تعاون علمي
لمحة هندسية:
العلاقة الخطية : هي كل علاقة يمكن رسمها على شكل خط مستقيم في المستوي أو الفراغ.
  • اخر المشاركات

أساسيات الحماية الكهربائية

المواضيع والدروس والسلاسل والشروح المرتبطة بالقسم

أساسيات الحماية الكهربائية

مشاركةبواسطة 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.
01.jpg
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.
02.jpg
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.
03.jpg
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).
04.jpg
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.
05.jpg
الشكل الخامس : دائرة قصر
05.jpg (30.17 KiB) شوهد 6619 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.
table-1.jpg
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.
06.jpg
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.
07.jpg
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

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).
08.jpg
الشكل الثامن : الاشكال المختلفة لمحولات التيار
08.jpg (55.7 KiB) شوهد 6564 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.
09.jpg
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:
10.jpg
الشكل العاشر : الدائرة المكافئة لمحول التيار
10.jpg (27.59 KiB) شوهد 6493 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.
11.jpg
الشكل الحادي عشر : الاشكال المختلفة لتمثيل محول التيار

12.jpg
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

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).
13.jpg
الشكل الثالث عشر : محول الجهد المغناطيسي
13.jpg (42.24 KiB) شوهد 6474 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.
14.jpg
الشكل الرابع عشر : يبين الدائرة المكافئة لمحول جهد من النوع المكثف
14.jpg (24.99 KiB) شوهد 6425 مرات

15.jpg
الشكل الخامس عشر : بعض انواع محولات الجهد المستخدمة حديثا
15.jpg (58.52 KiB) شوهد 6416 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.
16.jpg
الشكل السادس عشر : الترتيبات الممكنة لاجهزة القطع
16.jpg (61.15 KiB) شوهد 6394 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.
17.jpg
الشكل السابع عشر : مقطع لقاطع زيتي 66 ك.ف. ثلاثي الوجه
17.jpg (34.91 KiB) شوهد 6368 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.
18.jpg
الشكل الثامن عشر : اخماد القوس لقاطع زيتي
18.jpg (44.05 KiB) شوهد 6325 مرات

19.jpg
الشكل التاسع عشر : اخماد القوس لقاطع هوائي
19.jpg (33.19 KiB) شوهد 6337 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.
20.jpg
الشكل العشرين : التجهيزات النموذجية لقاطع آلي هوائي
20.jpg (70.35 KiB) شوهد 6336 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).
21.jpg
الشكل الواحد والعشرين : التجهيزات النموذجية لقاطع SF6
21.jpg (63.38 KiB) شوهد 6309 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.
22.jpg
الشكل الثاني والعشرين : مجموعة مختلفة من المرحلات : 1) مرحلات كهرومغناطيسية. 2) مرحل استاتيكي. 3) مرحل رقمي.

المصطلحات الاساسية
يتفق مهندسو الحماية على بعض المصطلحات الاساسية المستعملة في تصميم وتشغيل المنظومة. ونقدم فيما يلي اهم هذه المصطلحات:
مناطق الحماية Protection Zones
من الامور الواجب مراعاتها جيدا في تصميم منظومة الحماية هوعدم ترك اي نقطة في الشبكة بدون حماية. ولتحقيق هذا الغرض يتم تقسيم الشبكة الى مناطق متداخلة تسمى كل منطقة منها منطقة حماية بحيث يمكن حماية كل منطقة منها بطريقة مناسبة.
يمكن تقسيم الشبكة عادة الى مناطق الحماية التالية:
1. منطقة المولد او المولد مع المحول.
2. منطقة المحول.
3. منطقة قضبان التوزيع.
4. منطقة خطوط النقل (الكابلات والخطوط الهوائية).
5. منطقة الاحمال والمحركات.
يبين الشكل الثالث والعشرين طريقة تقسيم الشبكة الى مناطق الحماية السابق ذكرها.
23.jpg
الشكل الثالث والعشرين : نظام قدرة مع مناطق الحماية
23.jpg (62.14 KiB) شوهد 6270 مرات

الحماية الرئيسية والاحتياطية Main and back-up Protection
عند حدوث خطأ على الشبكة يجب فصل الجزء الخاطئ عن باقي الشبكة في اقل فترة زمنية ممكنة.
يمكن ان يؤدي فشل اجهزة الحماية والقطع في فصل الخطأ الى خطورة شديدة على الاشخاص العاملين. وكذلك تلف وتدمير اجهزة الشبكة. لهذا السبب، فان فلسفة الحماية تعتمد دائما في حماية كل نقطة من الشبكة على نوعين من الحماية:
1. الحماية الرئيسية، وهي اجهزة الحماية الرئيسية المسؤولة اساسا عن فصل الجزء الخاطئ باسرع وقت ممكن وذلك تبعا لنظام تنسيق منظومة الحماية.
2.الحماية الاحتياطية، وهي اجهزة حماية اخرى تكون مسؤولة عن فصل الجزء الخاطئ في حالة فشل اجهزة الحماية الرئيسية في فصل الخطا. وتعمل اجهزة الحماية الثانوية بتاخير زمني متعمد عن اجهزة الحماية الرئيسية وذلك حتى تترك لها المجال للعمل اولا.
والشكل الرابع والعشرين يبين منطقة الحماية والمنطقة الخلفية في حماية نظام اللاوحدة وذلك باستخدام الحماية المسافية. فالحماية عند A تعمل كحماية اساسية من اجل الاعطال عند X اوعند Y والتي لاتفصل لسبب ما بالحماية عند C.
24.jpg
الشكل الرابع والعشرين : منطقة الحماية الاحتياطية والاساسية
24.jpg (44.71 KiB) شوهد 5394 مرات

