حماية المحولات الكهربائية وأهم الحالات التي تتعرض لها

حماية المحولات الكهربائية وأهم الحالات التي تتعرض لها

حماية المحولات الكهربائية وأهم الحالات التي تتعرض لها

يتعرض المحول إلى أخطاء قليله بالنسبة لباقي الشبكة إلا أن بعض تلك الأخطاء قد تكون كبيرة بحيث تتسبب في حدوث أخطاء جسيمه سواء على المحول نفسه أو على باقي أجزاء الشبكة إذا لم يتم فصل الخطأ في الوقت المناسب ويمكن القول بصفة عامه أن نظام الحماية السليم أمر مهم جداً بالنسبة للمحول ولشبكة التغذية.

عوامل الحماية للمحول

مقنن المحول فكلما زاد مقنن المحول كلما كانت متطلبات الحماية أكثر.

نوع العازل فالمحولات المغمورة في الزيت أو أي سائل أخر تتطلب حماية أكثر من المحولات الجافة.

نوع المحول محولات القوى أكبر بصفة عامه وأكثر تعقيداً من محولات التوزيع وهى تحتاج إلى أنواع من الحماية قد لا يتطلبها محول توزيع صغير.

نوع التوصيل والملفات يجب مراعاة طريقة توصيل المحول عند وضع خطة الحماية.

دوره الحمل وأهميه الأحمال هناك من الأحمال ما يحتمل قطع التغذية عنه لفترات معينه كما توجد أحمال أخرى لا تحتمل قطع التغذية عنها ويجب أن يكون المهندس على دراية كاملة بالأخطاء والحالات الشاذة التي يمكن أن يتعرض لها المحول لكي يتمكن من وضع خطط حماية سليمة للمحول بحيث تتمشى مع باقي خطة الحماية للشبكة وأنواع الأحمال والمتطلبات الأخرى فلا توجد خطه بعينها يمكن إتباعها تماماً ولذلك فسوف نقدم في هذا العدد صوره شامله بحيث يسهل اختيار خطة الحماية حسب الظروف والاعتبارات الهندسية والإقتصاديه.

الحالات التي يتعرض لها المحول

تجاوز الحمل Ovdfloadih المواصفات المعمول بها

تسمح بتجاوز الحمل لفترة زمنيه محدودة تعتمد على الحمل الإبتدائى الذي كان عليه المحول قبل تجاوز الحمل مباشرة وعلى نسبه تجاوز الحمل ودرجة حرارة وسط التبريد ويجب ملاحظة أنه إذا زادت درجات حرارة الملفات عن أقصى قيمه مسموح بها فإن ذلك يؤثر على العمر الإفتراضى للمحول ما لم يتم تعويض تجاوز الحمل الذي تعرض له المحول بفترات من الحمل الخفيف كما يجب التأكد من أن جميع أجزاء المحول لا تتأثر بهذا التجاوز وتعطى مصانع المحولات عادة دليلا لتجاوز الحمل على المحول في شكل جدول يعرف بإسم دليل التحميل ويجب طلب هذا الجدول من صانع المحول حيث من الأفضل استعمال الجدول الخاص بكل محول بعينه يمكن في حاله غياب تلك الجداول استعمال الجداول من 1 إلى 5 وهى تتبع المواصفات الألمانية كما أنها تقترب من مواصفات اللجنة الدولية الكهروتقنية (IEC) والمواصفات البريطانية (CP1010) إلى حد كبير ويلزم عند وضع خطة الحماية مراعاة الجداول الخاصة بتجاوز الحمل وذلك بعد أخذ خطة التحميل في الاعتبار ويجب تغيير ضبط أجهزه الحماية تبعاً للفترات المسموح بها لتجاوز الحمل على المحول ويمكن الحماية من تجاوز الحمل بإتباع الخطوات الآتية :

أولاً : تشغيل قاطع الدائرة الخاص بالمحول بواسطة وحدة إعتاق مباشره أو غير مباشره بحيث يكون له منحنى زمن تيار يحتوى على حماية تجاوز الحمل ويتم اختيار وضبط حماية تجاوز الحمل طبقاً للجداول الموضحة ونلاحظ في تلك الطريقة أن نظام الحماية ليس له اتصال مباشره بالمحول وإنما يعمل طبقاً للتيار المار فيه.

