طرق حماية المولدات الكهربائية في محطات التوليد
تتضمن حماية المولد اعتبارات لظروف تشغيل غير عادية مقارنة بأي جزء آخر, في بعض المحطات يجب أن تزود بحمايات أوتوماتيكية ضد أي ظروف تشغيل غير طبيعية وضارة.
م.أ/ يسري صلاح الحسيني
يوجد بعض الاختلاف في وجهات النظر عن توليفة الحمايات الكافية للمولدات في المحطات المعنية. على سبيل المثال في بعض اختلاف وجهات النظر تعتبر الحماية ضد ظروف التشغيل غير الطبيعي، غير القصر، ليس بالضرورة يحتاج إلى فصل لحظي من الخدمة وممكن أن يترك إلى التحكم.
أعطال المولد
- أعطال العضو الثابت
حماية دوائر قصر ملفات العضو الثابت
من خلال ممارسة التطبيق العملي للمصنعين القياسية تمت التزكية لاستخدام الحماية التفاضلية للمولدات المقننة 1000 كيلوفولت أمبير أو أعلى، وتحمي معظم تلك المولدات باستخدام المراحل التفاضلية والتي تم شرحها مسبقا، فوق 10000 كيلوفولت أمبير، غالبا وعلى وجه العموم يستخدم المراحل التفاضلية.
تعتبر الحماية التفاضلية المئوية الأفضل لهذا الغرض ويفضل استخدامها حيث إنه يمكن ضبطها اقتصاديا. ليس من الضرورة النظر إلى حجم المولد الذي يحدد كيف يجب أن تكون الحماية جيدة، الشيء المهم هومدى التأثير العائد على باقي النظام في حالة طول مدى القصر في المولد، وكم هومضر للمولد في حالة إخراجه من الخدمة لفترة طويلة.
عملية تنظيم وتركيب محولات التيار للمرحلات التفاضلية المئوية موضحة في شكل 1 في حالة النجمة، وفي شكل 2 للدلتا، إذ ا كان سلك التوصيل لنقطة التعادل في الخارج ومؤرض من خلال معاوقة، يستخدم المرحل التفاضلي المئوي كما موموضح بالشكل 3. والجدير بالذكر هنا يجب أن نشير إلى أن الحماية المسماة بالوحدة Unitللمولد والمحول مع بعضهم موضحة بالشكل 4.
حماية العضو الثابت ضد الاتصال بالأرضي
- أعطال العضو الثابت
أعطال بين الأوجه والأرضي
أعطال بين الأوجة والأرضي
أعطال بين الملفات الداخلية
- أعطال العضو الدوار
أعمال أرضية
أعمال بين الملفات الداخلية
دوائر فتح العضو الدوار
- ظروف غير طبيعية للتشغيل
فقد مجال الإثارة
التحميل غير المتزن
التحميل الزائد
فقد في المحرك الأولي
ارتفاع في السرعة والجهد
التأثير الناتج عن هذه الأعطال:
توصيل الملفات بالأرضي ينتج:
- قوس كهربي للقلب وبالتالي لحم الرقائق مع بعضه البعض مسببا تيارات دوامية مع بقع حرارية.
- ارتفاع شديد لدرجة حرارة الموصلات مع نشوب حريق.
ينتج عن إجهادات حرارية وميكانيكية التي تؤثر على عزل الملفات وتؤدي إلى أعطال أرضية مع ترددات عالية في العضو الدوار مع أضرار على كراسي الارتكاز: أما في حالة فتح الدائرة قد يسبب قوس كهربي.
عندما يفقد العضو الدوار مجال الإثارة ترتفع السرعة تدريجيا وتؤثر كما لو كان مولد حثي.
عدم الاتزان ممكن حدوثه نتيجة عوامل شتى منها أعطال أرضية، تحميل غير متزن، فتح دائرة أو فقد أحد أقطاب القاطع.
شكل رقم (1): الحماية التفاضلية المئوية في حالة النجمة
جدول رقم (1): أعطال المولد
طريقة التأريض قد تؤثر على كيفية الحماية المزودة بالمراحل الأرضية عندما يوصل المولد بالأرضي مباشرة يوجد تيار وجه كما في الأعطال الأرضية والتي بالتالي تؤدي إلى عمل الحماية التفاضلية لوزادت المقاومة الأرضية والتي تؤدي إلى حد التيار مما تسبب بعض المشاكل للحماية التفاضلية من هنا نلجأ إلى وضع حماية تسمى بمراحل التعادل Neutral Relay كما هومبين بشكل 5.
