تعرف على الوقاية ضد زيادة التيار Overcurrent Relays وبعض الأنوع المختلفة.
الوقاية ضد زيادة التيار Overcurrent Relays
أجهزة الــ Relays Overcurrent هى أقدم وأشهر وأوسع أجهزة الوقاية انتشارا، وذلك لأن معظم الأعطال ينتج عنها زيادة فى التيار، ومن هنا فإن التفكير كان دائما، ومن البداية، يتجه إلى دراسة ومتابعة التغير فى قيمة التيار المار بأى عنصر من عناصر منظومة القوى، وفصل التيار مباشرة عنه إذا تعدت قيمته حدا معينا خاصا بهذا العنصر، وفى هذا الدرس سندرس مبادئ و أساسيات الــRelays Overcurrent بالتفصيل.
1- العوامل المؤثرة على قيمة تيار العطل
1ـ1 مكان العطل
من المعلوم أنه كلما ابتعد العطل عن مكان الـ Relay كلما زادت المقاومة التى يراها الـ Relay ،وبالتالي تقل قيمة تيار العطل. وهذا يفسر السبب فى صعوبة اكتشاف الأعطال البعيدة عن المصدر، حيث يكون الارتفاع فى قيمة تيار العطل طفيفا.
1ـ2 قيمة مقاومة العطل RF
عندما يقع خط هوائى (Overhead TL) مثلا على الأرض ويحدث (Short Circuit) فإن تيار العطل يمر فى المسافة من مكان جهاز الوقاية R إلى موضع العطل خلال مقاومة الخط (ZLF) ثم قد يمر فى مقاومة أخرى تسمى مقاومة العطل RF, Resistance Fault ،كما فى الشــكل التالي .وهذه المقاومة RF تتأثر بنوعية التربة (صخرية – طينية.. إلخ)، كما تتأثر أيضا بوجود شرارة فى موضع العطل من عدمه،وعوامل أخرى متنوعة، وبالتالي فتيار العطل إذا أخذنا فى الاعتبار قيمة مقاومة العطل يصبح حسـب العلاقة التالية:
وهذه المعادلة تفسر السبب فى صعوبة اكتشاف الأعطال ذات المقاومة العالية High impedance fault ،لكون الارتفاع فى قيمة تيار العطل يكون طفيفا، وهناك طرق خاصة تستخدم مع أجهزة الوقاية الرقمية الحديثة لاكتشاف هذه النوعية من الأعطال التى تتميز بوجود ارتفاع طفيف فى قيمة تيار العطل
 |
| عطل على خط خلال مقاومة |
وتجدر الإشارة هنا إلى أن مقاومة العطل RF تكون بسبب الشرارة الناتجة عن العطل، بالإضافة إلى مقاومة تأريض الأبراج، فأما المقاومة نتيجة تأريض الأبراج فتتراوح فى مدى واسع بين قيمة أقل من الواحد أوم،وقيمة تتعدى مئات الأوم. وأما مقاومة الشرارة فتحسب بواسطة أحد المعادلات التقريبية التالية في
وجميع المعادلات السابقة تعطي قيمة مقاومة الشرارة بوحدات الأوم لكل قدم طولى من طول الشرارة. مع ملاحظة أنه كلما ارتفع تيار العطل كلما كان تأثير مقاومة الشرارة محدودا كما هو واضح من جميع المعادالت السابقة.
3-1 قوة مصدر التغذية
ومن العوامل الأساسية أيضا المؤثرة على قيمة تيار العطل قوة مصدر التغذية، ويعبر عنها بانخفاض معاوقة المصدر (Low Source Impedance ) فلو تخيلنا محطة تغذية بها ثلاث مولدات، وأن جميع المولدات فى الخدمة، وموصلين على التوازى كما فى الشكل أعلاه ،فإن قيمة معاوقة المصدر المكافئة لهم ستكون (3/Xs) وبالتالي فالمعاوقة الكلية من المصدر حتى موضع العطل ستكون صغيرة، و من ثم يكون تيار العطل كبيرا،ويعتبر المصدر فى هذه الحالة Strong Source.
لو فرضنا أن مولدا واحدا فقط هو الموجود بالخدمة فعندها سنكون مقاومة المصدرهى XS وليس 3/XS كما فى الحالة السابقة، وبالتالي تكون المعاوقة الكلية من المصدر حتى موضع العطل كبيرة، ويكون تيار العطل صغيرا ويعتبر المصدر وقتها Weak Source.
2ـ الأنواع المختلفة لأجهزة Overcurrent Relays
هناك أنواعا متعددة لأجهزة Overcurrent Relays ،وروعي فى تصميمها أن تأخذ فى الاعتبار التباين فى قيمة تيار العطل الذى سبق الحديث عنه فى الجزء السابق، و أن تأخذ أيضا فى الاعتبار الفترة الزمنية المطلوب فصل الدائرة المعطلة بعدها، وهل هي فترة ثابتة أم متغيرة، وهل هى فترة وجيزة أم طويلة، ... إلخ.