ثانيا : استعمال أجهزه حساسة لدرجة الحرارة يتم تركيبها في المحول حيث يمكنها أن تقوم بواحدة أو أكثر من الوظائف الآتية :

إعطاء بيان عن درجة حرارة الحول

إعطاء تحذير عندما ترتفع درجة الحرارة عن حد معين داخل المحول

تشغيل وحدة التبريد القسرى في المحول في حالة وجودها.

تشغيل دائرة إعتاق قاطع الدائرة الخاص بالمحول إذا تجاوزت الحرارة الحدود المسموح بها وهذه الأجهزة كثيرة ومتنوعة نذكر منها ترمومتر بسيط – ترمومتر بملامسات – مرحل حراري – جهاز تحديد البقعة الساخنة ويجب على المهندس تحديد ما يراه مناسباً لظروف التشغيل والحماية بحيث يتوافق هذا مع أهمية الأحمال والاعتبارات الإقتصاديه.

قصر الدائرة  Short circuit

قصر الدائرة هو أخطر الحالات الشاذة التي يتعرض لها المحول على الإطلاق وأكثرها حدوثا فمن الممكن أن يتعرض المحول إلى أنواع عديدة ومختلفة من قصر الدائرة كما يأتي :

خطأ أرضى على جانب أطراف الجهد العالي.

خطأ وجه – وجه على جانب أطراف الجهد العالي.

خطأ أرضى داخلي على ملفات الجهد العالي.

خطأ وجه – وجه داخلي على ملفات الجهد العالي.

قصر دائرة بين ملفات الجهد العالي.

خطأ أرضى على جانب أطراف الجهد المنخفض.

خطأ وجه – وجه جانب أطراف الجهد المنخفض.

خطأ أرضى داخلي على ملفات الجهد المنخفض.

خطأ وجه – وجه داخلي بين ملفات الجهد المنخفض.

قصر دائرة بين ملفات الجهد المنخفض.

خطأ أرضى على الملف الثالث.

قصر دائرة بين ملفات الملف الثالث.

خطأ وجه – وجه خارجي.

خطأ أرضى خارجي.

رغم التعدد الكبير في أنواع الأخطاء يتم الحماية منها بثلاثة أنواع رئيسيه من الحماية هي :

حماية تجاوز التيار overcurrent protection

الحماية الفرقية differential protection

حماية الخطأ الأرضي earth fault protection

K1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.5 0.25
K2 فترة تجاوز الحمل (دقيقة)
101 فترة زمنية غير محدودة (مستمر
102 461 572 625 658 700 729
103 230 296 333 358 392 417
104 139 184 211 231 260 282
105 92 124 145 162 137 206
106 64 83 105 119 140 158
108 35 48 59 68 84 98
2 21 28 35 42 53 63

جدول رقم (1) تجاوز الحمل المسموح للمحولات المبردة بالسائل (درجة حرارة الوسط 10°م)

 

K1 0.9 0.8 0.7 0.5 0.25
K2 فترة تجاوز الحمل (دقيقة)
101 492 605 659 715 750
102 246 313 350 394 423
103 149 191 221 256 282
104 98 131 152 182 204
105 68 93 110 135 154
106 50 68 82 103 119
108 29 39 48 62 75
2 18 22 27 38 48

جدول رقم (2) تجاوز الحمل المسموح للمحولات المبردة بالسائل (درجة حرارة السائل 20°م)

 

K1 0.9 0.8 0.7 0.5 0.25
K2 فترة تجاوز الحمل ( دقيقة)
101  – 249 320 383 419
102  – 152 199 246 276
103  – 101 135 172 198
104  – 71 96 126 146
105  – 51 70 95 114
106  – 39 53 72 89
108  – 25 32 44 56
2  – 15 18 26 34

