جهاز حماية الخطوط الكهربائية

تعريف مفتاح الحماية للمغذي

يُعرف مفتاح حماية المغذي بأنه جهاز يحمي مغذيات نظام الطاقة من الأعطال مثل التصاق الدوائر والحمولات الزائدة.

يقيس المفتاح مقاومة المغذي (Z) باستخدام الجهد (V) والتيار (I) الواردين من المحول الكهربائي (PT) ومحول التيار (CT). يتم حساب المقاومة عن طريق قسمة الجهد على التيار: Z = V/I.

يقوم المفتاح بمقارنة المقاومة المقاسة مع قيمة محددة مسبقاً تمثل أقصى مقاومة مسموح بها للعمل الطبيعي. إذا كانت المقاومة المقاسة أقل، فهناك عطل، ويقوم المفتاح بإرسال إشارة فصل إلى القاطع لتقطيعه. يمكن للمفتاح أيضاً عرض معلمات العطل مثل تيار العطل، الجهد، المقاومة، التفاعل، ومدى العطل على شاشته.

مدى العطل هو المسافة من المفتاح إلى العطل، والتي يتم تقديرها عن طريق ضرب المقاومة المقاسة في المقاومة الخطية لكل كيلومتر. على سبيل المثال، إذا كانت المقاومة المقاسة 10 أوم والممانعة الخطية لكل كيلومتر 0.4 أوم/كم، فإن مدى العطل هو 10 × 0.4 = 4 كم. معرفة هذا يساعد على تحديد موقع العطل وإصلاحه بسرعة.

مفتاح الحماية بالمسافة

يقاس الممانعة للكشف عن الأعطال ويقوم بإرسال إشارة فصل لتقطيع الجزء المعطوب.

خصائص الشكل الرباعي

يمكن أن يكون لمفاتيح الحماية بالمسافة خصائص تشغيل مختلفة، بما في ذلك الدائرية، الميو، الرباعية، أو متعددة الأضلاع. تعتبر الخاصية الرباعية شائعة في المفاتيح الرقمية الحديثة بسبب مرونتها ودقتها في ضبط مناطق الحماية.

خاصية الشكل الرباعي هي رسم بياني على شكل متوازي أضلاع يحدد منطقة حماية المفتاح. الرسم البياني له أربعة محاور: المقاومة الأمامية (R F)، المقاومة الخلفية (R B)، التفاعل الأمامي (X F)، والتفاعل الخلفي (X B). كما يحتوي الرسم البياني على زاوية ميل تسمى زاوية خصائص المفتاح (RCA)، والتي تحدد شكل المتوازي الأضلاع.

يمكن رسم خاصية الشكل الرباعي من خلال الخطوات التالية:

• قم بتعيين قيمة R F على محور X الإيجابي وقيمة R B على محور X السالب.

• قم بتعيين قيمة X F على محور Y الإيجابي وقيمة X B على محور Y السالب.

• ارسم خطًا من R F إلى X F بميل RCA.

• ارسم خطًا من R B إلى X B بميل RCA.

• اكمل المتوازي الأضلاع بتوصيل R F مع R B وX F مع X B.

منطقة الحماية داخل المتوازي الأضلاع، مما يعني أنه إذا كانت المقاومة المقاسة تقع داخل هذه المنطقة، فسيقوم المفتاح بالتقطيع. يمكن لخاصية الشكل الرباعي تغطية أربعة أرباع التشغيل:

• الربع الأول (قيم R و X موجبة): هذا الربع يمثل الحمل الاستقرائي والعطل الأمامي من المفتاح.

• الربع الثاني (R سالبة و X موجبة): هذا الربع يمثل الحمل السعوي والعطل العكسي من المفتاح.

• الربع الثالث (قيم R و X سالبة): هذا الربع يمثل الحمل الاستقرائي والعطل العكسي من المفتاح.

• الربع الرابع (R موجبة و X سالبة): هذا الربع يمثل الحمل السعوي والعطل الأمامي من المفتاح.

مناطق التشغيل

لدى مفاتيح الحماية بالمسافة مناطق تشغيل مختلفة، معرَّفة بضبط الممانعة وأوقات التأخير. تنسيق هذه المناطق مع مفاتيح أخرى لتوفير حماية احتياطية لمغذيات مجاورة.