الانتقائية والتمييز Selectivity and Discrimination
يقصد بانتقائية منظومة الحماية قدرة تلك المنظومة على انتقاء الجزء الخاطئ من الشبكة وفصله عن باقي اجزاء الشبكة السليمة دون غيره. من الصعب في اغلب الاحيان الحصول على انتقائية كاملة حيث يكون ذلك مكلفا وربما دون داع. وتبعا لذلك فأن درجة انتقاء منظومة الحماية تحدد بعوامل مختلفة منها اهمية الاحمال والتكاليف وكذلك طريقة التشغيل. ويمكن القول بصفة عامة أنه من المسموح به في اغلب الحالات فصل بعض الاجزاء السليمة من الشبكة في حالة حدوث خطأ ما على احد الاجزاء مما يعني ان الانتقائية غير كاملة تماما.
اما التمييز فهو قدرة منظومة الحماية على التمييز بين مايأتي ( كل على حدة)
= حالات التشغيل الطبيعية وحالات التشغيل غير الطبيعية.
= حالات التشغيل غير الطبيعية داخل منطقة الحماية وحالات التشغيل غير الطبيعية خارج منطقة الحماية.
سرعة العمل Speed of Operation
يعتبر من اهم المطالب في اجهزة الحماية، فعند حدوث عطل في منطقة ما فأن الحماية في هذه المنطقة يجب ان تقرر دون تأخير ما اذا كان هذا العطل ضمن منطقة الحماية او خارجها فكلما طالت فترة بقاء العطل استمر تيار العطل مما يؤدي الى تلف الاجهزة.
الحساسية Sensitivity
تعتبر قيمة اقل كمية كهربائية حقيقية يبدأ عندها اشتعال المرحل، فمثلا المرحلات التي تعمل بتيار قصر فأن الحساسية تعني اقل تيار قصر يمر بالمنطقة المحمية ويعمل على تشغيل المرحل. وتعرف حساسية مرحل الحماية باستخدام عامل الحساسية S كالاتي:
S = (Isc(min))/I0

