وقاية النظم الكهربية by hamada1331

VIEWS: 11 PAGES: 8

									      ‫محاضرة رقم (11)‬                               ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬

                                                                  ‫11‬            ‫محاضــــــــــــــــــــــــرة :‬
                                                           ‫وقاية النظم الكهربية‬    ‫عنــــــوان المحاضرة :‬

                                                                                                  ‫1- مقدمة :‬
‫بعد دراسة وتحليل نظم القوي تحت ظروف األعطال المختلفة والتى تتنوع من ظروف األعطال المتماثلة ذات‬
‫الثالث األوجه واألعطال الغير التماثلة , ونتائج هذه الدراسة والتحليل تستخدم كأساس لتحديد الظروف التى‬
‫تطرأ على النظام خالل األعطال وذلك حتى يمكن اتخاذ الفعل الالزم لمنع حدوث مثل هذه األعطال وفى حالة‬
   ‫حدوث األعطال يتم اتخاذ الفعل الضروري لتقليل آثار األعطال التدميرية و لتقليل انقطاع التغذية الكهربية .‬
    ‫وبصورة عامة يمكن تعريف نظم الحماية بأنها نظم تعمل على مراقبة نظام القوي الكهربي باستمرار حتى‬
       ‫يتم التأكد من حدوث أقصي استمرارية لنقل القوي الكهربية مع أقل خطر على حياة اإلنسان أو المعدات .‬
  ‫ودوائر نظم الحماية تكون معزولة عن دوائر القوي الكهربية , ولذلك يتم تغذيتها من محوالت قياس من نوع‬
   ‫محول تيار (‪ )C.T‬ومحول الجهد (‪ , )P.T‬ومحوالت القياس بدورها تعطي المتغيرات المقاسة لنظام الوقاية‬
 ‫والذي بدوره يكتشف حدوث العطل ويرسل إشارة إلي جهاز قطع الدائرة (‪ )C.B‬حتى يفصل الجزء المصاب‬
                                                                          ‫بالعطل فقط إن أمكن من النظام .‬
                                         ‫ويتم تقسيم نظام القوي الكهربي إلى مناطق يتم حمايتها وهي كاآلتي :‬
                                                                                   ‫- منطقة المولدات‬
                                                                                 ‫- منطقة المحوالت‬
                                                                                   ‫- منطقة القضبان‬
                                                                       ‫- منطقة دوائر النقل والتوزيع‬
                                                                                 ‫- منطقة المحركات‬
     ‫والتقسيم إلى هذه المناطق يضمن نظام وقاية مناسب , مما يقلل احتمالية قطع الخدمة إلى أقل وقت ممكن ،‬
         ‫وشكل (1) يعطي رسم أحادي الطور لجزء من نظام القوي الكهربي مع تقسيمه إلى مناطق للحماية مع‬
   ‫مالحظة أن كل منطقة تتداخل مع المنطقة المجاورة لتجنب وجود مساحات غير محمية , والتى يطلق عليها‬
         ‫(مناطق عمياء ) وتوصيالت محوالت قياس التيار تحقق هذا التداخل وشكل (2) يعطي أثنين من النظم‬
        ‫المحتمل استخدامها مع مالحظة أن حدوث عطل فى منطقة محوالت قياس التيار المشتركة سيعمل على‬
                                                                         ‫تشغيل القواطع فى كال المنطقتين .‬




                                                     ‫1‬
‫محاضرة رقم (11)‬                         ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬




            ‫شكل (1) : المناطق التقليدية للوقاية لجزء من نظام قوي كهربي‬




                        ‫شكل (2) : التداخل حول قاطع الدائرة‬



                                        ‫2- محوالت القياس ‪Instrument Transformers‬‬



                                        ‫2‬
     ‫محاضرة رقم (11)‬                             ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬

‫يتم استخدام هذه المحوالت في قياس الجهد و التيار الكهربي في شبكات القدرة العالية و الجهد العالي و‬
                   ‫توصيل االشارات الناتجة الي دوائر المرحالت ذات التيار الخفيف. و باالضافة الي ذلك :‬
                                               ‫1 - عزل ملفات المرحالت عن دائرة الجهد العالي‬
‫2 - تغذية قيم قياسية للتيار والجهد للمرحالت على سبيل المثال واحد وخمسة أمبير للتيار ، 111‬
                             ‫و121 فولت للجهد وبذلك تسمح بمرحالت قياسية ألي نظام قوي .‬