المناطق النموذجية للتشغيل لمفتاح الحماية بالمسافة هي:

• المنطقة 1: تغطي هذه المنطقة 80٪ إلى 90٪ من طول المغذي ولا تحتوي على وقت تأخير. توفر الحماية الأساسية للأعطال داخل هذه المنطقة وتقوم بالتقطيع الفوري.

• المنطقة 2: تغطي هذه المنطقة 100٪ إلى 120٪ من طول المغذي ولديها وقت تأخير قصير (عادة 0.3 إلى 0.5 ثانية). توفر الحماية الاحتياطية للأعطال خارج المنطقة 1 أو في المغذيات المجاورة.

• المنطقة 3: تغطي هذه المنطقة 120٪ إلى 150٪ من طول المغذي ولديها وقت تأخير أطول (عادة 1 إلى 2 ثانية). توفر الحماية الاحتياطية للأعطال خارج المنطقة 2 أو في المغذيات البعيدة.

• بعض المفاتيح قد تحتوي على مناطق إضافية، مثل المنطقة 4 للأحمال المتجاوزة أو المنطقة 5 للأعطال التي تتجاوز نطاق الحماية.

معايير الاختيار

• اختر المفاتيح الرقمية بدلاً من المفاتيح الكهروميكانيكية أو الثابتة لأداء أفضل، وظائف أكثر، مرونة أكبر، وتشخيص أفضل.

• اختر مفاتيح الحماية بالمسافة بدلاً من مفاتيح الحماية بتيار الفائض أو الفرق في التيار لمغذيات طويلة أو معقدة.

• اختر خصائص الشكل الرباعي بدلاً من الدائرية أو الميو لتحقيق دقة أعلى وقدرة تكيف أكبر.

• اختر إدخالات المستشعرات التناظرية ذات الطاقة المنخفضة بدلاً من الإدخالات التقليدية للتيار/الجهد لتقليل الحجم والوزن والأخطار الأمنية.

• اختر مفاتيح الكشف عن الشرارة بدلاً من المفاتيح التقليدية للتقطيع الأسرع وسلامة الموظفين.

الخاتمة

تعتبر مفاتيح حماية المغذيات أجهزة أساسية تحمي مغذيات نظام الطاقة من أنواع مختلفة من الأعطال. يمكن لهذه المفاتيح تحسين موثوقية وحماية وكفاءة نظام الطاقة من خلال الكشف السريع والعزل للأعطال، ومنع تلف المعدات وتقليل انقطاع الكهرباء.

إحدى أنواع مفاتيح حماية المغذيات الأكثر شيوعًا هي مفاتيح الحماية بالمسافة، والتي تقوم بقياس الممانعة للمغذي باستخدام الجهد والتيار الوارد من المحول الكهربائي والمحول الحالي. يتم مقارنة الممانعة المقاسة مع قيمة محددة مسبقًا، والتي تمثل أقصى ممانعة مسموح بها للعمل الطبيعي. إذا كانت الممانعة المقاسة أقل من القيمة المحددة، فهذا يعني وجود عطل في المغذي، وسيقوم المفتاح بإرسال إشارة فصل إلى القاطع لتقطيع العطل.

يمكن لمفاتيح الحماية بالمسافة أن تكون لها خصائص تشغيل مختلفة، مثل الدائرية، الميو، الرباعية، أو متعددة الأضلاع. تعتبر الخاصية الرباعية خيارًا شائعًا للمفاتيح الرقمية الحديثة لأنها توفر مرونة ودقة أكبر في ضبط مناطق الحماية.

خاصية الشكل الرباعي هي رسم بياني على شكل متوازي أضلاع يحدد منطقة حماية المفتاح. الرسم البياني له أربعة محاور: المقاومة الأمامية (R F)، المقاومة الخلفية (R B)، التفاعل الأمامي (X F)، والتفاعل الخلفي (X B). كما يحتوي الرسم البياني على زاوية ميل تسمى زاوية خصائص المفتاح (RCA)، والتي تحدد شكل المتوازي الأضلاع.