مفتاح قاطع الهواء عالي الجهد AC اختبار روتيني وفقًا للمعيار IEC 62271-102
المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والأرضيات: الوظيفة والأنواع والاختبارات الروتينية
وظيفة المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي
تلعب المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي دورًا حاسمًا في أنظمة الطاقة ذات الجهد العالي من خلال توفير العزل الكهربائي والمرئي بين أجزاء مختلفة من النظام. هذا العزل ضروري لكل من العمليات اليومية العادية وأعمال الصيانة أو الإصلاح. الشكلين الأساسيين للعزل هما:
العزل للعمل العادي: أثناء العمل العادي، قد تكون بعض مكونات نظام الطاقة، مثل المقاومات المتوازية، مطلوبة فقط خلال فترات الحمل الخفيف. يمكن تبديل هذه المكونات باستخدام قاطع الدائرة ومن ثم عزلها باستخدام المفصلات عند عدم الحاجة إليها (مثلًا، خلال فترات الحمل القصوى). هذا يسمح بإدارة فعالة لموارد نظام الطاقة.
العزل لأغراض الصيانة والإصلاح: عندما تتطلب خطوط النقل أو المحولات أو قواطع الدائرة أو معدات المحطة الأخرى صيانة أو إصلاحًا، فمن الضروري عزل هذه المكونات عن بقية النظام لضمان السلامة. توفر المفصلات الهوائية كسرًا مرئيًا في الدائرة، مما يسمح للعمال بالتأكد من أن الجزء الذي يعملون عليه من النظام غير مشحون وآمن للوصول إليه.
أنواع المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والأرضيات
تأتي المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والأرضيات بأنواع مختلفة وتراكيب تركيب. الأنواع الأربعة الأكثر شيوعًا هي:
نوع الانقطاع الرأسي: في هذا النوع، يتحرك الاتصال المتحرك رأسيًا لفتح أو إغلاق المفصل. هذا التصميم مناسب لتطبيقات يكون فيها المساحة محدودة، حيث يتطلب أقل مساحة أفقية.
نوع الانقطاع من الجانب الأوسط: في هذا النوع، يتم الانقطاع في الوسط من المفصل، مع استمرار الاتصالات على جانبيه ثابتة. هذا التصميم يوفر إشارة مرئية واضحة للموضع المفتوح ويستخدم غالبًا في تطبيقات معدات التوزيع.
نوع الانقطاع من الجانبين: هذا النوع يحتوي على اتصالات متحركة تنقطع على كلا الجانبين من المفصل. يوفر هذا العزل أكثر قوة ويستخدم بشكل شائع في محطات الجهد العالي حيث يكون العزل الموثوق به ضروريًا.
نوع البانتوغراف: يستخدم نوع البانتوغراف آلية مقصية لفصل الاتصالات. هذا التصميم مفيد بشكل خاص لتطبيقات الجهد العالي التي تتطلب مسافات كبيرة بين الاتصالات لضمان العزل المناسب.
الاختبارات الروتينية للمفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والأرضيات
تُجرى الاختبارات الروتينية للتأكد من أن المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والأرضيات تلبي المعايير والمواصفات المطلوبة. تم تصميم هذه الاختبارات للكشف عن أي عيوب في المواد أو التركيب دون الإضرار بخصائص أو موثوقية المعدات. وفقًا للمعايير IEC 62271-1 و IEC 62271-102، يتم عادةً إجراء البنود التالية من الاختبارات الروتينية:
اختبار العزل على الدائرة الرئيسية: يتم تطبيق اختبار قصير الأمد بتواتر التيار الكهربائي بمعدل 50 أو 60 هرتز على الدائرة الرئيسية. يتم تحديد قيمة الجهد الاختبار في المعايير IEC ذات الصلة ويجب تعديلها بناءً على عامل الارتفاع.
هدف هذا الاختبار هو التحقق من قوة العزل للمفصل وضمان أنه يمكنه تحمل الجهد المقنن دون انهيار. يتم تقديم قيم الجهد الاختبار في الجداول القياسية، ويجب الأخذ في الاعتبار عامل الارتفاع لحساب انخفاض قوة العزل للهواء عند الارتفاعات العالية.
اختبار التشغيل الميكانيكي: هذا الاختبار يضمن أن المفصل يمكنه العمل بشكل صحيح تحت ظروف التشغيل العادية. يتحقق من سلاسة آليات الفتح والإغلاق، وكذلك من تراص الاتصالات. كما يتحقق أيضًا من أن المفصل يمكنه التعامل مع عدد العمليات المحددة بدون فشل.
اختبار ارتفاع درجة الحرارة: يقوم هذا الاختبار بقياس ارتفاع درجة حرارة المفصل تحت ظروف التيار المقنن. الهدف هو التأكد من أن ارتفاع درجة الحرارة لا يتجاوز الحدود المقبولة، والتي قد تؤدي إلى زيادة الحرارة وإمكانية تلف المعدات.
