حل جهاز التبديل تحت الحمل عالي الجهد - مزيج من المعدات الكهربائية مع مصهر: دليل تطبيقات الأمان استنادًا إلى التيار المحول

I. القضية الأساسية والهدف​
تهدف هذه الحل إلى معالجة المخاطر الناجمة عن عدم التطابق بين المعلمة الأساسية "تيار التحويل" للأجهزة الكهربائية المركبة من مفتاح الحمل والمصهر وتيار القصر الفعلي لنظام التوزيع عند حماية محولات الطاقة. الهدف هو تقديم مجموعة واضحة من الإرشادات للاختيار والتحقق من صحة التطبيق، لضمان أن تعمل الأجهزة الكهربائية المركبة بشكل صحيح ومعتمد خلال أعطال المحولات. هذا يمنع تلف مفتاح الحمل بسبب قطع تيارات تتجاوز قدرته ويحمي النظام التوزيع بأكمله.

​II. المفهوم الرئيسي: تيار التحويل​

1. ​التعريف والآلية​
   هو قيمة التيار الحرجة التي تحدد ما إذا كان يتم قطع تيار العطل بواسطة المصهر أو مفتاح الحمل. حدوثه مرتبط ارتباطًا وثيقًا بآلية عمل الأجهزة الكهربائية المركبة:
   • ​تيار عطل صغير: يذوب المصهر في المرحلة الأولى (المرحلة الأولى التي يتم فيها القطع) أولاً، ويؤدي ضاربه إلى تشغيل آلية مفتاح الحمل، مما يؤدي إلى فتح جميع الأقطاب الثلاثة لمفتاح الحمل في نفس الوقت وقطع تيار المرحلتين المتبقتين.
   • ​تيار عطل كبير: يذوب جميع المصانع الثلاثة تقريبًا في نفس الوقت وبسرعة، مما يؤدي إلى قطع تيار العطل قبل فتح مفتاح الحمل.
   • يعتبر تيار التحويل الحد الفاصل بين هذين النمطين من التشغيل.
2. ​طريقة التحديد الرسمية​
   وفقًا للمعايير الدولية IEC، يتم تحديد تيار التحويل (Itr) بناءً على:
   • وقت الانقطاع الكلي لمفتاح الحمل (T0): وهو الوقت من تشغيل ضارب المصهر وحتى انفصال أطراف مفتاح الحمل تمامًا.
   • منحنى خصائص الزمن-التيار للمصهر: على المنحنى الخصائصي مع انحراف تصنيعي -6.5٪، فإن قيمة التيار المقابلة لوقت التشغيل 0.9 × T0 هي تيار التحويل.
3. ​الفئة والعوامل المؤثرة​
   • ​تيار التحويل المعين: القيمة القياسية المقدمة من الشركة المصنعة، بناءً على أعلى تصنيف للمصهر.
   • ​تيار التحويل الفعلي (Ic,zy)​: القيمة التي يجب التحقق منها في التطبيقات الهندسية، المستخرجة من المنحنى الخصائصي بناءً على تصنيف المصهر الفعلي المختار وT0.
   • ​العوامل الرئيسية المؤثرة: يعتبر وقت الانقطاع T0 لمفتاح الحمل العامل الرئيسي. كلما كان T0 أصغر، كان تيار التحويل أكبر. كما تعتبر خصائص المصهر نفسها عاملًا.

​III. المبادئ الأساسية للتطبيق والعملية التحققية​

1. ​القاعدة الذهبية​
   لضمان الأمان، يجب تحقيق الشرط التالي:
   قيمة تيار القصر ثلاثي الأطوار على حافلة الجهد المنخفض للمحول، المحولة إلى الجهد العالي (Isc) > تيار التحويل الفعلي للأجهزة الكهربائية المركبة (Ic,zy)
   • ​عند تحقيقه: يتم قطع تيار القصر ثلاثي الأطوار بواسطة المصهر، مما يحمي مفتاح الحمل.
   • ​عند عدم تحقيقه: يتم إجبار مفتاح الحمل على قطع التيار (حوالي تيار القصر ثنائي الأطوار) وتحمل الجهد العابر للتعافي الشديد (TRV)، مما يجعل فشل القطع محتملًا ويفجر حوادث.
2. ​خطوات الاختيار والتحقق​
   لتطبيق الأجهزة الكهربائية المركبة بشكل صحيح، يجب اتباع الخطوات التالية:
3. ​جمع معلمات النظام: الحصول على سعة القصر لنظام التوزيع، وسعة المحول، وجهد المقاومة.
4. ​اختيار أولي: بناءً على التيار المعين للمحول، اختيار مواصفات المصهر المناسبة ونوع مفتاح الحمل.
5. ​حساب التيارات الرئيسية:
   o حساب تيار القصر ثلاثي الأطوار على الجانب المنخفض للمحول وتحويله إلى الجانب العالي (Isc).
   o بناءً على المواصفات المختارة للمصهر ووقت T0 لمفتاح الحمل، الرجوع إلى المنحنى المقدم من الشركة المصنعة للحصول على تيار التحويل الفعلي (Ic,zy).
6. ​إجراء التحقق الأساسي: مقارنة Isc و Ic,zy.
   o إذا كان Isc > Ic,zy، يمر التحقق ويكون الحل آمنًا بشكل أساسي.
   o إذا كان Isc < Ic,zy، يحمل الحل مخاطر ويجب اتخاذ إجراءات تحسين (انظر الجزء الرابع).
7. ​التحقق النهائي من القدرة: تأكيد ما إذا كانت قدرة القطع المعينة لتيار التحويل لمفتاح الحمل المختار أكبر من Ic,zy المحسوب. وهذا يشكل الحاجز الأمني النهائي.