حيث ان (Isc(min قيمة اقل تيار قصر يمر بالمنطقة المحمية
Io قيمة اقل تيار يعمل على تشغيل مرحلات الوقاية
الموثوقية Reliability
تعني عدم فشل مرحلات الوقاية في عزل القصر الحادث في منطقة الحماية، وايضا عدم حدوث اعطال بمكونات نظام الوقاية وأن تعمل المرحلات عند الاحتياج فقط.
التنسيق Coordination
التنسيق في منظومة الحماية هو عملية ضبط جميع أجهزة الحماية والقطع في تلك المنظومة (مصهرات – مرحلات – قواطع دائرة) بحيث يتم تحديد الحالة التي يعمل عندها كل جهاز وزمن عمل هذا الجهاز وذلك تبعا لطبيعة الخطأ الناتج من حيث مقداره ونوعه و يمكن عن طريق عملية التنسيق الحصول على الانتقاء المطلوب من عملية الحماية.
الاستقرار Stability
وتعني خاصية الاستقرار ان يظل نظام الوقاية مستقرا ولا تعمل مرحلات الوقاية عند حدوث قصر خارج منطقة الحماية او عند حدوث حالات فجائية.
الاقتصاد Economic
الحصول على أقصى وقاية وبأقل تكاليف.
انواع المرحلات وتركيبها وطرق ضبطها
أن خطط الحماية بأستخدام المرحلات يتكون اما من مرحل واحد او مجموعة من المرحلات تتصل مع بعضها البعض في دوائر مختلفة محدودة. وخطة الحماية تكون بحماية الخطوط، الكابلات، المحولات، المولدات، القضبان المجمعة والتجهيزات الكهربائية من اخطار الاعطال الكهربائية أثناء حدوثها. وتتكون دائرة الحماية من جزئين اساسيين هما جزء الاستجابة او القياس والجزء المنطقي او جزء العمل.
اما جزء الاستجابة او القياس فهو الجزء الاساسي في الحماية ويتكون من المرحلات الرئيسية التي تقوم بمراقبة الظروف والقيم في الدائرة المحمية باستمرار وتستجيب الى اعطالها او احوالها غير النظامية، وترسل عندئذ الاشارات المناسبة الى الجزء المنطقي او جزء العمل من ناحية الحماية.
أما الجزء المنطقي او جزء العمل فانه عنصر مساعد يتلقى اوامره من جزء الاستجابة فيعمل وفق برنامج وتسلسل محدد مسبقا ويمكنه أن يرسل نبضة تحكم أو اشارة فصل لقاطع الدائرة أو غير ذلك ويمكن أن يكون الجزء المنطقي مرحلات كهرومغناطيسية أو كهروميكانيكية أو من دوائر مشكلة من أنصاف النواقل أوماتسمى بالمرحلات الاستاتيكية وتصنف مرحلات الحماية الى نوعين :
المجموعة الاولى: وهي المرحلات الرئيسية – وهي التي تستجيب للاعطال.
والمجموعة الثانية: وهي المرحلات المساعدة – وهي التي تقوم بالعمل حسب الاوامر التي تأتيها من المرحلات الرئيسية.
ان المرحلات الرئيسية تشمل عددا من الحمايات وذلك حسب انواع الاعطال المختلفة التي تحدث، حيث أن مظاهر دائرة القصر هي زيادة في التيار وهبوط في الجهد وأنخفاض في الممانعة للجزء المحمي من الدائرة وبناء على ذلك فأن مرحلات الاستجابة في هذه الحالة هي:
= المرحلات التيارية التي تتجاوب مع مقدار التيار.
= ومرحلات الجهد التي تتجاوب مع مقدار الجهد.
= والمرحلات المسافية وتتجاوب مع الممانعة سواء كانت مفاعلة او مقاومة.
بالاضافة الى المرحلات السابقة تستعمل مرحلات القدرة الاتجاهية التي تتجاوب مع مقدار وأتجاه قدرة دائرة القصر التي تجري في منطقة الحماية.
أن المرحلات التي تعمل عندما تزيد الكمية المؤثرة عن قيمة محددة تدعى بمرحلات الزيادة مثل حماية زيادة التيار وحماية زيادة الجهد، أما المرحلات التي تعمل عند هبوط الكمية الى اقل من قيمة محددة فتسمى مرحلات الهبوط مثل حماية هبوط الجهد، وحماية هبوط التردد. أما مرحلات التردد فأنها تعمل عندما يزداد التردد أو ينقص عن القيمة النظامية. اما مرحلات زيادة التيار الحرارية فأنها تستجيب إلى زيادة الحرارة الناتجة عن التيار في حالة زيادة الحمولة.
أما المرحلات المساعدة ومن بينها المرحلات الزمنية والتي تدخل تأخيرا زمنيا محددا في عمل الحماية، والمرحلات المؤشرة تشير وتسجل عمل الحماية. والمرحلات المساعدة التي تستعمل لزيادة امكانية الوصل او الفصل للمرحلات الرئيسية.
تصنيف خطط الحماية
نظام الوحدة Unit Protection
حماية نظام الوحدة Unit Protection يشير الى حماية منطقة محددة (محول او محرك او مولد) بشكل مستقل عن الاقسام المجاورة من النظام وهذا النظام يصنف الى الحماية بأسلاك البيلوت Pilot والحماية بدون أسلاك البيلوت وتصنف الحماية بأسلاك البيلوت الى:
1- أعطال الوجه مع الارضي وتتم حمايتها بأستخدام التيار المتوازن والجهد المتواازن Balanced .
2- أعطال الارضي المقيدة (المتوازنة) Balanced Earth Fault .
3- مقارنة الاتجاه Directional Comparison .
4- مقارنة الطور Phase Comparison .
أما الحماية بدون أسلاك البيلوت فتصنف الى :
1- أعطال الارض المتوازنة Balanced Earth Fault وتستخدم فيها الحماية الاتجاهية والحماية الغير الاتجاهية Directional and Non—Directional.
2- الحماية المسافية Distance Relays .
3- التيار الحامل Carrier Current ويستخدم فيه مقارنة الطور.
4- إنزياح النقطة الحيادية Neutral Displacement .
5- حماية تسرب الهيكل Frame Leakage .
6- حماية بوخهلزBuchholz .
نظام اللاوحدة Non Unit-Protection
نظام حماية اللاوحدة Non-Unit يستخدم فيه عدة مرحلات مرتبطة لتغطي حماية اكثر من منطقة واحدة وتشمل:
1. حماية زيادة التيار وتكون إتجاهية وغير إتجاهية.
2. العطل الارضي Leakage Earth غير الاتجاهي .
3. الحماية المسافية Distance Relays.
4. زيادة درجة الحرارة .
5. تتابع الطور السالب Negative Phase Sequence .
حماية زيادة التيار Over Current Protection
25.jpg
الشكل الخامس والعشرين : حماية ضد زيادة التيار
25.jpg (37.34 KiB) شوهد 5351 مرات

