دليل إعادة التوصيل: كيف يعمل ولماذا تستخدمه شركات الطاقة

1. ما هو إعادة التوصيل؟
إعادة التوصيل هي مفتاح كهربائي عالي الجهد آلي. مشابهة للمقاطع الكهربائية في الأنظمة الكهربائية المنزلية، تقوم بقطع التيار عند حدوث عطل مثل قصر الدائرة. ومع ذلك، على عكس المقاطع الكهربائية المنزلية التي تتطلب إعادة ضبط يدويًا، يقوم إعادة التوصيل بمراقبة الخط تلقائيًا ويحدد ما إذا كان العطل قد تم إزالته. إذا كان العطل مؤقتًا، سيتم إعادة توصيل إعادة التوصيل وتعيد تشغيل الطاقة تلقائيًا.

تستخدم أجهزة إعادة التوصيل بشكل واسع في أنظمة التوزيع - من المحطات الفرعية إلى الأعمدة الكهربائية في المناطق السكنية. تأتي بأحجام مختلفة، بما في ذلك أجهزة إعادة التوصيل أحادية الطور الصغيرة لخطوط أحادية الطور وأجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الطور الأكبر للمحطات الفرعية والخطوط ذات الجهد العالي تصل إلى 38 كيلوفولت.

يتم تحكم في تصميم وإداء أجهزة إعادة التوصيل بالمعايير الدولية مثل ANSI/IEEE C37.60 و IEC 62271-111.

2. لماذا استخدام أجهزة إعادة التوصيل؟

تعتبر أجهزة إعادة التوصيل التلقائية من قبل شركات الكهرباء حول العالم كأجهزة أساسية لتحقيق هدفها الرئيسي: توفير تزويد مستمر وموثوق به للطاقة للعملاء بطريقة بسيطة واقتصادية.

يمكن لأجهزة إعادة التوصيل اكتشاف وقطع التيار العاطل، ثم استعادة الطاقة تلقائيًا بعد زوال العطل المؤقت. بشكل أساسي، يعد جهاز إعادة التوصيل جهازًا ذكيًا مستقلًا قادرًا على اكتشاف زيادة التيار والتاخير في قطع التيار العاطل وإعادة التوصيل لإعادة تنشيط الخط.

إذا كان العطل دائمًا، سيتم حظر إعادة التوصيل بعد عدد محدد من العمليات - عادةً ثلاثة إلى أربعة محاولات - مما يؤدي إلى عزل الجزء المعيب عن باقي النظام. هذه القدرة توفر لشركات الكهرباء وقتًا كبيرًا وتقليل التكاليف التشغيلية، حيث يتم استعادة الطاقة غالبًا بعد واحد أو اثنين من الوهجات القصيرة للجهد دون الحاجة لأي تدخل في الميدان.

في الحالات التي يكون فيها إرسال فرق العمل لا مفر منه، تساعد أجهزة إعادة التوصيل في تقليل نطاق الانقطاع وتساعد فرق الصيانة في تحديد موقع العطل واستعادة الخدمة بسرعة. يستفيد العملاء السكنيون والتجاريون والصناعيون والمؤسساتيون جميعًا من تقليل الاضطرابات والتكاليف المرتبطة بها. بدون هذا المستوى العالي من موثوقية التزويد، ستواجه العديد من الأحمال الحديثة الحرجة - مثل الحواسيب ومضخات المياه وخطوط الإنتاج الآلية - صعوبة في العمل بشكل موثوق.

3. كيف تعمل أجهزة إعادة التوصيل؟

عند حدوث عطل في الخط، يقوم جهاز إعادة التوصيل باكتشافه وقطع الطاقة تلقائيًا. وبعد فترة قصيرة جدًا - غالباً ما تكون قصيرة للغاية بحيث تسبب فقط وهجًا خفيفًا للضوء - يقوم جهاز إعادة التوصيل بمحاولة إعادة التوصيل واستعادة الطاقة. إذا استمر العطل، سيقوم بقطع الطاقة مرة أخرى.

