الظواهر التي تحدث أثناء التحويل في المحولات الفارغة بواسطة مفتاح الفصل عالي الجهد AIS
مقدمة عن عازلات الجهد العالي
الفرق بين مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي ومفاتيح التأريض
مفتاح الدائرة ذو الجهد العالي (Circuit Breaker) ومفتاح التأريض هما جهازان مختلفان لتبديل الميكانيكية، كل منهما يلعب دورًا مهمًا في أنظمة الطاقة.
مفتاح الدائرة ذو الجهد العالي: يستخدم بشكل أساسي لإظهار ما إذا كانت الدائرة مفتوحة أو مغلقة. يتمتع مفتاح الدائرة بقدرة على قطع التيار، مما يسمح له بقطع تيارات كبيرة تحت ظروف التشغيل الحية والحفاظ على الاستقرار عند فصل نقاط الاتصال وإنشاء جهد استعادة. غالبًا ما يتم استخدام مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي لحماية أنظمة الطاقة من أعطال مثل القصر الكهربائي والحمولات الزائدة.
مفتاح التأريض: وظيفته الرئيسية هي تأريض أجزاء مختلفة من الدائرة، بما في ذلك المعدات، للتأكد من سلامة الاتصال. لا يمتلك مفتاح التأريض القدرة على قطع التيار، وبالتالي لا يمكن استخدامه لقطع تيارات الحمل. يتم استخدامه عادة مع مفتاح الدائرة ذو الجهد العالي للتأكد من أنه بعد فتح مفتاح الدائرة، يمكن تأريض جميع أجزاء الدائرة بشكل موثوق لمنع الصدمات الكهربائية غير المتوقعة.
قيود تشغيلية لمفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي في AIS
في معدات التبديل المعزولة بالهواء (AIS)، لا يمكن لمفتاح الدائرة ذو الجهد العالي قطع التيار أثناء التوصيل أو بعد فصل نقاط الاتصال وإنشاء جهد استعادة بينهما. هذا يعني أنه إذا كان مفتاح الدائرة يعمل تحت ظروف التشغيل الحية، فإنه يمكنه فقط قطع تيارات صغيرة بشكل فعال. تحديداً، عندما يظهر الجهد المقنن عبر نقاط الاتصال، يمكن لمفتاح الدائرة قطع تيارات صغيرة ولكنه لا يستطيع التعامل مع تيارات عالية أو حمولات ثقيلة.
وظيفة مفاتيح التأريض
الدور الرئيسي لمفاتيح التأريض هو تأريض أجزاء مختلفة من الدائرة، للتأكد من السلامة أثناء الصيانة أو الفحص. يمكن استخدامها بالاشتراك مع مفتاح الدائرة ذو الجهد العالي أو بشكل مستقل. من خلال تأريض الدائرة، يقوم مفتاح التأريض بإزالة تراكم الشحنات الثابتة ويمنع الصدمات الكهربائية غير المتوقعة ويوفر السلامة لأعمال الصيانة اللاحقة.
نظرة عامة على التبديل السعوي والتوصيل بدون حمل للمحول
قدرة مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي على التبديل السعوي
وفقًا للمعايير IEC، فإن مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي ليست مصممة خصيصًا لقطع تيارات الأعطال، ولكن بما أنها تعمل تحت ظروف التشغيل الحية، فمن المتوقع أن تقوم بقطع تيارات صغيرة. تعريف IEC لعازلات (المفصلات) يشير إلى أن مفتاح الدائرة (المفصل) يمكنه فتح أو إغلاق دائرة حيث يتم قطع أو توصيل تيار ضئيل، أو حيث لا يتغير الجهد بين طرفي أقطاب مفتاح الدائرة.
على الرغم من عدم ذكره صراحة، يمكن تفسير هذا الوصف بأنه يشير إلى تيارات الشحن السعوية الصغيرة وتغيير الحلقات (المعروف أيضًا باسم التبديل الموازي)، والتي تُعرف في التطبيقات الخاصة باسم مفاتيح نقل الخطوط. تؤكد IEC 62271-102 هذا وتضع حدًا أقصى قدره 0.5 A للتتيارات الشحن السعوية "الضئيلة"، مع الحاجة إلى اتفاق بين المستخدم والمصنع بالنسبة للأقيم الأعلى.
التيار المقنن لنقل الخطوط
وفقًا لـ IEC 62271-102، يتم تحديد التيار المقنن لنقل الخطوط كالتالي:
للجهد من 52 kV < Ur < 245 kV، يكون تيار نقل الخطوط 80% من التيار الطبيعي المقنن لمفتاح الدائرة، ولكن محدودًا بـ 1600 A.
للجهد من 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV، يكون تيار نقل الخطوط 60% من التيار الطبيعي المقنن لمفتاح الدائرة.
