محدد التيار فائق السرعة (FCL): حل ثوري يتميز بقطع على مستوى الميلي ثانية وفوائد اقتصادية

نظرة عامة: إعادة تعريف السرعة والاقتصادية في حماية القصر الكهربائي

تركز هذه الحل على جهاز قاصر كهربائي فائق السرعة محدود التيار، مصمم لمعالجة التحدي المتزايد للتيار الزائد للقصر الكهربائي بشكل جوهري وضمان سلامة شبكات الطاقة والمعدات.

1.1 الميزات الأساسية

سرعة انقطاع فائقة: يكتشف الأعطال ويحد من التيار خلال مللي ثانية واحدة، مما يمنع تدفق تيار القصر الكهربائي قبل أن يصل إلى ذروته المحتملة.
قدرة عالية على الانقطاع:

مناسب لأنظمة 12kV/17.5kV: القدرة القصوى على الانقطاع تبلغ 210kA (RMS).
مناسب لأنظمة 24kV/36kV/40.5kV: القدرة القصوى على الانقطاع تبلغ 140kA (RMS).

1.2 المزايا الأساسية

الكفاءة الاقتصادية: يعمل بالتوازي مع مفاعلات الحد من التيار لتوفير حل الحد الأكثر كفاءة من حيث التكلفة. يتجنب الحاجة لاستبدال لوحة التبديل بأكملها أو المحولات بسبب زيادة تيار القصر الكهربائي، مما يقلل بشكل كبير من الاستثمار في محطات التحويل الجديدة أو المحدثة.
توافق واسع النطاق: مثالي لربط أجهزة التوزيع والمحطات الفرعية؛ في العديد من السيناريوهات (مثل التشغيل الموازي للمحولات المتعددة)، هو الحل الفني الوحيد الممكن.
موثوقية استثنائية:

أكثر من 60 عامًا من الخبرة العالمية في التشغيل (تم اختراعه عام 1955)، تم التحقق منه في الآلاف من المشاريع حول العالم.
تظهر الإحصاءات من حوالي 4000 وحدة أن معدل التشغيل يبلغ مرة واحدة كل أربع سنوات، مما يدل على أداء مستقر وموثوق.

أسئلة وأجوبة تقنية رئيسية

رقم.	السؤال الرئيسي	الإجابة الرئيسية
1	ما هو تيار القصر الكهربائي الأقصى؟	القيمة الفورية القصوى خلال الدورة الأولى بعد حدوث عطل قصر كهربائي، نتيجة الجمع بين المكونات الدورية وغير الدورية. ينتج عنه قوى كهرومغناطيسية هائلة (اختبار الاستقرار الديناميكي) وحرارة (اختبار الاستقرار الحراري).
2	لماذا يجب حصر تيار القصر الكهربائي الأقصى؟	تيارات القصر الكهربائي الأقصى التي تتجاوز معلمات تحمل المعدات المعتمدة يمكن أن تضر بمفاتيح التوزيع وقواطع الدائرة ومتحولات التيار وأطراف الكابلات عن طريق القوى الكهرومغناطيسية القوية.
3	كيف يمكن التكيف مع التشغيل الموازي للمحولات المتعددة؟	بالنسبة لأجهزة التوزيع ذات القدرة على تحمل 2Ik، في نظام بمحولات أربعة (4Ik) تعمل بالموازاة، يمكن تحقيق التوافق الكامل بتثبيت محددات التيار السريعة بين المقاطع (مثل بين المقاطع 1-2 و 3-4).
4	ما هي معايير التشغيل؟ كيف يمكن تجنب التشغيل الخاطئ؟	وحدة التحكم تقوم برصد التيار الفوري (I) ومعدل زيادة التيار (di/dt) في الوقت نفسه. يتم تشغيل الجهاز فقط عندما يتجاوز كلاهما العتبات المحددة. هذا المعيار الثنائي يضمن أن يتم قطع تيارات القصر الكهربائي الخطيرة فقط، بينما يتم التعامل مع الأعطال العامة بواسطة قواطع الدائرة التالية.
5	كيف يتم الصيانة بعد التشغيل؟	المكون الرئيسي للتشغيل (الجسر الموصل) يتم تصميمه بطريقة مودولية ويمكن إرساله لإصلاحه. يتم استبدال النواة الموصلة الداخلية والملء اللامغنطي وال保险丝需要更换；其他部件可重复使用，确保非常低的维护成本。

الوظائف الأساسية والقيمة

3.1 الوظيفة الأساسية

يكتشف ويحد من الأعطال خلال مرحلة الارتفاع الأولية لتيار القصر الكهربائي (خلال مللي ثانية واحدة)، مما يمنع تلف معدات الطاقة بسبب عدم كفاية الاستقرار الديناميكي والحراري. يعوض بشكل مثالي عن القيود المتأصلة في قواطع الدائرة التقليدية - "بطئ في العمل وعدم القدرة على كبح ذروة التيار في نصف الموجة الأولي."

