مفتاح التفاضل النسبي

تعريف: يعتبر مفتاح الفرق النسبي نوعًا من المفاتيح التي تعمل بناءً على فرق الطور بين كميتين كهربائيتين أو أكثر متشابهتين. إنه يمثل شكلاً متقدمًا من مفاتيح الحماية التفاضلية. الفرق الوحيد بينه وبين المفاتيح التفاضلية الأخرى هو وجود ملف تقييدي. يتم دمج ملف التقييد في مفتاح الفرق النسبي بالضبط لمعالجة المشكلات الناتجة عن اختلاف نسبة التيار عند التعامل مع تيارات قصيرة خارجية عالية الشدة.

يتميز نظام الفرق النسبي بملف تقييدي متصل عبر السلك الرئيسي كما هو موضح في الشكل أدناه. يتدفق التيار الناتج من محولتي التيار (CTs) عبر هذا الملف التقييدي. في حين يتم وضع ملف التشغيل في منتصف ملف التقييد.

يتحكم ملف التقييد في الخاصية الحساسة للمفتاح. فهو يعمل على منع تحويل التيار الكهربائي بشكل غير مرغوب بسبب عدم توازن التيار. بالإضافة إلى ذلك، يقلل ملف التقييد من التوافقيات الموجودة في التيار الدخلي.

مبدأ عمل مفتاح الفرق النسبي

يعمل العزم الذي يولده ملف التقييد على منع إغلاق دائرة القطع، بينما يحاول العزم من ملف التشغيل إغلاق نقاط الاتصال في دائرة القطع. تحت ظروف التشغيل العادية وفي حالات الحمل المرور، يتجاوز العزم الذي يولده ملف التقييد العزم الذي يولده ملف التشغيل. وبالتالي، يبقى المفتاح في حالة غير تشغيلية.

عند حدوث عطل داخلي، يتجاوز العزم التشغيلي العزم التقييدي. في هذه اللحظة، تغلق نقاط الاتصال في دائرة القطع، مما يؤدي إلى فتح القاطع الكهربائي. يمكن تعديل العزم التقييدي عن طريق تغيير عدد دورات ملف التقييد.

بسبب تأثير ملف التقييد، يكون التيار التفاضلي المطلوب لتشغيل هذا المفتاح كمية متغيرة. التيار التفاضلي في ملف التشغيل يتناسب مع (I1 - I2). بما أن التيار التشغيلي متصل بمنتصف ملف التقييد، فإن التيار في ملف التقييد يتناسب مع (I1 + I2)/2. أثناء الأعطال الخارجية، يزداد كل من I1 و I2، مما يؤدي إلى زيادة العزم التقييدي. وهذا يمنع بشكل فعال سوء عمل المفتاح.

خاصية التشغيل لمفتاح الفرق النسبي

تظهر خاصية التشغيل لمفتاح الفرق النسبي في الشكل أدناه. يوضح الرسم البياني بوضوح أن نسبة التيار التشغيلي إلى التيار التقييدي تظل بنسبة ثابتة. يعرف هذا النوع من المفاتيح أيضًا باسم مفتاح الفرق المتحيز. السبب هو أن ملف التقييد غالبًا ما يُشار إليه باسم ملف التحيز، حيث يولد مجالًا مغناطيسيًا إضافيًا، مما يؤثر في تشغيل المفتاح.

أنواع مفتاح الفرق النسبي

يمكن تقسيم مفتاح الفرق النسبي بشكل أساسي إلى نوعين، وهما:

• تطبيق مفتاح الفرق النسبي في النظام الثلاثي المحطات.

• مفتاح الفرق المتحيز من النوع الإشعاعي.

يتم استخدام هذه المفاتيح لحماية مكونات كهربائية مختلفة مثل المولدات، المحولات، الخطوط التغذية، خطوط النقل، وغيرها.

1. تطبيق النظام الثلاثي المحطات

يمكن استخدام هذا النوع من مفاتيح الفرق النسبي للأجزاء الكهربائية ذات المحطات الأكثر من اثنين. في التكوين ثلاثي المحطات، يتم ربط كل محطة بملف له نفس عدد الدورات. تعمل العزوم التي يولدها هذه الملفات بشكل مستقل وتجمع حسابياً.

تتغير خاصية الميل النسبي للمفتاح وفقًا لتوزيع التيار بين ملفات التقييد. تم تصميم هذه المفاتيح للعمل بشكل فوري أو بسرعة عالية، مما يسمح بالرد السريع على الظروف غير الطبيعية.

2. مفتاح الفرق المتحيز من النوع الإشعاعي

يتميز مفتاح الفرق المتحيز من النوع الإشعاعي بدقة مثبتة تتحرك داخل الفجوات الهوائية لاثنين من المغناطيس الكهربائية. يتم توصيل حلقة نحاسية بجزء من كل قطب، ولها القدرة على التحرك نحو، داخل، أو بعيدًا عن القطب. تلعب هذه الترتيبات الميكانيكية دورًا حاسمًا في تشغيل المفتاح، مما يسمح له بتحديد الفروقات في الكميات الكهربائية وتفعيل الإجراءات الوقائية عند الحاجة.

تخضع الدقة لعزومين مختلفين: أحدهما من العنصر التشغيلي والآخر من العنصر التقييدي. عندما تكون حلقات التظليل لكلا العنصرين موضعها بنفس الطريقة، يصبح العزم التقييدي المؤثر على الحلقة صفرًا. ومع ذلك، عندما يتم تحريك حلقة التظليل للعنصر التقييدي أعمق في النواة الحديدية، يتجاوز العزم الذي يولده العنصر التقييدي العزم التشغيلي.