حماية الخطوط الكهربائية

حماية المغذي

التعريف

تعني حماية المغذي حماية التغذية الكهربائية ضد الأعطال لضمان استمرارية تزويد الشبكة بالطاقة. تقوم المغذيات بنقل الطاقة الكهربائية من محطات التحويل إلى طرف الحمل. نظراً لأهميتها في شبكة توزيع الطاقة، فإن حماية المغذيات من أنواع مختلفة من الأعطال تعتبر ذات أهمية قصوى. والمتطلبات الأساسية لحماية المغذي هي كالتالي:

• فصل انتقائي: عند حدوث عطل قصير الدائرة، يجب أن يفتح فقط مفتاح الدائرة الأقرب إلى العطل بينما تبقى جميع المفاتيح الأخرى مغلقة. هذا يقلل من تأثير التزويد بالطاقة ويقلل نطاق الانقطاعات.

• حماية احتياطية: في حالة فشل مفتاح الدائرة الأقرب إلى العطل في الفتح، يجب أن تعمل المفاتيح المجاورة كحماية احتياطية لعزل الجزء المعيب. هذه الزيادة تضمن موثوقية النظام العام.

• رد فعل الأمثل للأجهزة الحامية: يجب تقليل وقت التشغيل للأجهزة الحامية للحفاظ على استقرار النظام مع منع فصل الدوائر السليمة بشكل غير ضروري. يعد هذا التوازن ضروريًا لمعالجة الأعطال بكفاءة.

حماية مرتبة زمنياً

تتضمن حماية المرتبة زمنياً تحديد أوقات تشغيل الأجهزة الحامية بطريقة متسلسلة. هذا النهج يضمن أنه عند حدوث عطل، يتم عزل أقل جزء ممكن من النظام الكهربائي وبالتالي تقليل الإخلال بالتزويد العام بالطاقة. يتم وصف التطبيقات العملية لحماية المرتبة زمنياً أدناه.

حماية المغذيات الشعاعية

يتميز نظام الطاقة الشعاعي بتدفق الطاقة أحادي الاتجاه، يتحرك من المولد أو مصدر التغذية نحو طرف الحمل. ومع ذلك، لهذا النظام عيب كبير: في حالة حدوث عطل، يصبح صعبًا الحفاظ على استمرارية تزويد الطاقة في طرف الحمل.

في نظام شعاعي حيث يتم ربط عدة مغذيات بالتوالي، كما هو موضح في الشكل، الهدف هو عزل أصغر قسم ممكن من النظام عند حدوث عطل. تحقق حماية المرتبة زمنياً هذا الهدف بشكل فعال. يتم تكوين نظام حماية التيار الزائد بحيث يكون وقت التشغيل للمحول الأبعد عن محطة التوليد أقصر. هذا الآلية الزمنية الهيكلية تضمن أن يتم إزالة الأعطال بأقرب ما يمكن من مصدر المشكلة، مما يقلل من تأثيرها على باقي النظام.

عند حدوث عطل على SS4، يجب أن يكون المحول OC5 هو الأول الذي يعمل بدلاً من أي محول آخر. وهذا يعني أن وقت التشغيل للمحول OC4 يجب أن يكون أقصر من وقت التشغيل للمحول OC3 وهكذا دواليك. هذا يوضح بوضوح ضرورة التدرج الزمني الصحيح لهذه المحولات. يتم تحديد الفترة الزمنية الدنيا بين مفتاحين متجاورين بواسطة مجموع أوقات الفصل الخاصة بهم ومقدار صغير من الهامش الأمني.

بالنسبة للمفاتيح الشائعة الاستخدام، تكون الفترة الزمنية الدنيا للتفرقة بين المفاتيح أثناء التعديل حوالي 0.4 ثانية. يتم ضبط أوقات التشغيل للمحولات OC1، OC2، OC3، OC4، وOC5 على 0.2 ثانية، 1.5 ثانية، 1.5 ثانية، 1.0 ثانية، 0.5 ثانية، وفوري على التوالي. بالإضافة إلى نظام التدرج الزمني، من الضروري تقليل وقت التشغيل للأعطال الشديدة. يمكن تحقيق ذلك بتوصيل القواطع الزمنية المتوازنة بالتوازي مع ملفات القفز.

