الهندسةالهندسة الكهربائية

المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي

اقرأ في هذا المقال
  • نظرة شمولية
  • تصنيف المفاتيح الكهربائية عالية الجهد
  • الميزات الأساسية لقاطع الدائرة ذات الجهد العالي

نظرة شمولية:

يتعامل نظام الطاقة الكهربائية مع الجهد فوق (36KV)، ويشار إليه بمجموعة المفاتيح ذات الجهد العالي، وذلك نظراً لأن مستوى الجهد مرتفع، فإن الانحناء الناتج أثناء عملية التبديل يكون أيضاً مرتفعاً جداً، لذلك يجب أخذ عناية خاصة أثناء تصميم المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي، وخاصةً قاطع دارة الجهد العالي؛ لأنه هو المكون الرئيسي للمفاتيح الكهربائية، وبالتالي يجب أن يتمتع قاطع الدائرة ذات الجهد العالي (CB) بميزات خاصة للتشغيل الآمن والموثوق.


إن عملية التعثر والتبديل الخاطئة لدائرة الجهد العالي نادرة جداً، في معظم الأحيان، تظل قواطع الدائرة هذه في حالة التشغيل ويمكن تشغيلها بعد فترة طويلة من الزمن، لذلك يجب أن تكون (CBs) موثوقة بدرجة كافية لضمان التشغيل الآمن عند الحاجة، لقد تغيرت تقنية قواطع الدائرة ذات الجهد العالي بشكل جذري في آخر 15 عاماً، يستخدم قاطع دارة الزيت الأدنى (MOCB)، وقاطع دارة الانفجار الهوائي وقاطع الدائرة (SF6) في الغالب في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي.

نادراً ما يتم استخدام قاطع الدائرة الفراغية لهذا الغرض؛ لأن تقنية الفراغ حتى الآن ليست كافية لمقاطعة تيار دائرة قصر الجهد العالي جداً، هناك نوعان من قواطع الدائرة (SF6)، قاطع الدائرة (SF6) أحادي الضغط وقاطع الدائرة (SF6) بضغطين.


نظام الضغط الفردي هو أحدث ما توصلت إليه أنظمة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي في الوقت الحاضر، حيث أصبح غاز (SF6) وسيط تبريد للقوس الكهربائي، وهو الأكثر شيوعاً لنظام الطاقة الكهربائية عالي الجهد، على الرغم من أن غاز (SF6) يساهم في تأثير الاحتقان الحراري، لكن له تأثير أقوى 23 مرة على تأثير الاحتقان الحراري، من تأثير ثاني أكسيد الكربون، ومن ثم، يجب منع تسرب غاز (SF6) خلال فترة خدمة قاطع الدائرة.


لتقليل انبعاث غاز (SF6)، يمكن استخدام خليط الغاز (N2 – SF6 و CF4 – SF6) في قاطع الدائرة في المستقبل، كبديل لـ (SF6) النقي، كما يجب الاهتمام دائماً بذلك، فلا يخرج غاز (SF6) في الغلاف الجوي أثناء صيانة (CB)، من ناحية أخرى، يتمتع قاطع الدائرة (SF6) بالميزة الرئيسية للصيانة المنخفضة.

يتم تصنيف المفاتيح الكهربائية عالية الجهد على أنها:

  • نوع داخلي معزول بالغاز (GIS).

  • نوع الهواء الخارجي المعزول.

يتم تصنيف قواطع الدائرة المعزولة بالهواء الخارجي الى قسمين:

  • قاطع الدائرة نوع الخزان الميت.

  • قاطع الدائرة نوع الخزان الحي.

في النوع الأول وهو الخزان الميت من (CB)، يوجد جهاز التبديل (تجميع المقاطعات)، مع دعامات عازلة مناسبة داخل وعاء (أوعية) معدنية ذات الجهد الأرضي تكون مملوءة بوسط عازل، ولكن في قاطع دائرة الخزان الحي، يوجد جهاز التبديل (تجميع المقاطعات) على البطانات المعزولة، عند إمكانات النظام، هناك قواطع دوائر الخزان الحية أرخص وتتطلب مساحة تثبيت أقل.

