حماية التفاضلية للحافلة الكهربائية

تعريف حماية الحافلة التفاضلية

تعتبر حماية الحافلة التفاضلية نظامًا يعزل الأعطال بسرعة عن طريق مقارنة التيار الداخل والخارجة من الحافلة باستخدام قانون كيرشوف للتيار.

حماية التفاضلية للتيار

يتعلق نظام حماية الحافلة بقانون كيرشوف للتيار، الذي ينص على أن التيار الكلي الداخل إلى العقدة الكهربائية يساوي تمامًا التيار الكلي الخارجة منها. لذا، فإن التيار الكلي الداخل إلى قسم الحافلة يساوي التيار الكلي الخارجة منه.

مبدأ حماية الحافلة التفاضلية بسيط جدًا. هنا، يتم توصيل الثانويات لمفاتيح التحويل بالتوازي. وهذا يعني أن أطراف S1 لكل مفاتيح التحويل متصلة معًا لتشكيل سلك حافلة. وبالمثل، يتم توصيل أطراف S2 لكل مفاتيح التحويل معًا لتشكيل سلك حافلة آخر. يتم توصيل المفتاح القاطع عبر هذين السلكين الحافلتين.

 في الشكل أعلاه نفترض أنه في حالة التشغيل العادية، تقوم الأطعمة A و B و C و D و E و F بنقل التيار IA و IB و IC و ID و IE و IF. الآن، وفقًا لقانون كيرشوف للتيار،

 بشكل أساسي، جميع مفاتيح التحويل المستخدمة لحماية الحافلة التفاضلية لها نفس نسبة التيار. لذا، يجب أن يكون مجموع جميع التيار الثانوية أيضًا يساوي الصفر.

 الآن، لنفترض أن التيار عبر المفتاح القاطع المتصل بالتوازي مع جميع الثانويات لمفاتيح التحويل هو iR، وأن iA و iB و iC و iD و iE و iF هي التيار الثانوية. الآن، دعنا نطبق قانون كيرشوف للتيار عند العقدة X. وفقًا لقانون كيرشوف للتيار عند العقدة X،

 لذا، من الواضح أنه في حالة التشغيل العادية لا يوجد تيار يمر عبر مفتاح حماية الحافلة القاطع. هذا المفتاح عادة ما يُشار إليه باسم المفتاح 87. الآن، لنفترض أن عطل حدث في أي من الأطعمة خارج المنطقة المحمية.

في هذه الحالة، سيمر التيار المعيب عبر الأولي لمفتاح التحويل الخاص بتلك الأطعمة. يتكون هذا التيار المعيب من جميع الأطعمة الأخرى المتصلة بالحافلة. لذا، الجزء المساهم من التيار المعيب يمر عبر مفتاح التحويل المقابل لتلك الأطعمة. لذا، في حالة العطل، إذا طبقنا قانون كيرشوف للتيار عند العقدة K، سنحصل على iR = 0

وهذا يعني أنه في حالة العطل الخارجي، لا يوجد تيار يمر عبر المفتاح 87. الآن فلنفترض أن العطل حدث في الحافلة نفسها. في هذه الحالة أيضًا، يساهم التيار المعيب من جميع الأطعمة المتصلة بالحافلة. لذا، في هذه الحالة، يكون مجموع جميع التيار المعيب المساهم يساوي التيار المعيب الكلي.

الآن، في المسار المعيب لا يوجد مفتاح تحويل. (في العطل الخارجي، يمر كل من التيار المعيب والمساهم في العطل من الأطعمة المختلفة عبر مفاتيح التحويل في مسار تدفقها). مجموع جميع التيار الثانوية لم يعد يساوي الصفر. فهو يساوي التكافؤ الثانوي للتيار المعيب. الآن، إذا طبقنا قانون كيرشوف للتيار عند العقد، سنحصل على قيمة غير صفرية لـ iR.

 لذا في هذه الحالة يبدأ التيار في التدفق عبر المفتاح 87 ويقوم بقطع الدائرة الكهربائية المقابلة لجميع الأطعمة المتصلة بهذه القسم من الحافلة.

