وقاية المولدات الكهربية Generator Protection

[size=12]
وقاية
المولدات الكهربية
Generator Protection

أعطال المولدات :
هناك عدد من الظروف الغير طبيعية التى يمكن أن تحدث لأي معدة دوارة وتشمل :
1- أعطال في الملفات
2- فقد الاستثارة
3- عمل المولدات كمحركات
4- زيادة الحمل
5- زيادة الحرارة
6- زيادة السرعة
7- تشغيل غير متزن
8- الخروج عن التشغيل السليم

العديد من هذه الاعطال يمكن إصلاحها بينما تبقي الوحدة في الخدمة , فقط
يمكن أن تقل القدرة المولدة منها . و يتم اكتشاف والإعلان عن الأعطال
بالإنذارات . والأعطال تحتاج لاكتشاف عاجل وفوري و إلا ترتب عليها حدوث
انهيار للعزل وبذلك يتكون مسار موصل بين نقاط بينهم فرق في الجهد . وإذا
كانت مقاومة المسار عالية سيرتبط العطل بتغير ملحوظ في الجهد في المنطقة
المصابة بالعطل وعلى الناحية الأخرى وفى حالة ما إذا كانت مقاومة المسار
صغيرة ينتج تيار كبير والذي غالبًا يسبب عطلا كبيرا.

وشكل ( 1 ) يوضح الأنواع المختلفة للأعطال التى يمكن حدوثها في نظم العزل
لملفات المولدات.

وتعرف الأعطال كالآتي:
1- حدوث قصر بين الملفات
2- حدوث قصر بين حلقات ملف الوجه
3- قصر أرضي في الجزء الساكن
4- قصر أرضي في الجزء الدوار
5- حدوث قصر بين حلقات الجزء الدوار

والرمز A يرمز به للعزل في الملفات المنفصلة بينما الرمز B يرمز لقلب
الجزء الساكن .
و يلاحظ أن حدوث قصر بين أجزاء من أوجه مختلفة للملفات مثل الأعطال 1،2
السابق ذكرهما يؤدي إلى تيار كبير وخطير خلال الآلة . وبالتبعية يحدث فرق
واضح بين التيارات في نقطة التعادل ونهاية الأطراف للملف والذي يتم اكتشافه
بنظام وقاية من النوع التفاضلي. وهنا تتم مقارنة التيارات الموجودة في كل
ناحية من الجهاز المطلوب حمايته بدائرة تفاضلية ووجود أي فرق في التيار
سيعمل على تشغيل المرحل . وشكل (2) يوضح دائرة المرحل لطور واحد فقط .

وفى ظروف التشغيل الطبيعية سيمر التيار الذي يمثل الفرق بين تيارات المغنطة
لمحولات التيار خلال المرحل وذلك لأنه في حالة عدم حدوث أعطال خلال منطقة
المعدة المحمية تكون التيارات التى تدخل المعدة وتخرج منها متساوية وفى
حالة حدوث عطل بين مجموعتين لمحولات التيار سيزيد واحد أو أكثر من التيارات
( في نظام ثلاثي الطور ) الموجودة في الناحية اليسرى زيادة فجائية بينما
تيارات الناحية اليمني تقل أو تزيد ولكن في اتجاه عكسي وفى كلتا اللحظتين
سيمر التيار الكلي خلال المرحل ويتسبب في تشغيله. و في حالة الوحدات التى
لا يمكن الوصول فيها للأطراف المتعادلة لا يمكن استخدام المرحلات التفاضلية
وفى هذه الحالة تستخدم مرحلات القدرة العكسية.

ويلاحظ ان التيارات التسريبية يمكن أن تحدث بين لفات ملف نفس الطور أو بين
ملفات متوازية لنفس الطور وهذا الذي يسمي بعطل داخل اللفات (inter turn
fault ).