بعد محاولات غير ناجحة عادةً ثلاثة محاولات، يعتبر جهاز إعادة التوصيل العطل دائمًا ويظل مفتوحًا (محظورًا). في هذه المرحلة، يجب على فرق العمل زيارة الموقع لإصلاح البنية التحتية التالفة وإعادة ضبط جهاز إعادة التوصيل يدويًا لاستعادة الطاقة.

تشمل الأعطال الدائمة النموذجية:

• أضرار الصواعق للأوصلات أو المعدات

• سقوط أغصان الأشجار على الخطوط وتلفها

• اصطدام المركبات بالأعمدة أو المعدات

4. ما هي الأعطال المؤقتة؟

معظم الأعطال في خطوط التوزيع الجوية هي مؤقتة. تشمل الأمثلة الضربات الصادمة للرعد، والأوصلات المتحركة بسبب الرياح، أو الاتصال اللحظي بسبب الطيور أو الحيوانات الصغيرة. هذه الأعطال تزول عادةً بمجرد قطع الطاقة ولا تسبب أي ضرر دائم للخط.

أنواع شائعة من الأعطال المؤقتة:

• التلاطم بين الأوصلات بسبب الرياح

• التفريغ عبر سطوح العوازل بسبب زيادة الجهد الناتجة عن الصواعق

• الاتصال اللحظي بين الأوصلات الحية والأجزاء الأرضية بواسطة الطيور والحشرات أو الحيوانات الأخرى

• التلامس اللحظي لفروع الأشجار مع الخطوط المشحونة

• التصاعديات الناتجة عن التبديل والتي تسبب تفريغ العوازل

تظهر البيانات التشغيلية طويلة الأمد والخبرة الميدانية أهمية دالة "قطع وإعادة التوصيل". إذا تم قطع التيار لفترة قصيرة، غالبًا ما يختفي مصدر العطل مما يجعل إعادة التوصيل بنجاح محتملة للغاية. وبالتالي، تقريبًا تلغي أجهزة إعادة التوصيل التلقائية الانقطاعات الطويلة الناتجة عن الأعطال المؤقتة أو زيادة التيار الزائد في أنظمة التوزيع.

5. أنواع أجهزة إعادة التوصيل

5.1 أجهزة إعادة التوصيل أحادية الطور

تُستخدم أجهزة إعادة التوصيل أحادية الطور لحماية الدوائر أحادية الطور، مثل الخطوط الفرعية أو التفرعات من خط تغذية ثلاثي الطور. يمكن أيضًا نشرها على الدوائر ثلاثية الطور حيث يكون معظم الحمل أحادي الطور.

في حالة حدوث عطل دائم بين الطور والأرض، يتم حظر الطور المتضرر فقط، بينما يستمر الثلثان الآخران من النظام في تزويد الطاقة - مما يعزز استمرارية الخدمة بشكل عام.

بسبب وزنها الأخف مقارنة بأجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الطور الكبيرة، يتم تركيب الوحدات أحادية الطور عادةً مباشرة على الأعمدة الكهربائية أو الهياكل الفولاذية للمحطات الفرعية باستخدام أقواس التثبيت المدمجة، مما يلغي الحاجة إلى أطر دعم إضافية.

取决于设计，单相重合器可能配备液压控制（集成在重合器的油箱内）或电子控制（安装在单独的控制柜中）。

值得注意的是，现在单相重合器也以断路器形式提供，代表了主次组件之间的高度集成。这些可以直接安装在标准熔断器切断底座上，通常用于分支电路保护，其典型额定电流可达200 A。

一个典型的制造商是S&C Electric Company（美国），其TripSaver® II产品就是这种类型的例子，如下所示：

5.2 ثلاثي الأطوار إعادة توصيل

تستخدم أجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الأطوار في خطوط التوزيع ثلاثية الأطوار لتعزيز موثوقية النظام. في حالة حدوث أي عطل دائم، يتم قفل الثلاثة أطوار في الوقت نفسه، مما يمنع خطر التشغيل بأطوار واحدة للأحمال ثلاثية الأطوار الحرجة - مثل المحركات الكهربائية الكبيرة ثلاثية الأطوار - والتي قد تتعرض للتلف بسبب عدم توازن أو عدم اكتمال إمداد الجهد.