                                                  ‫2-1 محوالت التيار ‪Current Transformer‬‬
                                                              ‫تركيب المحول ‪Construction‬‬
                                                       ‫يوجد نوعان رئيسيان من هذه المحوالت :‬
                                      ‫-محول ذي لفة واحدة للملف االبتدائي ‪Single term for‬‬
                       ‫-محول ذي بضعة لفات للمحول االبتدائي ‪Multi turn wound primary‬‬
‫وتوصل الملفات االبتدائية على التوالي في الدائرة ويجب أن تعزل الملفات لمقاومة الجهد إلى األرض‬
‫‪ Voltage to earth‬ويمثل شكل رقم (1) رسم تخطيطي لمحول تيار الجزء (‪ )a‬والجزء (‪ )b‬يمثل رسم‬
                                                       ‫رمزي بكيفية توصيل المحول في الدائرة .‬

                                                                           ‫قلب المحول ‪Core‬‬
‫غالبًا ما يكون حلقي المقطع ومصنوع من شرائح من الصلب المسحوب على البارد ‪Cold soled grain‬‬
‫‪ oriented steel‬أو من سبيكة من النيكل والحديد . أو قد يكون مقطع القلب على شكل مستطيل .كذلك قد‬
                                                 ‫يكون المحول من نوع محول مغلف ‪. Shell type‬‬

                                                        ‫الملفات والعزل ‪Winding & insulation‬‬
‫أ- الملفات االبتدائية : وتكون على شكل ‪ edge wound copper ship‬وذلك لمقاومة القوي‬
‫الكهرومغناطيسية والتى تنتج من التيارات عالية القيمة وتعزل حلقات الملف بالتغطية بمادة عازلة ‪resinous‬‬
                                                                                       ‫‪. materials‬‬
‫ب- الملفات الثانوية : تتكون من أسالك من النحاس ذات مقطع دائري أو مستطيل وتعزل بشرائط من الورق‬
                                                       ‫المضغوط أو القماش أو المواد العازلة األخرى .‬

                                                    ‫تقسيمات محول التيار طبقًا للتوصيالت الكهربية :‬
                ‫يبين شكل (3) محول ذي نسبة واحدة ‪ Single ratio‬وله ملف ابتدائي وملف ثانوي فقط .‬
                                               ‫‪Primary‬‬




                           ‫‪Line‬‬                                     ‫‪Load‬‬

                                             ‫‪Secondary‬‬



                                                ‫‪To‬‬
                                               ‫‪Burden‬‬



                                              ‫شكل (3)‬
‫أ) محول ذو ثالثة أسالك ، حيث يقسم الملف االبتدائي إلى جزئين متساوين معزولين تماما وغالبًا يستخدم‬
                ‫ً‬
‫هذا المحول في قياس القدرة الكهربية لنظام أحادي الوجه ذي ثالث أسالك وفى نظم القوي ذات الجهد‬
                                                                           ‫المنخفض شكل (4).‬




                                                  ‫3‬
      ‫محاضرة رقم (11)‬                               ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬

                                          ‫‪Neutral‬‬


                           ‫‪Line‬‬



                                                                              ‫‪Load‬‬
                                            ‫‪Primary‬‬
                          ‫‪Line‬‬




                                                          ‫‪Secondary‬‬




                                              ‫‪To‬‬
                                             ‫‪Burden‬‬


                                                ‫شكل (4)‬

‫ب) محول ذو ملف ابتدائي توالي وتوازي ‪ ، Series parallel primary transformer‬وفيه يقسم الملف‬
‫االبتدائي إلى قسمين متماثلين أو أكثر يتم توصيلهما على التوالي أو التوازي (شكل 5) وذلك إلنتاج نفس‬
                                                 ‫قيمة تيار لفة ‪ camper turn‬في الدائرة الثانوية.‬
‫ج) محول ذو ملف ثانوي مجزئ ‪ ( ، Tapped secondary transformer‬شكل رقم 6) ويستخدم عند‬
‫االحتياج إلى اشارتان للتيار في الدائرة الثانوية مع األخذ في االعتبار أن اشارة واحدة فقط تستخدم في الوقت‬
‫المعين واألطراف األخرى تبقي مفتوحة ويالحظ أن ذلك سوف يؤثر على الدقة عن حالة استخدام الملف‬
                                                                                        ‫الثانوي بأكمله .‬
                                          ‫‪Primary‬‬



