مكونات منظومة الحماية الكهربائية

يعتبر تصميم أنظمة الحماية من أهم فروع هندسة القوى الكهربائية لإحتمالية حدوث الأخطاء في الشبكة سواءً تيار قصر أو أي حالة غير طبيعية في الشبكة مما يتسبب في مشاكل مثل الحرائق أو تلف معدات ومكونات الشبكة الكهربائية وأهم أهداف أنظمة الحماية:

حماية كل ما يحيط بالشبكة الكهربائية.
المحافظة على إستقرار الشبكة.
تقليل التلف في معدات الشبكة.
حماية الأحمال المرتبطة بالشبكة.

تتكون منظومة الحماية من عناصر أساسية وهي:

1-المرحلات (Relays):

هي أجهزة تقرأ المدخلات (قيمة التيار والجهد) ومن ثم تعطي إشارة للقواطع لفصل الدائرة عند حدوث خطأ, وتنقسم بناءً على تقنياتها إلى:

Electromechanical relays
Static relays
Numerical relays

صورة(1):مرحلات من نوع Numerical relays.

2-القواطع (Circuit breakers):

هو جهاز يُستخدم لقطع الدائرة عند الظروف غير الطبيعية بناءً على الإشارة من المرحل , ويستخدم أيضا لقطع الدائرة في الظروف الطبيعية وله عدة أنوع منها:

Air Circuit Breakers

Oil Circuit Breakers

Air Blast Circuit Breakers

SF6(Sulphur-Hexa-Fluoride gas) Circuit Breakers

صورة(2): قاطع من نوع SF6.

3-محولات الجهد والتيار(VT & CT):

A)محولات الجهد (VT):

هي أجهزة تحول قيمة الجهد على الشبكة إلى قيمة أصغر بمعدل معين (turns ratio)ليتم قرائتها من قبل أجهزة الحماية يكون الجهد الثانوي 110V , من مسمياته Potential transformer (PT) , ومن أنواعه:

Electromagnetic (VT):

يستخدم في نظام يصل جهده إلى 132KV , في حالة كان الجهد أعلى من 132KV يمكن توصيل أكثر من محول ( in cascade) يتم توصيل الملفات الإبتدائية للمحولات على التوالي ويكون لكل محول كور خاص به .

Coupling capacitor voltage transformer (CCVT):

يستخدم عند الجهود أعلى من 132KV لكن يعتبر أغلى في السعر من محول الجهد العادي.

الصورة(3):الدائرة المكافئة وشكل محول الجهد من نوع (CCVT).

B)محولات التيار(CT):

هي أجهزة تحول قيمة التيار العالية التي في الشبكة لقيمة صغير بنسبة تحويل بين الإبتدائي والثانوي حتى يتمكن جهاز الحماية من قراءة قيمة التيار والإحساس بتيار الخطأ, وعادة ما يتكون الجانب الإبتدائي من عدد قليل من اللفات بينما الجانب الثانوي يحتوي على عدد كبير من اللفات, وله عدة أنواع بناءً على تكوينه منها:

Wound Type:

يحتوي على ملفات منفصلة إبتدائية وثانوية يربط بينهما كور وتختلف عدد الفات على حسب التصميم .

Bar type:

يحتوي على قضيب موصل بالتوالي مع الخط الإبتدائي الذي يراد تحويل قيمة التيار منه .

Windo type:

يتكون من قلب يمكن فتحه ويمر من داخله الخط أو الكيبل الذي يراد تحويل قيمة التيار منه ويعتبر الإبتدائي .

الصورة(4): من أنواع محولات التيار.

وتقسم محولات التيار بناءً على تطبيقاتها إلى نوعين:

للقياس (Measuring CTs):

يتم توصيل الجانب الثانوي بأجهزة القياس مثل (ammeter, wattmeter…) , ويصل تحمله إلى 1.25 من قيمة تيار الحمل كامل ثم يدخل لمرحلة التشبع كما يتضح في الصورة 5.

للحماية (Protective CTs):

يتم توصيل الجانب الثانوي بأجهزة الحماية (Relay, trip coils…) يصمم ليصل إلى مرحلة التشبع عند قيمة عالية حتى ينقل القيمة الصحيحة إلى المرحل كما في الصورة 5.