حماية نظم القوى الكهربية

[..الطمـ فتى مكة ـوح..]

بسم الله الرحمن الرحيم
سلامـ من الله عليكم ورحمته وبركاته

,,

بعض التعاريف الهامة المستخدمة فى هندسة الكهرباء و هى عبارة عن تعاريف موجزة و مختصرة



1 – الريلاى Relay
عبارة عن جهازيمكن عن طريقة التحكم أليا فى دائرة كهربية و توجد انواع مختلفة من هذة المتممات و لها استخدمات مختلفة. ويعتبر الريلاى هو أحد المكونات الرئيسية لنظام الحماية.

2 – ريلاى وقائى Protective Relay
هو الريلاى الذى يستخدم لوقاية المعدات و الأجهزة الكهربائية و يحتوى اساسا على ملف و نقط تلامس.
و يضبط على قيمة معينة للكمية الكهربية التى عندها تقفل نقط التلامس و تعطى اشارة كهربية لبداية تشغيل دائرة انذار او دائرة فصل او كليهما.

3- ريلاى قياس Measuring Relay
هو ريلاى يتم ضبطه على قيمة معينة يعمل عند وصول الكمية الكهربائية لهذة القيمة و يقوم بعمل قياسات معينة خاصة بنظام الحماية.

4 – ريلاى مساعد Auxiliary Relay
هو ريلاى لا يعتمد على وسيلة ضبط و بالتالى لا يعمل على كمية كهربية معينة. و لكن يكون مساعدا للأجهزة الأخرى . حيث يمكن الحصول منه على عدد من نقط التلامس لاأستخدامها فى أغراض مختلفة.

5 – ريلاى لحظى Instantaneous Relay
هو ريلاى سريع التشغيل زمن تشغيله تقريبا خوالى 0.02 ثانية و لا يحتوى على عنصر تآخير زمنى.

6 – ريلاى ذو زمن عكسى Inverse Time Relay
هو ريلاى له خاصية عكسية بين الزمن و التيار. فكلما زاد التيار المار فى ملف الريلاى عن قيمة التشغيل المضبوط عليها كلما انخفض زمن تشغيله.

7- ريلاى كهرومغناطيسى Electromagnetic Relay
عبارة عن ريلاى تقليدى بحتوى على اجزاء ميكانيكية متحركة (قرص متحرك) و دائرة مغناطيسية يتم عن طريقة قباس او مقارنة الكميات الكهربية.

8 – ريلاى استاتيكى Static Relay
يتكون غالبا من عناصر إلكترونية ثابتة static غير متحركة يتم عن طريقة قياس او مقارنة الكميات الكهربية.

9 – ريلاى حماية ضد زبادة التيار Over current relay
هو ريلاى يعمل عند زيادة التيار المار فيه عن القيمة المضبوط عليها.

10 – ريلاى حماية ضد القصر الأرضى Earth fault relay
هو ريلاى يعمل فقط عند حدوث دائرة قصر مع الأرضى

11 – اللقط Pick-up
يتم ضبط اى ريلاى عند قيمة تشغيل معينة. و عندما يقيس الريلاى هذة القيمة فإن نقط التلامس الخاصة به تغلق و يطلق على هذة العملية ان الريلاى لقط .
و قيمة الضبط او قيمة مستوى اللقط Setting هى قيمة كمية تشغيل البداية للريلاى.
فمثلا عند حقن متمم الوقاية ضد زيادة التيار بقيمة تيار صغيرة ثم نبداء فى زيادة القيمة تدريجيا حتى يلقط الريلاى. اى تغلق نقط تلامسة فيقال ان الريلاى لقط عند قيمة (؟) على الأقل مساوية لقيمة الضبط.

12 – قيمة الأستعادة Reset or Drop Out
هى القيمة التى يعود عندها المتمم الى حالته العادية Reset أى القيمة التى تستعيد عندها نقط التلامس وضعها الطبيعى

[..الطمـ فتى مكة ـوح..]

الخصائص الهامة لأجهزة الوقاية:
• الأنتقائية و التمييز Selectivity and Discrimination
تعنى الأنتقائية : أن ريلايهات الوقاية يجب أن تختارالجزء العاطل من الشبكة الكهربائية و تعزلة عن باقى الشبكة بسرعة حتى لا يسبب إتلاف المعدات المراد حمايتها.
يعنى التمييز: ان ريلايهات الوقاية لها القدرة على التمييز بين حالات التشغيل العادية و الحالات الغير عادية Abnormal cases. داخل المنطفة المحميةالخاصة بها فقط.
و بناً على ماسبق يجب أن لا تعمل ريلاهات الوقاية فى حالة وجود أعطال Fault خارج نطاق المنطقة المحمية.
• زمن تشغيل الريلاى – زمن عزل العطل Relay Time – Clearing Time.
زمن عزل العطل : هو الزمن الذى يبدأ من لحظة حدوث القصر و حتى لحظة فتح قاطع التيار CB.
(Circuit breaker)
زمن عزل العطل = زمن الريلاى (من لحظة حدوث العطل حتى غلق نقط تلامس الريلاى) + زمن قاطع التيار (من لحظة غلق نقط تلامس الريلاى إلى لحظة أخر اخماد للشرارة داخل القاطع.