2ـ1 أجهزة Definite Time/ Definite Current
ويعيب هذا النوع بصفة أساسية أنه فى أحيان كثيرة خاصة حين يكون هناك خطين قصيرين فى الطول ومتتاليين، ففي هذه الحالة يصعب عمل تنسيق بين أجهزة الوقاية من هذا النوع لأن الفرق بين تيار العطل على كلا الخطين لا يكون كبيرا،على سبيل المثال، في حالة العطل عند النقطة F1 فى الشكل التالي ،سيصعب التنسيق بين الــ A-Relay ،و بين B-Relay إذا كانا Definite current .
وهذا النوع الثانى (Definite time) مناسب للأعطال الأقل خطورة، حيث أنه يفصل إذا تعدت قيمة التيار قيمة محددة Setting بالإضافة إلى مرور فترة زمنية محددة أيضا لبقاء العطل، وبالتالي فعنده القدرة على تجنب فصل الدائرة بسبب عطل عابر Transient Fault لأن الجهاز سينتظر مدة محددة قبل اعطاء أمر بالفصل فلو كان العطل عابرا فسيختفى قبل انقضاء المدة المحددة للفصل، وبالتالي لن تفصل الدائرة، بينما لو كان العطل من النوع الدائم Permanent Fault فسيتم فصله بمجرد انتهاء المدة المحددة المضبوط عليها الجهاز.
و يستخدم هذا النوع عندما تكون ZSource أكبر من ZLine ( بمعنى آخر عندما يكون الفرق بين مستوى Short Circuit فى أول الخط وآخره صغيرا)، وهذا يعنى أنه تغلب على مشكلة النوع الأول، ولكن يعيبه أن التنسيق بين أجهزة الوقاية من هذا النوع على الخطوط المتتالية يتسبب في جعل زمن الفصل كبيرا جدا قرب المصدر كما فى الشكل أسفله.
2ـ2 أجهزة Inverse OC
وهى أيضا أنواع متعددة، منها نوع يعرف بـــ NI, Normal Inverse ،وهو يجمع بين ميزات النوعين السابقين، فيفصل طبقا لعلاقة عكسية بين تيار العطل وزمن العطل، ويتميز بأنه لا يتأثر بالأعطال العابرة، وفى نفس الوقت يفصل بسرعة فى حالة الأعطال العالية التيار. هذا النوع من الأجهزة يكون عادة مزودا بمنحنيات ذات ميول متعددة لتناسب جميع الاستخدامات، وليعطي سرعات متنوعة لنفس قيمة التيار كما فى الشكل التالي:
 |
| منحنيات الـ Normal Inverse |
ولكن هذه الأجهزة لا تصلح للاستخدام فى الأنظمة ذات قدرة التوليد المتغيرة،وغالبا يستخدم هذا النوع عندما تكون ZSource أقل من ZLine (بمعنى آخر عندما يكون الفرق بين مستوى Short Circuit فى أول الخط وآخره كبيرا).
وفى أغلب الأحيان يكون جهازOvercurrent Relay مكونا من وحدتين: الأولى من النوع Inverse OC بحيث تفصل بعد زمن تأخير معين طبقا لمنحنى التشغيل المستخدم، والوحدة الثانية تكون من النوع Instantaneous أى تفصل لحظيا بمجرد أن تزيد قيمة التيار عن Setting كما فى الشكل التالي الذى يمثل المنحنى الخاص بجهاز OC Inverse ومعه وحـدة OC Instantaneous متغيرة القيمة.
1 – أجهزة فصل لها منحنى ذات خصائص شديدة الانعكاس Very inverse characteristic،وهو يستخدم فى الحالات التى يكون تغذية الخطوط من اتجاهات مختلفة، و من مميزات هذه الأجهزة أن زمن عملها يتضاعف عندما يحدث نقص فى التيار من سبعة إلى أربعة أضعاف الـ Setting المضبوط عليها الجهاز، و يؤدى هذا إلى إمكانية استخدام عدة Relays على التوالى و بنفس قيمة الــ Time multiplier .
2 - أجهزة فصل لها منحنى ذات خصائص فائقة الانعكاس Extremely inverse characteristic ،وهو يستخدم فى الحالات التى يتطلب فيه تنسيق أزمنة الفصل مع Fuse .وهذه الأجهزة مصممة للاستخدام بشكل أساسى للمغذيات (Feeders) فى شبكات التوزيع التى تتميز بأحمال ثابتة نسبيا. وتعتبر هذه الأجهزة مفضلة لحماية المعدات من التسخين الزائد Overheating و استخداماتها النموذجية تكون مع محولات القدرة و الكابلات. والشكل أسفله يظهر النوعين مقارنة بالــ Inverse Normal.
3ـ وهناك نوع أخر من أنواع OC Relays يسمى، IDMT Inverse Definite Minimum Time ويتميز بوجود جزء Inverse مع التيارات المنخفضة حتى حد معين ثم يلى ذلك جزء له زمن فصل ثابت يمكن ضبطه ليكون لحظيا Instantaneous (خط أفقى) فى حالة التيارات العالية. لذلك فهو + Definite Time Inverse فى نفس الوقت.
