تطبيق أجهزة حماية التيار المتبقي ذات إعادة الإغلاق الأوتوماتيكية في حماية تجهيزات الطاقة للاتصالات من الصواعق

1. مشاكل انقطاع التيار الكهربائي بسبب تشغيل مفتاح الحماية من التسرب الكاذب أثناء ضربات البرق

يظهر دائرة تزويد الطاقة الاتصالية النموذجية في الشكل 1. يتم تثبيت جهاز حماية من التسرب الكهربائي (RCD) عند نقطة إدخال التيار الكهربائي. يوفر RCD بشكل أساسي حماية ضد تسربات التيار الكهربائي للآلات الكهربائية لضمان سلامة الأشخاص، بينما يتم تثبيت أجهزة حماية من الصدمات (SPDs) على فروع التغذية الكهربائية لحماية ضد الغزوات البرقية. عند حدوث ضربات البرق، يمكن أن تتسبب الدوائر المستشعرة في توليد تيارات نبضية غير متوازنة وتيارات تداخلية. عندما يتجاوز تيار التداخل قيمة التشغيل للمفتاح الكهربائي، يحدث تشغيل كاذب. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان تيار التسرب للآلات الاتصالية قريبًا من قيمة التشغيل، يمكن أن يتسبب الفيض المغناطيسي غير المتوازن خلال موسم الأمطار بسهولة في تشغيل مفتاح الحماية من التسرب الكاذب.

تيار البرق هو تيار عابر قد ينتج نبضة واحدة أو عدة نبضات. التيارات التي تمر عبر أجهزة حماية الصدمات F1 و F2 هي I1 و I2 على التوالي. غالبًا ما لا يساوي I1 مع I2 مما يؤدي إلى تداخل التيار التفاضلي. عندما يتجاوز التداخل التفاضلي قيمة التشغيل لـ RCD، يقوم الجهاز بالتشغيل، وتقطع الدائرة، تتوقف آلات الاتصال عن العمل، ويتم استعادة الطاقة يدويًا. محطات الاتصال أساسًا بدون حراسة؛ عندما تحدث ضربات البرق في منطقة معينة، قد تفقد بعض محطات الاتصال الطاقة ولا يمكن استعادة الاتصال في وقت قصير. لذلك، يجب حل هذه المشكلة.

2. مبدأ عمل جهاز حماية التيار الكهربائي المتبقي ذات إعادة الإغلاق التلقائي

إعادة الإغلاق التلقائي هي طريقة فعالة لحل مشاكل انقطاع التيار الكهربائي بسبب تشغيل مفتاح الحماية من التسرب الكاذب. يستخدم إعادة الإغلاق التلقائي بشكل شائع في أنظمة الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي وقد حققت نتائج ممتازة. ومع ذلك، لأسباب السلامة، لم يتم بعد تعميمها على نطاق واسع في أنظمة الطاقة الكهربائية المدنية ذات الجهد المنخفض. بدأت أنظمة الاتصال الصينية في استخدامها في السنوات الأخيرة وأنشأت المعايير: YD/T 2346-2011 "الشروط التقنية لأجهزة حماية التيار الكهربائي المتبقي ذات إعادة الإغلاق التلقائي للاتصالات"، مع نتائج تطبيق كبيرة.

عندما يتسبب البرق في تشغيل مفتاح الحماية من التسرب الكاذب وقطع الدائرة، يقوم جهاز حماية التيار الكهربائي المتبقي ذات إعادة الإغلاق التلقائي بإغلاق المفتاح تلقائيًا. بما أن تيار البرق عابر، بعد مرور ضربة البرق، يكون I1≈I2، ينجح إعادة الإغلاق، يتم استعادة التغذية الكهربائية، ويستأنف الاتصال.

إعادة الإغلاق التلقائي مشروطة ويجب أن تأخذ في الاعتبار السلامة والعوامل الأخرى. هناك طريقتان لإعادة الإغلاق التلقائي: الأولى تكتشف حالة التسرب لاتخاذ القرار بشأن إعادة الإغلاق؛ والثانية تقوم بإعادة الإغلاق تلقائيًا دون الكشف.

يتكون جهاز إعادة الإغلاق التلقائي مع اكتشاف أعطال التسرب L-PE تلقائيًا (يشار إليه فيما يلي باسم إعادة الإغلاق بالكشف) من آلية تشغيل كهربائية، دائرة تحكم، دائرة اكتشاف، وواجهة خرج. تعمل دائرة الاكتشاف مع إعادة الإغلاق، تحت إدارة دائرة التحكم في إعادة الإغلاق، تقوم باكتمال الاكتشاف واتخاذ القرار بشأن إعادة الإغلاق بناءً على نتائج الاكتشاف. تتصل دائرة الاكتشاف بخطوط المرحلة لـ RCD، خط PE، مقاومات الأرض Re1 و Re2، وخط المحول المحايد N، تشكل حلقة عبر خطوط المرحلة، خط PE، مقاومات الأرض Re1 و Re2، خط المحول المحايد N، ودائرة الاكتشاف.