وللمولدات ذات الملف الواحد لكل طور يتم توصيل محول جهد بين طرف كل طور
وبين نقطة التعادل للملف . وأطراف الملفات الثانوية تتصل بشكل مثلث مفتوح
لمرحل جهد مستقطب كما هو موضح بشكل (3).

وفى حالة حدوث عطل داخل اللفات سيظهر جهد على أطراف المثلث المفتوح مما
يجعل المرحل يعمل وفى شكل (4) يظهر الرسم الاتجاهي والذي يوضح أن 3V0 هو
الجهد الناتج عند أطراف المثلث المفتوح ومن ثم :

3V0 = V1 + V2 + V3

مع ملاحظة أن V0 هو جهد التتابع الصغري .

وللوقاية من الأعطال الأرضية للجزء الثابت توصل نقطة التعادل للمولد بالأرض
عن طريق مقاومة عالية . وعند حدوث عطل أرضي يسرى التيار خلال المقاومة
محدثًا فرق في الجهد عبر المقاومة بين نقطة التعادل والأرض وهذا الفرق في
الجهد يتم توصيله عن طريق محول جهد بمرحل جهد مستقطب والذي يعمل على تشغيل
قواطع الدائرة للمولد كما هو موضح بشكل (5) . ونظام الوقاية الموضح مصمم
لتيار العطل 10 أمبير.

أعطال الجزء
الدوار

في حالة حدوث أكثر من عطل أرضي في دائرة الجزء الدوار (المجال ) يحدث عدم
تزان مغناطيسي ومن ثم تحدث اهتزازات بالآلة مما يجعل اكتشاف الأعطال
الأرضية في دائرة الجزء الدوار ذات أهمية أساسية ويوضح شكل (1) النموذج
المستعمل والذي يستخدم التيار الثابت وبمبدأ تقسيم الجهد بين R2 , R1
باعتبارهما مقاومتان ثابتتان (غالبًا تؤخذ لدائرة الأثارة بقدر ة 250 فولت)
مع ملاحظة أن RN هى مقاومة تتغير بتغير الجهد المطبق عليه (تقليديًا تؤخذ
45 كيلو أوم عند 60 فولت و 4،7 عند 150 فولت ) .

وعندما تتصل دائرة المجال (الأثارة) سيظهر جهد بين النقطة M والأرض ( قيمة
الجهد تعتمد على جهد دائرة الاستثارة ونقطة العطل على دائرة المجال وتكون
قيمة الجهد VMO أعلي قيمة ممكنة إذا ما كان العطل في اي ناحية من دائرة
المجال ونقطة دائرة المجال والتى عندها (VMO=0) تسمي نقطة الخمود (NULL
POINT) وفى حالة:

R[size=7]2 = R1 + RN

ستكون نقطة الخمود في وسط ملف المجال ومرحلات التيار المستمر تكتشف القيم
الغير طبيعية للــجهد V0 ومن ثم أعطال الجزء الدوار .

الطرق المختلفة لوقاية المولد

يوضح شكل (3) جميع طرق الوقاية التى تمت مناقشتها والتى صممت لتكتشف
الأعطال التى تحدث للمولدات بالإضافة إلى بعض التدبيرات الوقائية التى تأخذ
مثل موانع الصواعق والتى تتصل بين أطوار المداخل و نقطة النجمة للملف وبين
الأرض ووظيفتها الحد من الاجهادات التى تتعرض لها الملفات بفعل التغيرات
الجوية المفاجئة.
وفى حالة حدوث زيادة في سرعة التربينة فتعمل وحدة زيادة الجهد على إخماد
وتقليل المجال وتظهر هذه الأهمية أيضًا للأعطال التى تحدث في منظم الجهد
ونظام الأثارة أما في الوحدات المائية فتستخدم مرحلات زيادة الجهد مع مؤخر
زمني مع مرحلات عالية السرعة بينما في المولدات التربينية يكون استخدام
مرحلات زيادة الجهد اللحظية هي أحسن اختيار .

