في شبكات التوزيع متوسطة الجهد، وعلى خطوط الهوائي على وجه الخصوص، يُعد موثوقية الإمداد مؤشراً أساسياً للأداء. ولمواجهة الأعطال العابرة مثل الشرر الناتج عن الصواعق وملامسة الأشجار، فضلاً عن الأعطال الدائمة الناتجة عن تقادم المعدات، أدخل المهندسون أجهزة التبديل الآلية.
ومن بينها، يُعد كل من معيد الإغلاق وفاصل المقاطع الجهازين الأكثر أساسية وأهمية، ويشكل تناسقهما مخطط أتمتة المغذيات (FA) الكلاسيكي ذو الوضع المحلي.
فاصل المقاطع الميكانيكي الإلكتروني ثلاثي الطور
1. التعريفات الأساسية وتحديد الأدوار
معيد الإغلاق: قاطع دوائر ذكي ذاتي الحماية
معيد الإغلاق هو في الأساس قاطع دوائر ذكي مزود بعمليات إعادة إغلاق تلقائية متعددة. فهو يدمج جسم قاطع الدوائر، وتتابعات الحماية، وآلية التشغيل، وطرف التحكم في وحدة واحدة. ويمكنه اكتشاف تيار العطل بشكل مستقل، والفصل، وإعادة الإغلاق، والقفل، وهو قادر على قطع تيار عطل القصر (قدرة قطع نموذجية من 12.5 كيلو أمبير إلى 25 كيلو أمبير).
تكمن قيمته الأساسية في القدرة على التمييز المستقل بين الأعطال العابرة والأعطال الدائمة من خلال منطق تسلسل مفصل-مغلق-مفصل مُعد مسبقاً. وفي حالة العطل العابر، مثل ضربة صاعقة، تعمل إعادة الإغلاق الناجحة على استعادة الإمداد. أما في حالة العطل الدائم، فبعد عدة محاولات إعادة إغلاق فاشلة، يقفل الجهاز في وضع الفتح وينتظر إعادة التعيين اليدوية.
فاصل المقاطع: مفتاح فصل حمل ذكي
فاصل المقاطع هو في الأساس مفتاح فصل حمل ذكي مزود بوظيفة ذاكرة منطقية. يتكون من جسم مفتاح فصل الحمل، وتتابع كشف العطل (FDR)، وطرف التحكم. وهو غير قادر على قطع تيار القصر، ولكنه يتحمل الإجهادات الكهرومغناطيسية والحرارية للقصر، وبعض الطرازات قادرة على توصيل (إغلاق على) تيار القصر.
دوره الأساسي هو التنسيق مع معيد الإغلاق في المنبع، حيث يفتح تلقائياً عند فقدان الجهد أو انعدام التيار، وذلك لعزل قسم العطل الدائم بدقة وحصر الانقطاع في أصغر منطقة ممكنة.
ملخص الفرق الأساسي في جملة واحدة: معيد الإغلاق مسؤول عن قطع تيار العطل، بينما فاصل المقاطع مسؤول عن عزل قسم العطل.
2. مقارنة متعمقة: اختلافات الأجهزة والقدرات
| الخاصية |
المعيد التلقائي |
جهاز التقسيم |
| طبيعة الجهاز |
قاطع دائرة ذكي |
مفتاح فصل الحمل الذكي |
| قطع تيار القصر |
نعم (القدرة الأساسية) |
لا |
| توصيل تيار القصر |
نعم |
بعض الطرازات (توصيل ولكن لا قطع) |
| تحمل الإجهادات الديناميكية الكهربائية والحرارية الناتجة عن تيار القصر |
نعم |
نعم |
| حماية ذاتية |
نعم (لا يتطلب مرحلاً خارجياً) |
لا (يعتمد على التنسيق مع الأجهزة الأعلى) |
| إعادة الإغلاق التلقائي |
تسلسل قابل للبرمجة |
لا يوجد |
| موقع التثبيت النموذجي |
مغذي الصادر للمحطة الفرعية، بداية الخط الرئيسي |
مدخل الخط الفرعي، القسم الأوسط من الخطوط الطويلة |
| مرجع التكلفة |
أعلى |
حوالي ثلث إلى نصف تكلفة المعيد التلقائي |
| المعايير المطبقة |
IEC 62271-1, IEC 62271-100, IEEE C37.60 |
IEC 62271-1، IEC 62271-200، IEEE C37.60 |
3. المنطق الأساسي: كيف يعمل الجهازان معًا
يتبع تنسيق المعيد والمقسم مبدأ التنسيق التسلسلي الزمني. الهدف هو استعادة المغذي بأكمله في حالة العطل العابر، وعزل القسم المعطوب فقط في حالة العطل الدائم. يُستخدم منطقان رئيسيان للتنسيق على نطاق واسع.
