تبديل كسر الأحمال وتقييم الانقطاع الكهربائي

ضرورة القيام بتبديل الأحمال وتقييم الانقطاع الكهربائي:

تعتبر التغييرات التصاعدية في الطريقة التي ننتج بها الكهرباء وننقلها واستخدامها في الاقتصاد المتقدم أو المجتمع عالي التصنيع، كما أعطت الأولوية للحفاظ على استمرارية التوريد للمستهلكين، وذلك بهدف التكامل في المدن الذكية، بحيث يتم الاهتمام بسلامة المعدات الكهربائية عن طريق الفصل السريع لمصدر الطاقة. في حالة حدوث أعطال مثل تيار التسرب أو القوس الكهربائي أو التيار الزائد أو الجهد الزائد من خلال المفاتيح الكهربائية مثل مفاتيح الفصل وقواطع الدائرة.

وبالنسبة للأنظمة حتى 33 كيلو فولت؛ فإنه يتم استبدال قواطع الدائرة الأكثر تكلفة بمفاتيح فصل الحمل، على سبيل المثال، مفتاح فاصل الحمل، وهو نوع من أجهزة التحويل المستخدمة للجهود التي تتراوح من 12 إلى 36 كيلو فولت ويجب أن تتمتع بالقدرات التالية:

• انقطاع التيار الذي يساوي معدل التيار المستمر عند جهد النظام وعامل القدرة للحمل العادي.

• أن تكون مصممة لتمتلك عزلاً كافياً لعزل الدائرة في وضع مغلق.

• مقاطعة التيارات السعوية والحثية الصغيرة التي تعتبر ضرورية لفصل الخطوط العلوية غير المحملة والمحولات والكابلات وما إلى ذلك.

• حمل أقصى تيار للخطأ للمدة التي يتطلبها جهاز المقاطعة لإزالة العطل.

• صنع الخطأ الطرفي بالجهد المقنن.

كما يتمثل الاختلاف الوظيفي الأساسي بين مفتاح فصل الحمل وقاطع الدائرة في أن الأول لا يمكنه مقاطعة تيارات الدائرة القصيرة، حيث يوضح الشكل التالي كيفية استخدام مفاتيح تبديل الحمل في محطة فرعية.

مبدأ تبديل كسر الأحمال الكهربائية:

يتم استخدام مفتاح فصل تحميل “الجهد العالي” (AC) في أنظمة الجهد المتوسط الداخلية أو الخارجية بتردد كهربائي مقنن 50/60 هرتز، كما يتكون مفتاح كسر الحمل بشكل عام من شفرة الفصل وغرفة إطفاء القوس وآلية التشغيل، بحيث ستصنع غرفة إطفاء القوس الكهربائي من مادة عازلة تتميز بأداء عازل كهربائي عالٍ ومقاومة للقوس.

بشكل عام؛ فإنه تم تطوير نوعين من مفاتيح فصل الحمل (LBS) وهما (Air-blast) و (SF6) للتيارات في (LBS) من نوع (SF6)، بحيث يعمل الغاز كوسط تبريد عازل وقوس، كما يتم تثبيت مفتاح كسر الحمل ثلاثي الأطوار على قاعدة فولاذية مجلفنة مقطعية، متصلة مع محور محرك واحد لضمان إغلاق وفتح ثلاثة أعمدة بشكل متزامن، كما يفتح المفتاح أو يغلق تحت تيار الحمل المقنن، دون الحاجة إلى أي جهاز حماية ثانوي.

أيضاً يقوم مفتاح كسر الحمل بتبديل التيار عن طريق تحريك جهات الاتصال الخاصة بهم “ميكانيكياً” بسرعة مناسبة من أجل جعل (إغلاق) أو كسر (فتح) التيار، بحيث يتعرض لضغوط ميكانيكية وحرارية وعازلة أثناء عملية التحويل، ومن ثم؛ فإنهم من أجل التحقيق والاستكشاف التفصيلي لإمكانيات مقاطعة مفتاح فصل الحمل، يحتاجون إلى الخضوع لواجبات اختبار مختلفة وفقاً للمواصفة (IEC 62271-103).

كما تعتبر المعطيات الأساسية التي يتم أخذها في الاعتبار لتحليل سلوك مفتاح كسر الحمل أثناء اختبارات الكسر هي المستويات الحالية وفولتية الاسترداد العابر (TRV)، وكما يوضح الشكل التالي مفتاح كسر الحمل الذي تم اختباره في (CPRI ،Bhopal).

