التابع للحماية: دليل شامل
يعتبر جهاز الحماية الخاص بالخط التغذية (feeder protection relay) هو الجهاز الذي يحمي خطوط التغذية في النظام الكهربائي من أنواع مختلفة من الأعطال، مثل القصر الكهربائي، الزيادة في الحمل، الأعطال الأرضية، وقطع الموصلات. الخط التغذية هو خط نقل أو توزيع يحمل الطاقة من محطة تحويل إلى الحمل أو محطة تحويل أخرى. تعتبر أجهزة حماية الخط التغذية أساسية لضمان موثوقية وأمن النظم الكهربائية، حيث يمكنها اكتشاف العطل وعزلها بسرعة، ومنع تلف المعدات، وتقليل انقطاعات الكهرباء.
ما هو جهاز حماية المسافة؟
من أشهر أنواع أجهزة حماية الخط التغذية هو جهاز حماية المسافة، المعروف أيضًا باسم جهاز المقاومة. يقوم جهاز حماية المسافة بقياس المقاومة (Z) للخط التغذية باستخدام الجهد (V) والتيار (I) المستلمين من المحول الجهد (PT) والمحول التيار (CT). يتم حساب المقاومة عن طريق قسمة الجهد على التيار: Z = V/I.
يقوم جهاز حماية المسافة بمقارنة المقاومة المقاسة مع قيمة الإعداد المحددة مسبقًا، والتي تمثل أعلى قيمة مقاومة مسموح بها للعمل الطبيعي. إذا كانت المقاومة المقاسة أقل من قيمة الإعداد، فهذا يعني وجود عطل في خط التغذية، وسيرسل الجهاز إشارة قطع إلى الفاصل الكهربائي لعزل العطل. يمكن للجهاز أيضًا عرض معلمات العطل، مثل تيار العطل، الجهد، المقاومة، التفاعلية، ومدى العطل، على شاشته.
مدى العطل هو المسافة من موقع الجهاز إلى موقع العطل، ويمكن تقديرها بضرب المقاومة المقاسة في مقاومة الخط لكل كيلومتر. على سبيل المثال، إذا كانت المقاومة المقاسة 10 أوم والمقاومة لكل كيلومتر هي 0.4 أوم/كم، فإن مدى العطل هو 10 × 0.4 = 4 كم. معرفة مدى العطل يمكن أن يساعد في تحديد وإصلاح العطل بسرعة.
كيف يعمل خصائص الشكل الرباعي؟
يمكن أن يكون لجهاز حماية المسافة خصائص تشغيل مختلفة، مثل الدائرية، الموها، الرباعية، أو متعددة الأضلاع. يعتبر خصائص الشكل الرباعي اختيارًا شائعًا للأجهزة الرقمية الحديثة لأنه يقدم مرونة ودقة أكبر في ضبط مناطق الحماية.
خصائص الشكل الرباعي هي رسم بياني على شكل متوازي أضلاع يحدد منطقة الحماية للجهاز. الرسم البياني له أربعة محاور: المقاومة الأمامية (R F)، المقاومة الخلفية (R B)، التفاعلية الأمامية (X F)، والتفاعلية الخلفية (X B). الرسم البياني لديه أيضًا زاوية ميل تسمى زاوية خصائص الجهاز (RCA)، والتي تحدد شكل المتوازي الأضلاع.
يمكن رسم خصائص الشكل الرباعي باستخدام الخطوات التالية:
قم بتعيين قيمة R F على المحور X الموجب وقيمة R B على المحور X السالب.
قم بتعيين قيمة X F على المحور Y الموجب وقيمة X B على المحور Y السالب.
ارسم خطًا من R F إلى X F بميل RCA.
ارسم خطًا من R B إلى X B بميل RCA.
أكمل متوازي الأضلاع عن طريق ربط R F بـ R B و X F بـ X B.
منطقة الحماية تكون داخل متوازي الأضلاع، مما يعني أنه إذا كانت المقاومة المقاسة تقع داخل هذه المنطقة، فسيتم قطع الجهاز. يمكن لخصائص الشكل الرباعي تغطية أربع مناطق من التشغيل:
الربع الأول (قيم R و X موجبة): هذا الربع يمثل الحمل الاستقرائي والعطل الأمامي من الجهاز.
الربع الثاني (R سالبة و X موجبة): هذا الربع يمثل الحمل السعوي والعطل الخلفي من الجهاز.
الربع الثالث (قيم R و X سالبة): هذا الربع يمثل الحمل الاستقرائي والعطل الخلفي من الجهاز.
الربع الرابع (R موجبة و X سالبة): هذا الربع يمثل الحمل السعوي والعطل الأمامي من الجهاز.
ما هي المناطق المختلفة للتشغيل؟
يمكن أن يكون لجهاز حماية المسافة مناطق مختلفة للتشغيل، والتي يتم تعريفها بواسطة قيم مختلفة للمقاومة وتأخير الوقت. تم تصميم المناطق لتتناسب مع أجهزة أخرى في النظام ولتقديم حماية احتياطية للخطوط المجاورة.
المناطق النموذجية للتشغيل لجهاز حماية المسافة هي:
المنطقة 1: تغطي هذه المنطقة 80٪ إلى 90٪ من طول الخط ولا يوجد فيها تأخير زمني. توفر الحماية الأساسية للعطل ضمن هذه المنطقة وتعمل بشكل فوري.
