ضرورة القيام بالحماية المناسبة للمولدات الكهربائية:

 

تعد المولدات الكهربائية من أهم مكونات نظام الطاقة؛ فهي موجودة في المرافق وكذلك في أنظمة الطاقة الصناعية والتجارية، حيث يمكن أن تعمل المولدات الكهربائية كمصدر طبيعي للطاقة لنظام الطاقة بالمجمل، وأيضاً لتوفير طاقة الطوارئ، كذلك عندما لا يتوفر المصدر العادي بسبب الفشل أو أي نشاط صيانة، كما أنها شائعة جداً في المستشفيات ومراكز البيانات والاتصالات السلكية واللاسلكية.

 

ونظراً لأن المولدات عبارة عن آلات كهربائية دوارة وتتكون بالإضافة إلى ذلك من العديد من الأجزاء (لف الجزء الثابت وملف الدوار والمثير والمحامل وغيرها)؛ فهي أكثر عرضة للفشل من أي معدات أخرى في نظام الطاقة، كما يمكن أن تتأثر المولدات بسبب الأعطال الكهربائية (الحمل الزائد، الطور وخطأ الأرض، الجهد الزائد، التيار غير المتوازن، التذبذب غير المتزامن، المحركات) وأيضاً المشاكل الميكانيكية (الاهتزازات، السرعة الزائدة، الحرارة الزائدة).

 

كذلك قد تكون مرتبطة بحالة المولد المناسبة (عطل داخلي) ولكن أيضاً بالاضطرابات التي قد تحدث في الشبكة التي تم توصيل المولد بها (خطأ خارجي)، وبعد كل هذا؛ فإنه يلاحظ أن حماية المولد الكهربائي يجب أن تحظى باهتمام خاص، وفي مخططات الحماية الكهربائية المختلفة التي يمكن استخدامها للمولد المتزامن؛ يجب تذكر أن كل حالة تحتاج إلى دراسة خاصة لاستنتاج ما إذا كانت الحماية المحددة مناسبة.

 

حيث أن الهدف من نظام الحماية هو حماية المولد وكذلك الحفاظ على صحة نظام الطاقة، كما أن هناك قاعدتان عامتان يجب مراعاتهما فيما يتعلق بالحماية الكهربائية:

 

القاعدة الأولى: تسمى (3S)، وهي المرحلة الانتقائية، بحيث يجب مسح الخطأ بواسطة الجهاز الصحيح والسرعة (بأسرع ما يمكن) والأمان والموثوقية العالية.

 

القاعدة الثانية: هو الحفاظ على التوازن بين المتطلبات الفنية والتكاليف، وذلك كونها بسيطة ولكنها تحافظ على الموثوقية المطلوبة في نظام الطاقة.

 

حماية المولدات الكهربائية قليلة القدرة:

 

مولدات أقل أو يساوي 500 كيلو واط:

 

 

تقوم “مرحلات التيار الزائد للوقت” (51 / 51N) بحماية المولد من التلف بسبب الدوائر القصيرة (الطور والأرضي)، وبنفس الطريقة؛ فإن المرحل الحراري يبقيه بعيداً عن أضرار الحمل الزائد، كما من المهم إدراك أن منحنيات الترحيل يجب أن تكون ثابتة في الرحلة قبل منحنى تلف المولد.

 

كما  أن وظائف الحماية هذه (51، 51N ،49) في الجهد المنخفض يمكن تنفيذها بواسطة (LSIG) ووحدات الرحلة المغناطيسية الحرارية، باستخدام (MCCB) أو (LVPCB)، بالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يتم إضافة مرحل تسلسل سلبي (46) لاكتشاف أي عدم توازن في المراحل.

 

مولدات ما بين 1 ميجاواط و 3 ميجاواط:

 

 

يمكن أن تؤثر التغييرات المفاجئة في التردد وتذبذبات الطاقة على استقرار نظام الطاقة، وبالتالي فإن هذا المخطط يعني المزيد من وظائف الحماية التي تهدف إلى تجنب هذه الظروف، كما يكتشف التتابع (81) تبايناً في تردد الجهد (ترتبط الترددات ارتباطاً مباشراً بالسرعة).

 

أيضاً يكتشف مرحل الطاقة الاتجاهي (32) حالة محرك المولد (يمكن لحالة المحرك أن تخلق تذبذبات الطاقة في نظام الطاقة)، حيث أن مرحل الجهد الزائد (59) مخصص للكشف عن زيادات الجهد في المولد أو الشبكة المتصلة (يرتبط الجهد الزائد بفصل الحمل المفاجئ وفشل المثير).

 

مولدات ما بين 3 ميجاواط و 5 ميجاواط:

 

 

كما هو موضح؛ فقد تمت إضافة مرحل خطأ الأرض الدوار (64R) في الملف الدوار (الحقل) لاكتشاف أي عطل أرضي داخلي (يمكن أن يتأثر ملف العضو الدوار بالاهتزازات والشدات الحرارية التي قد تنتج أخطاء أرضية).

 

أيضاً، يعتبر التتابع التفاضلي (87)؛ فهو يقارن التيار عند طرفي المولد، وأي فرق بينهما (يمكن تحمل النسبة المئوية) بسبب خطأ داخلي (إنه انتقائي تماماً)، كذلك (87N) لها نفس الفلسفة ولكنها تنطوي على الأرض، حيث يمكن أن يؤدي فقدان الإثارة الميدانية إلى تشغيل المولد كآلة تحريض، وسوف تتدفق الطاقة التفاعلية إلى المولد، وبالتالي يتم تطبيق فقدان مرحل المجال (40) للإشراف على نظام الإثارة.

 

حماية المولدات الكهربائية كبيرة القدرة:

 

المولدات ما بين 50 ميجاواط و 100 ميجاواط:

 

عندما نتحدث عن المولدات الكبيرة الأكثر تكلفة والتي لها أهمية أكبر بالتأكيد في أنظمة الطاقة، بحيث توجد مولدات كبيرة في محطات التوليد وتخدم الأحمال الصناعية والتجارية والسكنية، كما أنها متصلة بالشبكة الكهربائية، لذلك هناك العديد من المولدات الأخرى التي تعمل بالتوازي، وبالتالي هناك حاجة إلى نظام حماية أفضل ومتطور من أجل حماية نظام الطاقة.

 

عادة ما يتم توصيل هذه الأنواع من المولدات بمحول طاقة تصاعدي يزيد الجهد لنقل كل الطاقة بواسطة خطوط الجهد العالي، حيث يعتبر أيضاً محولاً لتغذية الخدمات المساعدة لمحطة الطاقة، وكلا المحولين لهما أجهزة الحماية المناسبة (87T ،63 ،51N1 71).

 

كما أن من أحد أنواع الحماية المضافة في هذه الحالة، بأنه يأخذ في الاعتبار الواجهة بين المولد والمحولات، وكما هو في (الحماية التفاضلية)، والذي يستشعر المجموع الحالي للمولد وكل محول للكشف عن أي خلل يقع في المنطقة الداخلية.