مرحل مقاومة المسافة Impedance Type Distance Relay

تعريف مرحل مقاومة المسافة:

التعريف: يُعرف المرحل الذي يعتمد عمله على المسافة بين ممانعة القسم ذو العيوب (faulty section) والموضع الذي تم تثبيت المرحل عليه، باسم “مرحل المقاومة” أو “مرحل المسافة”. إنّها معدات يتم التحكم فيها بالجهد. يقيس مرحل المقاومة نقطة الخطأ (faulty point)، إذا كانت المعاوقة أقل من مقاومة إعداد الترحيل، فإنّه يعطي أمر التعثر لقاطع الدائرة لإغلاق جهات الاتصال الخاصة بهم. يراقب مرحل المعاوقة باستمرار تدفق التيار والجهد عبر (CT) و(PT) على التوالي. إذا كانت نسبة الجهد والتيار أقل من بدء تشغيل المرحل، فسيبدأ المرحل في العمل.

مبدأ تشغيل مرحل المقاومة:

في حالة التشغيل العادية، تكون قيمة جهد الخط أكبر من التيار. ولكن عندما يحدث الخلل على الخط، يرتفع حجم التيار ويقل الجهد. يتناسب تيار الخط عكسًا مع مقاومة خط النقل. وبالتالي، تقل الممانعة بسبب بدء تشغيل مرحل المقاومة. يوفر محول فرق الجهد لخط النقل ويتدفق التيار بسبب محول التيار. محول التيار متصل في سلسلة مع الدائرة. ضع في اعتبارك أنّ مرحل المقاومة موضوع على خط النقل لحماية الخط (AB)، و(Z) هي مقاومة الخط في حالة التشغيل العادية. إذا كانت ممانعات الخط تقع تحت الممانعة (Z) عندها يبدأ المرحل في العمل.

على سبيل المثال، دع الخطأ (F1) يحدث في السطر (AB). يقلل هذا الخطأ من مقاومة الخط الموجود أسفل مقاومة إعداد الترحيل. يبدأ المرحل في العمل، ويرسل أمر التعثر إلى قاطع الدائرة. إذا وصل الخطأ إلى ما وراء المنطقة الواقية، تظل جهات اتصال المرحل غير مغلقة.

خصائص التشغيل لمرحل المقاومة Impedance Relay:

الجهد وعناصر تشغيل التيار هما المكونان المهمان لترحيل المقاومة. يولد عنصر تشغيل التيار عزم الدوران المنحرف (deflecting torque)، بينما يولد عنصر تخزين الجهد عزم دوران الاستعادة (restoring torque). تظهر معادلة عزم الدوران في المرحل في الشكل أدناه:

T = k₁ I² – k₂ V² – k₃

(-k₃) هو تأثير الزنبرك للمرحل. (V) و(I) هي قيمة الجهد والتيار. عندما يكون المرحل في حالة تشغيل عادية، يصبح صافي عزم المرحل صفراً.

k₂ V² = k₁ I² – k₃

V/I = Z = √(k₁/k₂) – (k₃ – k₂I²)

إذا تم إهمال تأثير مقاومة الزنبرك، تصبح المعادلة كالتالي:

z = √k₁ / k₂ = constant

تظهر خصائص تشغيل مرحل المقاومة كالتالي: تكون منطقة عزم الدوران الموجبة لترحيل المقاومة أعلى من خط خصائص التشغيل. في منطقة عزم الدوران الموجبة، تكون مقاومة الخط أكثر من مقاومة القسم  المعيب “ذو الخطأ”. وبالمثل، في المنطقة السالبة، تكون مقاومة القسم المعيب “ذو الخطأ”  أكثر من مقاومة الخط.

يتم تمثيل مقاومة الخط بنصف قطر الدائرة. تمثل زاوية المرحلة بين المحور (X) و(R) موضع المتجه. إذا كانت مقاومة الخط أقل من نصف قطر الدائرة، فإنّها تظهر منطقة عزم الدوران الموجبة. إذا كانت الممانعة أكبر من المنطقة السالبة، فإنّها تمثل منطقة عزم الدوران السالبة. يسمّى هذا النوع من المرحلات “المرحل عالي السرعة”.

