التيار العالي في أثناء تبديل المكثف وطرق منعه

لا تقتصر تطبيقات تبديل السعة على “التيارات السعويه” فحسب؛ بل يتم تنفيذها أيضاً في عملية تنشيط مسار المكثفات والخطوط العلوية والكابلات، كما من المعروف أن تبديل “مكثفات البنوك” هو سبب القيمة الكبيرة جداً للجهد العابر عبر ملامسات قاطع الدائرة.

دور تيار التدفق العالي في تبديل المكثفات:

حيث يتميز التبديل السعوي بشكل شائع، وذلك بتبديل التيارات ذات المعدل المنخفض إلى الوضع في الشبكات الصناعية أو العامة، وبنسبة منخفضة من ارتفاع جهد الاسترداد؛ فإن قواطع الدائرة الجديدة (CBs) التي تجادل بأن العمر الميكانيكي والكهربائي الطويل بدون صيانة.

كما يبدو أنها تتكيف بشكل أفضل مع واجب التبديل هذا الذي تم تطويره مؤخراً لقد تم تصميم البخاخ (SF6) لأداء أفضل مع عدد أقل من المقاطعات لكل قطب ولكن من الواضح أنه لا يمكن تحقيق سيناريو مثالي.

في دارات نظام الطاقة حيث يكون لقاطع الدائرة تطبيقات واسعة لمنع الضرر؛ فإنه يمكن أن يؤدي “عدم توازن الفولتية” على طول “أطراف قاطع الدائرة” إلى تيار تدفق مرتفع وهذا هو السبب في أن أي انقطاع في التيار السعوي يمكن أن يسبب مشاكل في “العزل الكهربائي” المستخدم لتبديل الأجهزة، كما يمكن أن تتلف المكثفات الموجودة في بنك المكثفات بسبب تدفق التيار الثقيل.

وفي نظام الطاقة؛ فإنه يوجد العديد من المكثفات المجمعة لتنظيم الجهد وتحسين (PF) (عامل الطاقة)، كما أن بنوك المكثفات لديها الكثير من التطبيقات في ترشيح التوافقيات العالية في النظام العام، وفي عملية توزيع نظام الطاقة، بحيث توجد شبكات كبلية تولد حمولة سعويه.

وعندما يحدث أي انقطاع للتيار في النظام، حيث يتم شحن الحمل السعوي، وهذه الشحنة في المكثفات تعرض الدائرة للتلف من خلال إعادة اشتعال العازل إلى جانب توليد جهد زائد مرتفع.

كذلك عندما يبدأ تيار التدفق الكبير بالتدفق عبر المحطات الفرعية؛ فإنه يُفرض على النظام مواجهة العواقب التي تحدث في نظام الحماية وأيضاً أثناء التبديل عندما يبدأ الجهد الموجود في الخط بالتأرجح عند تردد منخفض قليلاً، ثم يصبح حجمه مساوياً لضعف ذروة الجهد الكهربائي الموجود في الدائرة التي يمكن أن تسبب مخاطر شديدة.

طرق إدخال المكثفات من أجل منع تدفق التيار الكهربائي:

هناك طريقتان لوضع المكثفات بطريقة يمكن تقليل تدفقها إلى الحد الأدنى، كما يتم وصف كلتا الطريقتين هنا واحدة تلو الأخرى.

دائرة بنك مكثف واحد:

لنفترض أن الدائرة أعلاه عبارة عن دائرة أحادية الطور وتحتوي على عناصر مجمعة لدائرة سعويه، بحيث يحتوي على قاطع دارة يقوم بإغلاق جهات الاتصال الخاصة به في أي انقطاع، ومكثف واحد ومحثان موجودان في الدائرة على افتراض أن مقاومة الدائرة تقريباً تساوي صفراً وأن قيمة المحرِّض (L1) أكبر من (L2).

كما يوجد قاطع دارة في الدائرة لتحديد الانقطاع في الدائرة الكهربائية، بحيث يسمى شكل الدائرة هذا بنك مكثف معزول، وفي هذه الحالة؛ فإنه يعتمد التيار على متطلبات الدائرة و”الحالة الأولية للدائرة”، لذلك افترض أن المكثف مشحون بالجهد (v0) في الوقت (t0)، كما يمكن حساب التيار الكهربائي من التعبير.

دائرة بنك مكثف متتالي:

في هذه الحالة، يوجد مكثفان ومحثان عند إغلاق قاطع الدائرة في حالة انقطاع إذا حدث أي انهيار عازل عند النقطة (b-b) (أي اختلاف في الجهد عند ملامسين لقاطع الدائرة) ثم يمكن حساب التعبير عن التيار الكهربائي.

في هذا التيار يمكن أن يكون حوالي عشر مرات أكثر من تيار الذروة الموجود في الدائرة، ولكن هذا التيار يمكن أن يؤثر فقط على مكثف واحد (محلي) وستكون بقية النظام آمنة.

خطوات لمنع ارتفاع تدفق التيار الكهربائي:

فيما يلي بعض التوصيات للتخلص من هذا التدفق العالي للتيار.

• يجب أن يكون هناك مقاوم موجود في الدائرة، حيث أن المقاومة ستزيد من التيار سيتم استخدامه إلى مستوى معين.

• يمكن وضع مفاعلة إضافية في النظام لأنه من خلال وضع مفاعلة إضافية، حيث سيكون هناك فقد إضافي للطاقة في النظام إلى جانب تقليل في آثار المكثفات.

التحويل المتزامن:

نظراً لأن الجهد الزائد يتم إنشاؤه عن طريق انهيار العازل بين جهات اتصال قاطع الدائرة؛ فإنه يتعين علينا إزالة هذه المشكلة بشكل دائم، لذلك من أجل إزالة مشكلة الجهد الزائد العالي، كما يجب التأكد من أنه عند إغلاق قاطع الدائرة في أي حالة انقطاع، كما يجب ألا يكون هناك فرق في الجهد بين جهات اتصال (CB).

لذلك لا يمكن للمرء الوصول إلى الوضع المثالي حيث أن عامل الإيجاب والسالب موجود دائماً، لذا؛ فإن التبديل المتزامن هو أحد الحلول، كما تم تصنيع جهاز باسم مفتاح (SmartClose Capacitor) الذي يمكنه تحويل أي بنك إلى بنك متزامن باستخدام أجهزة الاستشعار.