بما أن جميع الأطعمة الواردة والمغادرة المتصلة بهذا القسم من الحافلة قد تم قطعها، تصبح الحافلة ميتة. يعتبر هذا النظام لحماية الحافلة التفاضلية أيضًا بمثابة حماية التفاضلية للتيار للحافلة.

حماية الحافلة المقسمة

خلال شرح مبدأ عمل حماية التفاضلية للتيار للحافلة، قمنا بعرض حافلة غير مقسمة بسيطة. ولكن في الأنظمة ذات الجهد المتوسط العالي، يتم تقسيم الحافلة الكهربائية إلى أكثر من قسم واحد لزيادة استقرار النظام.

يتم ذلك لأن العطل في قسم من الحافلة يجب ألا يزعج الأقسام الأخرى للنظام. لذا خلال عطل الحافلة، سيتم قطع الحافلة بأكملها. دعونا نرسم وندرس حماية الحافلة ذات القسمين.

هنا، يحد القسم A من الحافلة أو المنطقة A بواسطة مفاتيح التحويل CT1 و CT2 و CT3 حيث CT1 و CT2 هما مفاتيح التحويل للأطعمة و CT3 هو مفتاح التحويل للحافلة.

حماية التفاضلية للجهد

يعتبر نظام التفاضلية للتيار حساسًا فقط عندما لا تشبع مفاتيح التحويل وتحافظ على نفس نسبة التيار وزاوية الطور تحت حالة العطل القصوى. هذا ليس عادةً صحيحًا، خاصة في حالة العطل الخارجي لأحد الأطعمة. يمكن تشبع مفتاح التحويل الموجود على الأطعمة المعيبة بسبب التيار الكلي وبالتالي سيكون لديه أخطاء كبيرة. بسبب هذه الأخطاء الكبيرة، قد لا يكون مجموع التيار الثانوية لمفاتيح التحويل في منطقة معينة يساوي الصفر.

 لذا قد يكون هناك احتمال كبير لقطع جميع المفاتيح القاطعة المرتبطة بهذه منطقة الحماية حتى في حالة العطل الخارجي الكبير. لمنع هذا الخلل في حماية التفاضلية للتيار للحافلة، يتم توفير المفاتيح 87 بتيار تشغيل عالي وكفاية زمنية. أكبر سبب للتشبع في مفاتيح التحويل هو المكون الدائم للتيار القصير.

يمكن التغلب على هذه الصعوبات باستخدام مفاتيح التحويل ذات النواة الهوائية. يُطلق على هذا النوع من مفاتيح التحويل أيضًا اسم المزود الخطي. بما أن نواة مفتاح التحويل لا تستخدم الحديد، فإن خصائص الثانوية لهذه المفاتيح تكون خطية. في حماية التفاضلية للجهد للحافلة، يتم توصيل مفاتيح التحويل لكافة الأطعمة الواردة والمغادرة بشكل متسلسل بدلاً من توصيلها بالتوازي.

ثانويات جميع مفاتيح التحويل ومفتاح التفاضل تشكل حلقة مغلقة. إذا كانت القطبية لجميع مفاتيح التحويل متطابقة، فإن مجموع الجهد عبر جميع الثانويات يساوي الصفر. لذا، لن يكون هناك جهد نهائي يظهر عبر مفتاح التفاضل. عندما يحدث عطل في الحافلة، لم يعد مجموع الجهد الثانوي لجميع مفاتيح التحويل يساوي الصفر. لذا، ستكون هناك تيار يدور في الحلقة بسبب الجهد النهائي. 

نظرًا لأن هذا التيار في الحلقة يتدفق أيضًا عبر مفتاح التفاضل، يعمل المفتاح على قطع جميع المفاتيح القاطعة المرتبطة بمنطقة الحافلة المحمية. باستثناء الحالات التي يكون فيها تيار العطل الأرضي محصورًا بشدة بواسطة عائق المحايد، لا يوجد عادة مشكلة في الاختيار عندما توجد مثل هذه المشكلة، يتم حلها باستخدام معدات ربط إضافية أكثر حساسية بما في ذلك مفتاح حماية مشرف.

أهمية العزل الانتقائي

تحتاج الأنظمة الحديثة إلى عزل الأقسام المعيبة فقط لتقليل انقطاع الطاقة وضمان إزالة العطل بسرعة.