أما المرحلات الحرارية فتستخدم الوقاية ضد زيادة الأحمال والتى تتسبب في
زيادة عالية وغير مقبولة في درجات الحرارة وهذه المرحلات تتدخل لتعمل عندما
يصل الملف المطلوب حمايته إلى حدود درجات الحرارة المصمم عليها ويكون
للمحول نفس المنحني الحراري المطابقة للمولد مع التوافق في الثابت الزمني
للمولد . ويكون المرحل قادرا على تحمل الزيادة في الحمل لفترة قصيرة ولذلك
يمكن أن يزيد حمل المولد لترتفع أعلي قدرة حرارية له .

أما مرحلات زيادة التيار الحرارية والتى لها ثوابت زمنية متوسطة فيتم
استخدامها في دوائر الخرج لمنظم الجهود أما في حالة حدوث اثارة موجبة أو
سالبة دائمة نتيجة حدوث عطل في المنظم فيتم تحويل المولد الى استخدام
المنظم اليدوي .

أما مرحلات التتابع السالبة فتستخدم في حالة زيادة تحميل الطور الواحد
لمولد ثلاثي الأطوار بأعلى من الزيادة المسموح بها ويتمكن نفس المرحل من
عمل الوقاية الحرارية للجزء المتحرك من المولد وذلك لأنه في حالة حدوث
تحميل غير متماثل للآلة فتتولد تيارات مختلفة في الطور وبضعف التردد في
الجزء المتحرك تؤدي إلى زيادة ضارة في السخونة التى يتعرض لها القلب .

أما المرحلات التى تعمل بأقل مفاعلة سعوية فيتم استخدامها في المولدات
عندما تكون هناك خطورة قائمة لذلك وهذا المرحل يتم ربطه بمرحل زيادة الجهد
والغير متأخر في الزمن بطريقة تسمح بأنه عندما تبدأ عملية الإثارة الذاتية
يبدأ كلا المرحلان في العمل وإرسال الإشارة لقاطع الدائرة للمولد للعمل
فوريًا وخلال الخرج الثاني يتم توصيل مرحل من نوع متأخر زمني وعند انتهاء
التأخر الزمني يسبب غلق المولدات المائية وإخماد المجال للمولدات
التربينية مع إمكانية إعطاء إثارة دائمة للتشغيل الغير متزامن. وهذا
المرحل أيضا له القدرة على اكتشاف التوافقات أو أعطال القصر التى تحدث في
دائرة الاثارة . ولمثل هذه الأعطال أما أن يخرج المولد فوريًا من الخدمة أو
يبقي في الشبكة مع محاولة إعادة الشبكة للتزامن مرة أخري .
ويوضح شكل (3) رسم (X-R) لمحل أقل مفاعلة سعوية عندما تكون:

Xd هي المفاعلة التزامنية للمولد
X’d هي المفاعلة العابرة للمولد
a , b ثوابت للضبط

وتعمل مرحلات القدرة العكسية على إيقاف المولد عندما عمل المولد كمحرك عند
السرعة القصوى نتيجة حدوث خلل بالتربينة وما زال المولد متصل بالشبكة ولكن
في بعض النظم يستخدم مرحل قدرة اتجاهي ذو حساسية عالية يتم ضبطه عند قيمة
صغيرة بدلا من استخدام مرحل القدرة العكسية.

ولازالة التيارات التى تحدث في ركائز التحميل يتم عزل ركيزة تحميل واحدة
على الأقل مع نظام الأنابيب المساعدة له عن الأرض ومن ثم يتم اكتشاف
الأعطال الحادثة في العزل أو حدوث قصر في الدائرة عن طريق وجود جسم موصل
بنظام الوقاية الخاص بالتيارات في ركائز التحميل والتى تحدد التيار الذي
يسري مباشرة في ركائز التحميل وفى الغالب يتم تطبيقه على مرحلتين .

[/size]