كيفية اختيار جهاز الحماية المتكامل المصغر وما هي وظيفته في معدات التحويل ذات الجهد العالي؟
1. اختيار ودور أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
1.1 اختيار أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة
لضمان أن تقوم جهاز الحماية المتكامل المصغر بأداء مهام الحماية بالطريقة الصحيحة والدقيقة، يجب أن يتم الأخذ في الاعتبار بشكل شامل عند التصميم عوامل مثل: الموثوقية، وقت الاستجابة، الصيانة والتشغيل، والأدوار الإضافية.
إدخال الإشارات لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة هو نفسه كما في حماية الأجهزة التقليدية: يتم إدخال إشارات الجهد والتيار من محولات الجهد (PTs) وتلك الخاصة بالتيار (CTs)، ثم تحويلها بواسطة المرسلات إلى الإشارات القياسية المطلوبة من قبل جهاز الحماية، ويتم تصفية هذه الإشارات لإزالة التوافقيات ذات الرتبة المنخفضة والمرتفعة وغيرها من التشويش، ثم تحويلها من إشارات аналоговой إلى إشارات رقمية بواسطة المحول A/D.
يقوم المعالج CPU بإجراء الحسابات على الإدخال الرقمي، ويقارن النتائج مع القيم المحددة مسبقاً، ويقوم بالتقييم، ثم يقرر ما إذا كان سيتم تشغيل الإنذار أو القطع. لاستيفاء متطلبات الموثوقية، يتم معالجة وإخراج إشارات الإدخال للقياس والحماية بواسطة وحدات معالجة مستقلة داخل الجهاز. وهذا يضمن دقة القياس بينما يوفر هامشاً كافياً أثناء الأعطال الشديدة. يتم تحقيق الموثوقية الهندسية العامة إذا لم يتعرض الجهاز للتضخم أو التشبع A/D عندما يصل تيار العطل إلى 20 ضعف القيمة الطبيعية.
1.2 اختيار وقت الاستجابة
عموماً، تكون عملية سير العمل البرمجي لجهاز الحماية كما هو موضح في الشكل أدناه:
يمكن رؤية أنه من خلال الشكل، فإن وقت الاستجابة لجهاز الحماية مرتبط ارتباطاً وثيقاً بالبرمجيات المستخدمة وطريقة حساب الكمية الكهربائية، والتي غالباً ما تكون غير معروفة للمستخدمين.
خلال التصميم والاختيار، يمكننا فقط الحكم على جودة جهاز الحماية بناءً على ثلاثة مؤشرات: دقة الحساب، وقت الاستجابة، والحمل الحسابي. هذه العوامل الثلاثة متناقضة: الدقة الحسابية المنخفضة والحمل الحسابي الصغير يؤديان إلى استجابة أسرع، بينما الدقة الأعلى والحمل الحسابي الأكبر يؤديان إلى استجابة أبطأ. عموماً، بالنسبة للمستخدمين النهائيين للشبكة الكهربائية، يكون تعيين الحمل الحسابي لأكثر من 3 مرات، والدقة الحسابية أعلى من 0.2٪، ووقت الاستجابة الأقصى أقل من 30 ميلي ثانية كافياً لتلبية المتطلبات الهندسية النموذجية لوقت الاستجابة.
1.3 اختيار الوظائف الأخرى
تحتوي أجهزة الحماية المتكاملة على العديد من الدوائر المتكاملة، مما يتطلب خبرة فنية عالية للصيانة. عند الاختيار، يجب إعطاء الأولوية للأجهزة ذات الأجهزة القابلة للتبديل والمعيارية، مما يسمح بحل الأعطال عن طريق استبدال الوحدات، وبالتالي تحسين كفاءة العمل. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون لدى جهاز الحماية وحدة EPROM مدمجة، مما يسمح بتخزين جميع قيم الإعداد رقمياً. يمكن للموظفين في الموقع بعد ذلك استرجاع هذه الإعدادات بسهولة لتشغيل الجهاز دون الحاجة إلى إعادة البرمجة.
لمعالجة نظام المراقبة الآلية للمشروع ككل، يجب أن يكون لجهاز الحماية قدرات اتصال، مما يسمح بتكوين شبكة عبر حافلات البيانات والسماح بنقل المعلومات بعد القطع إلى نظام المراقبة الآلية العلوي.
