الدرس السابق:تأثير الــ Grounding System على مسار تيار العطل.
مبادئ وأساسيات منظومة الوقاية في محطات التحويل الكهربائية
1ـ وظيفة منظومة الوقاية
نشير هنا أولا إلى أن وظيفة منظومة الوقاية ليست منع حدوث العطل، فذلك شبه مستحيل، لأن الكثير من الأعطال أسبابها قد تكون خارجية لا قدرة لأجهزة الوقاية على منعها، لكن دور منظومة الوقاية هو سرعة فصل الأعطال بدقة. وبتفصيل أكثر نقول أن دور منظومة الوقاية هو:
- اكتشاف الأعطال وتحديد مدى خطورتها ومكانها، ومن ثم إرسال إشارة فصـل Signal Trip للقواطع الكهربية Circuit Breaker المطلوب فتحها، أو إشارة منع Signal Block للقواطع المطلوب منعها من التشغيل، وذلك كله يتم بواسطة جهاز الوقاية .Protective Relay
- تحديد العناصر المتأثرة بالعطل حتى يتم فصلها بواسطة الــ CB ،وذلك لضمان استمرارية التيار في الدوائر الأخرى التي ليس بها عطل.
وقد تبدو وظيفة منظومة الوقاية سهلة، فعند زيادة التيار سترسل إشارة إلى القاطع لفصل الدائرة!!. لكن الواقع أعقد من ذلك بكثير، فليس كل زيادة في التيار ناتجة عن وجود عطل فهناك حالات تشغيل كثيرة ينتج عنها زيادة ضخمة في التيار ومع ذلك لا تصنف على أنها أعطال، مثل تيار الــ Inrush Currents في المحولات الذى يظهر في بداية تشغيل المحول، وقد يصل إلى 5-7 أمثال التيار الطبيعي. وكذلك تيار شحن المكثفات الذى يرتفع بشدة أيضا عند بداية التشغيل.
كل هذه الأمثلة تؤكد أن وظيفة منظومة الوقاية ليست بالبساطة التي يظنها البعض، فعلى المنظومة أن تميز بين تيار مرتفع نتيجة عطل حقيقى وتيار بنفس القيمة تقريبا لكن نتيجة ظروف طبيعية، ففي الحالة الأولى مطلوب من المنظومة الفصل اللحظى، وفى الحالة الثانية مطلوب منها أن تتمهل قليلا لأن الزيادة نتيجة ظروف التشغيل الطبيعية. كما عليها أن تميز بين زيادة في التيار نتيجة عطل داخل العنصر المراد حمايته وبين زيادة ناتجة عن عطل خارج هذا العنصر.
2ـ عناصر منظومة الوقاية
يمكن أن نحصر مكونات منظومة الوقاية فى العناصر التالية:
2 ـ قواطع الدائرة الكهربية Circuit Breakers CB
3ـ محولات التيار و الجهد Voltage and Current Transformers
والعقل المفكر والرئيس في هذه المنظومة هو الــ Relay ،فهو يستقبل الإشارات الــ Relaying Signals من الــ VT and CT ليبدأ عملية الفحص والتحليل ثم اتخاذ القرار المناسب بفصل الــ Circuit Breakers إذا لزم الأمر من خلال التحكم في دوائر الــ Control الخاصة بالقواطع كما في الشكل التالي :
ومعظم منظومات الوقاية لاسيما في شبكات الجهد العالى يضاف لها عنصر رابع وهو الـ Communication Channel المسئولة عن نقل المعلومات من نقاط أخرى بالشبكة لا تتعلق مباشرة بالــ Protected Equipment بل يمكن أن تكون معلومات من Equipment مجاورة أو قد تكون معلومات من الطرف الآخر لخط النقل، وهذه المعلومات الجديدة المنقولة ستساعد جهاز الحماية في اتخاذ القرار الأصوب. وبالطبع فجميع هذه المكونات تحتاج لمصدر تغذية DC Supply يكون من بطاريات موجودة بالمحطة حتى لا تتأثر بانقطاع التيار العادى الشكل التالي:
3ـ مكان عناصر منظومة الوقاية
منظومة الوقاية توجد بصورة مكررة داخل منظومة القوى الكهربية، حيث يوجد منظومة وقاية منفصلة لكل عنصر يراد حمايته، فعلى سبيل المثال فهى موجودة فى بداية ونهــاية كل Transmission Line ، كما أنها موجودة مع كل Generator ،وموجودة مع كل Transformer ،كما هو ظاهر فى الشكل السابق .فكل عنصر من العناصر السابق ذكرها له منظو مة وقاية خاصة به، لكن سيكون هناك نوع من التنسيق بين عمل منظومات الوقاية المختلفة كما سيتبين لاحقا.
ويتم وضع أجهزة الوقاية داخل غرف التحكم بالمحطات، أما مكان القواطع ومكان الــ CT و VT فهو إما فى ساحة المحطة Substation Yard كما فى المحطات الخارجية، أو يكون داخل ضمن مجموعة GIS فى المحطات المعزولة بالغاز كما فى الشكل ألتالي:
وتجدر الإشارة إلى أن كل مربع صغير فى الشكل ألأول يمثل فى الواقع العناصر الثالثة لمنظومة الوقاية، أي أنه يمثل الــ ( CT + VT + (CB + Relay مجتمعين. والشكل التتلي يظهر الشكل الحقيقي لمجموعة عناصر الوقاية فى محطات GIS المعزولة بغاز SF6 وهى أشهر نوعيات المحطات حاليا لأنها الأكثر أمانا.