دائرة تحميل نشطة بشكل رئيسي (اختبار T-Dload):

تيار كسر الحمل النشط المقدر هو أقصى تيار حمل نشط بشكل أساسي يجب أن يكون المفتاح قادراً على كسره عند جهده المقنن، كما يجب أن يكون التيار المراد قطعه متماثلاً، ولكن في لحظة الانقطاع، تعتبر قيمة مكون التيار المستمر لتيار التكسير مهملة لأنها تساوي أو تقل عن 20 في المائة كما هو مذكور في الجدول التالي.

وعندما يتدفق (Iload) عبر مفتاح كسر الحمل، ستخضع الأجزاء الحاملة الحالية للجهاز لضغوط حرارية وميكانيكية، وذلك عندما ينقطع هذا التيار عن طريق المفتاح؛ فإنه يظهر الجهد المتصاعد بسرعة عبر جهات الاتصال الخاصة به ويسمى بجهد استرداد عابر، كما يتم إجراء مهمة الاختبار هذه لتحليل قدرة كسر الحمل للمفتاح وقدرة تحمل ذروة جهد الاسترداد العابر بعد انقطاع التيار، أيضاً تظهر الدائرة المطلوبة لهذا الاختبار على مفتاح فصل الحمل في الشكل التالي.

اختبارات تبديل الحلقة المغلقة:

قدرة كسر الحلقة المغلقة هي كسر السعة عند فتح دائرة خط توزيع الحلقة المغلقة، أو محول طاقة بالتوازي مع محول طاقة واحد أو أكثر (كما هو موضح في الرسم التخطيطي للخط في الشكل الأول في الأعلى)، أي دائرة يكون فيها كلا جانبي يظل المفتاح نشطًا بعد الانكسار، لذلك؛ فإنه لتحليل هذه القدرة على الكسر، يتم إجراء اختبار (T-Dloop) على مفتاح كسر الحمل مع المعطيات والتفاوتات.

اختبارات تحويل التيار السعوي:

عندما يتم فتح خط النقل والكابلات وما إلى ذلك فجأة؛ فإنه يتسبب انقطاع التيارات السعوية في حدوث ارتفاعات مفرطة في الجهد الكهربائي، مما يؤدي إلى الضغط على وسيط العزل لجهاز التبديل، لذلك عندما يقطع مفتاح فصل الحمل تياراً سعوياً لشحن الخط، ولتحليل خط قدرة المقاطعة لشحن التيار الكهربائي (T-Dlc) ولتحليل كسر قدرة شحن الكبل؛ فإنه يتم إجراء واجبات اختبار شحن الكبل الحالي (T-Dcc1 و T-Dcc2).

اختبارات دائرة القصر الكهربائية:

في بعض الأحيان، يتم إغلاق مفتاح كسر الحمل بسبب خطأ موجود، وفي مثل هذه الحالات؛ فإنه سيتم ملاحظة أقصى ذروة لأول حلقة تيار رئيسية للتيار في قطب من مفتاح التبديل خلال الفترة العابرة التي تلي بدء التيار أثناء عملية التصنيع. يجب أن يكون مفتاح فصل الحمل قادراً على الإغلاق دون تردد عند تلامس جهات الاتصال، كما ويجب أن يكون قادراً على تحمل القوى الميكانيكية العالية أثناء هذا الإغلاق.

لذلك يجب إجراء اختبارات عمل ماس كهربائي على مفتاح تعرض لما لا يقل عن 10 دورات تشغيل متقطعة بنسبة 100 في المائة من الحمل النشط الأساسي كما هو مطلوب لمهمة اختبار (TD)، وبالنسبة لمفاتيح التبديل من الفئة (E1)، يجب إجراء الاختبارات بتسلسل عمليتين (C) مع عدم وجود حمل (O) بينهما، أي C – O (عدم التحميل) – C.

وبالنسبة لمفاتيح التبديل من الفئة (E2)، يكون تسلسل الاختبار هو (2C – x – 1C)، أما بالنسبة لمفاتيح التبديل من الفئة (E3)، يكون تسلسل الاختبار هو (2C – x – 1C – y – 2C)، حيث يمثل(x) اختبارات التبديل التعسفية، أو حتى اختبارات عدم التحميل.

كما يجب أن يكون المفتاح قادراً على عمل التيار مع حدوث قوس مسبق في أي نقطة على موجة الجهد، حيث تم تحديد حالتين متطرفتين على النحو التالي:

• صنع في ذروة موجة الجهد، مما يؤدي إلى تيار ماس كهربائي متماثل وأطول فترة تقوس مسبق.

• الإغلاق عند الصفر لموجة الجهد، وذلك دون انحناء مسبق، مما يؤدي إلى تيار دائرة قصر غير متماثل تماماً.

• أثناء سلسلة اختبارات صنع ماس كهربائي، فإنه يجب استيفاء كلا المطلبين، ومرة واحدة لمفاتيح الفئة (E1)، مرة لمفاتيح الفئة (E2) ومرتين لمفاتيح الفئة (E3).