اقرأ في هذا المقال
- أهمية تحديد الخطأ وتنسيق الحماية الكهربائية لنظام التوزيع الشبكي
- صياغة المشكلة المرتبطة بتنسيق الحماية الكهربائية
أهمية تحديد الخطأ وتنسيق الحماية الكهربائية لنظام التوزيع الشبكي
بينما تم تصميم نظام التوزيع الشعاعي (RDS) لتوفير الحمل الأقصى السنوي نظراً لأن الحمل الأقصى مطلوب فقط لفترة قصيرة نسبياً خلال العام؛ فإن معدل استخدام المنشأة متواضع إلى حد ما، كما من المتوقع أن يتدهور المرفق بسبب الارتفاع الأخير في التوليد الموزع، على سبيل المثال، الطاقة الشمسية وتوليد طاقة الرياح وما إلى ذلك والزيادة في محطات شحن المركبات الكهربائية التي تسبب تقلبات كبيرة في الحمل الكهربائي.
وبالإضافة إلى ذلك، تؤدي الأعطال الكهربائية في خطوط التوزيع الخاصة بـ (RDS) إلى انقطاع التيار الكهربائي لمدة تتراوح من (3) إلى (5) دقائق بين جميع المناطق المتصلة بما في ذلك تلك التي لم تمس حتى يتم فصل القسم المعيب، كما ويتم توفير مصدر طاقة بديل لأقسام الصوت أي الحمل، وهو الخط الجانبي في القسم المعيب، وكمحاولة لحل أوجه القصور في (RDS)؛ فإنه تم تقديم نظام الحلقة المغلقة (CLS)، وهو نهج بديل يربط طرفين أحادي الاتجاه داخل (RDS).
كما وتم عرضه لاحقاً في أنظمة التوزيع، وعلى العكس من ذلك، فشلت تطبيقات النهج في التوسع بسبب عيبين رئيسيين، أولاً في حالة حدوث عطل في المحطة الفرعية، كما يتم توفير حمولة كلا الخطين من المحطة الفرعية السليمة المتبقية، مما يؤدي إلى انخفاض معدل الاستخدام بنسبة (50٪) وثانياً لا يُسمح بدمج التوليد الموزع (DG) داخل (CLS).
بصرف النظر عن طريقة تنسيق الحماية المستندة إلى منحنى الوقت الحالي (TCC) التي تم تطويرها لـ (RDS)، بحيث تم تطوير وتنفيذ طريقة تنسيق الحماية باستخدام نظام اتصال عالي السرعة لـ (CLS)، ولذلك لقد أنجز هذا النهج بالفعل مهمة تقليل منطقة التعتيم عن طريق فتح كل نهاية من نقاط الفشل، وذلك في حالة حدوث خطأ.
كذلك يتم عرض مقارنة بين أنظمة التوزيع الحالية و (NDS) في الجدول التالي (1)، وذلك بالمقارنة مع (RDS) و (CLS)، بحيث يمكن أن يؤدي تشغيل (NDS) إلى تحسين استخدام المنشأة من خلال مشاركة الأحمال (أو مشاركة الموارد الموزعة)، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يمكن أن تخفف (NDS) من حدوث تقلبات الجهد الكهربائي بسبب (DG)، والتي غالباً ما تصادف في أنظمة التوزيع الحالية.
صياغة المشكلة المرتبطة بتنسيق الحماية الكهربائية
تنقسم خوارزمية حماية نظام الطاقة إلى حد كبير إلى أربع خطوات، وهي اكتشاف الخطأ وإعادة تقييمه وتحديد اتجاه الخطأ والقسم المعيب والحظر اللاحق، بحيث يكتشف جهاز الحماية خطأ ماس كهربائي خلال تيار الطور (Iϕ)، بينما يتم استخدام تيار التسلسل الصفري (I0) للكشف عن عطل أرضي، أولاً يتم تحديد التيار الذي يتجاوز (Iϕ (A ، B ، C ؛ 400 ذراع) أو (I0) (N ، 75 ذراعاً) لقاطع الدائرة على أنه تيار خطأ.
وبعد اكتشاف تيار الخلل، يخضع الخطأ لإعادة التقييم، حيث أن معظم حالات الفشل التي تحدث في نظام التوزيع هي حالات فشل واضحة لا تتطلب النظر في معلمات إضافية، ومن ناحية أخرى يعد تحديد الخطأ في كثير من الأحيان أمراً صعباً بسبب سلسلة من التذبذبات في تيار الخطأ الناتج عن مقاومة التلامس في المراحل الأولية بعد حدوث الخطأ (من 1 إلى 5 دورات).
