تعرف على أهم المفاهيم الأساسية فى منظومة الوقاية الكهربائية
الدرس السابق:ماذا لو اكتشف الــ Relay العطل وفشل الــ CB فى فتح الدائرة؟
منظومة القوى الكهربية فى المقدمة فإنها منظومة ضخمة ومتداخلة ومعقدة فى بعض أجزائها، ولذا فال يمكن تصميم جهاز واحد فقط لحمايتها ككل.
1- مناطق الحماية Protective Zones
فى الواقع العملى فإن الشبكة الكهربية تقسم إلى مناطق صغيرة Zones ،ويصبح دور جهاز الوقاية هو حماية هذه المنطقة الصغيرة فقط كدور أساسى protection main ،مع إمكانية أن يقوم بحماية غيرها من المناطق بصورة احتياطية protection backup .و يجب أن تتعاون هذه المجموعات من أجهزة الوقاية وعمليا له منطقة حماية خاصة به، وكذلك كل محول، و كذلك لضمان أعلى درجات الحماية. فإن كل مولد كل خط يقع بين محطتين، كما هو واضح من الشكل أسفله.
2- الحماية الرئيسية الإحتياطية Main and Backup Protection
الآن، وبعد تقسيم الشبكة إلى مناطق محددة، و أصبح لكل منطقة نظام حماية خاص بها، فإن نظام الحماية الرئيسى لمنطقة ما يمكنه أيضا أن يصبح نظام حماية احتياطى لمناطق أخرى، بشرط أن يكون هناك قواعد للتنسيق بين نظم الحماية المختلفة تكون مسئولة عن جعل الحماية الإحتياطية تعمل فقط بعد فترة من الزمن، أي بعد التأكد من عجز الحماية الأصلية عن اكتشاف العطل.
وتبرز أهمية الوقاية الإحتياطية بصورة كبيرة فى حالة الـــ Breaker Failure مثال، وفى هذه الحالة يجب فتح كل القواطع على الخطوط المغذية لهذا القاطع المعطل، وهذه أحد أدوار الوقاية الإحتياطية، وسيتضح ذلك بأمثلة بعد قليل.
3- الوقاية الإجتاهية Directional Protection .
مع تعقد الشبكات الكهربائية أصبح التنسيق بين عمل أجهزة الوقاية المختلفة صعبا للغاية، فبالرجوع إلى شكل التالي ،فإنه عند حدوث عطل عند نقطة F فإن أجهزة الوقاية ستشعر كلها بالعطل لمرور تيار العطل خلالها، وطبقا لما سبق شرحه فإننا نحتاج إلى فصل الدائرة المعطلة فقط، وفى حالتنا هذه نريد فصل R3 ، R4 فقط.
علما بأننا يمكننا تأجيل عمل الأجهزة R1 ،R6 بعدة طرق أبسطها إضافة زمن تأخير Delay Time إليهما، لكن المشكلة تكمن فى R2 ،R5 فتيار العطل خلالهما، ومسافة العطل التى يراها كل منهما تتشابه تماما مع التيار والمسافة التى يراه R3 ،R4 ،ونحن نريد بالطبع أن يشتغل R3 ،R4 فقط، لأنه لو اشتغل R2 ،R5 فسيتم فصل التغذية عن بقية الخطوط الخارجة من المحطة–B ،وكذلك المحطة -C بدون داع. فلابد من وجود طريقة لمنع R2 ،R5 من الاشتغال الخاطئ، وهذه الطريقة هى تحديد اتجاه العطل باعتماد مبدأ الوقاية الاتجاهية Directional Protection فى أجهزة الوقاية.
وخلاصة هذا المفهوم أن كل جهاز حماية يمكنه أن يفصل العطل الذى أمامه فقط (يرى الأعطال التى أمامه فقط طبق التجاه األسهم فى شكل أعلاه) ويمكن التعبير عن هذه الخاصية بصيغة أخرى فنقول أن الجهاز يفصل إذا كان تيار العــطل فقط في اتجاه Out of the Bus ،بينما يتم منع التشغيل إذا كان تيار العطل متجها نحو الــ Bus.
وتنفيذ هذه الفكرة عمليا ليس صعبا، فالتيار في الوضع العادى تكون الزاوية بينه وبين الجهد في حدود 20-
30 درجة متأخرا عن الجهد كما في الجزء الأيسر من الشكل أسفله ، فإذا انعكس اتجاه التيار فسيصبح
سابقا للجهد كما في الجزء الأيمن من الشكل
،وبالتالي يمكن أن نكتشف تغير اتجاه التيار بتتبع قيمة
الزاوية بينه وبين الجهد.
ومن هنا، فإنه يمكن إضافة نوعين جديدين إلى أنواع الأعطال السابق الحديث عنها فى الجزء الأول من هذا الفصل وهما:
- الأعطال الأمامية Faults Forward
- الأعطال الخلفية Faults Reverse
فالعطل (F) فى الشكل التاني هو عطل أمامى بالنسبة إلى R1 ،R3 ،R4 ،R6 ،بينما نفس هذا العطل يعتبر عطل خلفى بالنسبة إلى R2 ،R5.
كما يمكن تصنيف الأعطال طبقا لموقعها من منطقة الحماية بمعنى:
- أعطال داخلية Faults Internal
- أعطال خارجية Faults E
4- مثال توضيحي
بتطبيق المبادئ السابقة على الشبكة المرسومة فى شكل أسفله ،فإننا نلاحظ الآتى:
- بالنسبة للعطل (F1) مثلا فإن الوقاية الرئيسية المسئولة عن فصل هذا العطل هى الـ ـRelays رقم 16 ،15.
- و فى حالة فشل الحماية رقم 15 مثلا فى اكتشاف العطل (مع نجاح 16) أو في حالة حدوث خلل فى قاطع الدائرة بحيث عجز عن فتح الدائرة، حينها يصبح دور الوقاية الاحتياطية لازما، وهى فى هذه الحالة الــ Relays رقم 7 ،9 لاحظ أنهما يعملان كحماية احتياطية لمنع تدفق التيار من المولدات G1 وG2 إلى العطل.
- لاحظ أيضا أن الحماية رقم 10 و8 لم تحس بهذا العطل رغم أنها الأقرب إليه، وذلك لأن العطل بالنسبة لهما يعتبر عطل خلفى، وهما غير مسئولين عنه.
- و فى حالة فشل الحماية الاحتياطية رقم 7 على سبيل المثال، فإن الحمايات رقم 2 ،4 ،30 سوف تقوم بفتح الــ CBs المرتبطة بها لمنع تدفق التيار للعطل من G3 ، وG2 . ويمكن بنفس الطريقة أن تستنتج الحمايات الأساسية والاحتياطية فى حالة أي عطل آخر فى الشبكة.
