من المهم ونحن نتحدث عن مشاكل الوقاية في المحولات أن نعرض مشكلة هامة موجودة في كل المحولات، وهي مشكلة تيار الاندفاع Inrush Current، وهي أحد أهم المشاكل التي يمكن أن تسبب فصل خاطئ.
يمكن تلخيص أسباب المشكلة فيما يلى:
1-عند فصل أي Power Transformer فإنه يتبقى داخل القلب الحديدي جزء من الفيض، يسمى Residual Flux ɸR
2-عند رجوع المحول للخدمة، وحيث أنه يستحيل التحكم في لحظة رجوعه لتكون هي نفسها اللحظة التي خرج عندها، وبالتالي فالفيض المفترض أن يبدأ بالظهور مع رجوع التيار يحتاج في بعض الأحيان أن يكون عاليا لتعويض القيمة الناشئة عن الفيض المتبقي، وهذا يستلزم سحب تيار عالي هو Inrush Current لتوليد هذا الفيض التعويضي
فالمحول في هذه الحالة رجع في لحظة تكافئ فيضا مقداره ɸmax− بينما الفيض المتبقي يكافئ قيمة موجبة ɸR، ولتعويض هذا الاختلاف يتم سحب inrush Current بقيمة عالية. وهذه هي الحالة الأولى كما في الصورة المرفقة بالبوست
أما في الحالة الثانية فإن لحظة الرجوع تصادف أن تشابهت مع لحظة الفصل، وهنا لا يحتاج المحول لأي فيض إضافي فسيحب تيار Magnetization current العادي دون أي زيادة , والصورة الثانية تمثل هذه الحالة .
وكما يبدو فإن تيار الاندفاع ليس له قيمة محددة، فقد يكون عاليا جدا كما في الحالة الأولى.
غير أنه في بعض الأحيان يكو ن قريب جدا من التيار العادي، إذا تحقق شرطان:
1-ألا يكون هناك فيض متبقى داخل المحول.
2-إذا تصادفت لحظة الدخول مع لحظة الجهد العظمى Vmax والتي يكون فيها الفيض أقل ما يمكن، حيث من المعلوم أن الفيض دائما متأخر بزاوية 90° عن الجهد وفقا لقانون فارادي V∝dɸ/dt
وبين هاتين الحالتين توجد العديد من الحالات التي تجعل، كما قلنا، قيمة تيار الاندفاع غير محددة لا شكلا، ولا قيمة، لأنه يعتمد أساسا على قيمتين متغيرتين عشوائيتين: الأولى هو قيمة الفيض المتبقي، والثاني هو لحظة دخول المحول في الخدمة، ولذا يختلف قيمة هذا التيار حتى بين الأوجه الثلاثة
هذا التيار إذن يظهر فقط عند بداية التشغيل، وقد تصل قيمته إلى خمس أو ستة أمثال التيار الطبيعي، بل قد تصل إلى عشرين مثل التيار الطبيعي حسب سعة المحول، لكن هذا ليس أساس المشكلة خاصة أن تيار الاندفاع لا يستغرق سوى ثانية أو أكثر قليلا، كما أن قيمته تتناقص سريعا خلال هذه المدة الوجيزة، ولكن المشكلة الكبرى أن هذا التيار لا يمر إلا في الجانب الابتدائي للمحول فقط، وهو الجانب الموصل على المصدر، ولا يمر في الجانب الثانوي، لأنه يمر خلال ما يسمى بالدائرة المغناطيسية بالمحولات Magnetizing Circuit.
وبالتالي فإن أي جهاز وقاية تفاضلي سيرى أن هناك تيار داخل إلى المحول IP يختلف بقيمة كبيرة عن التيار الخارج IS، وهذا سيسبب فصل خاطئ للمحول بواسطة Differential Relay، وهو فصل خاطئ لأنه لم يفصل بسبب وجود عطل ما، وإنما بسبب هذه الظاهرة الطبيعية الموجودة في كل المحولات، والتي ستختفي عادة بعد فترة وجيزة. ومن هنا لابد من التفكير في طريقة لمنع تشغيل جهاز الوقاية خلال هذه الفترة العابرة.
هناك عدة طرق لمنع اشتغال أجهزة الوقاية خلال فترة تيار الاندفاع:
1-منها ما هو بسيط حيث يقوم أحيانا بعض مهندسي التشغيل بتعطيل الوقاية لمدة ثواني، حتى يدخل المحول في الخدمة وينتهي تيار الاندفاع، ثم يعيدوها مرة أخر ى. وهذا الحل على بساطته فيه خطورة كبيرة لأنه قد يتصادف حدوث عطل حقيقي أثناء بدء دخول المحول للخدمة ويتسبب هذا في تدمير المحول لأن الوقاية معطلة ولذا نستبعد هذا الحل تماما .
2-ومن الطرق المشهورة لحل هذه المشاكل طريقة استخدام التوافقية الثانية 2nd Harmonic في منع اشتغال جهاز الوقاية. وسبب اختيار 2nd Harmonic هو أنه من تحليل إشارات تيارات الاندفاع من خلال سلسلة تحليل فورييه Fourier analysisوجد أنها غنية إلى حد كبير بهذه الدرجة من التوافقيات، حيث يمكن أن تصل نسبتها من 30: 40% من قيمة التيار، بينما قيمة هذه التوافقية في حالة الأعطال الحقيقية لا تتعدى 7%.
وعلى هذا فقد تم عمل (Filter) لاستخلاص قيمة 2nd Harmonic من تيار الاندفاع، ثم بعد ذلك - وبناء على قيمة هذه التوافقية - يمكن إرسال إشارة منع اشتغال لجهاز الوقاية Blocking signal إذا تعدت قيمة2nd Harmonic مثلا من 10%: 20%، لأن ذلك يعنى بالضرورة أن هذا التيار المرتفع هو تيار اندفاع، و ليس نتيجة عطل، ولذا يجب عمل Blocking للـCB.
أما إذا كانت القيمة صغيرة فعندها لن يتم إرسال إشارة المنع هذه، ويترك لجهاز الوقاية الحرية في العمل. ومثل هذا الأسلوب يتم استخدامه في أجهزة الوقاية التقليدية، وحتى في أجهزة الوقاية الرقمية الحديثة، والتي تتميز فقط في هذه النقطة بسهولة تنفيذ هذه الأفكار دون تعقيدات.