اختبار تحمل القصر الكهربائي: يقوم هذا الاختبار بتقييم قدرة المفصل على تحمل الآثار الحرارية والكهروميكانيكية لنقطة القصر الكهربائي. رغم أن المفصلات ليست مصممة لقطع القصر الكهربائي، إلا أنها يجب أن تكون قادرة على البقاء سليمة وعزل الجزء المعطوب من النظام بأمان.
اختبار تشغيل المفتاح الأرضي: بالنسبة للمفاتيح الأرضية، يتم إجراء اختبار منفصل للتأكد من أن المفتاح يمكنه ربط النظام بالأرض بشكل صحيح. يقوم هذا الاختبار بفحص موثوقية وظيفة التأريض، والتي تعتبر أساسية للسلامة أثناء أعمال الصيانة والإصلاح.
اختبار مقاومة العزل: يقوم هذا الاختبار بقياس مقاومة العزل بين الأجزاء الحية والأرض للتأكد من عدم وجود تيار تسرب. تشير مقاومة العزل العالية إلى أن عزل المفصل في حالة جيدة.
الفحص المرئي: يتم إجراء فحص مرئي شامل للتحقق من أي أضرار مادية أو تآكل أو ارتداء في المفصل وأجزائه. يساعد هذا الفحص في تحديد أي مشاكل قد تؤثر على أداء أو سلامة المعدات.
أهمية الاختبارات الروتينية
تعتبر الاختبارات الروتينية ضرورية للتأكد من أن المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والمفاتيح الأرضية تعمل بشكل صحيح ويمكنها القيام بوظائف العزل بأمان. يتم عادةً إجراء هذه الاختبارات في مرافق الشركة المصنعة، ولكن يمكن الاتفاق على إجرائها في الموقع. تساعد هذه الاختبارات في تحديد أي عيوب أو ضعف في المعدات قبل تركيبها أو وضعها في الخدمة، مما يضمن أن نظام الطاقة يعمل بشكل موثوق وآمن.
عن طريق الالتزام بالمعايير IEC 62271-1 و IEC 62271-102، يمكن للمصنعين والمشغلين الحفاظ على سلامة وأداء المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والمفاتيح الأرضية، وبالتالي تعزيز السلامة والكفاءة العامة لنظام الطاقة.
إذا تم توفير عزل المفصل والمفتاح الأرضي بواسطة العوازل الصلبة فقط والهواء تحت الضغط الجوي، فقد يتم الاستغناء عن اختبار تحمل الجهد الكهربائي إذا تم فحص الأبعاد بين الأجزاء الموصلة - بين الأطوار، عبر الأجهزة المفصولة والفتحة، وبين الأجزاء الموصلة والإطار - بواسطة القياسات البعدية.
اختبار العزل للمفاتيح الأرضية والدوائر المساعدة / التحكم في المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي
اختبار العزل للمفاتيح الأرضية
عند إجراء اختبار العزل على المفاتيح الأرضية، يتم تطبيق جهد الاختبار مع المفتاح الأرضي في وضع الفتح. يتم إجراء الاختبار تحت شرطين محددين لضمان العزل المناسب بين أجزاء مختلفة من المفتاح:
بين الأطراف المعزولة المجاورة (مع أسس متصلة بالأرض): يتم تطبيق جهد الاختبار بين الأطراف المعزولة المجاورة بينما تكون أسس المفتاح متصلة بالأرض. هذا يضمن وجود عزل كافٍ بين الأطراف لمنع أي قصر كهربائي عرضي أو انهيار كهربائي.
بين جميع الأطراف المعزولة المتصلة معًا (مع أسس متصلة بالأرض): في هذا الشرط، يتم توصيل جميع الأطراف المعزولة معًا، ويتم تطبيق جهد الاختبار بين هذه المجموعة من الأطراف والأسس المتصلة بالأرض. يقوم هذا الاختبار بفحص سلامة العزل الكلي للمفتاح، للتأكد من عدم وجود تيار تسرب بين الأطراف والأرض.
2. اختبار العزل للدوائر المساعدة والتحكم في الآلية التشغيلية
الفحص والتحقق من المطابقة
جودة المواد والتجميع: يتم فحص طبيعة المواد المستخدمة في الدوائر المساعدة والتحكم، وجودة التجميع، والتشطيب، وأي طبقات واقية ضد التآكل. هذا يضمن أن المكونات مناسبة لاستخدامها المقصود ولن تتدهور مع مرور الوقت.
العزل الحراري: يتم إجراء فحص مرئي للتحقق من تثبيت العزل الحراري بشكل مرضٍ. يعتبر العزل الحراري الجيد ضروريًا لمنع زيادة الحرارة وضمان عمر طويل للمعدات.