26.jpg
الشكل السادس والعشرين : طريقة حساب حماية زيادة التيار في خط شعاعي مغذى من طرف واحد
26.jpg (30.01 KiB) شوهد 5340 مرات

وهي الحماية التي تقوم بالعمل عندما يرتفع التيار في الدائرة المحمية فوق قيمة محددة مسبقا. وهي من الحمايات الاساسية والبسيطة معتدلة الكلفة وتستعمل بشكل واسع لحماية الخطوط، الكيبلات، المولدات، المحولات، والمحركات، وذلك من الاعطال الناشئة عن دوائر القصر للاطوار أو تماس احد الاطوار مع الارض في النظام ذي الحيادي الؤرض وتعمل أيضا عند زيادة الحمولة. ومنها المرحلات ذات التأخير الزمني المحدود ويكون فيها الزمن محدود ومستقل عن قيمة تيار العطل ومثل هذه المرحلات يكون التدرج في الزمن. وتستخدم عمليا للخطوط الشعاعية أو الحلقية. والنوع الثاني ذات الزمن العكسي وهي من نوع المرحلات التحريضية ومزودة بمخمد ( Damping) ويتناسب زمن التشغيل عكسا مع قيمة تيار العطل كلما كان زمن الفصل أسرع وتصنف الى عدة انواع كما نذكر أيضا أنه من خطط الحماية من زيادة التيار يتم استخدام المنصهرات Fuses كما يتم استخدام القواطع الآلية ذات الفصل المباشر. يبين الشكل الخامس والعشرين دائرة بسيطة لخطة حماية زيادة التيار حيث يبين الشكل (a) توصيلات الدائرة وخاصة محولات التيار التي توصل بشكل نجمي. والشكل (b) المخطط الشعاعي لتيارات المرحل في الوصل النجمي لمحولات التيار. والشكل (c) يبين توصيل محولات التيار بشكل مثلثي.
كما يبين الشكل السادس والعشرين خطة حماية زيادة تيار لأحد المغذيات الشعاعية بأستخدام مرحلات زيادة التيار ذات الزمن العكسي. والأزمنة المبينة على الشكل من اجل تيار عطل في النقطة F يساوي 200% من تيار الحمولة الكامل. ومن أجل عطل في نفس النقطة وتيار عطل 800% فإن أزمنة الفصل تصبح على النحو التالي:
زمن الفصل عند النقطة A = 2(ثانية) ×200/800 = 0,5ثانية
وعند B 0,375ثانية.
وعند C0,25 ثانية.
وعند D 0,125 ثانية.
ويكون زمن الفصل عند D هو 0,125+ 0,3 = 0,425ثانية.
حيث أن 0,3 هو زمن عمل القاطع الآلي.
وفي الوقت الحاضر أصبح الاتجاه السائد نحو استخدام الحمايات الاستاتيكية، والتي تتميز بسرعة العمل وعدم وجود أجزاء متحركة في الشبكة ويبين الشكل السابع والعشرين الدائرة الاساسية لمرحل زيادة تيار استاتيكي Solid-State Over Current Relay.
27.jpg
الشكل السابع والعشرين : مرحل زيادة التيار من النوع الاستاتيكي
27.jpg (26.84 KiB) شوهد 5316 مرات

الحمايات الاتجاهية Directional Protection
إن حماية زيادة التيار الاتجاهية تتجاوب مع مقدار التيار ومع إتجاه جريان القدرة عند حدوث الأعطال، وتتكون بشكل أساسي من حماية زيادة التيار مكملة بالمرحل الأتجاهي للقدرة، وتبرز ضرورة استعمالها في الشبكات التي تتغذى من الطرفين وفي الشبكات الحلقية.
وفي تجهيزات محدودة وهامة مثل المولدات فأن القدرة بشكل دائم تنساب باتجاه الخارج باستثناء حالات منها عندما يحدث للمولد عطل، أو عندما يفقد قوته المحركة ويصبح عمله كمحرك ويسحب القدرة من الشبكة. مثل هذه الحالة يتم كشفها بالمرحل الأتجاهيDirectional Relay والتي تغلق ملامسها من اجل القدرة التي تنساب إلى الداخل.
كما تستخدم المرحلات الأتجاهية للتحكم بمرحلات زيادة التيار ذات التأخير الزمني مثل هذه المرحلات يعمل على أساس مقدارالجهد وتيار الدائرة المحمية. وإذا كان المقدار موجبا فإن العزم الناشئ يبقي ملامسات المرحل مفتوح. ويبين الشكل الثامن والعشرين إحدى خطط تطبيقات الحماية الاتجاهية للخطوط الحلقية، اوالتي تتغذى من مصدر واحد.
ويشير السهم إلى اتجاه الفصل عند حدوث الأعطال. كما يشير السهم بالأتجاهين الى موقع الحمايات غير الأتجاهية. يبين الشكل التاسع والعشرين تمثيل لمرحل الوقاية الأتجاهي. كما يبين الشكل الثلاثين دائرة مرحل وقاية ضد زيادة التيار الأتجاهي. كما يبين الشكل الواحد والثلاثين الدائرة الأساسية لمرحل اتجاهي استاتيكي كمقارن طور (وجه).
28.jpg
الشكل الثامن والعشرين : النظام الحلقي والوقاية الاتجاهية
28.jpg (24.71 KiB) شوهد 5287 مرات