المنطقة 2: تغطي هذه المنطقة 100٪ إلى 120٪ من طول الخط ولديها تأخير زمني قصير (عادةً ما يكون 0.3 إلى 0.5 ثانية). توفر الحماية الاحتياطية للعطل خارج المنطقة 1 أو في الخطوط المجاورة.
المنطقة 3: تغطي هذه المنطقة 120٪ إلى 150٪ من طول الخط ولديها تأخير زمني أطول (عادةً ما يكون 1 إلى 2 ثانية). توفر الحماية الاحتياطية للعطل خارج المنطقة 2 أو في الخطوط البعيدة.
قد تحتوي بعض الأجهزة على مناطق إضافية، مثل المنطقة 4 للحماية ضد التحميل الزائد أو المنطقة 5 للعطل المتقدم.
ما هي أنواع أخرى من أجهزة حماية الخط التغذية؟
بالإضافة إلى أجهزة حماية المسافة، هناك أنواع أخرى من أجهزة حماية الخط التغذية التي يمكن استخدامها لتطبيقات مختلفة أو بالاشتراك مع أجهزة حماية المسافة. بعض الأمثلة هي:
أجهزة حماية التيار الزائد: تقوم هذه الأجهزة بقياس التيار فقط وتقوم بقطع التيار عندما يتجاوز قيمة محددة مسبقًا. إنها بسيطة وغير مكلفة وتستخدم على نطاق واسع في الخطوط ذات التغذية الرادية.
أجهزة حماية التفاضلية: تقوم هذه الأجهزة بمقارنة مدخلات التيار من كلا طرفي الخط وتقوم بقطع التيار عند وجود عدم توازن بينهما. إنها سريعة وانتقائية وحساسة للخطوط القصيرة أو اللوحات الرئيسية.
أجهزة الحماية الاتجاهية: تقوم هذه الأجهزة بقياس التيار والجهد وتحديد الفرق الزاوي بينهما. تقوم بقطع التيار فقط عندما يتدفق التيار في اتجاه محدد بالنسبة للجهد. إنها مفيدة للخطوط ذات الحلقة أو الخطوط المتوازية.
أجهزة حماية الكشف عن البرق: تستخدم هذه الأجهزة مستشعرات الضوء وكشف التيار الزائد العالي السرعة لتحديد أحداث البرق على الخطوط. تعمل بشكل أسرع من الأجهزة التقليدية وتحسن السلامة للعاملين.
كيفية اختيار أجهزة حماية الخط التغذية؟
يعتمد اختيار أجهزة حماية الخط التغذية على عدة عوامل، مثل:
نوع الخطوط، وطولها، وتكوينها، وتحميلها، وتوصيلها بالأرض، ومستوى عزلها.
توفر الأجهزة، ودقتها، وتكلفتها، وصيانةها، واتصالاتها، وتكاملها.
تنسيق الحماية، واختياريتها، وحساسيتها، وسرعتها، ومعتمديتها، وأمنها، واستقرارها.
المعايير، واللوائح، والقوانين، والسياسات، والممارسات الخاصة بمشغلي الأنظمة الكهربائية.
بعض الإرشادات العامة لاختيار أجهزة حماية الخط التغذية هي:
اختيار الأجهزة الرقمية بدلاً من الأجهزة الكهروميكانيكية أو الثابتة لأداء أفضل، ووظائف أكثر، ومرونة أكبر، وتشخيص أفضل.
اختيار أجهزة حماية المسافة بدلاً من أجهزة حماية التيار الزائد أو التفاضلية للخطوط الطويلة أو المعقدة.
اختيار خصائص الشكل الرباعي بدلاً من الدائرية أو الموها لدقة أكبر ومرونة أكبر.
اختيار مدخلات المستشعرات التناظرية ذات الطاقة المنخفضة بدلاً من مدخلات التيار/الجهد التقليدية لتقليل الحجم والوزن والأخطار.
اختيار أجهزة حماية الكشف عن البرق بدلاً من الأجهزة التقليدية لقطع أسرع وأمان أكبر للعاملين.
خاتمة
تعتبر أجهزة حماية الخط التغذية أجهزة هامة تحمي خطوط التغذية في النظام الكهربائي من أنواع مختلفة من الأعطال. يمكن لهذه الأجهزة تحسين موثوقية وأمن وفعالية النظام الكهربائي من خلال اكتشاف العطل وعزلها بسرعة، ومنع تلف المعدات، وتقليل انقطاعات الكهرباء.
من أشهر أنواع أجهزة حماية الخط التغذية هو جهاز حماية المسافة، والذي يقيس المقاومة للخط التغذية باستخدام الجهد والتيار المستلمين من المحول الجهد والمحول التيار. يقوم الجهاز بمقارنة المقاومة المقاسة مع قيمة الإعداد المحددة مسبقًا، والتي تمثل أعلى قيمة مقاومة مسموح بها للعمل الطبيعي. إذا كانت المقاومة المقاسة أقل من قيمة الإعداد، فهذا يعني وجود عطل في خط التغذية، وسيرسل الجهاز إشارة قطع إلى الفاصل الكهربائي لعزل العطل.