جدول رقم (3) تجاوز الحمل المسموح للمحولات المبردة بالسائل (درجة حرارة السائل 30 °م)

 

K1 0.9 0.8 0.7 0.5 0.25
K2 فترة تجاوز الحمل (دقيقة)
101  –  – 147 225 263
102  –  – 98 156 187
103  –  – 69 112 139
104  –  – 51 84 105
105  –  – 38 64 81
106  –  – 30 49 64
108  –  – 19 29 40
2  –  – 13 18 24

جدول رقم (4) تجاوز الحمل المسموح للمحولات المبردة بالسائل ( درجة حرارة السائل 40°م)

 

التحميل السابق % من الحمل المقنن تجاوز الحمل % من مقنن المحول
10 20 30 40 50
فترة تجاوز الحمل (دقيقه)
50 60 30 20 15 12
75 55 23 15 11 9
90 45 16 10 7 5

جدول رقم (5) فترات تجاوز الحمل للمحولات الجافة

تمور الجهد Voltage surges

تمورات الجهد هي الارتفاعات المفاجئة والشديدة في الجهد نتيجة لعمليات الفتح والقفل في الشبكة أو نتيجة لعوامل خارجه كالصواعق البرقية المباشرة على المحول والموجات الراحلة الداخلة إلى المحول من خلال الخطوط المتصلة به ويمكن بصفة عامه التحكم في تجاوزات الجهد الناتجة من عمليات الفتح و القفل من خلال تحليل خواص الشبكة أما العوامل الخارجية فيجب إجراء الحماية المناسبة منها.

الصواعق البرقية المباشرة

إذا كان المحول موضوعاً داخل مبنى خرسانى مقفل فمن الممكن الاستغناء عن حمايته من الصواعق المباشرة حيث يعمل هذا المبنى على حماية المحول موضوعاً خارج المبنى فيجب حمايته من الصواعق البرقية المباشرة باستخدام إحدى الطرق المعروفة في مجال الحماية من الصواعق البرقية نذكر من تلك الطرق.

استعمال شبكه من الأسلاك الأفقية الهوائية معلقه على أعمده بعيده عن المحول وتوصيلاته ويتم ربط هذه الشبكة بالأرض جيداً.

استخدام قضيبين هوائيين لعمل حماية كاملة للمحول يعمل كل قضيب كمانعه صواعق لحماية المحول ويتصل القضيبان جيداً بالأرض.

الموجات الراحلة

الموجه الراحلة هي موجة تيار مرتفع تنشأ عاده على الخط إلى أن تصل إلى نهاية هذا الخطر وتتسبب الصواعق البرقية والشحنات الكهربية الساكنة على الخطوط الهوائية في حدوث تلك الموجات عندما تقابل هذه الموجه جهاز له معوقه مميزه (معوقه تمور) عاليه فإنها تتسبب في حدوث ارتفاعات خطيرة في جهد هذا الجهاز تؤدى تلك الارتفاعات إلى انهيار عزل ملفات المحول وكذلك تلف عوازل أذرع المحول وقد تتسبب في حدوث رنين خطير في الشبكة ويتم تحديد مدى قدرة المحول على تحمل تمورات الجهد بقيمه تعرف باسم منسوب عزل الدفع الأساسي basic – impulse – insulation level(bil)  ويتم استعمال موجه دفعية قياسيه للجهد وتبعاً لتلك القيمة يتم تحديد الجهاز المناسب للحماية من تمورات الجهد الدفعية ومن المفيد في ذلك الشأن ملاحظه ما يأتي :

إذا كان المحول موصلاً بكابلات على كل من جانبيه فإن احتمال تعرضه لموجه جهد دفعية ناتجة من صاعقه برقيه أو عوامل خارجية مثل السحب يكون ضئيلاً للغاية نظراً لأن الكابلات تكون مدفونة في الأرض.

استخدام جهاز حماية تجاوز الجهد مثل كامح التمور يسمح بخفض قدرة العزل للمحول ونظراً لأن تمور الجهد يظهر على شكل موجه راحلة على الخط فيجب أن يوضح كامح التمور بحيث يكون أقرب ما يمكن من المحول وذلك لزيادة قدرته على الحماية.