29.jpg
الشكل التاسع والعشرين : تمثيل مرحل الوقاية الاتجاهية
29.jpg (25.68 KiB) شوهد 5256 مرات

30.jpg
الشكل الثلاثين : دائرة مرحل حماية ضد زيادة التيار الاتجاهي
30.jpg (26.98 KiB) شوهد 5270 مرات

الحمايات المسافية Distance Protections
عندما يكون التأخير الزمني غير مناسبا في حمايات زيادة التيار، فأنه يتم استخدام الحمايات المسافية. ويوجد أنواع عديدة من هذه الحماية، وتستخدم بشكل أساسي لحماية خطوط الجهد العالي. فإذا كانت ممانعة الجزء المراد حمايته (Zl) فان التيار المار خلال الجزء المراد حمايته إلى منطقة العطل يؤدي الى جهد يساوي الى (V=I*Zl). واذا تمت مقارنة الجهد مع التيار في الحماية وتم ترتيب خطة بحيث تعطي الحماية أمر الفصل عندما يكون (V<I.Z).
وعادة فان الحماية تقيس الممانعة Z=V/I وتتناسب Z مع طول الخط.
وتوجد امكانية لتغيير الحماية لتعطي أمر الفصل عندما يكون الفصل ضمن المنطقة المحمية. ويعتبر العمل الأنتقائي في الحماية المسافية أسهل في الحصول مما هو عليه في حماية زيادة التيار. ويبين الشكل الثاني والثلاثين خصائص الزمن المتدرج للحماية المسافية بثلاث مراحل. كما يبين الشكل الثالث والثلاثين خصائص مرحلات الممانعة Impedance والمسايرة (او موه )Admittance ، وخصائص المفاعلة Reactance . ويظهر من الشكل أن خصائص الممانعة هي دائرة مركزها مبدأ المحاور كما أن خواص المسايرة هي دائرة تمر من مبدأ المحاور. أما خصائص المفاعلة فهي مستقيم يوازي المحور الأفقي.
ويوضح الشكل الرابع والثلاثين تمثيل مبسط لمرحل الوقاية المسافية الأستاتيكية حيث يتم توصيل أطراف الجهد، من الملف الثانوي لمحولات الجهد، إلى محول جهد مساعد ويتم تحويل مخرجة إلى تيار ثم يقارن هذا التيار بتيار المخرج من محول التيار المساعد، ويعرف هذا النوع بمرحل الوقاية المسافية ألاستاتيكي ذي مدخل تيار، ويمكن استخدام نفس التمثيل ولكن بتحويل تيار المدخل الى إلجهد تتم مقارنته بجهد المخرج من محول الجهد المساعد ويعرف هذا النوع بمرحل الوقاية المسافية الاستاتيكي ذي مدخلي جهد.
كما يبين الشكل الخامس والثلاثين مقارن الجهد بأستخدام قنطرتي نوحيد، ويتم تحويل التيار I إلى الجهد IZ ثم يقارن بالجهد V. وبذلك يكون مدخلا المقارن هما V وIZr.
31.jpg
الشكل الواحد والثلاثين : دائرة مرحل حماية اتجاهي استاتيكي
31.jpg (23.55 KiB) شوهد 5231 مرات

32.jpg
الشكل الثاني والثلاثين : خصائص الزمن المتدرج للحماية المسافية بثلاث مراحل
32.jpg (43.02 KiB) شوهد 5240 مرات

33.jpg
الشكل الثالث والثلاثين : خصائص المرحلات
33.jpg (27.61 KiB) شوهد 5235 مرات

34.jpg
الشكل الرابع والثلاثين : تمثيل مرحل الوقاية المسافية الاستاتيكية
34.jpg (33.4 KiB) شوهد 5250 مرات

35.jpg
الشكل الخامس والثلاثين : مقارن الجهد باستخدام قنطرتي توحيد
35.jpg (34.74 KiB) شوهد 5199 مرات