توجيه الموصلات والأسلاك: يتم فحص توجيه الموصلات والأسلاك والمحفزات الحرارية للتأكد من تثبيتها بشكل صحيح وعدم وجود أي خطر للتلف أو التداخل. كما يتم إجراء فحوصات مقاومة على المحفزات الحرارية للتأكد من عملها بشكل صحيح.
الاختبارات الوظيفية
وظائف الدوائر ذات الجهد المنخفض: يتم إجراء اختبار وظيفي لكافة الدوائر ذات الجهد المنخفض، بما في ذلك المفاتيح الكهربية والمقاييس والمغناطيس الترابطية، للتحقق من أن الدوائر المساعدة والتحكم تعمل بشكل صحيح مع باقي أجزاء المفصل. كما يجب فحص آلية الترابط للتأكد من عملها كما هو مقصود.
حماية من الصدمات الكهربائية: يتم إجراء فحوصات مرئية للتحقق من وجود حماية كافية ضد الاتصال المباشر بدائرة الجهد العالي وأن أجزاء المعدات المساعدة والتحكم التي يمكن ملامستها أثناء التشغيل العادي آمنة الوصول إليها. هذا يضمن حماية المشغلين من الصدمات الكهربائية.
اختبارات العزل على الدوائر المساعدة والتحكم
اختبارات التواتر الكهربائي: يتم إجراء اختبارات التواتر الكهربائي فقط على الدوائر المساعدة والتحكم. يتم تطبيق جهد الاختبار بقيمة 1 كيلوفولت أو 2 كيلوفولت لمدة ثانية واحدة وبتردد 50 أو 60 هرتز. يضمن هذا الاختبار أن عزل الدوائر ذات الجهد المنخفض يمكنه تحمل الجهد المقنن دون انهيار.
3. قياس مقاومة الدائرة الرئيسية
في الاختبار الروتيني، يتم قياس انخفاض الجهد الكهربائي المباشر أو مقاومة كل قطب من الدائرة الرئيسية في ظروف مماثلة قدر الإمكان لتلك المستخدمة أثناء الاختبار النمطي. وبشكل خاص: يجب أن تكون درجة حرارة الهواء المحيط ونقاط القياس قريبة قدر الإمكان من تلك المستخدمة أثناء الاختبار النمطي. يجب ألا تتجاوز المقاومة المقاسة 1.2 × Ru، حيث Ru هي المقاومة المقاسة قبل اختبار ارتفاع درجة الحرارة. هذا يضمن أن مقاومة الدائرة الرئيسية تبقى ضمن حدود مقبولة، مما يشير إلى أن الاتصالات في حالة جيدة وأن الدائرة يمكنها حمل التيار المقنن دون تسخين زائد.
4. التصميم والفحوصات المرئية
يجب أن تخضع المفصلات الهوائية والمفاتيح الأرضية لفحوصات تصميم ومرئية شاملة للتأكد من مطابقتها لمواصفات الشراء. وهذا يشمل:
التحقق من المطابقة: التأكد من أن جميع المكونات والمواد والبناء تلبي المتطلبات المحددة في أمر الشراء أو العقد.
تفتيش المكونات: التحقق من أي عيوب مرئية، مثل الشروخ والتآكل أو التجميع غير الصحيح، والتي قد تؤثر على أداء أو سلامة المعدات.
التسميات والعلامات: التحقق من وجود جميع العلامات والتسميات والعلامات التعرفية اللازمة وأنها واضحة وقابلة للقراءة، بما في ذلك تصنيفات الجهد، والإرشادات التشغيلية، وتحذيرات السلامة.
5. الاختبارات التشغيلية الميكانيكية
تُجرى الاختبارات التشغيلية الميكانيكية للتأكد من أن المفصلات أو المفاتيح الأرضية تعمل بشكل صحيح ضمن حدود الجهد والضغط المحدد للآليات التشغيلية. تُجرى هذه الاختبارات بدون جهد أو تيار يمر عبر الدائرة الرئيسية. يتم التحقق من الجوانب التالية:
أداء الآلية التشغيلية
زاوية عمود الخرج للآلية التشغيلية: يتم قياس زاوية دوران عمود الخرج للآلية التشغيلية للتأكد من مطابقتها للمواصفات المصممة. هذا يضمن أن الاتصالات تتحرك إلى المواقع الصحيحة أثناء عمليات الفتح والإغلاق.
قياس عزم دوران عمود الخرج للآلية التشغيلية: يتم قياس عزم الدوران المطلوب لتشغيل الآلية للتأكد من أنه ضمن الحدود المحددة. يمكن أن يشير عزم الدوران الزائد إلى مشاكل ميكانيكية، بينما يمكن أن يؤدي عزم الدوران غير الكافي إلى تشغيل غير كامل.