حماية المغذيات المتوازية

تستخدم اتصالات المغذيات المتوازية بشكل أساسي لضمان استمرارية تزويد الطاقة وتوزيع الحمل. عند حدوث عطل في مغذي محمي، سيحدد الجهاز الحامي ويعزل المغذي المعيب، مما يسمح للمغذيات المتبقية بتحمل الحمل المزداد على الفور.

إحدى أسهل وأكثر طرق الحماية فعالية للأجهزة الحامية في أنظمة المغذيات المتوازية تتضمن استخدام الأجهزة الحامية الزائدة بالتوقيت المتدرج مع الخصائص الزمنية العكسية في الطرف المرسل، مجتمعة مع الأجهزة الحامية الفورية لعكس الطاقة أو الأجهزة الحامية الاتجاهية في الطرف المستلم، كما هو موضح في الشكل أدناه. هذا التكوين يتيح الكشف السريع والدقيق عن الأعطال والعزل، مما يعزز الثقة والاستقرار العام لأنظمة المغذيات المتوازية.

عند حدوث عطل شديد F على أي خط، ستتدفق الطاقة إلى العطل من كل من طرفي الخط المرسل والمستلم. نتيجة لذلك، سيعكس تدفق الطاقة عبر الجهاز الحامي في النقطة D، مما يؤدي إلى فتح الجهاز الحامي.

سيتم تقييد التيار الزائد في النقطة B حتى يتم تنشيط جهاز الحماية الزائد ويقوم بفصل مفتاح الدائرة. هذا الإجراء يعزل المغذي المعيب تماماً، مما يسمح بتزويد الطاقة من خلال المغذي السليم. ومع ذلك، يكون هذا النهج فعالاً فقط عندما يكون العطل شديد بما يكفي لعكس تدفق الطاقة في D. لذلك، يتم دمج حماية الفرق بالإضافة إلى حماية الزائد في كلا طرفي الخط لتعزيز موثوقية نظام الحماية.

حماية نظام الحلقة الرئيسية

يعد نظام الحلقة الرئيسية شبكة اتصال تربط سلسلة من محطات الطاقة عبر عدة مسارات. في هذا النظام، يمكن تعديل اتجاه تدفق الطاقة حسب الحاجة، خاصة عند استخدام الاتصالات.

يتم توضيح الرسم البياني الأساسي لهذا النظام في الشكل أدناه، حيث يمثل G محطة التوليد، وA، B، C، وD تمثل محطات التحويل. في محطة التوليد، يتدفق الطاقة في اتجاه واحد، لذا لا يتطلب أجهزة حماية الزائد الزمنية. يتم تركيب أجهزة حماية الزائد المرتبة زمنياً في أطراف محطات التحويل. ستقوم هذه الأجهزة بفصل الدائرة فقط عند تدفق تيار زائد بعيداً عن محطات التحويل التي تحميها، مما يضمن عزل الأعطال انتقائياً ويحافظ على استقرار نظام الحلقة الرئيسية.

عند التنقل حول الحلقة في اتجاه GABCD، يتم ضبط أجهزة الحماية على الجانب البعيد من كل محطة بتدرج زمني متزايد. في محطة التوليد، يتم ضبط التأخير الزمني على 2 ثانية؛ وفي محطات A، B، وC، يتم ضبط الأوقات على 1.5 ثانية، 1.0 ثانية، و0.5 ثانية على التوالي، بينما يعمل الجهاز الحامي في النقطة التالية فوراً. وبالمثل، عند التنقل حول الحلقة في الاتجاه المعاكس، يتم ضبط أجهزة الحماية على الجانب الخارجي وفقاً لنمط تدرج زمني متناظر.

في حالة حدوث عطل في النقطة F، يتدفق الطاقة إلى العطل عبر مسارين مختلفين: ABF وDCF. الأجهزة الحامية التي يتم تشغيلها هي تلك الموجودة بين محطة B والنقطة F المعيبة، وكذلك بين محطة C والنقطة F المعيبة. هذا التكوين يضمن أن العطل في أي قسم معين من نظام الحلقة الرئيسية سيؤدي فقط إلى تشغيل الأجهزة الحامية ذات الصلة بتلك القسم. وبالتالي، يمكن للقسم الغير متأثر من النظام الاستمرار في العمل دون انقطاع، مما يحافظ على سلامة وموثوقية الشبكة العامة لتوزيع الطاقة.