لا تحتاج دائرة PE لدائرة الاكتشاف للتوصيل بأغلفة الأجهزة، كما هو موضح في الشكل 2؛ أو يمكن تشكيل حلقة عبر خطوط المرحلة، غلاف الجهاز، وخط PE، مما يتطلب توصيل دائرة PE لدائرة الاكتشاف بأغلفة الأجهزة، كما هو موضح في الشكل 3. عندما يعمل RCD، تكون دوائر الاختبار لتسرب التيار الكهربائي هي a-PE، b-PE، c-PE على التوالي. يمكن أن يكون إشارة دائرة الاكتشاف سواء DC أو AC، مع جهد لا يتجاوز 24V.

3. المتطلبات الرئيسية للأداء

تعالج وظيفة حماية التيار الكهربائي المتبقي مشاكل السلامة، بينما تعالج إعادة الإغلاق التلقائي مشاكل انقطاع التيار الكهربائي بسبب ضربات البرق. تعتبر المواصفات YD/T 2346-2011 "الشروط التقنية لأجهزة حماية التيار الكهربائي المتبقي ذات إعادة الإغلاق التلقائي للاتصالات" بعض المعلمات كما يلي.

يجب أن يوازن أداء إعادة الإغلاق التلقائي بين استمرارية التغذية الكهربائية والعوامل المرتبطة بالسلامة.

(1) عدد محاولات إعادة الإغلاق من وجهة نظر المستخدم، كلما زاد عدد محاولات إعادة الإغلاق كان أفضل؛ ومن وجهة نظر السلامة، كلما قل العدد كان أفضل. بالنسبة لأجهزة إعادة الإغلاق التلقائي التي تقوم بإعادة الإغلاق تلقائيًا دون اكتشاف التسرب، يسمح المعيار بحد أقصى ثلاث محاولات لإعادة الإغلاق تلقائيًا.

(2) فترة زمنية لإعادة الإغلاق من وجهة نظر استخدام الطاقة، سيكون الوقت الصفر مثاليًا؛ ومن وجهة نظر السلامة، يجب أن يكون طويلًا بما فيه الكفاية. يحدد المعيار: إذا كان الجهاز الحامي لا يمتلك قدرة اكتشاف التسرب بعد القطع، يجب أن يقوم جهاز حماية التيار الكهربائي المتبقي بإعادة الإغلاق مرة واحدة بعد 20-60 ثانية من التشغيل؛ إذا فشلت المحاولة، يجب التأخير لمدة 15 دقيقة للمحاولة الثانية لإعادة الإغلاق؛ وإذا فشلت المحاولة الثانية، يجب التأخير لمدة 15 دقيقة أخرى للمحاولة الثالثة لإعادة الإغلاق؛ وإذا فشلت المحاولة الثالثة، لا يُسمح بأي محاولات لإعادة الإغلاق أخرى.

(3) جهد الاكتشاف يعتبر جهد الاكتشاف أيضًا معلمة مهمة للسلامة ولا يمكن أن يكون مرتفعًا جدًا. يحدد المعيار: إذا كان الجهاز الحامي يمتلك قدرة اكتشاف التسرب بعد القطع، فإن المتطلبات التالية تنطبق:

• إذا فشلت ثلاث محاولات لإعادة الإغلاق في دقيقة واحدة، لا يُسمح بأي محاولات لإعادة الإغلاق أخرى.

• جهد الاكتشاف ≤24V.

(4) قدرة تحمل الصواعق يجب أن يحتوي الحامي على دوائر إلكترونية معينة ويجب أن يكون لديه قدرة كافية على تحمل الصواعق، وإلا فلن يمكن استخدامه. تحدد المعايير: يجب أن يكون للجهاز الحامي للفائض الكهربائي قدرة كافية على تحمل تدفقات التيار الأرضية الناتجة عن الأحمال السعة التي تمر عبر الجهاز والتى تنتج عن الفلاش أو التفريغ الكهربائي للأجهزة. يجب أن يكون للأنواع ذات التأخير من أجهزة حماية الفائض الكهربائي قدرة كافية على مقاومة التشغيل الخاطئ بسبب تدفقات التيار الأرضية الناتجة عن الفلاش أو التفريغ الكهربائي للأجهزة.

يجب ألا يؤدي تطبيق موجة مركبة 1.2/50μs (8/20μs)، جهد صدمة 2kV بين خطوط الطاقة (L-N) إلى تشغيل خاطئ. يجب ألا يتسبب تطبيق جهد صدمة 1.2/50μs، 4kV بين خطوط الطاقة (L-N) في تلف العينة والتي يجب أن تستمر في العمل بشكل طبيعي.

عند مرور تيار صاعقة 8/20μs، 20kA بين خط الطاقة L و N، ومع تركيب أجهزة حماية الصواعق الإضافية، يجب أن تعمل العينة بشكل طبيعي دون تلف.

4. الاستنتاجات والاقتراحات

يمكن لأجهزة حماية الفائض الكهربائي ذات إعادة الإغلاق التلقائية أن تحل بفعالية مشاكل انقطاع الطاقة الناجمة عن الصواعق، وتعزيز قدرة تحمل الصواعق لأنظمة الاتصالات، وهي آمنة وموثوقة. إنها تمثل وسيلة فعالة لتحسين قدرة حماية الصواعق لأنظمة الاتصالات.