اختيار جهاز إعادة التوصيل ثلاثي الأطوار يعتمد على المواصفات الكهربائية المطلوبة، ووسائط القطع والعزل (مثل الزيت، الفراغ، أو الغازات الصديقة للبيئة)، واختيار بين التحكم الهيدروليكي (المدمج داخل الوحدة) أو التحكم الإلكتروني (المثبت في خزانة تحكم منفصلة).

5.3 طريقة التشغيل: القفزة الثلاثية والأقفال الثلاثية

هذه هي الطريقة القياسية للتشغيل لأجهزة إعادة التوصيل الأكبر. بغض النظر عن نوع العطل سواء كان عطلًا أحادي الطور إلى الأرض، أو عطلًا بين الأطوار، أو عطلًا ثلاثي الأطوار، فإن جميع الأعمدة الثلاثة تقفز في كل عملية تشغيل. يتم ربط القفز وإعادة التوصيل لكل الأطوار الثلاثة بشكل ميكانيكي ويتم تشغيلها بواسطة آلية تشغيل واحدة، مما يضمن الأداء المتزامن.

تدعم أجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الأطوار أنواعًا مختلفة من التثبيت، بما في ذلك:

• إطارات مثبتة على الأعمدة (للاستخدام في الخطوط الجوية)

• إطارات مثبتة في محطة التحويل (للاستخدام في محطات التحويل أو التطبيقات المثبتة على قاعدة)

5.4 أجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الأطوار ذاتية الاستقلالية

أجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الأطوار ذاتية الاستقلالية هي متحكم بها إلكترونيًا وتقدم ثلاثة أوضاع تشغيل:

• قفزة ثلاثية وأقفال ثلاثية
  جميع الأطوار الثلاثة تقفز في الوقت نفسه بسبب زيادة التيار، وتقوم بإعادة التوصيل في نفس التسلسل.

• قفزة أحادية وأقفال ثلاثية
  كل طور يقوم بشكل مستقل بالقفزة عند زيادة التيار وإعادة التوصيل. إذا دخل أي طور واحد في تسلسل القفل بسبب عطل دائم، أو إذا تم إصدار أمر "قفل" محليًا أو عن بعد، فإن الأطوار الأخرى ستقفز وتدخل في القفل، مما يمنع التشغيل المستمر بأطوار واحدة للأحمال ثلاثية الأطوار.

• قفزة أحادية وأقفال أحادية
  كل طور يقوم بالقفزة والقفل بشكل مستقل، دون التأثير على الأطوار الأخرى. هذا الوضع يستخدم بشكل أساسي للأحمال السكنية، أو في الحالات التي تكون فيها الأحمال ثلاثية الأطوار محمية ضد التشغيل بأطوار واحدة بواسطة وسائل أخرى.

يمكن تركيب أجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الأطوار ذاتية الاستقلالية على الأعمدة باستخدام إطار مثبت على العمود، أو تركيبها على إطارات محطة التحويل أو مباشرة على هياكل الفولاذ في محطة التحويل.

6. أنواع التحكم في أجهزة إعادة التوصيل

"الذكاء" الذي يسمح لأجهزة إعادة التوصيل بتحديد زيادة التيار، واختيار خصائص الوقت-التيار، وإجراء عمليات القفز وإعادة التوصيل، وأخيراً القفل يأتي من نظام التحكم الخاص بها. هناك نوعان رئيسيان من التحكم: التحكم الهيدروليكي المتكامل والتحكم الإلكتروني الموجود في خزانة تحكم منفصلة.