مرحل الحث من النوع الكهرومغناطيسي:

في مثل هذا النوع من الترحيل، يتم تحفيز عزم الدوران من خلال العمل الكهرومغناطيسي على الجهد والتيار. تتم مقارنة هذه العزم. ضع في اعتبارك دائرة الترحيل الحثّي من النوع الكهرومغناطيسي. يتم تحفيز الملف اللولبي (B) بالجهد المزود من (PT). يطور هذا الجهد عزم الدوران في اتجاه عقارب الساعة، ويسحب المكبس (P2) في الاتجاه للأسفل. الزنبرك المتصل بالمكبس (P2) يطبق عليه القوة المقيدة. يولد هذا الزنبرك عزم الدوران الميكانيكي في اتجاه عقارب الساعة.

يولد الملف اللولبي (A) العزم الآخر في اتجاه عقارب الساعة وبالتالي يحرك المكبس (P1) إلى أسفل. الملف اللولبي متحمس بواسطة (CT) للخطوط. يسمّى هذا العزم عزم الانحراف أو الالتقاط. عندما يكون النظام خاليًا من الأخطاء، تصبح جهات اتصال المرحل مفتوحة. عندما يحدث الخطأ في المنطقة الواقية، يرتفع تيار النظام بسبب زيادة التيار عبر المرحل أيضًا. كلما زاد عزم الدوران المتطور على الملف اللولبي (A) ينخفض عزم الاستعادة بسبب الجهد. تبدأ أذرع توازن المرحل بالدوران في الاتجاه المعاكس، وبالتالي تغلق جهات الاتصال الخاصة بهم.

يتناسب سحب الملف اللولبي (A)، أي “عنصر التيار” مع (I2) وذلك بسبب الملف اللولبي (B) “عنصر الجهد” إلى (V2). وبالتالي، سيعمل المرحل عندما يكون:

K₁ I² > k₂ V²

V/I < √k₁/k₂

Z = √k₁/k₂

تعتمد قيمة الثوابت (k₁) و(k₂) على الأمبير– المنعطفات للملفات اللولبية، ونسب محولات الجهاز. من خلال توفير نقرات على الملف، يمكن تغيير إعداد المرحل. يُظهر المحور (y) وقت تشغيل المرحل ويمثل المحور (X) ممانعاتهم. يبقى وقت تشغيل التتابع ثوابت. تصبح قيمة الجهد والتيار ثابتة عند المسافة المحددة مسبقًا وبعد ذلك تصبح قيمتها غير محدودة.

مرحل مقاومة نوع الحث Induction Type Impedance Relay:

يتكون هذا المرحل من عنصر التيار والجهد. يحتوي المرحل على قرص من الألومنيوم يدور بين المغناطيسات الكهربائية. يحتوي المغناطيس الكهربائي العلوي على ملفين منفصلين. يتم توصيل الملف الأساسي بالملف الثانوي لمحول التيار. يتنوع إعداد التيار للملف بمساعدة جسر التوصيل الموجود أسفل المرحل. تتصل الكهرومغناطيسية الخاصة بالمرحل في سلسلة مع بعضها البعض. ينتج عن تحفيز التدفق بين المغناطيسات الكهربائية عزم الدوران، والذي يقوم بتدوير قرص الألومنيوم الخاص بالمرحل. يوفر المغناطيس الدائم التحكم وعزم الكبح.

في ظروف التشغيل العادية، تكون القوة المبذولة على المحرك أكبر من عنصر الحث الذي يبقي اتصالات المرحل مفتوحة. عندما يحدث العطل في النظام، يبدأ قرص الألمنيوم في الدوران، ويكون دورانه متناسبًا طرديًا مع تيار المغناطيس الكهربائي. دوران القرص يلف الزنبرك. تعتمد زاوية دوران القرص لعملية الترحيل على القوة المؤثرة على المحرك الخاص بهم. تتناسب القوة المؤثرة على المحرك بشكل مباشر مع الجهد المطبق. وبالتالي، فإنّ زاوية الدوران يعتمد أيضًا على الجهد.