لذلك، ولمنع حدوث أعطال في خوارزمية تنسيق الحماية؛ فإنه يتم إعادة تقييم الخطأ المفترض بعد اكتشافه من خلال الجهد المتماثل والمكونات الحالية لقاطع الدائرة الكهربائية، كما يتم تحسين موثوقية اكتشاف الخطأ بعد تحديد الحد الأدنى للجهد المتسلسل الصفري (V0) في حالة حدوث خطأ أرضي والجهد الموجب (V1) والتيار (I1) في حالة حدوث خطأ قصير.
وبالنسبة للخطأ الأرضي، حيث تم اكتشاف الأعطال من خلال (I0) من البداية، فإنه يتم استخدام (V0) فقط لإعادة تقييم اكتشاف الأخطاء، بحيث يتم عرض القيم الدنيا للترحيل الاتجاهي الزائد (DOCR) لحالات الدوائر القصيرة والأعطال الأرضية في الجدول التالي (2).
وفي خوارزمية تعاون الحماية الحالية المصممة بناءً على (DOCR)، لذلك إذا فشل أي من المكونات المتماثلة للتيار والجهد المقاس في تجاوز قيمة العتبة بعد اكتشاف تيار الخطأ؛ فإن الحادث يعتبر فشلاً في تحديد الاتجاه وإشارة الرحلة ليست كذلك صادر، وبعد ذلك يتم فتح الدائرة تلقائياً إذا لم يتم حل الخطأ خلال (200) مللي ثانية.
وباختصار، إذا كان هناك أي شك فيما يتعلق بالخطأ المكتشف؛ فمن المتوقع حل الخطأ المفترض من خلال أقسام أخرى، وعلى العكس من ذلك، إذا استمر الخطأ يتم فتح قاطع الدائرة لضمان استقرار النظام، بحيث يبين الجدول التالي (3) قيمة العتبة الدنيا لتحديد اتجاه الخطأ في خوارزمية تنسيق حماية (CLS) في خوارزمية تعاون الحماية، كما يتم تعيين عتبة المكون المتماثل أعلى من عتبات المكون المتماثل الفردي لـ (DOCR) لزيادة الموثوقية عند تحديد اتجاه تيار الخطأ خلال وقت استجابة سريع.
بعد ذلك، يحدد المرحل اتجاه الخطأ من خلال مقارنة علاقة زاوية الطور لمكونات التيار المتماثل بمكونات الجهد، بحيث يوضح الشكل التالي (1) مخطط المتجه والعلاقة بين الأطوار المختلفة في الصدع القصير والخطأ الأرضي، كما تتميز المرحلات بزاوية خاصية ترحيل قابلة للضبط (RCA)، وهي زاوية التيار مقارنة بزاوية الجهد التي يعمل عندها المرحل بأقصى حساسية، وفي حالة حدوث عطل في الدائرة القصيرة، يكون (I1) عادةً متأخراً للغاية.
كما يتم تحديد اتجاه تيار العطل عن طريق حساب عزم الدوران للجهد الداخلي للمرحل (V1 -RCA) و (I1)، بحيث يشير منتج عزم الدوران إلى اتجاه تدفق تيار العطل، كما يحدد عزم الدوران الإيجابي خطأ أمامي ويعرف عزم الدوران السلبي خطأ عكسي، لذلك يتم حساب اتجاه الخطأ من خلال مقارنة (I1) مع المنطقة الموجبة ضمن ± 90 درجة من (RCA)، وبالنسبة للخطأ الأرضي؛ فإنه يمكن تقدير اتجاه تيار العطل بطريقة مماثلة بعد عكس (V0) (إعداد RCA مختلف لـ I0).
وعلى التوالي لتحديد اتجاه الخطأ، يرسل كل قاطع دائرة إشارة رحلة إلى قاطع الدائرة المتصل في الاتجاه المقابل لتيار الخطأ عبر الاتصال، وعلى العكس من ذلك؛ فإنه يتم إرسال إشارة الكتلة إلى قاطع الدائرة المتصل في الاتجاه المعاكس لتيار العطل، وفي حالة تلقي إشارات الرحلة من قواطع الدائرة المتصلة على كل جانب، بحيث يُعتبر قاطع الدائرة موجوداً في القسم المعيب، كما ويتم فتح الدائرة على الفور.
لذلك يوضح الشكل التالي (2) تطبيق طريقة تنسيق حماية (CLS) الحالية على خطأ يحدث بين الخط (4) من قاطع الدائرة (A) والخط (1) من قاطع الدائرة (B)، وبالنسبة لحالة قاطع الدائرة (B) في الشكل التالي (2)، حيث تم استلام إشارات الرحلة من كلا الجانبين، كما يعتبر خطأ ولا يتم فتح سوى القاطع المتصل بالخط (1)، بحيث لا يتعرض حمل الخطوط الفرعية لانقطاع التيار الكهربائي.