تنسيق نوع الجهد-الزمن
هذا هو الوضع الأكثر شيوعًا حاليًا. يتميز المقسم بفتح فقدان الجهد والإغلاق المتأخر عند استعادة الجهد، والذي يخضع لإعدادين زمنيين رئيسيين.
زمن X (تأخير الإغلاق): التأخير من استعادة الجهد على جانب المصدر للمقسم إلى الإغلاق التلقائي لذلك المقسم، عادةً من 7 ثوانٍ إلى 45 ثانية (يُضبط عادةً على خطوات مثل 7 ثوانٍ، 14 ثانية).
زمن Y (زمن اكتشاف العطل): إذا فُقد الجهد مرة أخرى خلال زمن Y بعد إغلاق المقسم، يُحكم على القسم باحتوائه على عطل دائم؛ يفتح المقسم ويحجب وظيفة الإغلاق الخاصة به، عادةً من 3 ثوانٍ إلى 10 ثوانٍ (عادةً 5 ثوانٍ).
- يحدث العطل → يرحل المعيد → يُفقد الجهد عبر المغذي بأكمله → تفتح جميع المقسمات تلقائيًا وتُعاد تهيئتها.
- أول إعادة إغلاق للمعيد (تأخير حوالي 15 ثانية) → تُغلق المقسمات بالتسلسل وفقًا لأزمنة X الخاصة بها.
- بعد إغلاق المقسم الموجود في أعلى مجرى القسم المعطوب، يُفقد الجهد مرة أخرى خلال زمن Y → يحدد ذلك المقسم القسم المعطوب، ويفتح ويحجب.
- بعد أن يرحل المعيد مرة أخرى، يُغلق مرة ثانية (تأخير حوالي 5 ثوانٍ) → تُغلق المقسمات في الأقسام السليمة بالتسلسل وتُعيد التغذية؛ يبقى القسم المعطوب مفتوحًا لأنه محجوب، وبالتالي يتحقق العزل.
تنسيق نوع عد نبضات التيار الزائد
يقوم المقسم بعد نبضات تيار القصر المارة عبره، وعندما يتم الوصول إلى الحد المسبق الضبط، فإنه يفتح ويحجب خلال فترة انعدام التيار.
قاعدة الضبط الرئيسية: يجب أن يكون زمن الذاكرة للمقسم أطول من إجمالي الوقت المتراكم (TAT) المطلوب من قبل المعيد في أعلى المجرى لإكمال تسلسل إعادة الإغلاق الكامل الخاص به. إذا كان زمن الذاكرة قصيرًا جدًا، فقد يُعاد تهيئة المقسم قبل أن يكمل المعيد تسلسله، وسيفشل التنسيق.
تسلسل التشغيل لعطل دائم (حد العد = 2):
- يحدث العطل → يرحل المعيد → عد المقسم +1.
- أول إعادة إغلاق للمعيد → العطل لا يزال موجودًا → يرحل المعيد مرة أخرى → عد المقسم +1 (تم الوصول إلى الحد).
- خلال نافذة انعدام التيار بعد الرحلة الثانية، يفتح المقسم تلقائيًا ويحجب.
- إعادة الإغلاق الثانية للمعيد → تُستعاد الأقسام السليمة ويُعزل القسم المعطوب.
ملاحظة: يجب أن يكون حد العد للمقسم دائمًا أقل من عدد العمليات قبل أن يُقفل المعيد. على سبيل المثال، إذا أُقفل المعيد بعد 4 عمليات، اضبط المقسم على 2 أو 3.
4. مرجع معاملات الضبط النموذجي
| المعلمة |
القيمة النموذجية |
ملاحظات |
| تسلسل تشغيل جهاز إعادة الإغلاق |
واحدة سريعة واثنتان بطيئتان، أو اثنتان سريعتان واثنتان بطيئتان |
عمليات سريعة للأعطال العابرة؛ عمليات بطيئة للتنسيق مع أجهزة المصب |
| زمن فصل جهاز إعادة الإغلاق السريع |
0.05 ثانية إلى 0.1 ثانية |
فوري، بدون تأخير مقصود |
| زمن فصل جهاز إعادة الإغلاق البطيء |
0.3 ثانية إلى 1.0 ثانية |
تشغيل متأخر زمنياً، مما يسمح بالتنسيق مع أجهزة المصب |
| فترة إعادة الإغلاق الأولى |
0.5 ثانية إلى 5 ثوانٍ (عادةً 15 ثانية) |
تأخير قصير، يُستخدم لاستعادة التغذية بعد عطل عابر |
| فترة إعادة الإغلاق الثانية |
5 ثوانٍ إلى 30 ثانية (عادةً 5 ثوانٍ) |
تأخير أطول، مناسب لإزالة تأين القوس الكهربائي |
| زمن X لجهاز التقسيم |
7 ثوانٍ إلى 45 ثانية |
يُضبط على خطوات وفقاً لعدد الأقسام |
| زمن Y لجهاز التقسيم |
3 ثوانٍ إلى 10 ثوانٍ (عادةً 5 ثوانٍ) |
نافذة اكتشاف العطل |
| عتبة العد لجهاز التقسيم |
2 إلى 3 |
يجب أن يكون أقل من عدد مرات قفل جهاز إعادة الإغلاق |
| زمن الذاكرة لجهاز التقسيم |
15 ثانية إلى 30 ثانية |
يجب أن يكون أطول من زمن TAT لجهاز إعادة الإغلاق |
5. لماذا لا نستخدم أجهزة إعادة الإغلاق وحدها على طول المغذي بأكمله؟
- التكلفة: تكلف أجهزة الفصل حوالي ثلث إلى نصف تكلفة أجهزة إعادة الإغلاق. وفي المغذيات الريفية الطويلة أو الخطوط ذات الفروع العديدة، فإن استخدام أجهزة الفصل للعزل القطاعي يعد أكثر اقتصاداً بشكل ملحوظ.
- تقليل منطقة انقطاع التيار: إذا تم استخدام أجهزة إعادة الإغلاق وحدها على طول المغذي بأكمله، فإن عطلاً في أحد الفروع سيؤدي إلى فصل الخط الرئيسي. ومن خلال التنسيق بين أجهزة إعادة الإغلاق وأجهزة الفصل، يمكن تحديد الأعطال وعزلها بدقة، وتظل المناطق السليمة غير متأثرة.
- تبسيط العمليات والصيانة: يتميز جهاز الفصل بهيكل بسيط (مفتاح فصل الحمل بالإضافة إلى وحدة التحكم)، وتكلفة عملياته وصيانته أقل بكثير من تكلفة جهاز إعادة الإغلاق (قاطع الدائرة بالإضافة إلى التحكم المعقد).
6. التحدي الناشئ: تأثير موارد الطاقة الموزعة (DER)
مع زيادة اختراق موارد الطاقة الموزعة مثل الطاقة الكهروضوئية على الأسطح وطاقة الرياح في شبكات التوزيع الخارجية، تواجه أنظمة أتمتة المغذي التقليدية من نوع الجهد-الزمن تحديات جديدة.
- قد يتسبب تدفق الطاقة العكسي في أن يخطئ جهاز الفصل في تقدير اتجاه العطل أو أن يفشل في اكتشاف فقدان الجهد.
- قد يتسبب تيار العطل ثنائي الاتجاه في إرباك منطق أجهزة الفصل من نوع العد.
بالنسبة للشبكات ذات الاختراق العالي لموارد الطاقة الموزعة، يوصى باعتماد أجهزة فصل تكيفية، والتي تجمع بين منطق الجهد-الزمن واكتشاف اتجاه العطل، أو الانتقال إلى مخطط أتمتة مغذي مركزي يعتمد على اتصال وحدة طرفية المغذي (FTU).
تم التحرير من: Garca
تسجيل الدخول