             ‫‪Line‬‬
                                                                      ‫‪Load‬‬
                             ‫‪Secondary‬‬

                                                                         ‫‪a) Series Connection‬‬


                                               ‫‪To‬‬
                                             ‫‪Burden‬‬




                           ‫‪Primary‬‬
              ‫‪Line‬‬
                                                                      ‫‪Load‬‬
                             ‫‪Secondary‬‬
                                                                             ‫‪b) Parallel Connection‬‬


                                               ‫‪To‬‬
                                              ‫‪Burden‬‬



                                                ‫شكل (5)‬



                                                      ‫4‬
      ‫محاضرة رقم (11)‬                                ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬


                                                      ‫‪Primary‬‬


                      ‫‪Line‬‬
                                                                               ‫‪Load‬‬
                                    ‫‪Secondary‬‬




                                            ‫‪To‬‬
                                         ‫‪Burden‬‬


                                                      ‫‪Primary‬‬


                      ‫‪Line‬‬
                                                                               ‫‪Load‬‬
                                    ‫‪Secondary‬‬




                                                                     ‫‪To‬‬
                                                                     ‫‪Burden‬‬

                                              ‫شكل (6)‬
‫د) محول ذو عدة ملفات ثانوية ‪ ( ، Multiple secondary transformer‬شكل رقم 7) ويستخدم في حالة‬
‫ضيق المكان حيث يتم تغذية أجهزة القياس وأجهزة المرحالت وبالنسبة لهذا المرحل الملف الثانوي الذي ال‬
                                      ‫يستخدم ال بد من توصيل أطرافه ببعض على عكس الملف المجزئ .‬

                                                  ‫‪Primary‬‬


                    ‫‪Line‬‬                                    ‫‪Secondary‬‬
                               ‫‪Secondary‬‬                                         ‫‪Load‬‬




                                             ‫‪To‬‬                 ‫‪To‬‬

                                           ‫‪Burden‬‬           ‫‪Burden‬‬



                                                  ‫شكل (7)‬

‫وتسمي األجهزة (مرحالت أو قياس ) المتصلة بالدائرة الثانوية للمحوالت بالحمل ‪ burden‬و ال تسمي ‪load‬‬
‫للتمييز بينهما وبين األحمال في الدائرة االبتدائية. ويعبر عن األحمال الثانوية بالمقاومة أوم أو فولت أمبير‬
‫ومعامل القدرة. ويلخص جدول (1) القيم القياسية لهذه األحمال لمحول ذي تيار عياري 5 أمبير في الملف‬
                                                                                               ‫الثانوي.‬

                                           ‫جدول (1)‬
      ‫‪Burden‬‬                 ‫‪Impedance in ohm‬‬                   ‫‪Voltamp‬‬                     ‫‪P.F‬‬
    ‫‪designation‬‬
                                         ‫‪Metering burdens‬‬
        ‫1.0 - ‪B‬‬                       ‫1.0‬                ‫5.2‬                                ‫9.0‬
        ‫2.0 - ‪B‬‬                       ‫2.0‬                ‫0.5‬                                ‫9.0‬


                                                     ‫5‬
     ‫محاضرة رقم (11)‬                              ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬


       ‫5.0 - ‪B‬‬                      ‫5.0‬                  ‫5.‪n‬‬                             ‫9.0‬
       ‫9.0 - ‪B‬‬                      ‫9.0‬                ‫5-2.2‬                             ‫9.0‬
       ‫8.1 - ‪B‬‬                      ‫8.1‬                  ‫54‬                              ‫9.0‬
                                        ‫‪Relaying burdens‬‬
         ‫1-‪B‬‬                        ‫0.1‬                  ‫.52‬                             ‫5.0‬
         ‫2-‪B‬‬                        ‫0.2‬                  ‫.05‬                             ‫5.0‬
         ‫4-‪B‬‬                        ‫0.4‬                ‫.002‬                              ‫5.0‬
         ‫8-‪B‬‬                        ‫0.8‬                ‫.002‬                             ‫05.0‬

