أساسيات حماية الريلاي: أنواع أعطال خطوط النقل والخطط الأساسية للحماية
1. أنواع الأعطال على خطوط الكهرباء
أعطال بين المراحل:
قصيرة الدائرة ثلاثية المرحلة
قصيرة الدائرة ثنائية المرحلة
أعطال الأرض:
عطل أحادي المرحلة للأرض
عطل ثنائي المرحلة للأرض
عطل ثلاثي المرحلة للأرض
2. تعريف أجهزة الحماية بالملحقات
عند حدوث استثناء أو عطل في أحد مكونات نظام الطاقة، فإن أجهزة الحماية بالملحقات هي تلك التي يمكنها عزل الجزء المعطوب أو غير الطبيعي من النظام بسرعة وانتقائية، مما يضمن استمرار التشغيل الطبيعي للمعدات السليمة المتبقية.
مثل: حماية الفائض الجاري، حماية المسافة، حماية التسلسل الصفر، وحماية التردد العالي.
الحماية الرئيسية: حماية تلبي المتطلبات الأساسية لاستقرار النظام وأمان المعدات أثناء عطل قصيرة الدائرة. تعمل أولاً لفصل المحول الكهربائي وتقوم بإزالة الأعطال بشكل انتقائي على المعدات المحمية أو الخط بأكمله.
الحماية الاحتياطية: حماية تقوم بإزالة العطل إذا فشلت الحماية الرئيسية أو المحول الكهربائي في العمل.
الحماية المساعدة: حماية بسيطة تضاف لتغطية القيود في الحماية الرئيسية والاحتياطية.
3. دور الحماية بالملحقات في خطوط النقل
خلال التشغيل، قد تتعرض خطوط النقل لأعطال بسبب الرياح القوية، الثلج والأمطار، الصواعق، الأضرار الخارجية، فشل العزل، أو الانفصال بسبب التلوث. في هذه الحالات، يمكن لأجهزة الحماية بالملحقات أن تعمل بسرعة وانتقائية، فتح مفتاح الخط (المحول الكهربائي).
إذا كان العطل مؤقتًا، يتم إعادة إغلاق المفتاح بنجاح بعد اختفاء العطل، مما يعيد تزويد الطاقة بأمان. إذا كان العطل دائمًا، يفشل إعادة الإغلاق ويتم عزل الخط المعطوب بسرعة، مما يضمن تزويد الطاقة المستمرة للخطوط السليمة.
4. أجهزة حماية الفائض الجاري
صممت أجهزة حماية الفائض الجاري بناءً على زيادة كبيرة في التيار أثناء عطل الخط. عندما يصل تيار العطل إلى قيمة الضبط (تيار التشغيل)، تبدأ الجهاز في العمل. بمجرد الوصول إلى وقت التأخير المحدد، يتم فصل محول الخط.
أنواع شائعة تشمل:
حماية الفائض الجاري الفورية: بسيطة وموثوقة وسريعة التأثير، ولكنها تحمي جزءًا فقط (عادة 80-85٪) من نفس الخط.
حماية الفائض الجاري ذات التأخير الزمني: تعمل بتأخير زمني قصير، تحمي طول الخط كاملاً وتتناسق مع الحماية الفورية للخط التالي.
حماية الفائض الجاري: محددة لتجنب التيار الأقصى للحمل. تحمي طول الخط كاملاً وطول الخط التالي كاملاً، وتخدم كحماية احتياطية.
حماية الفائض الجاري الاتجاهية: تضيف عنصر اتجاه الطاقة إلى حماية الفائض الجاري. تعمل فقط عندما يتدفق تيار العطل من الباص إلى الخط، مما يمنع التشغيل الخاطئ خلال الأعطال العكسية.
5. أجهزة حماية المسافة
تستجيب حماية المسافة لمقاومة (أو المسافة) بين نقطة العطل ونقطة تركيب الحماية. لديها خصائص اتجاهية ممتازة وتستخدم على نطاق واسع في الشبكات الحلقة ذات الجهد العالي. غالبًا ما يستخدم حماية المسافة ثلاثية المراحل:
المنطقة الأولى: عمل فوري، تحمي 80٪-85٪ من طول الخط.
المنطقة الثانية: تحمي طول الخط كاملاً وتمتد إلى جزء من الخط التالي (عادة المنطقة الأولى للخط المجاور).
المنطقة الثالثة: تحمي طول هذا الخط والخط التالي كاملاً، وتخدم كحماية احتياطية للمناطق الأولى والثانية.
6. أجهزة حماية التسلسل الصفر
في الأنظمة ذات الوسط المحايد المتصل مباشرة (المعروف أيضًا بأنظمة التيار العالي للأعطال الأرضية)، ينتج عطل أحادي المرحلة للأرض تيار صفر كبير. تسمى الأجهزة التي تستخدم هذا التيار بأجهزة حماية التسلسل الصفر. غالبًا ما يستخدم تكوين ثلاثي المراحل:
المرحلة الأولى: حماية التسلسل الصفر الفورية، تغطي 70٪-80٪ من طول الخط.
المرحلة الثانية: حماية التسلسل الصفر ذات التأخير الزمني، تغطي طول الخط كاملاً وجزء من الخط التالي.
المرحلة الثالثة: حماية التسلسل الصفر الفائض، تغطي طول الخط كاملاً وتخدم كحماية احتياطية للخط التالي.
7. أجهزة حماية التردد العالي
تحول حماية التردد العالي زاوية الطور (أو اتجاه الطاقة) للتيار عند كل من طرفي الخط إلى إشارات تردد عالية، والتي يتم نقلها عبر قناة تردد عالية إلى الطرف الآخر. يقوم النظام بمقارنة زاوية الطور أو اتجاه الطاقة عند كلا الطرفين.
هذه الحماية تستجيب فقط للأعطال داخل القسم المحمي من الخط ولا تتطلب التنسيق مع الخطوط التالية. تعمل بدون تأخير زمني، مما يسمح بإزالة أي عطل على طول الخط المحمي بسرعة.
بناءً على مبادئ التشغيل، تنقسم حماية التردد العالي إلى:
نوع الحظر (مقارنة الاتجاه): مقارنة اتجاه الطاقة عند كلا الطرفين.
نوع مقارنة الطور: مقارنة زوايا الطور للتيار عند كلا الطرفين.
8. أجهزة إعادة الإغلاق التلقائي
هو جهاز يقوم بإعادة إغلاق المحول الكهربائي تلقائيًا بعد فصله.
وظيفة:
للأعطال المؤقتة، بعد اختفاء العطل، يقوم الجهاز بإعادة إغلاق المحول بسرعة، مما يعيد تزويد الطاقة بشكل طبيعي.
للأعطال الدائمة، يفشل إعادة الإغلاق، يتوقف المحول مرة أخرى، ويتم عزل الخط المعطوب، مما يضمن استمرار تزويد الطاقة للخطوط السليمة.
9. جهاز تسجيل أعطال الخط
جهاز يقوم بتسجيل التشكيلات الكهربائية للتيار والجهد قبل وأثناء عطل الخط، بالإضافة إلى توقيت وضع عمل المحول الكهربائي.
عن طريق تحليل التشكيلات المسجلة، يمكن تحديد نوع العطل بدقة، وحساب موقع العطل التقريبي. هذا يوفر بيانات مهمة لتحليل العطل وإصلاح المشكلات واستعادة تزويد الطاقة بشكل طبيعي.