FCT= TR + TC
FCT = Fault Clearing Time. (Total Break Time)
TR = Relay Time.
TCB = Circuit breaker Time.

و يجب معرفة زمن عزل العطل للاسباب التالية:
1. سرعة عزل العطل تقلل من احتمال انهيار المعدات المراد حمايتها , على سبيل المثال عمل اختبار لتيار القصر بقيمة 40 كيلو أمبير لمدة 80 مللى ثانية على قضبان توزيع رئيسية BB لم يحدث اى انهيار لها رغم قيمة التار الكبيرة , و عند عمل نفس الأختبار السابق عند نفس القيمة و لكن لمدة 5 ثوانى فقد حدث انهيار كامل للمعدات.
2. سرعة عزل العطل تساعد على تحسين أستقرار الشبكة الكهربيةStability و يؤخذ هذا فى الأعتبار عند وضع خطط الوقاية Protection Schemes) ( لخطوط الجهد العالى - المولدات الكبيرة - المحولات الكبيرة – المحركات .......
و على الرغم من من أهمية عزل العطل بسرعة إلا أن التاخير الزمنى(Time Lag ) يكون مرغوب فيه للأسباب الأتية:-
1. لاعطاء فرصة للتمييز بين الوقاية الرئيسية ) Main Protection ( و الوقاية الأحتياطية Buck up Protection. ) (
2. للتغلب على التشغيل الخاطئ للريلايهات فى الحالات التالية:
• التيارات الكبيرة الناتجة من بدية تشغيل المعدات (Starting Current)
• التيارات الناتجة من الحالات العابرة و الطارئة(Transient)
• التغير فى الأحمال ( Load Fluctuations)
• الحساسية Sensitivity
تعرف حساسية الريلاى على إنها أقل قيمة كهربية يشتغل عندها .
و تعتمد قيمة أفل تيار قصر Minimum short Circuit Current لشبكة كهربية على الفروض التالية:
1. حدوث القصر عند نهاية الخط.
2. وجد افل عدد من وحدات التوليد.
3. أن تكون مقاومة القوس الكهربى الحادث وقت حدوث القصر كبيرة.
4. ألا تعمل الريلايهات عند قيمة أقصى تيار حمل Over Load مسموح به.
5. ألا تعمل الريلايها نتيجة قصر فى منطقة خارج المنطقة المحمية.

وعند أختيار حساسية الريلايهات نتبع الأتى:
1. قيمة أقل تيار قصر بالمنطقة المحمية.
2. قيم تيارات التشغيل المطلوبة للوقاية الرئيسية و الوقاية الأحتياطية.
و تعرف حساسية ريلايهات الوقاية باستخدام عامل الحساسية Ks التالى:

Ks=Isc/Io
Ks = Sensitivity factor.
Isc (min) = minimum short circuit current.
Io = minimum operating current


• الأستقرار Stability

خاصية الأستقرار هى ان يظل نظام الوقاية مستقراً و لا تعمل الريلايهات عند حدوث قصر خارج المنطقة المحمية او عند حدوث حالات فجائية.
• العول Reliability
يعنى العول ان:
1 – عدم فشل أجهزة الوقاية فى عزل القصر الحادث فى المنطقة المحمية.
2 – عدم حدوث أعطال بمكونات نظام الوقاية.
3 – ان تعمل أجهزة الوقاية عند الأحتياج فقط.
يعرف عول نظام الوقاية من البيانات الأحصائية المجمعة للشبكة الكهربية , و لا يمكن تحديدها عن طريق معادلات رياضية, و لكن عن طريق تسجيل إحصائى لتاريخ نظام الوقاية المراد معرفة عوله.
• الملائمة Adequateness
اذا كان الريلاى مصمما بحيث يلائم العمل عند جميع احتمالات الأعطال فان التكلفة تكون عالية جدا.
ولذا يكفى أن يكون الريلاى مصمما بحيث يلائم العمل الموضوع من أجله.
العوامل التى تتحكم فى ملائمة الريلايهات هى:
- قدرة المعدة التى سوف يحميها الريلاى.
- مكان و اهمية المعدة المحمية.
- أحتمالات التعرض لحالات غير عادية نتيجة أسباب داخلية او خارجية.
- تكالف المعدة المراد حمايتها.
- تأثير أنهيار المعدة على أستمراريةالتغذية الكهربية
يجب مراعاة الملائمة عند اختيار نظام الوقاية للشبكة الكهربية و ذلك يعتمد على كفاءة التخطيط السليم, على سبيل المثال عند التخطيط لحماية محولات و محركات الجهد المنخفض يجب ان لايستخدم نظام وقاية ذات تكلفة عالية , ممكن عند تصميم نظام وقاية لمحول توزيع قدرة 250 كيلوفولت أمبيران تستخدم مصهرات ذات سعة قطع عالية على سبيل المثال.
• الأقتصاد Economics
تعنى محاولة تصميم نظام وقاية عالى الكفاءة بأقل التكاليف.