               ‫جهد الدائرة المفتوحة لمحول التيار ‪Current transformer open circuit voltage‬‬
‫القاعدة العامة للمحول هي عدم فتح دائرة الملف الثانوي طالما يمر تيار في الملف االبتدائي ألنه عندما يمر‬
‫تيار في الملف االبتدائي سوف يولد فيض عالي القيمة في القلب مما يسبب تشبعه وبذلك يتكون جهد غير عالي‬
‫على طرفي الملف الثانوي مما يسبب انهيار العزل ويسبب خطورة على األشخاص أيضا . وهناك سبب آخر‬
                    ‫ً‬
‫وهو امكانية وجودالفيض المتبقي ‪ residual magnetism‬في القلب الحديدي حتى بعد إزالة الجهد مما يؤثر‬
                                                                                   ‫على دقة المحول .‬

                     ‫الخصائص الميكانيكية والحرارية ‪Mechanical and thermal characteristics‬‬
    ‫بجانب دق ة المحوالت فان الخصائص الميكانيكية والحرارية يلزم معرفتها عند اختيار المحوالت وذلك ألنه‬
   ‫عند حدوث القصر يمر تيار عالي القيمة في الدائرة ويصاحب ذلك تأثير حراري وميكانيكي على المحول .‬
‫والقوي المتولدة في المحول لحظة القصر تتناسب مع مربع عدد لفات الملف االبتدائي و بزيادة قيمة التيار لفة‬
                                         ‫‪ Ampere turns‬بهدف زيادة الدقة فسوف تقل المقاومة الميكانيكية .‬
‫أما بالنسبة للسعة الحرارية فهي تعتمد على مقطع السلك وطوله وعدد لفات كال من الملف االبتدائي والثانوي‬
      ‫وزمن مرور تيار القصر وبزيادة حجم الموصل سوف ترتفع السعة الحرارية ولكنها بزيادة عدد اللفات .‬

                                                                              ‫اختيار محوالت التيار‬
‫تقاس نسبة الخطأ في قيمة التيار للمحول والمعروف له نسبة التحويل وذلك يوضح أميتر في كل من الدائرة‬
‫االبتدائية والثانوية وتقارن القيم مع نسبة التحويل ومنها يحدد الخطأ وحتى طريقة بسيطة لكن ال تعطي دقة‬
                                         ‫عالية كذلك يجري اختيار الجهد بمنحنى ‪.Impulse voltage‬‬
‫إذا كان المحول معرض لمثل هذه الجهود كذلك إذا كان المحول موجود في الهواء الطلق فالبد من إجراء‬
                                 ‫االختبار تحت تأثير األمطار الصناعية وذلك للتأكد من صالحية العزل.‬

                                        ‫2-2 محوالت الجهد ) ‪Voltage ( Potential transformer‬‬
‫تصمم محوالت الجهد على أساس أن توضح بين خط واألرض أو بين خطين وتستخدم لتغذية أجهزة قياس‬
‫الجهد أو التحكم أو الملف الخاص بالجهد في أجهزة قياس القدرة لكهربية ونسبة التحويل للملف االبتدائي إلى‬
‫الثانوي تكون بحيث تعطي قيمة للجهد في الملف الثانوي تساوي 111.511.121 فولت ويوضح شكل رقم7‬
                                                                     ‫رسم تخطيطي ألحد هذه المحوالت‬

                                                                      ‫التركيب ‪Construction‬‬
                                           ‫أ) النوع الكهرومغناطيسي ‪Electromagnetic types‬‬
‫يعتمد بصورة رئيسية على الجهد فالمحوالت أقل من 3.3 كيلو فولت يمكن أن تكون محوالت جافة‬
‫وبالنسبة للجهود األعلى يغمر القلب والملفات في الزيت للعزل ومع التطور واستخدام غاز سادس أكسيد‬
                            ‫الكبريت في العزل ألجهزة القطع تم استخدامه أيضا لمحوالت الجهد .‬
                                             ‫ً‬