الحماية التفاضلية Differential Protection
وتعتمد في عملها على مقارنة التيار الداخل والتيار الخارج من المنطقة المراد حمايتها ويكون التياران متساويين في الحالة الطبيعية للدائرة وكذلك عند حدوث عطل خارج المنطقة المحمية. وعند حصول عطل داخل المنطقة المحمية فإن ذلك يؤدي الى عدم تساوي التيار الداخل والتيار الخارج من منطقة الحماية وذلك بسبب تسرب تيار إلى منطقة العطل ويؤدي ذلك إلى تشغيل المرحل. وهذه الحماية تزيل الأعطال في أي نقطة من نقاط الدائرة المحمية فورا وتبدي انتقائية جيدة عند ظهور الأعطال خارج المنطقة المحمية.
وعندما تستخدم هذه الحماية للتجهيزات الكهربائية مثل المولدات والمحولات فأن هذه الحماية تسمى حماية التيار التفاضلية ولكن عند استخدامها لحماية الخطوط فإنه يتطلب إيجاد وسيلة لنقل المعلومات المراد مقارنتها من إحدى نهايتي الخط الى النهاية الاخرى والوسائل المستخدمة لنقل مثل هذه المعلومات هي إما دوئر سلكية تسمى بأسلاك البيلوت أو بالاسلاك الطيارة Pilot wires وتعمل بتردد الشبكة الكهربائية. أويستخدم تقنية التيار الحامل والتي تستخدم نواقل الخط المحمي نفسه وتعمل بالتردد الراديوي ومعظم خطط الحماية هذه تعتمد على احد المبادئ الاساسية التالية:
1- مقارنة التيار.
2- مقارنة الطور.
3- مقارنة الاتجاه.
4- الاطلاق المنقول Transferred Tripping.
وطريقة استخدام البيلوت مكلفة ولاتستخدم إلا لحماية الخطوط ذات الاهمية الكبيرة وعندما يكون الخط طويلا تستخدم الطريقة الثانية طريقة الحماية بالتيار الحامل. وهذه الطريقة تستخدم لأغراض أخرى، بالاضافة الى غرض الحماية ويبين الشكل السادس والثلاثين الحماية التفاضلية (طريقة التيار الدوار) Circulating Current ولأحد الأطوار فقط.
36.jpg
الشكل الساس والثلاثين : الحماية التفاضلية
36.jpg (37.47 KiB) شوهد 5199 مرات

فالشكل (a) يبين توزيع التيار في حالة عطل خارج المنطقة المحمية، ويلاحظ عدم مرور أي تيار خلال ملف المرحل R. كما يبين الشكل b)) توزيع التيار في حالة حدوث عطل داخل المنطقة المحمية. ويلاحظ مرور تيار خلال ملف المرحل مما يؤدي الى عمل المرحل وأغلاق ملامساتها لتعطي أمر الفصل للقواطع الآلية المرتبطة معها لعزل منطقة العطل. وتستخدم هذه لحماية المولدات، الخطوط، المحولات، والقضبان المجمعة. كما يبين الشكل السابع والثلاثين توصيل الحماية التفاضلية لأحد الأطوار مع خصائص التشغيل. فالشكل يبين توصيل الحماية التفاضلية بأستخدام ملف تشغيل Operating – Coil وملف مقاومة Restraining . ويبين الشكل خصائص انحياز المرحل في الحماية التفاضلية والذي يمثل علاقة تيار التشغيل مع التيار الدوار أو المقاوم. وترسم هذه المميزات على مستوى يمثل المحور الأفقي التيار (2/(2I+1I)) والمحور العمودي التيار (I1-I2). وتعمل المرحلة بأتجاه السهم العلوي ولاتعمل بأتجاه السهم السفلي.
37.jpg
الشكل السابع والثلاثين : الحماية التفاضلية وخصائص التشغيل
37.jpg (35.24 KiB) شوهد 5186 مرات

الوقاية ضد زيادة وأنخفاض الجهد Over - voltage and Under - Voltage Protection
تغذي مرحلات الوقاية ضد زيادة أو انخفاض الجهد من الملفات الثانوية لمحولات الجهد. وتعمل ملفات المرحل بجهد مقنن 100 أو 110 أو 220 فولت تيار متردد AC. وفي مرحلات الوقاية الأستاتيكية يضاف محول أو (محولات) جهد مساعد (Auxiliary Voltage Transformer) لتخفيض قيمة الجهد المقنن إلى قيمة مناسبة لتغذية الدوائر الألكترونية. وفيما يلي توضيح لأنواع مرحلات الوقاية ضد زيادة وانخفاض الجهد.
مرحلات الوقاية ضد زيادة أو انخفاض الجهد الكهرومغناطيسية
هناك انواع متعددة من هذه المرحلات ومنها:
=== مرحل وقاية ذو حافظة مفصلية (Hinged Armature Type Relay) ويعمل لحظيا.
=== مرحل وقاية ذو جزء حديدي متحرك (Moving Iron Tape Relay) ويعمل لحظيا.
ويوضح الشكل الثامن والثلاثين طريقتين لتوصيل محولات الجهد، أحدهما توصيله نجمة مؤرضة للحصول على جهد ثانوي ثلاثي الأوجه، والأخرى توصيلة دلتا للحصول على قيمة جهد عدم الأتزان للأوجه الثلاثة.
38.jpg
الشكل الثامن والثلاثين : طرق توصيل محولات الجهد
38.jpg (41.25 KiB) شوهد 5183 مرات