إن قصر الدائرة وعمليات الفتح والقفل في منظومات القوى المتصلة بالمحول تؤدى عاده إلى ارتفاعات عابره في الجهد بنفس التردد الطبيعي للمنظومة وهو أعلى عاده من تردد القوى 50 هرتز وعلى العكس من ذلك فإن تمور الجهد الناشئ من الصواعق البرقية والعوامل الخارجية يكون ذا تردد أعلى من ذلك بكثير.

المعاوقه التموريه للمحول

كبيرة بالمقارنة بباقي أجهزة الشبكة وهى اكبر عاده في حاله المحولات المملوءة بالزيت والمحولات المملوءة بالغاز وهذا يفسر سبب انخفاض قيمة منسوب عزل الدفع الأساسي في المحولات المملوءة بالغاز وهذا يفسر سبب انخفاض قيمة منسوب عزل الدفع الأساسي في المحولات الدوافع التقليدية ويجب مراعاة ذلك جيدا عند استعمال قواطع دائرة سريعة حيث أن عمليه قطع القوس الكهربي في مثل تلك القواطع تؤدى إلى ارتفاعات شديدة في الجهد العابر المستعادة على المحول ويمكن تدبير هذا الأمر مع كل من صانع المحول وصانع قاطع الدائرة ويوجد العديد من أجهزة الحماية من الموجات الراحلة لعل أبسط تلك الأنواع وأقدمها هو كامح الفجوة الهوائية حيث مازال يستخدم بصورة طيبه في منظومات الجهد المنخفض كما توجد أنواع أخرى من الكوامح هي :

الكامح ذو العمود والفجوة rod gap arster

الكامح ذو الفجوات المتعددة multi gap arrester

كامح الطرد expulsion arrester

كامح الصمام valve arrester

كامح الثايرايت thyrite arrester

الكامح المعدني المؤكسد metal oxide varistor

ويتم اختيار الكامح المناسب طبقا لخواص عديدة في مجال هندسة الجهد العالي وتنسيق الحماية هو عملية اختيار وضبط جميع أجهزة منظومة الحماية الموجودة في الشبكة بحيث تعمل هذه الأجهزة بتعاون وتنسيق تام فيما بينها بهدف تحقيق الخطة المطلوبة من الحماية يمكن بصفه مبدئية تقسيم تلك العملية إلى خطوتين أساسيتين هما :

اختيار أجهزة الحماية المناسبة(مصهرات –  مرحلات –  قواطع دائرة –  محولات تيار..)بالمقننات المطلوبة طبقاً لنتائج دراسة تحليل الشبكة في الحالات العادية وحالات قصر الائره.

ضبط هذه الأجهزة للحصول على منحنى الزمن والتيار لكل جهاز بحيث تتم عملية تنسيق الحماية هو فصل الجزء الخاطئ بأسرع وقت ممكن بواسطة الحماية الرئيسية وجود حماية ثانوية تفصل الخطأ بتأخير زمني محدد في حاله فشل الحماية الرئيسية في فصل الخطأ في الوقت المحدد لها تحقيق أكبر قدر ممكن من الانتقائية وذلك يعنى وضع خطه التنسيق بحيث يتم فصل أقل قدر ممكن من أجزء الشبكة السليمة وتعتبر عملية اختيار وضبط أجهزة الحماية من المهام الشاقة التي تحتاج إلى خبره ومهارة خاصة كما تحتاج إلى صبر ودقة شديدة لحين إتمامها على أفضل صوره ممكنه وقد يحتاج المهندس إلى إعادة تلك العملية عدة مرات حتى يحقق أفضل اختيار وإن السبب في ذلك هو أن تلك العملية تعترضها كثير من الاختلافات التي يجب التوفيق بينها فالحماية تتطلب انتقائية على درجه كبيره مما يترتب عليه ضرورة إدخال تأخيرات زمنيه معتمدة في عمل أجهزة الحماية.

 

You may also like...