3.2 المزايا المقارنة

موضوع المقارنة	تفاصيل المزايا
قواطع الدائرة التقليدية	تحتاج قواطع الدائرة إلى عشرات المللي ثانية لقطع التيار، ولا يمكنها تجنب تأثير ذروة التيار الأولى. هذا المحدد يستجيب خلال مللي ثانية واحدة، مما يحد من التيار الفعلي لقصر الكهربائي إلى مستوى أقل.
مفاعلات الحد من التيار	تجنب الهبوط الجهد والخسائر النشطة (خسائر النحاس) وخسائر غير النشطة المرتبطة بالمفاعلات في التشغيل المستمر. كما يتجنب الحاجة للتعامل مع مشاكل تنظيم المولدات الناتجة عن دمج المفاعلات.

3.3 السيناريوهات المناسبة

محطات توليد الكهرباء
محطات التحويل الكهربائية الكبيرة في الشبكات الصناعية
الدوائر/السيناريوهات الرئيسية: دوائر التغذية للمحولات/المولدات، المقاطع الرابطة للأعمدة، تطبيقات تجاوز المفاعلات، ونقاط الربط بين الشبكات والمصادر الخاصة.

الهيكل والتصميم

4.1 التركيب العام

يتكون محدد التيار السريع لنظام التيار الثلاثي من:

3 قواعد للجسور الموصلة
3 جسور موصلة
3 محوّلات تيار مطابقة
وحدة تحكم واحدة

4.2 تفاصيل المكونات الرئيسية

اسم المكون	التكوين / الخصائص	المعلمات الرئيسية / القواعد
قاعدة الجسر الموصل	تشمل لوحة التثبيت والعوازل والمُحوّل النبضي والتوصيلات ذات القطع السريعة	- التيار المقنن ≥2500A والجهد 12/17.5kV: روابط مثبتة. - المُحوّل النبضي: ≤17.5kV (مثبت فقط في الأسفل)؛ ≥24kV (مثبت في الأعلى والأسفل للعزل الموثوق به).
الجسر الموصل	النواة الموصلة والملء اللامغنطي مغلفان بغلاف عازل	عند التشغيل، يتم تشغيل الملء اللامغنطي، مما يؤدي إلى انفصال النواة الموصلة بسرعة عند القطع المسبق؛ ثم ينتقل التيار إلى المصهر الموازي.
مُحوّل التيار المطابق	نوع الأنبوب أو الكتلة، متصل في سلسلة في الدائرة الرئيسية	يتميز بنواة ذات فجوة (عامل تيار زائد عال، ذاكرة مغناطيسية منخفضة) ولفائف أولية وثانوية محمية (مقاومة منخفضة) لضمان دقة وسرعة القياس.
وحدة التحكم	تشمل مصدر الطاقة والتحكم والإشارة ووحدات مقاومة التداخل	- الأبعاد: 600mm (عرض) × 1450mm (ارتفاع) × 300mm (عمق)؛ الوزن: 100kg. - وحدة الإشارة: 5 مفتاح رايات (إشارة قطع ثلاثية + مراقبة جاهزية + مراقبة مصدر الطاقة).

مبدأ العمل: تحقيق الحد من التيار في مللي ثانية واحدة

5.1 التركيب الأساسي

يعد الجهاز أساسًا تركيبًا متوازيًا ذكيًا لمكونين:

"المفتاح السريع للغاية (الجسر الموصل)": يحمل التيار المقنن أثناء التشغيل الطبيعي ويفتح فورًا أثناء الأعطال.
"المصهر ذو القدرة العالية على القطع": يقطع التيار العالي بعد فتح المفتاح.

5.2 تسلسل التشغيل

الكشف: تقوم محوّلات التيار المطابقة (CTs) بجمع إشارات التيار باستمرار؛ تقوم وحدة التحكم بحساب التيار الفوري (I) ومعدل زيادة التيار (di/dt).
الحكم: عندما يتجاوز كلاً من I و di/dt القيم المحددة، تقوم وحدة التحكم بإصدار أمر التشغيل فورًا (حكم وتشغيل مستقل لكل مرحلة).
القطع: يتم تفريغ مكثف التشغيل في المُحوّل النبضي، مما ينشط الملء اللامغنطي في الجسر الموصل. ينتج عن ذلك غاز عالي الضغط، مما يؤدي إلى انفصال النواة الموصلة عند القطع المسبق خلال مللي ثانية واحدة.
الحد من التيار: تزيد مقاومة القوس بسرعة، مما ينقل التيار إلى المصهر الموازي. يبدأ المصهر في الحد من التيار خلال 0.5 مللي ثانية ويقوم بإخماد القوس تمامًا عند الصفر التالي للتيار، مما يزيل العطل.