هناك ثلاثة أنواع أساسية من قواطع الدائرة، كما قلنا سابقاً، تستخدم في نظام المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي، مثل قاطع دارة انفجار الهواء وقاطع دائرة (SF6) وقاطع دارة الزيت، ونادراً ما يستخدم قاطع الدائرة الفراغية.

قواطع الهواء:

في هذا التصميم، يتم استخدام انفجار من الهواء المضغوط عالي الضغط لإخماد القوس الكهربائي بين اثنين من جهات الاتصال المنفصلة، عندما يكون تأين عمود القوس على الأقل عند التيارات صفر.

قاطع دارة الزيت:

يتم تصنيف هذا أيضاً على أنه قاطع دارة الزيت السائب (BOCB)، وقاطع دارة الزيت الأدنى (MOCB)، في (BOCB)، يتم وضع وحدة المقاطعة داخل خزان نفط من الأرض المحتملة، هنا يتم استخدام الزيت كوسيط عازل ومقطع في (MOCB) من ناحية أخرى، يمكن تقليل متطلبات الزيت العازل عن طريق وضع وحدات المقاطعة في غرفة عازلة عند الإمكانات الحية على عمود عازل.

قواطع دوائر(SF6):

يستخدم غاز (SF6) على نطاق واسع كوسيط تبريد القوس في تطبيقات الجهد العالي، غاز سادس فلوريد الكبريت هو غاز كهربائي سلبي عالي وله خصائص تبريد عازلة وكهربائية ممتازة، خصائص العزل والعزل العالي لـ (SF6)، تجعل من الممكن تصميم قاطع دارة عالي الجهد بأبعاد كلية أصغر وفجوة تلامس أقصر، تساعد خاصية العزل الممتازة في تصميم وبناء مجموعة المفاتيح الكهربائية من النوع الداخلي في نظام الجهد العالي.

قاطع الفراغ:

في الفراغ، لا يوجد أي تأين إضافي بين اثنين من ملامسي التيار المنفصلين بعد الصفر الحالي، سبب القوس الأولي هو أنه سيموت بمجرد عبور الصفر التالي، ولكن نظراً لعدم وجود توفير مزيد من التأين بمجرد تجاوز التيار للصفر الأول، يتم الانتهاء من تبريد القوس، وعلى الرغم من أن طريقة التبريد بالقوس الكهربائي سريعة جداً في (VCB)، إلا أنها ليست حلاً مناسباً لمجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي، حيث إن (VCB) المصنوع لمستوى الجهد العالي جداً ليس اقتصادياً على الإطلاق.

الميزات الأساسية لقاطع الدائرة ذات الجهد العالي:

الميزات الأساسية التي يجب توفيرها في قاطع الدائرة ذات الجهد العالي، لضمان التشغيل الآمن والموثوق للقواطع المستخدمة في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي، يجب أن تكون قادرة على العمل بأمان من أجل:

  • أعطال المحطة.

  • أخطاء الخط القصير.

  • محول أو مفاعلات تيار ممغنط.

  • تنشيط خط النقل الطويل.

  • مكثف شحن البنك.

  • تبديل التسلسل خارج المرحلة.

الخطأ الطرفي:

بشكل عام، يكون الحمل المتصل بنظام الطاقة حثياً بطبيعته، وبسبب هذا المحاثة، عندما يتم مقاطعة تيار الدائرة القصيرة للتو بواسطة قاطع الدائرة، هناك فرصة لجهد إعادة ضبط عالي للتذبذب عالي التردد بترتيب بضع مئات المضاعفات من التردد، يقسم هذا الجهد من جزأين:

  • جهد الاسترداد العابر مع تذبذب عالي التردد مباشرة بعد اختفاء القوس.

  • بعد تلاشي هذا التذبذب عالي التردد، يظهر جهد استرداد تردد الطاقة عبر جهات اتصال CB.

جهد الاسترداد العابر:

مباشرة بعد انقراض جهد الاسترداد العابر للقوس يظهر عبر ملامسات (CB) بتردد عالٍ، يقترب جهد الاسترداد العابر هذا في النهاية من فتح جهد الدائرة، ويمكن تمثيل جهد الاسترداد هذا على أنه:


يتم التحكم في تردد التذبذب بواسطة معلمة الدائرة (L و C)، المقاومة الموجودة في دائرة الطاقة تخمد هذا الجهد العابر، جهد الاسترداد العابر ليس له تردد واحد، إنه مزيج من العديد من الترددات المختلفة بسبب تعقيد شبكة الطاقة.