وفيما يلي مثال لمرحل الوقاية ضد الجهد:
39.jpg
الشكل التاسع والثلاثين : مرحل وقاية ضد زيادة الجهد
39.jpg (49.04 KiB) شوهد 5176 مرات

مرحل وقاية ضد زيادة الجهد حسب المبين في الشكل التاسع والثلاثين ويعمل بجهد مقنن Vn يساوي 220 فولت وتردد 50 هرتز وحدود ضبط المرحل من 1 الى 2 من قيمة الجهد المقنن Vn . ويركب على وجه واحد Single Phase وهذا المرحل ذو جزء حديدي متحرك ويعمل لحظيا Instantaneous moving-iron relay ويحتوي على:
نقط تلامس (إما وضع الفتح أو القفل) - مجموعة مقاومات على التوالي مع ملف الجهد للتغلب على حالة التشغيل المستمر للملف تجنبا لحدوث ارتفاع في درجة حرارة الملف منعا للتلف.
مرحلات الوقاية ضد زيادة او انخفاض الجهد الاستاتيكية
40.jpg
الشكل الاربعين : مرحل الوقاية ضد انخفاض او ارتفاع الجهد من النوع الاستاتيكي
40.jpg (21.06 KiB) شوهد 5144 مرات

41.jpg
الشكل الواحد والاربعين : مرحل الوقاية ضد زيادة الجهد اللحظي
41.jpg (34.99 KiB) شوهد 5110 مرات

يتكون مرحل الوقاية ضد زيادة او انخفاض الجهد ذي الزمن اللحظي من دائرة اطلاق شمت (Schmitt-Trigger) او دائرة كاشف مستوي (Level-Detector) (يعمل عند بلوغ جهد معين)، وعنصر مدخل عبارة عن محول جهد مساعد وقنطرة توحيد، ثم مقاومة متغيرة لضبط قيمة تشغيل المرحل، كما هو موضح في الشكل الاربعين. ويوضح الشكل الواحد والاربعين دائرة مرحل وقاية ضد زيادة الجهد اللحظي. وفيها تتكون دائرة اطلاق شمت من الترانزسترين T1,T2. في حالة التشغيل العادي (اي ان قيمة جهد المدخل تساوي الجهد المقنن) يكون الترانزسترين T1,T3 في حالة فصل، بينما الترانزستر T2 في حالة توصيل. وعند حدوث زيادة في الجهد بحيث تتعدى قيمته (بعد عملية التوحيد) قيمة جهد كاشف المستوى Vl (المحدد بالزنر دايوود Zd) وعندئذ يتحول الترانزستر T1 لحالة التوصيل، وبالتالي يمد ملف عنصر المخرج بجهد تشغيله نتيجة تحرك الترانزستر T3 لحالة التوصيل.
ويمثل مرحل الوقاية ضد زيادة وانخفاض الجهد –احادي الوجه- حسب المبين في الشكل الثاني والاربعين ويلاحظ احتواء الدائرة على دايوود لحماية قطبية جهد الدخل Polarity Protection عند حدوث عكس قطبية مثلا. ويقارن جهد المدخل بجهد المرجع ويعمل كاشف المستوى والمكبر على تغذية ملف عنصر المخرج بجهد تشغيله، ويتم ضبط قيمة التشغيل عن طريق مقاومة متغيرة.
42.jpg
الشكل الثاني والاربعين : تمثيل مرحل الوقاية ضد زيادة او انخفاض الجهد - احادي الوجه
42.jpg (25.51 KiB) شوهد 5094 مرات

43.jpg
الشكل الثالث والاربعين : مرحل الوقاية ضد انخفاض وزيادة الجهد
43.jpg (34.7 KiB) شوهد 5102 مرات