للجهد Ur > 550 kV، يكون تيار نقل الخطوط 80% من التيار الطبيعي المقنن لمفتاح الدائرة، ولكن محدودًا بـ 4000 A.
تطبيق التبديل بدون حمل للمحول
في الواقع، وخاصة في أمريكا الشمالية، يتم استخدام مفاتيح الدائرة الهوائية بشكل شائع للتبديل بدون حمل للمحولات. التيار المغناطيسي للمحول بدون حمل عادة ما يكون ضئيلًا جدًا، عادة 1 A أو أقل. في هذه الحالة، يمكن تمثيل المحول كدارة RLC متسلسلة (كما هو موضح في الشكل 1)، مع اهتزازات مرتبطة تكون تحت الرخوة، ومعامل العامل أقل من 1.4 لكل وحدة.
التبديل الدائري في الحلقات الناقلة الموازية
ممارسة أخرى شائعة هي تمديد نقل الخطوط للتبديل بين الحلقات الناقلة الموازية، رغم أن التيار يكون أقل بسبب زيادة مقاومة الحلقة. يمكن لهذا النهج أن يقلل بشكل فعال من تكوين الأقواس الكهربائية والتقلبات الجهدية أثناء التبديل.
تطبيق أجهزة التبديل المساعدة
ممارسة شائعة جدًا في أمريكا الشمالية، ولكن أقل شيوعًا في المناطق الأخرى، هي إضافة أجهزة التبديل المساعدة لتخفيف حدة أحداث التبديل. على سبيل المثال، يمكن لهذه الأجهزة أن تقلل من حدوث إعادة الإشعال أو تحقيق قدرة قطع أعلى. يمكن استخدام أجهزة التبديل المساعدة لتحسين موثوقية النظام وأمانه، خاصة عند التعامل مع تيارات عالية أو دارات معقدة.
التبديل بدون حمل للمحول باستخدام عازلات الجهد العالي AIS
بالنسبة للتبديل بدون حمل للمحول في نطاق 72.5–245 kV، يتم استخدام عازلات الجهد العالي AIS بشكل شائع. بما أن التيار المغناطيسي للمحول بدون حمل عادة ما يكون ضئيلًا جدًا (عادة 1 A أو أقل)، يمكن لعازلات الجهد العالي أن تقوم بأمان بعملية التبديل. يمكن تبسيط المحول كدارة RLC متسلسلة، مع اهتزازات مرتبطة تكون تحت الرخوة، ومعامل العامل أقل من 1.4 لكل وحدة.
في هذا السياق، فإن المهمة الأساسية لعازلة الجهد العالي هي التأكد من أن التيار المغناطيسي للمحول لا يسبب تشكل أقواس كهربائية كبيرة أو تقلبات جهدية أثناء التبديل. من خلال التصميم والتشغيل المناسبين، يمكن لعازلات الجهد العالي AIS أن تؤدي هذه المهمة بشكل فعال، مما يضمن التشغيل الآمن والاستقراري لنظام الطاقة.
تم إظهار مسح من حدث تبديل حقيقي في الشكل 2.
وبالتالي يكون الجهد الاستعادة العابر (TRV) عبر مفتاح الفصل هو الفرق بين جهد المصدر والاهتزازات الجانبية للمحول كما هو موضح في الشكل 3.
قطع التيار: حدث دييكتريك
يحدث قطع التيار بشكل أساسي عندما يصبح الفجوة بين نقاط الاتصال كافية لتحمل الجهد الاستعادة العابر (TRV). هذا العملية هي حدث دييكتريك بطبيعته، حيث تتجاوز قوة العزل بين نقاط الاتصال الجهد المطبق، مما يؤدي إلى إخماد القوس الكهربائي وقطع تدفق التيار.
قطع التيار المغناطيسي للمحول بدون حمل
قطع التيار المغناطيسي للمحول بدون حمل هو حدث متكرر من فتح وإغلاق يمكن أن يؤدي إلى عدة حالات من إعادة الإشعال. يمكن لكل حالة من إعادة الإشعال أن تثير تيارات سريعة، مما يطيل فترة القوس الكهربائي ويمد الوقت الكلي للتبديل ويسبب تآكل نقاط الاتصال. الطبيعة المتكررة لهذه الأحداث يمكن أن تؤدي إلى ضغط كبير على معدات التبديل وقد تؤدي إلى تدهور أدائها مع مرور الوقت.
لمعالجة هذه الآثار، من الضروري التأكد من أن جهاز التبديل قادر على التعامل مع الخصائص المحددة للتيار المغناطيسي، مثل سلوكه عند الاندفاع والجهود العابرة المرتبطة به. التصميم والاختيار الصحيح لمعدات التبديل، بالإضافة إلى استخدام أجهزة مساعدة مثل مكابح الصدمات أو المقاومات المخمد، يمكن أن يساعد في تقليل احتمالية إعادة الإشعال وتقليل تأثيرها على النظام.
