إجراءات الحماية الكهربائية لخطوط النقل الهوائية

أهمية إجراءات الحماية الكهربائية لخطوط النقل الهوائية:

هناك العديد من مخططات الحماية لخطوط النقل ويمكن تجميعها في مجموعتين، وهما نوع غير وحدة ونوع الوحدة، كما يشمل نوع الحماية غير الوحدة الحماية من التيار الزائد المتدرج بالوقت وحماية التيار الزائد المتدرج حالياً وحماية المسافة، بينما تشتمل حماية نوع الوحدة على الحماية التفاضلية للسلك التجريبي وحماية التيار الحامل بناءً على طريقة مقارنة الطور.

كما تعد أنظمة الحماية المنفصلة ضرورية للأعطال الأرضية، وذلك لأن الأعطال الأرضية تكون أكثر تكراراً على خطوط النقل العلوية من خطأ الطور، كما ويختلف تيار العطل الأرضي عن تيار خطأ الطور في الحجم.

بحيث يعتمد اختيار نظام حماية معين على العوامل التالية:

• المبرر الاقتصادي للمخطط لضمان استمرارية التوريد بنسبة 100٪.

• أنواع المغذيات، شعاعي أو حلقة رئيسية.

• توفر الأسلاك الدليلية.

• عدد محطات التحويل في السلسلة بين طرف التوريد والنهاية البعيدة للنظام.

• تأريض النظام، سواء كان المحايد مؤرضاً أو معزولاً.

حماية الأحمال الزائدة لخطوط النقل:

هذه هي أبسط طريقة لحماية الخط، وبالتالي فهي مستخدمة على نطاق واسع، حيث تهدف الحماية من الحمل الزائد أو التيار الزائد بتطبيقها إلى حقيقة أن تيار العطل في حالة حدوث ماس كهربائي سيرتفع إلى قيمة عدة مرات من الحد الأقصى للحمل الحالي.

كما يتم اختيار نسبة الحد الأدنى من تيار الخطأ إلى الحد الأقصى للحمل الحالي كمعيار من أجل منع إمكانية التشغيل السيئ في ظل ظروف التشغيل العادية، كما لا يمكن تطبيق هذا النوع من الحماية إلا على الأنظمة البسيطة، بحيث يتم توفير حماية التيار الزائد في نهاية العرض للخط.

أيضاً يعتبر مخطط الحماية ضد التحميل الزائد للمغذيات، حيث يتم تركيب ثلاثة من (CTs)، واحدة على كل مرحلة من وحدة التغذية ومتصلة عبر ملفات الترحيل الثلاثة، وفي حالة التحميل الزائد، كما يعمل نظام مكبس الملف اللولبي الخاص بالمرحلات على إغلاق دائرة ملف الرحلة.

وهي التي بدورها تفتح قاطع الدائرة، وبالتالي تفصل وحدة التغذية المحمية، بحيث تحتاج المرحلات إلى إعادة ضبط أو حتى استبدال، فقد تم إجراء تغيير في النظام وأوقات العملية كبيرة بشكل عام، كما أن الطريقة البديلة للحماية من الحمل الزائد أو التيار الزائد هي اتصال (Z) المعروف جيداً والذي يتطلب مرحلَين فقط لحماية دارة ثلاثية الطور.

حماية التيار الزائد والخطأ الأرضي لخطوط النقل:

تتمثل الممارسة العامة في استخدام مجموعة من مرحلتين أو ثلاثة مرحلات تيار زائد للحماية من أعطال الطور إلى الطور وترحيل التيار الزائد المنفصل للأعطال أحادية الخط إلى الأرض، كما تُفضل مرحلات الأعطال الأرضية المنفصلة بشكل عام لأنه يمكن تعديلها لتوفير حماية أسرع وأكثر حساسية لأعطال خط إلى أرض واحد مما يمكن توفيره بواسطة مرحلات الطور.

أيضاً يعتمد تيار خطأ الأرض على نوع “التأريض المحايد”، أي سواء كان مؤرضاً بقوة أو معزولاً، وذلك من خلال بعض المقاومة أو التفاعل، وخاصةً في حالة عدم توفر نقطة محايدة، يتم استخدام محول التأريض، وأيا كان نوع التأريض المحايد المستخدم؛ فإن “تيار الصدع الأرضي” سيكون صغيراً مقارنة بتيارات خطأ الطور من حيث الحجم، حيث يختلف المرحل المتصل بهذه الطريقة لحماية خطأ الأرض عن تلك المقدمة لأعطال الطور إلى الطور.