2. العلاقة بين أجهزة الحماية المتكاملة وأنظمة التحكم الآلية الشاملة للمصنع
بناءً على تكوين وأنظمة الاتصال لنظام التحكم الآلي للمصنع، يتم تقسيم نظام التحكم الآلي لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة عادةً إلى ثلاث طبقات: طبقة المعدات الكهربائية، طبقة المحطة، وغرفة التحكم المركزية.
2.1 طبقة المعدات الكهربائية
تنقسم طبقة المعدات الكهربائية إلى أنواع مختلفة من أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة، مثبتة مباشرة على المعدات الكهربائية. يقوم كل جهاز بمعالجة الإشارات القياسية والحماية والتحكم في الخزان الخاص به. الوظائف المحددة هي كالتالي:
(1) خزان الخط الوارد
وظائف الحماية: التيار الزائد الفوري، التيار الزائد المؤخر.
وظائف القياس: التيار ثلاثي الأطوار، الجهد ثلاثي الأطوار، الطاقة النشطة/الردية، الطاقة النشطة/الردية.
وظائف المراقبة: موقع الفتح والإغلاق للقاطع الكهربائي.
وظائف التحكم: الفتح والإغلاق اليدوي (على الخزان)، الفتح والإغلاق عن بعد.
وظائف الإنذار: القطع بسبب الحادث، الإشارات التحذيرية، حالة الفتح والإغلاق، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
(2) خزان المحول
وظائف الحماية: التيار الزائد الفوري، التيار الزائد المؤخر، التحميل الزائد المعكوس الوقت، العطل الأرضي الأحادي، القطع بسبب الغاز الثقيل.
وظائف القياس والمراقبة والتحكم: نفسها كما في خزان الخط الوارد.
وظائف الإنذار: القطع بسبب الحادث، الغاز الخفيف، إنذار درجة الحرارة، الإشارات التحذيرية، حالة الفتح والإغلاق، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
(3) خزان الشبكة
وظائف الحماية والمراقبة والتحكم: نفسها كما في خزان الخط الوارد.
وظائف الإنذار: القطع بسبب الحادث، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
(4) خزان المحرك
وظائف الحماية: التيار الزائد الفوري، التيار الزائد المؤخر، التحميل الزائد، العطل الأرضي الأحادي، انخفاض الجهد، الارتفاع الحراري.
وظائف القياس: التيار ثلاثي الأطوار، الجهد ثلاثي الأطوار، الطاقة النشطة/الردية، الطاقة النشطة/الردية.
وظائف المراقبة: موقع الفتح والإغلاق للقاطع الكهربائي.
وظائف التحكم: الفتح والإغلاق اليدوي (على الخزان)، الفتح والإغلاق عن بعد.
وظائف الإنذار: القطع بسبب الحادث، الإشارات التحذيرية، حالة الفتح والإغلاق، عطل الجهاز، تسجيل العطل، إلخ.
بعد جمع البيانات في المعدات الكهربائية الخاصة بها، تقوم أجهزة الحماية بإرسال البيانات عبر الحافلة إلى الكمبيوتر المراقب في طبقة المحطة. هذا النظام يقلل بشكل كبير من أسلاك التحكم، ويقصر وقت التشغيل في الموقع، ويحسن كفاءة العمل.
2.2 طبقة المحطة
يحتاج العديد من الإشارات من المحطة إلى الإرسال إلى غرفة التحكم المركزية عبر إيثرنت الصناعة للمصنع، ويجب استقبال الأوامر من غرفة التحكم المركزية وإرسالها إلى أجهزة الحماية. تتكون طبقة المحطة عادةً من أجهزة الكمبيوتر الصناعية، الطابعات، والشاشات. وظائفها الرئيسية تشمل تكوين وإدارة أجهزة حماية المعدات الكهربائية، مراقبة تشغيل النظام، إنشاء وإدارة قاعدة بيانات المحطة، والاتصال مع غرفة التحكم المركزية.
بسبب السرية التي يحافظ عليها المصنعين حول البرمجيات وطرق حساب الكميات الكهربائية لأجهزة الحماية الخاصة بهم، يجب على طبقة المحطة التعامل أيضًا مع تحويل بروتوكولات الاتصال لتسهيل إرسال واستقبال الإشارات بين غرفة التحكم المركزية وأجهزة الحماية.