تيار المحرك للآلية التشغيلية: يتم تسجيل التيار المستهلك بواسطة المحرك أثناء التشغيل للتحقق من أنه ضمن نطاق مقبول. يمكن أن تشير مستويات التيار غير الطبيعية إلى مشاكل في المحرك أو التغذية الكهربائية.
أوقات التشغيل: يتم قياس الوقت المستغرق للمفصل أو المفتاح الأرضي لإكمال دورة كاملة (إغلاق-فتح). هذا يضمن أن الجهاز يعمل ضمن حدود الوقت المطلوبة، وهو أمر حاسم لتنسيق النظام والحماية.
الدورات التشغيلية
تُجرى الدورات التشغيلية التالية لاختبار موثوقية وتحمل المفصل أو المفتاح الأرضي:
10 دورات فتح-إغلاق بجهد تغذية أدنى (85%): يتم تشغيل المفصل أو المفتاح الأرضي 10 مرات بنسبة 85% من الجهد التغذية المقنن للتأكد من أن الجهاز يعمل بشكل صحيح تحت ظروف الجهد المنخفض.
10 دورات فتح-إغلاق بجهد تغذية أعلى (110%): يتم تشغيل المفصل أو المفتاح الأرضي 10 مرات بنسبة 110% من الجهد التغذية المقنن للتحقق من أدائه تحت ظروف الجهد العالي.
50 دورات فتح-إغلاق بجهد تغذية مقنن (100%): يتم تشغيل المفصل أو المفتاح الأرضي 50 مرة بالجهد التغذية المقنن لاختبار موثوقيته وتحمله على المدى الطويل تحت ظروف التشغيل العادية.
خلال هذه الدورات التشغيلية، يتم تسجيل أو تقييم الخصائص التالية:
وقت التشغيل: يتم قياس وقت كل دورة فتح-إغلاق للتأكد من الثبات.
الطاقة الاستهلاكية القصوى: يتم تسجيل الطاقة المستهلكة بواسطة الآلية التشغيلية خلال كل دورة للتحقق من أنها ضمن الحدود المحددة.
التشغيل اليدوي (إن وجد): بالنسبة للمفصلات ذات الآليات اليدوية، يتم تسجيل القوة القصوى المطلوبة لتشغيل الجهاز. هذا يضمن أن التشغيل اليدوي ضمن حدود آمنة ومريحة من الناحية البشرية.
الاتصالات المساعدة وأجهزة إظهار الموضع
يتم التحقق من التشغيل المرضي للاتصالات المساعدة وأجهزة إظهار الموضع (إن وجدت). تقوم هذه المكونات بتوفير ردود فعل مهمة لأنظمة التحكم ويجب أن تعمل بشكل موثوق لضمان التشغيل الصحيح للنظام.
الفحص بعد الاختبار
بعد إكمال الاختبارات التشغيلية الميكانيكية، يجب ألا يكون أي جزء من المفصل أو المفتاح الأرضي متأذيًا. يجب أن يظل الجهاز في حالة عمل جيدة، دون أي علامات على التآكل أو التشوه أو العطل.
قياس مقاومة الدائرة الرئيسية
يتم قياس مقاومة الدائرة الرئيسية قبل وبعد اختبار التحمل الميكانيكي. يجب ألا تختلف المقاومة بأكثر من 20% من القيمة المقاسة قبل الاختبار. هذا يضمن أن الاتصالات لم تتأثر أو تصبح غير محاذاة خلال عملية الاختبار، مما قد يؤثر على الأداء الكهربائي للجهاز.
اعتبارات خاصة للمعدات ذات الجهد العالي
بالنسبة للمفصلات والمفاتيح الأرضية ذات الجهد المقنن 52 كيلوفولت وما فوق، يمكن إجراء الاختبارات التشغيلية الروتينية الميكانيكية على المكونات الفرعية. هذا يسمح بإجراء إجراءات الاختبار الأكثر قابلية للإدارة بينما لا يزال يضمن أن أداء الجهاز ككل يلبي المعايير المطلوبة.
الخاتمة
من خلال إجراء هذه الفحوصات الشاملة للتصميم والفحص المرئي، بالإضافة إلى الاختبارات التشغيلية الميكانيكية، يمكن للمصنعين والمشغلين التأكد من أن المفصلات الهوائية ذات الجهد العالي والمفاتيح الأرضية موثوقة وآمنة وقادرة على أداء وظائفها المقصودة تحت ظروف التشغيل المختلفة. تساعد هذه الاختبارات في تحديد أي مشاكل محتملة في وقت مبكر من العملية، مما يضمن أن المعدات جاهزة للتركيب والاستخدام في أنظمة الطاقة ذات الجهد العالي.
