أساسيات وقاية نطم القوى الكهربية
منظومة القوى الكهربية كما تبدو فى الشكل التالي تبدأ من المولد الذى ينتج الكهرباء، وهو عادة يكون من النوع المتزامن Generator Synchronous ،مرورا بالمحو ل Transformer الذى ير فع قيمة جهد التوليد إلى قيمة عالية بغرض خفض قيمة التيار ومن ثم خفض الفقد فى القدرة المنقولة من مكان لآخر حيث ثم يلى ذلك خطوط نقل القدرة، وهى غالبا تكون أما محمولة على أبراج عالية (Lines Transmission Overhead) أو فى صورة كابالت كهربية مدفونة فى الأرض (Cables Underground) لا سيما داخل المدن، ثم تنتهى خطوط النقل بمجموعة من محولات التوزيع Transformers Distribution التى تخفض الجهد إلى قيم مختلفة لتوزيعه على المستهلكين فى المناطق الصناعية (جهد متوسط)، والمناطق السكانية (جهد منخفض) من خلال شبكة من الكابلات، تنتهى بمجموعات متنوعة من اللوحات الكهربية Boards Distribution .ويتم ربط عناصر المنظومة ببعضها من خلال ما يسمى بقضبان التوزيع Bars Bus ،والتى تظهر كخط سميك فى الشكل التالي ،و هذه القضبان يركب عليها عدد من خلايا الدخول وخلايا الخروج.
و منظومة القوى الكهربية معرضة للأسف لأنواع كثيرة من الأعطال، وذلك لأسباب قد تكون داخلية تتعلق بتصميم عناصرها وتحملها لقيم محددة للتيار والجهد، أو تكون لأسباب خارجية نتيجة العوامل البيئية المؤثرة على الأجزاء الخارجية من هذه المنظومة. هذه الأعطال قد تؤثر بالسلب على تشغيل الشبكة وتؤثر أيضا على منظومة الأمان سواء للمعدات التي قد تتعرض للتدمير إن لم يتم إزالة العطل بسرعة، أو للأفراد الذين يمكن أن يصابوا بإصابات جسيمة قد تصل للوفاة نتيجة أعطال المعدات وانفجار بعضها. ودور منظومة الحماية هو تجنب المشاكل الناتجة عن هذه الأعطال لحماية المعدات والأفراد جميعا، وكذلك لضمان استمرارية التشغيل وتقليل أزمنة فصل الكهرباء إلى أقل زمن ممكن.
و سنعرض فى هذا الدرس والدروس القادمة للمواضيع التالية:
- أسباب وأنواع الأعطال فى منظومة القوى الكهربية.
- عناصر منظومة الوقاية، و كذلك أشهر الإشارات Signals Relaying التى تستخدمها أجهزة الوقاية لاكتشاف هذه الأعطال، وأسماء أشهر أنواع أجهزة الوقاية Relays Protective.
- أشهر أنواع قواطع الدائرة الكهربية Breakers Circuit ،والعلاقة بينها وبين أجهزة الوقاية.
- أنواع منظومات الوقاية ـ ومجالات تطبيقها وأنواع أجهزة الــ Relays المستخدمة في كل تطبيق .Application
- أهم المفاهيم الأساسية فى منظومة الوقاية التى يلزم لمهندس الكهرباء عموما ومهندس الوقاية خصوصا أن يكون ملما بها إلماما تاما.
- أهم المتطلبات التى تراعى عند اختيار أجهزة الوقاية بصفة عامة.
- أشهر طرق تصنيع أجهزة الوقاية بدءا من الإلكتروميكانيكية وحتى الأجهزة الرقمية الحديثة.
1ـ أعطال منظومة القوى
1ـ1 أسباب الأعطال
الأعطال فى منظومة القوى الكهربية هى كل ما يسبب تغيير غير طبيعى فى قيم التيار أو الجهد. وأكثر ما يسبب ذلك عموما انهيار فى العزل الموجود على الموصلات بسبب ضغوط ميكانيكية أو كهربية، هو حدوث إما بسبب تقادم المعدات، أو ربما نتيجة ظروف جوية (برق، رياح شديدة)، أو بسبب عوامل خارجية(حرائق، سقوط أشجار ضخمة، حوادث طرق، أو حو ادث حفر واصطدام بالكابالت المدفونة)، إلخ.
وقد يكون سبب العطل هو تشغيل خاطئ operation Wrong (على سبيل المثال حين يغلق الــ Operator الخط بينما لايزال مفتاح الــ Switch Earthing في وضع توصيل)، كما قد يكون العطل نتيجة Open Circuit بسبب كسر فى أحد موصلات الدائرة مثلا، و قد يكون العطل أيضا نتيجة تحميل زائد Overload.
2ـ1 تصنيف الأعطال
- Single Line-to-Ground Fault.
- Double Line-to-Ground Fault.
- Line-to-Line Fault.
- Three-Phase Fault.
- Three Lines-to-Ground Fault
كما قد تصنف طبقا لدرجة التشابه بين الــPhases ،فمثال الأنواع الثالثة الأول السابقة تسمى أعطالا غير متماثلة Faults Unsymmetrical لأن قيم التيار والجهد تختلفان من Phase لآخر، أما النوع الرابع و الخامس فيسمى عطلا متماثلا Fault Symmetrical لأن قيم الجهود و التيارات فى جميع الــPhases متساوية.
2ـ سمات الأعطال FAULT CHARACTERISTICS
يعتبر دراسة الــ Characteristics Fault أو ما يسمى بسمات الأعطال من أهم الدراسات الممهدة لدراسة وقاية نظم القوى، فعلى مهندس الوقاية أن يعرف بالضبط نوع التغيرات التي ستطرأ على الإشارات Signals Relaying المختلفة بالشبكة عقب حدوث العطل، فعند حدوث عطل بالدائرة فإنه يمكن اكتشاف حدوث ذلك من خلال تتبع التغير الذى يحدث أما في قيم الــ magnitude الخاصة بالجهد أو التيار (أو كلاهما) أو التغير في الــ angles Phase بينهما.
1ـ2 قراءة Phasor Diagram