التحكم الهيدروليكي

يُستخدم التحكم الهيدروليكي على نطاق واسع في معظم أجهزة إعادة التوصيل أحادية الطور وبعض أجهزة إعادة التوصيل ثلاثية الأطوار. وهو موجود كجزء متكامل من جهاز إعادة التوصيل نفسه. في هذا النوع من التحكم، يتم اكتشاف زيادة التيار بواسطة ملف قفزة متصل بالخط بشكل متسلسل. عندما يتدفق زيادة التيار عبر ملف القفزة، يسحب الملف مكبسًا، مما يؤدي إلى فتح نقاط جهاز إعادة التوصيل.

يتم تحقيق التوقيت والعمليات المتسلسلة عن طريق مرور الزيت الهيدروليكي عبر غرف هيدروليكية مختلفة أو فتحات. في أجهزة إعادة التوصيل الأصغر، يتم توفير الطاقة اللازمة لإعادة التوصيل بواسطة ربيع، يتم شحنها بواسطة المكبس المتصل بالملف المتسلسل خلال عملية حماية زيادة التيار. في أجهزة إعادة التوصيل الأكبر، يتم إجراء الإغلاق بواسطة ملف قفزة منفصل يعمل بواسطة الجهد من جانب مصدر جهاز إعادة التوصيل.

7. التحكم المعتمد على المعالج الدقيق أو الإلكتروني

أنظمة التحكم في أجهزة إعادة التوصيل المعتمدة على المعالج الدقيق أو الإلكترونية عادة ما يتم تركيبها في خزانات تحكم منفصلة، مما يسمح بتعديل معلمات التشغيل في أي وقت. يمكن دمجها مع مجموعة متنوعة من الملحقات لتخصيص الوظائف الأساسية لتلبية مجموعة واسعة من متطلبات التطبيق. مقارنة بالتحكم الهيدروليكي، توفر هذه الطرق التحكم بالمزيد من المرونة، والبرمجة والتهيئة المخصصة الأسهل، وقدرات الحماية والقياس والإدارة المتقدمة.

يتم عادة استخدام التحكم القائم على الميكروبروسيسور مع برامج الواجهة القائمة على الكمبيوتر لتكوين إعدادات التحكم وتسجيل بيانات القياس وتعيين معلمات الاتصال. كما يوفر نظام التحكم العديد من الأدوات التحليلية، بما في ذلك تحديد الأعطال وتسجيل الأحداث ووظائف الرسم البياني للموجات. وقد تم تطبيق التحكم الإلكتروني بشكل واسع على معظم أجهزة إعادة الإغلاق ثلاثية الأطوار منذ منتصف الثمانينيات، وما زالت العديد من هذه الوحدات تعمل بشكل موثوق حتى اليوم.

8. وسائط قطع أجهزة إعادة الإغلاق

8.1 مقاطع الزيت
تعتمد أجهزة إعادة الإغلاق التي تستخدم الزيت لقطع التيار على نفس الزيت كوسيلة عزل رئيسية. بعض أجهزة إعادة الإغلاق ذات التحكم الهيدروليكي تستخدم أيضًا هذا الزيت نفسه لأداء وظائف التوقيت والعد.

8.2 مقاطع الفراغ
تمكن مقاطع الفراغ من قطع القوس الكهربائي بسرعة وبطاقة منخفضة وتقدم مزايا مثل عمر طويل للاتصالات والمقطعين، وضغط ميكانيكي منخفض، وأمان تشغيلي عالٍ. بما أن القوس ينطفئ في فراغ، فإن عمر الاتصال والمقطع يتجاوز بكثير عمر وسائل القطع الأخرى. اعتمادًا على النموذج، قد يكون العازل لمحول الفراغ هو الزيت أو الهواء أو الإيبوكسي.