وفي حالة المقاومة المؤرضة بقوة؛ فإنه يُفضل عنصر التيار الزائد المتصل في الدائرة المتبقية من (CT)، كما قد يتم إعداد مرحلات خطأ الأرض أقل من تيار الحمل الكامل المقدر للخط، حيث أن الممارسة المتبعة هي تطبيق مرحلات ذات نطاق ضبط من (10 إلى 40٪)، كما يعني الإعداد بنسبة 20٪ على 300/5 (A- CT) أن المرحل يعمل لتيار خطأ الأرض الأساسي [300/5 × 20/100 = 12 أمبير].

كما يتم توصيل مرحلتين من نوع (IDMT) للتيار الزائد على مرحلتين من خلال (CTs) ومرحل واحد للخطأ الأرضي، وفي حالة حدوث أعطال من طور إلى آخر أو تحميل زائد، تقوم مرحلات (IDMT) برحلة قاطع الدائرة، وفي ظل الظروف الصحية؛ فإنه يكون مجموع التيارات الثلاثة لـ (CT) هو صفر، كما ويبقى ترحيل الصدع الأرضي معطلاً.

بمجرد حدوث خطأ من الطور إلى الأرض، يؤدي عدم التوازن في التيارات إلى تشغيل مرحل الخطأ الأرضي، والذي بدوره يقوم برحلات قاطع الدائرة، بحيث تتميز عناصر الخطأ الأرضي بخصائص عكسية ويفضل تصنيف الوقت لحماية خطأ الأرض للمغذيات الشعاعية، كما يستخدم هذا المخطط لأنظمة (11 kV) و (33 kV)، وذلك كحماية رئيسية ويستخدم كحماية احتياطية للمحولات وخطوط النقل في أنظمة (EHV).

الحماية الحالية المتدرجة لخطوط النقل:

يمكن تطبيق بديل لتقدير الوقت أو بالإضافة إلى تصنيف الوقت الحالي لحماية التصنيف عندما تكون المقاومة بين محطتين فرعيتين كافية، كما يعتمد على حقيقة أن تيار الدائرة القصيرة على طول الدائرة المحمية يتناقص مع زيادة المسافة بين نهاية العرض ونقطة الخطأ.

لذلك إذا تم ضبط المرحلات على تيار أعلى تدريجياً باتجاه نهاية العرض؛ فيمكن التغلب جزئياً على عيب التأخيرات الطويلة التي تحدث في نظام التأخر الزمني المتدرج، وذلك كما يُعرف هذا التقدير الحالي، وعادةً ما تستخدم الأنظمة المتدرجة حالياً في مرحلات تيارات زائدة وعالية السرعة.

الحماية التفاضلية للأسلاك التجريبية لخطوط النقل:

يعني المصطلح “طيار” أنه بين نهايات خط النقل توجد قناة متصلة من نوع ما يمكن نقل المعلومات عبرها، كما أن هناك ثلاثة أنواع مختلفة من هذه القناة قيد الاستخدام حالياً وتسمى “طيار السلك” و “طيار التيار الحامل” و “طيار الموجات الدقيقة”.

بحيث يتكون دليل الأسلاك بشكل عام من دائرة ذات سلكين من نوع خط الهاتف، إما سلك مفتوح أو كبل، حيث يعتبر الطيار السلكي اقتصادياً بشكل عام للمسافات التي تصل إلى 8 أو 15 كم، والتي عادة ما يصبح الطيار الحامل الحالي أكثر اقتصادا، كما يتم استخدام طيارو الموجات الدقيقة عندما يتجاوز عدد الخدمات التي تتطلب قنوات تجريبية القدرات التقنية أو الاقتصادية لتيار الناقل.

كما تعتبر الحماية التفاضلية للأسلاك التجريبية أكثر إرضاءً ويتم استخدامها على نطاق واسع بسبب المزايا مثل البساطة والمرونة ونسبة الاستقرار العالية والتخليص السريع للأعطال (وقت يتراوح بين 0.1 و 0.5 ثانية وفقًا لـ “وقت الاستراحة” في قاطع دائرة).

أيضاً تعتمد الحماية التفاضلية لسلك الطيار على مبدأ أن التيارات التي تتم مقارنتها في كل طرف من الخط أو وحدة التغذية باستخدام أسلاك تجريبية يجب أن تكون هي نفسها في ظل ظروف التشغيل العادية، ويتم فقدان المساواة فقط عندما يكون هناك خلل بين نهايتين، حيث أن النظام مشابه تماماً للنظام المستخدم لحماية المولدات والمحولات والفرق يكمن فقط في طول السلك الدليلي.