​IV. التوجيهات لسيناريوهات مختلفة​

1. ​سعة المحول ≤ 630 كيلو فولت أمبير​
   • ​الحل: استخدام الأجهزة الكهربائية المركبة عادة آمن واقتصادي.
   • ​التفسير: كما هو موضح في الجدول، بالنسبة للمحولات ذات السعة 500 كيلو فولت أمبير و630 كيلو فولت أمبير (مع مقاومة 4٪)، يتم تحقيق الشرط Isc > Ic,zy بسهولة عندما تكون سعة القصر لنظام التوزيع كافية.
   • ​التوصية: يمكن اختيار الأجهزة الكهربائية المركبة من مفاتيح الحمل الهوائية العادية.
2. ​سعة المحول 800 ~ 1250 كيلو فولت أمبير​
   • ​الحل: نطاق عالي المخاطر، يجب التحقق بدقة.
   • ​التحليل: كما هو موضح في الجدول، حتى مع مقاومة المحول 6٪، يكون من الصعب تحقيق الشرط Isc > Ic,zy للمحولات ذات السعة 800 كيلو فولت أمبير وما فوق. إذا تم اختيار مفاتيح الحمل الفراغية أو SF6 ذات وقت T0 أصغر، سيكون تيار التحويل أكبر، مما يجعل تحقيق الشرط أكثر صعوبة.
   • ​إجراءات التحسين:
   o إعطاء الأولوية لاستخدام مفاتيح الحمل الهوائية ذات وقت الانقطاع T0 أطول لتقليل تيار التحويل وتسهيل تحقيق الشرط.
   o التواصل النشط مع الشركات المصنعة للاستفسار عما إذا كان يمكن تعديل مفاتيح الحمل الفراغية أو SF6 (عن طريق زيادة T0) لتحقيق قيمة أصغر لتيار التحويل.
   o إذا لم يتم تحقيق الشرط بعد الحساب والتحقق، يجب التخلي عن حل الأجهزة الكهربائية المركبة.
   • ​التوصية النهائية: بالنسبة للمحولات ذات السعة 1000 كيلو فولت أمبير و1250 كيلو فولت أمبير، خاصة المحولات الجافة، يُنصح بشدة باستخدام المقاطع الكهربائية مباشرة.
3. ​سعة المحول > 1250 كيلو فولت أمبير​
   • ​الحل: يجب استخدام المقاطع الكهربائية للحماية والتحكم.
   • ​التفسير: مستوى تيار القصر في هذه السعة يتجاوز نطاق الحماية الموثوق به للأجهزة الكهربائية المركبة. المقاطع الكهربائية هي الخيار الآمن الوحيد.

​V. الملخص وملاحظات خاصة​

1. ​التحقق أمر ضروري: لا ينبغي الاعتماد فقط على الخبرة أو تطبيق الأجهزة الكهربائية المركبة استنادًا إلى سعة المحول. يجب إجراء حساب ومقارنة Isc و Ic,zy.
2. ​اعتبار تأثير نوع مفتاح الحمل: لا ينبغي افتراض أن مفاتيح الحمل الفراغية أو SF6 ذات قدرة القطع الأقوى هي الأفضل دائمًا. وقت T0 الأصغر لديها يؤدي إلى تيار تحويل أكبر، مما قد يجعل تحقيق الشرط الأساسي للتحقق أكثر صعوبة ويضيف مخاطر.
3. ​أهمية سعة القصر لنظام التوزيع: تؤثر سعة القصر لنظام التوزيع مباشرة على قيمة Isc. في الأنظمة ذات سعة القصر الأصغر، مثل المناطق الصناعية أو نقاط نهاية الشبكة، تصبح هذه القضايا أكثر وضوحًا، ويجب توخي الحذر أثناء الاختيار.