حماية أعطال الملفات للعضو المنتدب
الأعطال الداخلية لقصر الملفات للوجه الواحد في العضو الثابت لا يمكن اكتشافها مستخدما الحماية التفاضلية حيث لا يوجد فرق في التيارات عند نهايات الملفات. لذا تستخدم الحماية التقليدية والتي تسمى بالوجه المجزأ Split phase وهي موضحة بالشكل رقم 6.
وتعمل هذه الحماية في حالة حدوث أي نوع من القصر داخل الملفات ويستخدم مرحل زيادة التيار ذو النوع العكسي للحصول على الحساسية العالية. هذا النوع لا يستجيب إلى الأعطال الخارجية.
2- أعطال العضو الدوار
الحماية ضد أعطال الأرضي
كما أشير سابقا بأن الأعطال الأرضية قد تسبب ضررا بملفات العضو الدوار أو أنشاء فتح الدائرة.
شكل 7 يين إحدى الطرق الحديثة لاكتشاف العطل الأرضي للعضو الدوار. كما هوموضح بأن المجال ممكن حيازته عن طريق مصدر تيار مستمر مسببا مرور تيار من خلال مرحل في حالة حدوث أي عطل أرضي.
الحماية ضد فقد مجال الإثارة
فقد تغذية المجال يؤدي إلى ارتفاع في درجة حرارة العضو الدوار. يتم كشف فقد التغذية عن طريق قياس القدرة الغير الفعالة للعضو الثابت، أي زيادة في هذه القيمة تدل على فقد في عملية التزامن.
الحماية ضد زيادة التحميل
التحميل المتزن المستمر للآلة يسبب زيادة في درجة حرارة ملفات العضو الثابت يستخدم لحل هذه المشكلة مراحل زيادة التيار، ولكن نادرا ما تستخدم نظرا لعملية التمييز بالوقت. كما توجد طرق ذو اعتمادية لكشف مثل هذه الظروف وذلك باستخدام ملفات كاشف درجة الحرارة
شكل (2): الحماية التفاضلية المئوية في حالة الدلتا
شكل (3): الحماية التفاضلية المئوية في حالة النجمة مع أربع واصلات خارجية.
شكل (4): الحماية التفاضلية المئوية لوحدة المولد مع المحول
شكل (5): التوصيل الأرضي مع محول تيار ومرحل نقطة التعادل
شكل (6): حماية ملفات العضو الثابت مستخدما حماية الوجه المجزأ
شكل (7): كشف العطل الأرضي للعضو
شكل (8): حماية زيادة درجة حرارة العضو الثابت مستخدما كاشفات درجة الحرارة
والتي توضع في أجزاء مختلفة لملفات العضو الثابت وذلك لمعرفة مقياس درجة الحرارة الموجود فيملفات العضو الثابت، الأنواع المختلفة لكاشف درجات الحرارة هي: Thermocouples Themistors or Resistance
Temperature Detectors يعتبر ملف كاشف درجة الحرارة جزءا من قنطرة هويستون، كما هو موضح بالشكل رقم 8.
الحماية ضد القدرة المعكوسة
في حدوث عطل في المحرك الأولى تبدأ الآلة في التحول إلى محرك، بمعنى أنها تسحب قدرة كهربية من النظام وتحرك المحرك الأولي في الاتجاه العكسي، ويتضمن ذلك وجود حمل متزن على النظام ويمكن كشف هذا العطل عن طريق مرحل قدرة مع خواص اتجاهيه كما هو موضح بالشكل رقم 9.
الحماية ضد زيادة أو نقص التردد
تؤدي زيادة التردد إلى تسريع الوحدة ويمكن حمايتها مستخدما أجهزة زيادة السرعة. كما يمكن الاستعانة بمرحلات زيادة التردد كحماية ثانوية للأجهزة الميكانيكية.
حدوث نقصان في التردد يؤدي إلى تأثير سيء على التربينة أكثر من المولد وتتمم معالجة نقصان التردد عن طريق عملية عزل الأحمال كل Load Shedding، إذا تم عزل الأحمال بصورة سليمة يؤدي إلى ذلك رجوع التردد إلى حالته السليمة قبل ما تخرج السيطرة على التربينة.