2.3 الشبكة الاتصالية
يمكن استخدام الشبكة الاتصالية بين المعدات الكهربائية والمحطة باستخدام شبكة الحافلة MODbus، والتي تدعم حتى 64 محطة فرعية. يتم استخدام العزل الضوئي بين الشبكة الاتصالية والأجهزة لمنع التداخل الخارجي. يتم استخدام إيثرنت الصناعة بمادة الألياف الضوئية للاتصال بين المحطة وغرفة التحكم المركزية، بمعدل اتصال أكبر من 1 ميجابت في الثانية.
2.4 البرامج
يمكن استخدام برنامج النظام على منصات رئيسية ذات هياكل قياسية دولية، مثل Windows NT. يجب أن تشمل الوحدات البرمجية: البرنامج الرئيسي، برامج الرسومات، برامج إدارة قاعدة البيانات، برامج إنشاء التقارير، وبرامج الاتصال.
عند اختيار البرامج، يجب أن يكون البرنامج الرئيسي ذو درجة عالية من التجزئة. التجزئة العالية تسمح للعاملين في الموقع باستدعاء البرامج بناءً على ظروف الموقع دون الحاجة إلى برمجة إضافية، مما يقلل بشكل كبير من العبء العملي والصيانة للعاملين في التشغيل والصيانة وتحسين كفاءة العمل.
3. اعتبارات أخرى
بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة القضايا التالية عند اختيار الأجهزة لأجهزة الحماية المتكاملة المصغرة:
استخدام صندوق محكم ومقوى مقاوم للاهتزازات القوية والتداخل، بحجم تركيب مضغوط، مناسب للبيئات القاسية والتركيب على اللوحة.
استخدام هيكل ثنائي المعالج الصناعي، حيث يحتوي كل جهاز على معالج رئيسي ومعالج اتصال. يعمل المعالجان بطريقة التفتيش المتبادل لتحسين وقت الاستجابة والدقة، ومنع التشغيل الخاطئ أو عدم التشغيل، وتعزيز الاستقرار والموثوقية.
تعويض درجة الحرارة الكاملة يسمح للجهاز بالعمل لفترات طويلة في بيئات تتراوح من -20 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية.
يتم معالجة الإشارات القياسية والحماية بشكل منفصل داخل الجهاز، مما يحقق متطلبات الدقة ومدى الحماية والموثوقية.
استخدام دارة مخصصة لأخذ العينات بتردد دقيق تتبع تردد الشبكة بدقة، مما يجعل حساب الكميات الكهربائية أكثر دقة.
استخدام العزل الضوئي لإدخال وإخراج البيانات الرقمية، وكابلات مغلفة لأسلاك داخل الخزان، مما يمنع التداخل الخارجي ويحسن قدرة الجهاز على مقاومة التداخل.
استخدام شاشة LCD كبيرة ولوحة مفاتيح ناعمة لعرض الأرقام بشكل أوضح وسهولة التشغيل.
بعد التشغيل والتشغيل، يتم تخزين قيم الإعداد المختلفة للحماية بشكل رقمي في EPROM، مما يسمح باسترجاعها على الفور بعد التشغيل أو إصلاح دائرة العطل.
مزود بدارة تشغيل كاملة للقاطع الكهربائي، مناسبة لتحكم أنواع مختلفة من القواطع الكهربائية، مما يسهل تحديث المحطة.
يتميز بقدرات تحليل حادث شاملة، بما في ذلك سجلات أحداث عمل الحماية، سجلات الإشارات الكهربائية فوق الحد، وتسجيل العطل.
4. دور أجهزة الحماية المتكاملة المصغرة في المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي
أجهزة الحماية المصغرة توفر حماية ضد الحالات غير الطبيعية في الدوائر. أدوارها في المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي تشمل:
توفر أجهزة الحماية المصغرة قدرات قوية في معالجة البيانات والحسابات المنطقية وتخزين المعلومات، مع هياكل داخلية متقدمة. توفر وظائف حماية كاملة تساوي حماية الأجهزة التقليدية. عن طريق استقبال الإشارات من مكونات القياس مثل محولات الجهد والتيار، يمكن للجهاز مراقبة وتحكم وحماية حالة الدائرة—مثل حماية القصر، حماية التحميل الزائد، وحماية العطل الأرضي الأحادي.
بدون أجهزة الحماية، تستخدم المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي الملفات الكهربائية لتحقيق هذه الوظائف الحماية. توفر الحماية المصغرة الحديثة وظائف محسنة، مثل التحكم عن بعد السهل، والاتصال بأنظمة المستوى العلوي لإرسال بيانات الجهد والقوة والطاقة، وضبط إعدادات الحماية بشكل مريح.
