حماية التوازن لعطل الأرض

نظام حماية العطل الأرضي المتوازن للمولدات الصغيرة

يعمل نظام حماية العطل الأرضي المتوازن كحاجز حماية أساسي، يستخدم بشكل رئيسي لحماية المولدات الصغيرة في الحالات التي يكون فيها أنظمة الحماية التفاضلية والمتوازنة الذاتياً غير ممكنة. في المولدات الصغيرة، تكون نهايات اللفائف الثلاثية الطور متصلة داخلياً بطرف واحد. وبالتالي، فإن النهاية المحايدة غير متاحة من الخارج، مما يجعل طرق الحماية التقليدية غير فعالة. هنا يأتي دور نظام حماية العطل الأرضي المتوازن، حيث يوفر الحماية اللازمة ضد عطل الأرض. من المهم ملاحظة أن هذا النظام مصمم خصيصاً لاكتشاف عطل الأرض ولا يقدم حماية ضد عطل الفاز إلى الفاز، إلا إذا تطورت هذه العطل إلى عطل أرض.

اتصال نظام حماية العطل الأرضي المتوازن

يتضمن تنفيذ نظام حماية العطل الأرضي المتوازن تكويناً دقيقاً لمحولات التيار (CTs). في هذا الترتيب، يتم تركيب محولات التيار على كل مرحلة من مراحل المولد. ثم يتم ربط لفائف الثانوية لهذه المحولات بالتوازي مع لفائف الثانوية لمحول تيار آخر. يتم تركيب هذا المحول الإضافي على الموصل الذي يربط نقطة النجمة (المحايد) للمولد بالأرض. يتم ربط مفتاح الحماية بشكل استراتيجي عبر الثانويات المشتركة لجميع هذه المحولات. يسمح هذا الترتيب لنظام الحماية بمراقبة عدم التوازن في التيار أثناء حالة العطل الأرضي، مما يمكن المفتاح من اكتشاف وإستجابة العطل المحتملة بسرعة، مما يحمي المولد الصغير من الأضرار الناتجة عن عطل الأرض.

نظام حماية العطل الأرضي المتوازن: الوظيفة، القيود، والأهمية

نظرة عامة ونطاق

تم تصميم أنظمة الحماية المتوازنة لحماية ضد عطل الأرض ضمن منطقة محددة، وهي المنطقة المحصورة بين محولات التيار الثانوية (CTs) الجانب المحايد والجانب الخطي. يركز هذا الآلية الحماية الأساسي على اكتشاف عطل الأرض داخل لفائف المولد. من الجدير بالذكر أنه يظل غير نشط خلال عطل الأرض الخارجية، وهذا هو السبب في أن هذا النظام يُعرف أيضاً بنظام حماية العطل الأرضي المقيد. في المولدات الكبيرة، يتم تنفيذ هذا النظام غالبًا كطبقة إضافية من الحماية، مكملة لأنظمة الحماية الأخرى الأكثر شمولية.

آلية التشغيل

العمل الطبيعي

تحت ظروف التشغيل الطبيعية للمولد، يكون مجموع التيار المتدفق عبر الثانويات لمحولات التيار صفرًا بدقة. بالإضافة إلى ذلك، لا يوجد تدفق للتيار من الثانوي إلى المحايد. نتيجة لذلك، يبقى المفتاح المرتبط بالنظام غير مشحون، مما يشير إلى أن النظام يعمل دون أي حالات عطل.

عطل داخل المنطقة المحمية

عند حدوث عطل أرضي داخل المنطقة المحمية (المنطقة الواقعة إلى يسار CT الجانب الخطي)، يحدث تغيير كبير. يبدأ تيار العطل في التدفق عبر اللفائف الأولية لمحولات التيار. هذا بدوره يثير تيارات ثانوية متناظرة تمر عبر المفتاح. بمجرد أن يصل حجم هذه التيارات الثانوية إلى عتبة محددة مسبقًا، يتم تنشيط المفتاح، مما يؤدي إلى قطع الدائرة وإزالة الجزء المعيب من المولد. يساعد هذا الاستجابة السريعة على منع المزيد من الأضرار للمولد بسبب العطل.

عطل خارج المنطقة المحمية

في حالة حدوث عطل خارج المنطقة المحمية (إلى يمين CT الجانب الخطي)، يكون السلوك الكهربائي مختلفًا. يكون مجموع التيار في أطراف المولد مساوياً للتيار المتدفق في الاتصال المحايد. يؤدي هذا التوازن إلى عدم وجود تيار صافي يتدفق عبر ملف التشغيل للمفتاح. نتيجة لذلك، لا يعمل المفتاح، ويستمر النظام في العمل، بافتراض أن العطل خارجي ولا يشكل تهديدًا مباشرًا لسلامة لفائف المولد المحايدة المحمية.

العيوب

رغم فعاليته في العديد من السيناريوهات، فإن نظام حماية العطل الأرضي المتوازن له قيود ملحوظة. عند حدوث عطل قريب من الطرف المحايد أو عندما يتم تأسيس التوصيل المحايد عبر مقاومة أو محول توزيع، يصبح حجم تيار العطل المتدفق عبر الثانوية لمحول التيار أقل بشكل كبير. في هذه الحالات، قد يصبح هذا التيار المقلص أقل من التيار الأدنى المطلوب لتشغيل المفتاح. نتيجة لذلك، يفشل المفتاح في العمل، مما يسمح بتواصل تيار العطل داخل لفائف المولد. يمكن لهذا التعرض المستمر لتيار العطل أن يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتدهور العزل، وأضرار خطيرة للمولد، مما يبرز أهمية فهم ومعالجة هذه القيود في التطبيقات العملية.