حماية العطل الأرضي المقيدة

الأعطال الأرضية: الأسباب والتأثيرات والإجراءات الوقائية

تحدث العطلة الأرضية عندما يكون هناك اتصال كهربائي غير مقصود بين الموصل الحي والارض. يحدث هذا عادة بسبب تلف العزل، والذي يمكن أن يكون ناجمًا عن عوامل مثل تقدم عمر المكونات الكهربائية، أو التلف الميكانيكي، أو التعرض لظروف بيئية قاسية. عند حدوث عطلة أرضية، تتدفق تيارات القصر عبر النظام الكهربائي. هذه التيارات العاطلة تعود إلى المصدر إما من خلال الأرض نفسها أو عبر المعدات الكهربائية المتصلة.

يمكن أن تكون وجود تيارات العطلة الأرضية له عواقب وخيمة. فهي يمكن أن تسبب أضرارًا كبيرة للمعدات داخل نظام الطاقة، بما في ذلك المحولات والأجهزة الدوارة والمفاتيح الكهربائية، من خلال تسخين المكونات وصهر العزل وحتى التدمير المادي. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي العطل الأرضية إلى تعطيل استمرارية التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى انقطاعات في التيار الكهربائي يمكن أن تؤثر على المستهلكين السكنيين والتجاريين والصناعيين.

للتخفيف من المخاطر المرتبطة بالعطل الأرضية، يتم استخدام نظام حماية العطلة الأرضية المقيدة. وفي صلب هذا نظام الحماية هو جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية، وهو مكون أساسي يلعب دورًا محوريًا في حماية نظام الطاقة. عند اكتشاف عطلة أرضية، يصدر جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية أمر فتح للقاطع الكهربائي. يقوم هذا الإجراء بعزل الجزء المعيب من الدائرة بسرعة، مما يحد من تدفق تيار العطل ويقلل من الأضرار المحتملة.

يتم وضع جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية بشكل استراتيجي في الجزء المتبقي من المحولات الحالية، كما هو موضح في الشكل أدناه. يتيح هذا التوضع للمستشعر رصد وكشف التدفقات الحالية غير الطبيعية المؤشرة على العطل الأرضية. وبشكل خاص، فإنه يوفر حماية أساسية للفواتير المثلثة أو النجمية غير المترابطة في المحولات الكهربائية، مما يحمي هذه المكونات الحرجة من الآثار المدمرة لتيارات العطل. يوضح الشكل أدناه أيضًا الاتصالات التفصيلية لجهاز الاستشعار للأعطال الأرضية مع الفواتير النجمية أو المثلثة للمحول، مما يبرز التكوين الدقيق الذي يضمن كشف الأعطال وحمايتها بشكل موثوق.

تكوين وتشغيل نظام حماية العطلة الأرضية

تلعب المحولات الحالية (CTs) دورًا حاسمًا في نظام حماية العطلة الأرضية، حيث يتم وضعها بشكل استراتيجي على جانبي المنطقة الواقية المحددة. يتم توصيل طرفي الثانوي لهذه المحولات بالتوازي مع جهاز الاستشعار الواقي، مما يشكل مسارًا كهربائيًا حيويًا لكشف الأعطال. يتم تصميم خرج المحولات الحالية ليمثل التيار الصفر النسبي المتدفق عبر الخط الكهربائي. ومن الجدير بالذكر أنه خلال العطلة الخارجية، يبقى التيار الصفر النسبي غائبًا، بينما في حالة العطلة الداخلية، يرتفع إلى قيمة تبلغ ضعف قيمة تيار العطل الفعلي.

تشغيل نظام حماية العطلة الأرضية

يتم حماية الجانب الموصول بالنظام الكهربائي بنظام حماية العطلة الأرضية المقيدة، كما هو موضح في الشكل أدناه. تم تصميم هذا نظام الحماية للكشف بدقة والاستجابة للأعطال الأرضية داخل المنطقة المحمية، مستفيدًا من الخصائص الفريدة للتسلسل الصفر النسبي لضمان عزل الأعطال بسرعة وموثوقية.

نظام حماية العطلة الأرضية: آليات التشغيل وميزات التصميم

لنفترض أن عطلة خارجية، مُشار إليها بـ F1، تحدث داخل الشبكة الكهربائية. هذا الحدث العطلة يثير تيارات I1 و I2 التي تتدفق عبر الثانويات للمحولات الحالية (CTs). بسبب التكوين الكهربائي وطبيعة العطل الخارجية، فإن مجموع الناتج من I1 و I2 يساوي الصفر. على العكس من ذلك، عندما يحدث عطلة داخل المنطقة المحمية، مثل F2، يكون فقط التيار I2 موجودًا؛ حيث يلغي التيار I1 أو يكون ضئيلًا. ثم يمر هذا التيار I2 عبر جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية، مما يثير تشغيله. من الجوهري أن جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية مصمم ليشتغل حصريًا ردًا على العطل الداخلية داخل المنطقة المحمية، مما يضمن عزل الأجزاء المعيبة من النظام الكهربائي بشكل انتقائي.

يجب أن يمتلك جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية درجة عالية من الحساسية لكشف الأعطال بدقة. يتم تصميمه للكشف عن تيارات العطل التي تتجاوز التيار المقنن للملفات بنسبة لا تقل عن 15٪. يسمح هذا الإعداد المحدد للمستشعر بحماية جزء محدد ومحدود من ملفات التواء، ولذلك يُطلق على هذا نظام الحماية اسم حماية العطلة الأرضية المقيدة.

لتعزيز موثوقية نظام الحماية، يتم توصيل تيار استقرار متسلسلًا مع المستشعر. تقوم هذه الإضافة بوظيفة حيوية وهي تقليل تأثير تيارات الاندفاع المغناطيسي. يمكن أن تحدث تيارات الاندفاع المغناطيسي أثناء تنشيط النظام أو أحداث عابرة أخرى، وقد تؤدي إلى تشغيل خطأ للمستشعر. من خلال مواجهة هذه التيارات غير المرغوب فيها، يضمن تيار الاستقرار أن يستجيب جهاز الاستشعار للأعطال الأرضية فقط للحالات العاطلة الحقيقية، مما يحسن من النزاهة والإعتمادية العامة لنظام حماية الكهرباء.