يمكن ان يعمل مرحل الوقاية ضد انخفاض وزيادة الجهد معا، بحيث نحصل على اشارة مخرج عند حدوث زيادة في الجهد، وكذلك اشارة مخرج عند حدوث انخفاض في الجهد، حسب الموضح في الشكل الثالث والاربعين وتكون خصائص المرحل كالآتي:
=== حدود ضبط انخفاض الجهد: 80 – 90% من قيمة الجهد المقنن.
=== حدود ضبط زيادة الجهد: 105 – 120% من قيمة الجهد المقنن.
=== زمن التشغيل: 160 مللي ثانية.
=== نسبة الاستعادة (لزيادة الجهد): 98 – 99%
=== نسبة الاستعادة (لانخفاض الجهد): 101 – 102%
=== الدقة: ±1% عند حرارة محيطة تتغير من 5 – 50 Cº.
=== جهد المرجع (المساعد): 20 – 30 فولط D.C..
=== القدرة المستهلكة في دائرة القياس للمرحل: 0,2 فولط امبير عند 220 فولط.
=== القدرة المستهلكة للدائرة المساعدة: 3,8 واط عند 24 فولط D.C..
يحتوي مرحل الوقاية ضد زيادة وانخفاض الجهد ثلاثي الاوجه على ثلاثة عناصر مدخل كل عنصر يتكون من محول مساعد وقنطرة توحيد ودائرة تنعيم. يغذي مخرج عناصر المدخل دائرتي دايوود (Diode Circuit) احدهما في مسار جزء المرحل الخاص بزيادة الجهد والاخرى للجزء الخاص بانخفاض الجهد. ويكون الغرض من دائرة الدايوود انها تعمل كدالة OR في حالة التشغيل (او اللقط) بينما تعمل كدالة And في حالة الاستعادة. وعند حدوث زيادة في الجهد فان المرحل يعمل باعلى قيمة للجهد في احد الاوجه. ولكن لحدوث استعادة للمرحل يجب ان يصل جهد الثلاثة اوجه الى قيمة اقل من قيمة الضبط للمرحل (ويكون عكس ذلك عند حدوث انخفاض في الجهد).
يعمل المرحل بكفاءة عند حدوث جميع الحالات التالية:
* زيادة او انخفاض الجهد المتماثل (Symmetrical).
* زيادة او انخفاض الجهد غير المتماثل (A Symmetrical).
* حدوث فتح في احد الاوجه (Phase Open).
ويمكن ضبط مرحل وقاية ضد انخفاض الجهد –احادي الوجه- خصائصه كالتالي:
* الجهد المقنن Vn: 100 فولط.
* التردد: 50 هرتز.
* حدود الضبط: 0,45 – 0,9 من قيمة الجهد المقنن.
44.jpg
الشكل الرابع والاربعين : الرموز المختلفة المستخدمة للدلالة على مرحل الوقاية ضد زيادة الجهد او ضد انخفاض الجهد
44.jpg (66.73 KiB) شوهد 5092 مرات

45.jpg
الشكل الخامس والاربعين : مرحل وقاية زيادة وانخفاض الجهد

ويوضح الشكل الرابع والاربعين الرموز المختلفة المستخدمة للدلالة على مرحل الوقاية ضد زيادة الجهد او ضد انخفاض الجهد في كل من المرحلات الكهرومغناطيسية والاستاتيكية. يبين الشكل الخامس والاربعين احد الرسوم التطبيقية لمرحل الوقاية في السوق ضد زيادة وانخفاض الجهد. كما يبين الشكل ارقام الموديلات والرسم التوضيحي للتركيب.
ومَا من كاتبٍ إلا سيفْنَى *** ويبَقِى الدَّهرَ مَا كتَبَتْ يدَاهُ
فَلا تَكْتُبْ بكفِّكَ غيرَ خطٍّ *** يسرُّك في القيامةِ أنْ تَرَاهُ
صورة العضو الشخصيه
Eng.Farouk
عضو شرف
 
مشاركات: 1044
اشترك في: الخميس ديسمبر 25, 2008 10:22 pm
مكان: IRAQ
الاختصاص: الهندسة الكهربائية
النشاط في الموقع: خدمة عالم الالكترون

Re: أساسيات الحماية الكهربائية%%%

مشاركةبواسطة Asaad في الجمعة فبراير 12, 2010 12:17 am

شكراً لك على هذا الموضوع الكبير والمهم.
صورة العضو الشخصيه
Asaad
عضو شرف
 
مشاركات: 426
اشترك في: الاثنين يونيو 30, 2008 6:11 pm
الاختصاص: control

Re: أساسيات الحماية الكهربائية%%%

مشاركةبواسطة Muhammad Najee في الجمعة فبراير 12, 2010 3:29 pm

عمل رائع أخ فاروق بارك الله في جهودك
صورة العضو الشخصيه
Muhammad Najee
عضو شرف
 
مشاركات: 196
اشترك في: الأحد يوليو 05, 2009 2:58 pm
مكان: Aleppo - Syria
الاختصاص: Control & Automation
النشاط في الموقع: Electronics

Re: أساسيات الحماية الكهربائية

مشاركةبواسطة Eng.Farouk في الجمعة فبراير 12, 2010 4:09 pm

بعضا مما عندكم اخواني الاعزاء .. شكرا للمرور راجيا الافادة... :thumbup: :wave:
ومَا من كاتبٍ إلا سيفْنَى *** ويبَقِى الدَّهرَ مَا كتَبَتْ يدَاهُ
فَلا تَكْتُبْ بكفِّكَ غيرَ خطٍّ *** يسرُّك في القيامةِ أنْ تَرَاهُ
صورة العضو الشخصيه
Eng.Farouk
عضو شرف
 
مشاركات: 1044
اشترك في: الخميس ديسمبر 25, 2008 10:22 pm
مكان: IRAQ
الاختصاص: الهندسة الكهربائية
النشاط في الموقع: خدمة عالم الالكترون


العودة إلى القسم العلمي

المتواجدون الآن

المستخدمون المتصفحون لهذا المنتدى: لا يوجد أعضاء مسجلين متصلين و 11 زائر/زوار

منتديات بورصات    


cron