفري. كما ظهرت مرحلات زيادة التيار الاتجاهية لحماية الشبكات المعقدة
والمغذاة من عدة مصادر كما ظهرت الحمايات المسافية لحماية خطوط النقل ذات الجهد
العالي.
اما المرحلات الاستاتيكية (Static Relays) فقد انتشرت في الوقت الحاضر
بشكل اوسع بسبب ادائها الجيد واستطاعة دخلها المنخفضة Burdens وحجمها الصغير كما
انها لاتحتاج الى صيانة.
وتعرف هذه المرحلات بانها المرحلات التي لاتتضمن اجزاء
متحركة (No-moving Parts) وتستخدم الاجهزة الاستاتيكية لاعمال القياس والتحكم
والمراقبة والحماية ومن المحتمل ان كل محطة توليد او محطة تحويل ترتبط مع مركز تحكم
رئيسي بارسال واستقبال معلومات القياس والعدادات والحماية والتحكم عبر حاسبات رقمية
مرسلة او مستقبلة خلال قناة اسلاك او قناة حاملة.
ولاجراء مقارنة بين المرحلات
الاستاتيكية والمرحلات الكهرومغناطيسية فان المرحلات الاستاتيكية Static Relays
تتصف بالمميزات الرئيسية التالية: الاستجابة السريعة، الحياة الطويلة والمقاومة
العالية للصدمات والاهتزاز وذات اعادة وضع سريعة وقيمة افلات عالية وعدم وجود تجاوز
في مرحلة الحماية Overshoot بسبب عدم وجود اعطال ميكانيكية وتخزين حراري. ويمكن
الحصول على مميزات افضل بسبب عدم وجود احتكاك نقاط الارتكاز والحوامل ومشاكل
الملامس (تآكل ، ارتداد) ولاتحتاج الى صيانة مثل المرحلات الكهرومغناطيسية كما ان
تكرار العمل لايسبب اي تلف في المرحلة الاستاتيكية بالاضافة الى انه يمكن الحصول
على حساسيات عالية مما يؤدي الى استخدام محولات تيار ومحولات جهد اصغر عند
الاستخدام وبسبب مستويات القدرة المنخفضة لدوائر القياس يمكن تصغير الاجهزة
المستخدمة وبالتالي تصغير اخطاء محولات التيار.
ثم حدثت طفرة كبيرة في عالم
الحماية حيث ظهرت الحماية الرقمية حيث تتميز بالامكانية الكبيرة في تخزين المعلومات
وبالسرعة الفائقة في اجراء العمليات الحسابية وانجاز العلاقة الرياضية وبالقدرة على
ترتيب واستعمال المعلومات مهما كانت طبيعتها والعناصر التي يكون منها الحاسب الرقمي
المستخدم في الحماية هي وحدة الادخال ووحدة الاخراج والذاكرة الخارجية ووحدة
المعالجة المركزية ووحدة التحكم والمراقبة والذاكرة الرئيسية.
وقد تم تطبيق
الحماية الرقمية بصورة سريعة جدا واصبحت في كل المحطات الان وقد تتميز بسرعة فائقة
وموثوقية عمل ويبين الشكل الثاني والعشرين الاشكال المختلفة لتطور المرحلات من
النوع الكهرومغناطيسي الى النوع الاستاتيكي ثم اخيرا بالنوع الرقمي.
الشكل الثاني والعشرين : مجموعة مختلفة من المرحلات : 1) مرحلات كهرومغناطيسية.
2) مرحل استاتيكي. 3) مرحل
» فيلم الجبان والحب بطولة شمس البارودي الممنوع من العرض
» كل شىء عن المحولات
» أنواع الملفات وامتداداتها ومعرفة ما يمكن تشغيله منها...
» مجله الستلايت كامله بكل شى للقنوات الفضائيه والجديد هنا دائما
» أكبر موسوعه بالعالم للتتعلم كل شى عن الستلايت والاجهزه الرقميه من هنا!!!
» ما هو كود ارسال معلومات للإيميل "contact form
» شرح برنامج Nero Burning ROM v6.3 لنسخ السيديات
» <a href='http://www.klamaraby.com'><span style='text-decoration: none'><img border='0' src='http://www.klamaraby.com/Glitter/glitter/3/a.gif' alt='كلام عربي'></span> <a href='http://www.klamaraby.com'><span style='text-decoration: none'><img border='0' sr