                                                                 ‫ب) النوع التعاقبي ‪Cascade type‬‬
‫شكل رقم (8) يبين محول جهد ذو ست مراحل وغالبًا يستخدم هذا المحول في الجهود أكثر من 541‬
‫كيلو فولت ويالحظ أن الملف االبتدائي تم تقسيمه على عدة قلوب مغناطيسية بينما الملف الثانوي موجود‬
                                                          ‫فقط على قلب واحد - المرحلة األخيرة.‬




                                                  ‫6‬
     ‫محاضرة رقم (11)‬                            ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬




                                             ‫شكل (8)‬

                                                                    ‫استخدام المكثفات ‪Capacitor‬‬
                             ‫تركيب هذا النوع يعتمد أساسا على فكرة مجزئ الجهد باستخدام المكثفات .‬

                                        ‫محول جهد ألجهزة القطع المعزولة بغاز سادس أكسيد الكبريت‬
                                      ‫وتعتمد فكرة هذه المحوالت على مجزئ الجهد باستخدام المكثفات.‬

                                                                     ‫الخصائص الميكانيكية والحرارية‬
‫حيث أن محوالت الجهد تصل بين خط واألرض أو بين خطين فهي سوف ال تتعرض لتأثيرات حرارية‬
‫وميكانيكية مماثلة لما يحدث في محوالت التيار ولكن هناك احتمال بتعرضها لقصر في الملف الثانوي وإذا‬
‫استخدمت المصهرات في الدائرة الثانوية لحمايتها سوف يزيد ذلك التحميل فيها لذلك تستخدم المصهرات في‬
                                           ‫الملف االبتدائي وسوف يكون لذلك تأثير طفيف على الدقة .‬

                                        ‫تحميل محوالت الجهد ‪Voltage transformer burden‬‬
‫الحمل على المحول هو ما يتصل بالملف الثانوي ويعبر عنه فولت أمبير وجدول رقم (2) يبين التحميل‬
                                                                 ‫ومعامل القدرة لبعض الحاالت.‬

               ‫جدول 2: ‪ANSI Standard Burdens for voltage transformer‬‬




                                                 ‫7‬
     ‫محاضرة رقم (11)‬                              ‫مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية‬


                  ‫‪Burden‬‬              ‫‪Voltamp. at 120 V‬‬              ‫‪Burden P.F‬‬
                    ‫‪W‬‬                       ‫5.21‬                         ‫1.0‬
                    ‫‪X‬‬                        ‫52‬                          ‫7.0‬
                    ‫‪Y‬‬                        ‫57‬                         ‫58.0‬
                    ‫‪Z‬‬                       ‫002‬                         ‫58.0‬
                    ‫2‪Z‬‬                      ‫004‬                         ‫58.0‬
                    ‫‪M‬‬                        ‫53‬                          ‫2.0‬

‫كذلك يحدد للمحول حمل حراري ‪ thermal burden‬وهو يساوي فولت أمبير الذي يمر خالل المحول من‬
                                                  ‫غير تعدي درجة الحرارة المدى المسموح به .‬

                                                                                     ‫الدقة ‪Accuracy‬‬
‫بسبب مقاومة الملفات فهناك فقد في القدرة الكهربية بها والتى تسبب ارتفاع في درجة الحرارة للملفات كذلك‬
‫نسبة الجهد للملف االبتدائي والثانوي ال تكون مماثلة تماما لنسبة عدد لفات الملف االبتدائي إلى الثانوي .‬
                                              ‫ً‬
‫وهذا يعرف بخطأ النسبة ‪ ratio error‬هذا باإلضافة أيضا إلى أن جزئ من التيار يستخدم في مغنطة القلب‬
                                                ‫ً‬
‫وهناك أيضا الفقد في القدرة في القلب الحديدي لذلك فالزاوية بين الجهدان للملف االبتدائي والملف الثانوي‬
                                                                                           ‫ً‬
‫ليست 181 تماما أي أن هناك خطأ في الزاوية ‪ Phase angle error‬ويقاس ذلك بالدقائق . وهذا الخطأ‬
                                                                                      ‫ً‬
              ‫األخير ال يهم في الدوائر ذات معامل قدرة يساوي الواحد أو التي تغذي أجهزة قياس أو تحكم .‬




                                                   ‫8‬

								
To top