5.3 الوحدات المساعدة

وحدة الطاقة: توفر طاقة DC 150V لتغذية مكثف التشغيل وإمداد المكونات الإلكترونية. تتضمن دائرة مراقبة النظام للتحقق من صحته.
وحدة مقاومة التداخل: تمر جميع الأسلاك الخارجية عبر هذه الوحدة، مما يوفر حماية فعالة ضد التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي ويمنع التشغيل الخاطئ.

التشغيل والاختبار

6.1 متطلبات الاختبار

يجب إجراء اختبارات وظيفية منتظمة، والتي يمكن تنفيذها بواسطة المستخدمين أو مهندسي خدمة ABB.

6.2 المعدات المخصصة

المحاكي: يحل مؤقتًا محل الجسر الموصل أثناء الاختبار. يضيء مصباح النيون المدمج عند استلام نبضة التشغيل، مما يشير إلى التشغيل الصحيح.
مأخذ الاختبار وجهاز الاختبار: يستخدم لفحص جهد خرج التشغيل والأداء العام. يتميز بواجهة سهلة الاستخدام وسهولة التشغيل (الأبعاد: 400×215×320mm؛ الوزن: 11kg).

نطاق التوريد والمعلمات

7.1 نماذج التوريد

نوع النموذج	السيناريوهات المناسبة	التكوين الأساسي
المكونات المنفصلة	للتركيب في أجهزة التوزيع الموجودة	3 قواعد + 3 جسور موصلة + 3 محوّلات تيار + وحدة تحكم واحدة
الخزانة القابلة للسحب	لأجهزة التوزيع المغطاة بالمعادن	تتم تثبيت الجسور الموصلة على عربات قابلة للسحب (مع وظيفة الفصل)؛ يتم تثبيت محوّلات التيار الثابتة؛ يتم تثبيت وحدة التحكم في comparment منخفض الجهد
الخزانة الثابتة	- لأنظمة 12/17.5/24kV - إلزامي لأنظمة 36/40.5kV	جميع المكونات ثابتة داخل الخزانة. بالنسبة لأنظمة 36/40.5kV، غالبًا ما يتم تثبيت وحدة التحكم في صندوق تحكم منفصل.

7.2 المعلمات الفنية الرئيسية (مثال: المكونات المنفصلة)

ملاحظة: ¹ يشير إلى أنه يتطلب تبريد الهواء القسري؛ متوافق مع تردد 50/60Hz.

المعلمة الفنية	الوحدة	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
الجهد المقنن	V	12000	17500	24000	36000/40500
التيار المقنن	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
التيار القصوي لقطع القصر الكهربائي (الحد الأقصى)	kA RMS	210	210	210	140

سيناريوهات التطبيق النموذجية

سيناريو التطبيق	المشكلة الأساسية	قيمة الحل
تشغيل النظام الموازي	تيار القصر الكهربائي من عدة محولات تعمل بالموازاة يتجاوز تصنيفات أجهزة التوزيع	1. يسمح بتقليل ممانعة النظام، مما يقلل من الهبوط الجهد. 2. يحسن توزيع الحمل على المحولات، مما يقلل من الخسائر. 3. يتيح نقل الحمل دون انقطاع أثناء الأعطال، مما يحسن موثوقية التزويد.
الربط بين الشبكة والمصدر الخاص	عمل المولد الخاص يتسبب في تيار قصر كهربائي زائد في نقطة الربط المشتركة	الحل الوحيد المعقول. يمكن تجهيزه بتشغيل موجه (يتطلب محوّل تيار في المحايد للمولد) للتأكد من التشغيل فقط للأعطال الجانب الشبكة.
تجاوز مفاعلات الحد من التيار	تتسبب المفاعلات في التشغيل المستمر في الخسائر وهبوط الجهد	يتجاوز المفاعلات أثناء التشغيل العادي (خسارة صفرية، هبوط جهد صفر)؛ يقوم بقطع سريع أثناء الأعطال، مما يحول التيار إلى المفاعل للحد منه.
تطبيق انتقائي لعدة وحدات	يتطلب التشغيل الانتقائي عند تثبيت عدة محددات على أعمدة متعددة	يستخدم معيار "مجموع المتجهات الحالية" للتأكد من تشغيل المحدد الأقرب إلى العطل فقط. يدعم حتى 5 محولات تعمل بالموازاة (باستخدام 4 محددات).