جهد استرداد التردد الكهربائي:

هذا ليس سوى جهد دائرة مفتوحة يظهر عبر جهات اتصال (CB)، مباشرة بعد أن يخمد جهد الاسترداد المؤقت في نظام ثلاثي الطور، يختلف جهد استرداد تردد الطاقة باختلاف الطور، وهو الأعلى في المرحلة الأولى، إذا لم تكن الشبكة المحايدة مؤرضه، فإن الجهد عبر القطب الأول المراد مسحه هو (1.5U) حيث (U) هو جهد الطور.


في النظام المؤرض المحايد، سيكون (1.3U) باستخدام مقاوم التخميد يمكن الحد من حجم ومعدل ارتفاع جهد الاسترداد العابر، إن الاسترداد العازل لوسط التبريد القوسي ومعدل ارتفاع جهد الاسترداد العابر لهما تأثير كبير على أداء قاطع الدائرة المستخدم في نظام المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي، لكن في قاطع دارة الانفجار الهوائي، بمجرد إزالة تأين الهواء ببطء شديد، ويستغرق الهواء وقتاً طويلاً لاستعادة قوة العزل الكهربائي.


هذا هو السبب في أنه يفضل ببطء شديد، وبالتالي يستغرق الهواء وقتاً طويلاً لاستعادة قوة العزل، هذا هو السبب في أنه من الأفضل استخدام المقاوم ذو القيمة المنخفضة لإبطاء معدل ارتفاع جهد الاسترداد، من ناحية أخرى، فإن (ABCB) أقل حساسية لجهد الاسترداد الأولي بسبب جهد القوس العالي في قاطع الدائرة (SF6)، ووسط المقاطعة (SF6) لديه معدل استرداد أسرع لقوة العزل من الهواء، يجعل جهد القوس المنخفض (SF6 CB) أكثر حساسية لجهد الاسترداد الأولي.

في قاطع دارة الزيت، خلال القوس الذي يحتوي على غاز الهيدروجين المضغوط (ينتج أثناء إعادة تركيب الزيت بسبب درجة حرارة القوس)، يوفر استرداداً سريعاً لقوة العزل فوراً بعد الصفر الحالي، ومن ثم فإن (OCB) أكثر حساسية لمعدل ارتفاع جهد الاسترداد، كما أنه أكثر حساسية لجهد الاسترداد الأولي العابر.

القصور الكهربائي في الخطوط القصيرة:

يُعرَّف خطأ الخط القصير في شبكة النقل بأنه حدثت أعطال بسبب ماس كهربائي، على بعد 5 كم من طول الخط يتم التأثير على التردد المزدوج على قاطع الدائرة وفرق جهد الاسترداد العابر لجانب المصدر والخط، وتبدأ كلا الفولتية من القيم اللحظية عند معارضة قواطع الدائرة قبل الانقطاع على جانب العرض، سيتأرجح الجهد عند تردد الإمداد ويقترب في النهاية من جهد الدائرة المفتوحة.


على جانب الخط، بعد الانقطاع، يتم حجز موجات التردد الأولية عبر خط النقل القصير؛ وذلك نظراً لعدم وجود جهد قيادة على جانب القيادة، يصبح الجهد في النهاية صفراً بسبب خسائر الخط.

المصدر
M. P. Bahrman and B. K. Johnson, “The ABCs of HVDC transmission technologies,” IEEE Power and Energy Magazine, vol. 5, no. 2, pp. 32–44, 2007C. R. Bayliss and B. J. Hardy, Transmission and Distribution Electrical Engineering, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 2007O. S. Onohaebi and O. F. Odiase, “Empirical modelling of power losses as a function of line loadings and lengths in the Nigeria 330 kV transmission lines,” International Journal of Academic Research, vol. 2, no. 3, pp. 47–53, 2010C. R. Paul, Fundamentals of Electric Circuit Analysis, John Wiley, 2001Differential and Distance Protection Diagram from Power System,HorowitzA. M. James, Electric Power System Applications of Optimization, McGraw-Hill, 2005

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى