تتسبب أعطال مفاتيح الجهد المتوسط إلى نتائج غير مقبولة كالانقطاعات، وتلف جزئي أو كلي للمعدات والأجهزة، وتأثير بيئي بالإضافة إلى أخطار على الأشخاص _لاقدر الله_.

وهذه المقالة ستسلط الضوء على أشهر المشاكل التي تظهر على مفاتيح الجهد المتوسط بزيادة الحرارة على أجزائها، حيث تتلخص المسببات لتلك الزيادة في درجة الحرارة إلى:

1. الزيادة المضطردة في الأحمال الكهربائية.
2. تهالك وتأثر في المعدات مع الاستخدام.
3. تحديات الظروف البيئية.

ويمكن تصنيف مسببات أعطال مفاتيح الجهد المتوسط إلى ثلاثة أنماط رئيسية:

• ارتفاع درجة الحرارة بشكل حاد (القاطع، القضبان، ومرابط كابلات القدرة).
• التفريغ الجزئي.
• الرطوبة العالية.

تقنيات المراقبة لمفاتيح الجهد المتوسط:

مراقبة مفاتيح الجهد المتوسط لمحطات التحويل إما أن تكون بشكل يدوي أو من خلال أجهزة خاصة معتمدة على طبيعة المشكلة في المفاتيح، ففي الفحص اليدوي عادة يكون مجدول على فترة دورية محددة و يلزم ذلك أن تكون الأجزاء المراد فحصها بالمفاتيح في حالة عزل تام عن مصادر التغذية الكهربائية لدواعي السلامة الكهربائية، وأما المراقبة من خلال الأجهزة أو المعدات الخاصة فيكون بصفة مستمرة لتعظيم المراقبة الآنية بالأجزاء التي تكون نسبة أعطالها أكبر، و ذلك من خلال دراسات بحثية و تاريخية لمعدات و أجهزة المفاتيح و هي غالباً محددة ، وأشكال المراقبة تتكون من قسمين :

• مراقبة حرارية.
• مراقبة التفريغ الجزئي.

القسم الأول: المراقبة الحرارية.

المراقبة المستمرة لدرجة الحرارة تعتبر الطريقة الأساسية لاكتشاف المشاكل وبدء نشوء الأعطال في المفاتيح، ولكن هناك تحديات لتطبيق تلك الطريقة وهي:

1. الحساسات لابد أن تحافظ على جهد التحمل المسموح مستوى العزل الأساسي (Basic Insulation Level BIL).
2. امداد الحساسات بالطاقة.

بالنسبة لمشكلة مستوى العزل الأساسي BIL، فمواصفة IEEE رقم (5.2 C37 .20.3)بعنوان: Metal-enclosed interrupter switchgear حددت أن المفاتيح المقننة بأقصى جهد 15 كيلو فولت يجب أن يكون الجهد الاندفاعي 95 كيلو فولت بينما المسافة _في الهواء_ تقريباً 160مم.

هذه المواصفة ستلغي جميع الأنواع المشهورة لأنظمة مراقبة درجة الحرارة الملامسة بشكل مباشر للجزء المراد مراقبته، من أمثلة أجهزة المراقبة الملامسة:

• المزدوجة الحرارية Thermocouples.
• كاشف درجة الحرارة ذو المقاومة Resistance temperature detectors RTD.

تتأثر هذه الأنظمة في التداخلات الكهرومغناطيسية (الترددات الراديوية) في بيئات الجهود العالية، لذا أفضل أنظمة مراقبة يمكن تطبيقها هي الأجهزة الغير مباشرة التلامس كــ:

• أنظمة الألياف البصرية.
• حساسات الموجات تحت حمراء المستمرة.
• حساسات لاسلكية مباشرة التلامس المغذاة بالطاقة ذاتياً-بطارية Wireless battery-powered direct-contact sensors.
• حساسات لاسلكية مباشرة التلامس مغذاة بطاقة مخزنة ومعزولة عن أي مصدر طاقةWireless passive direct-contact sensors.

القسم الثاني: مراقبة التفريغ الجزئي.

معظم أجهزة كشف التفريغ الجزئي المشهورة محددة ضمن مواصفة IEC رقم (60270)   بعنوان: Partial discharge measurements، حيث تقوم تلك الأجهزة بقياس الجهد المفاجئ في محول تيار بتردد عالي high-frequency CT أو مزدوج سعوي جهد عالي HV capacitive couplers.

مميزات هذه الطريقة:

• المقدرة على تحليل شكل الموجة.
• تجميع منحنى أحداث التفريغ بالنسبة لشكل موجة الطور.

وعيوبها:

• مكلفة.
• تحتاج إلى تدريب الفنيين على تحليل البيانات.
• مراقبة المفاتيح ليست دائمة.

الطريقة الأخرى تكون حسب مواصفة IEC رقم (62478) لقياسات التفريغ الجزئي صوتياً وكهرومغناطيسياً، وهذه الطريقة تستخدم أجهزة تقوم بقياسات تحليلية غير مباشرة لإيجاد بصمة لنبضات التفريغ الجزئي، ويوجد هناك عدد من طرق الاختبارات كالتالي:

1. طريقة جهد التأريض العابر Transient Earth voltage TEV :

هذا الاختبار لفحص المفاتيح خارجياً بقياس الإشعاعات الكهرومغناطيسية الملامسة للأرضي، ويمكن من خلال هذا الجهاز أن يستخدم بصفة مستمرة.

لمراقبة التفريغ الجزئي، لكن لا يمكن استخدامه بين الأطوار، والشكل (1) يوضح هذا الحساس.

1. طريقة التردد العالي HF والتردد العالي جداً VHF :

أنظمة HF/VHF تعمل ما بين (3-300) ميجا هيرتز وتستخدم هوائيات كبيرة، وتستخدم حساسات بمحول تيار ذي تردد عالي أو مزدوج لكشف التفريغ الجزئي.

2. طريقة الصوت:

يستخدم لاقط صوتي أو أي حساس صوتي لمراقبة الترددات ما بين 10 هيرتز و300 كيلو هيرتز.

3. طريقة الترددات الفائقة Ultra-high frequency UHF :

طريقة كشف النطاق العريض ما بين 300 ميجا هيرتز و 3 جيجا هيرتز تراقب الموجات الكهرومغناطيسية العابرة خلال الهوائي، و طريقة الترددات الفائقة التقليدية سريعة التأثر من تشويش أجهزة الهاتف النقالة و الراديو و أجهزة الإرسال الأخرى، بينما الأجهزة الحديثة تستخدم نطاق ترددي فائق محدد لمراقبة التفريغ الجزئي و تلغي أي مصدر تشويش خارج تلك النطاقات المحددة، الشكل (2) صورة لحساس الترددات الفائقة داخل المفاتيح.

مميزات هذه الطريقة:

آمنة، ونظام مراقبة غير ملامس للجزء المراد مراقبته بصفة مستمرة.

ويمكن تقسيم إشارات إشعاعات موجات الترددات الفائقة إلى ثلاث أجزاء رئيسية:

1. تداخل الموجات (التشويش) Noise:

تشير تداخل الموجات إلى طاقة الترددات الفائقة في نطاق الترددات المحددة وليس في ارتباطها بتردد القدرة الكهربائية، ويعتبر التفريغ الجزئي الضعيف وغير المنتظم أحد أنواع الموجات المتداخلة.

2. التفريغ الغير متماثل:

يحدث هذا التفريغ مبدئياً في نصف دورة موجة القدرة السالبة، حيث الإلكترونات تنبعث من المعدن لتأين الهواء ويسمى التفريغ الغير متماثل بالتفريغ الهالي أو التفريغ السطحي، حيث يظهر بشكل كبير في التوافقيات الفردية والزوجية لتردد خط القدرة.

3. التفريغ المتماثل:

يحدث هذا التفريغ بكلا مناطق دورة موجة القدرة الموجبة والسالبة ويظهر في التوافقيات الزوجية لتردد خط القدرة.

 ترجمة بتصرف من المرجع:

Monitor medium-voltage switchgear in refineries,Murray J.,hydrocarbon processing website,October 2016.