الحماية الكهربائية في محطات التحويل
1-1 مقدمة
عند حدوث أي عطل أو وضع غير طبيعي في أنظمة نقل أو توزيع القدرة يجب عزله أو فصله عن بقية أجزاء النظام بأسرع وقت ممكن ، إذ أن استمرار العطل أو الوضع غير الطبيعي قد يؤدي إلى تلف أنظمة النقل و التوزيع و خروج هذه الأنظمة عن استقراريتها و بالتالي يؤدي إلى خسائر مادية جسيمة . و الحماية علم واسع و يختلف حسب اختلاف النظام أو الجزء المراد حمايته و تتمثل الحماية الكهربائية بتحسس العطل و موقعه و إعطاء الإشارة إلى قاطع الدائرة لفصل ذلك الجزء من النظام الذي حصل فيه العطل .
إن أجهزة الحماية متنوعة و متعددة و أنواعها تعتمد على الغاية من استخدامها حيث تتألف من أبسط أنواع المصهرات إلى أعقد أنواع المرحلات ، و محولات التيار من الأجهزة الملحقة بأجهزة الحماية كعنصر رئيس مع المرحلات، و كذلك محولات الجهد، و ملفات الإفلات(trip coil) التي تغذي عادة من مصادر تيار مباشر .
و يقسم النظام المراد حمايته إلى عدة مناطق بحيث تكون كل منطقة محاطة بأداة حماية معينة حيث يكون توقيت عمل أدوات الحماية مدرجا كي تكون إحداها سائدة للأخرى.
1-2 المكونات الأساسية لدائرة الحماية
1. قاطع الدائرة المحمية Protected Circuit Breaker .
2. محولات التيار و الجهد C.T.&V.T .
3. مرحل الحماية Protective Relay .
4. مصدر جهد مباشر يتكون من بطاريات و شاحن D.C Source .
5. أسلاك تحكم C**trol Wire .
6. مرحلات مساعدة Auxiliary Relay .
7. معدات لوحات و أجهزة الإنذار و الإشارة Alarms and Signaling Equipment .

1-3 عمل مرحل الحماية
1. قياس الكميات الكهربائية .
2. تحسس العطل و العمل لحظيا أو بعد تأخير زمني معين . .
3.إرسال إشارة الفصل مباشرة لقاطع الدائرة أو من خلال مرحلات مساعدة ، و إرسال إشارة الإنذار .
4. فصل قاطع الدائرة .
5.عزل العطل من نقطة أو أكثر .
6. قياس الكميات الكهربائية بعد إعادة غلق القاطع أو القواطع التي فتحت .
1-4 خصائص مرحل الحماية
من هنا نجد أنه للحصول على نظام حماية مترابط و الذي ينعكس بدوره على النظام الكهربائي و استمرارية وصول الطاقة الكهربائية للمستهلك يجب أن تتوفر الخصائص الفنية التالية في مرحلات الحماية الرئيسية و المساعدة ، و هذه الخصائص هي :
1. السرعة في العمل Speed .
يجب أن يكون جهاز الحماية سريعاً في فصل الجزء المتأثر بالعطل من أجل تحسين استقرارية النظام ومنع انتقال العطل إلى أجزاء سليمة من النظام .
2. البساطة في التركيب .Simplicity
إن بساطة تركيب مرحل الحماية عامل أساسي في كفاءة واعتمادية المرحل وسرعة صيانته وتركيبه .
3. الإعتمادية Reliability .
يطلب من المرحل أن يكون جاهزاً في أي لحظة للعمل ، وتزداد اعتما دية المرحل بعمل الصيانة الدورية له .
4. الحساسية Sensitivity .
حساسية الجهاز تعني دقة الجهاز في العمل من حيث قياس الكميات الكهربائية وزمن العمل .
5. الانتقائية Selectivity .
وتعني قدرة المرحل على تحديد نقطة العطل والعمل على اختيار قاطع الدارة المناسب لفصله .
6. الاقتصاد Ec**omics .
الاقتصاد من أهم مبادئ تصميم وتشغيل أي نظام كهربائي .


1-5 الحمايات الكهربائية المستعملة في النظام الكهربائي الأردني
- حمايات محولات القوى
1. الحماية التفاضلية Differential Protecti** ) ) .
2. الحماية من زيادة التيار (Overcurrent Protecti** )الإتجاهية أو اللااتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية ( Earth Fault Protecti** )الإتجاهية أو
اللاإتجاهية .
4. الحماية من الأعطال الأرضية المحدودة (Restricted E.F Protecti**) .
- حمايات المكثفات Capacitor Bank
1. الحماية الإتزانية (Current Balance Protecti**) .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية أو اللاإتجاهية (Over current Protecti** ).
3. الحماية من الأعطال الأرضية الاتجاهية أو اللاإتجاهية( Earth Fault Protecti** ) .
4. الحماية من الفولطية القصوى Max. Voltage Protecti**).).
5. الحماية من انخفاض الفولطية عن قيمة معينة (Low Voltage Protecti**) .

- حمايات المحثات Reactors
1. الحماية التفاضلية ( Differential Protecti** ) .
2. الحماية من زيادة التيارات الاتجاهية أو اللاإتجاهية (Over Current Protecti**) .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الاتجاهية أو الاإتجاهية (Earth Fault Protecti**) .

- حمايات القضبان العمومية
1. الحماية من تسرب الهياكل ( Frame Leakage Protecti** ) في قضبان 33 كيلو فولت فقط .
2. نظام حماية مراقبة التيار التفاضلي .
3. نظام حماية مقارنة اتجاه التيارات و قيمة التيار التفاضلي كما هو الحال في محطة اربد .

- حمايات مجزءات و دامجات القضبان ( Bus Secti**er & Bus Coupler)
1. الحماية من زيادة التيار .
2. الحماية من الأعطال الأرضية .

- حمايات دوائر الخطوط الهوائية
أ. 132 كيلو فولت:
1. الحماية المسافية Distance Protecti** .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية و اللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الأتجاهية و اللاإتجاهية .
ب. 400 كيلو فولت:
1. الحماية المسافية الرئيسة الأولى و الثانية .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية و اللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الإتجاهية و هي جزء من الحماية المسافية .
4. الحماية من الأعطال الأرضية الحساسة .
ج. 33 و11 كيلو فولت:
1. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية أو اللاإتجاهية .
2. الحماية من الأعطال الأرضية الإتجاهية و اللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الحساسة .

حمايات كوابل 33 و 11 كيلو فولت
1. الحماية التفاضلية Pilot Protecti** .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية واللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الإتجاهية و اللاإتجاهية .

1-6 حماية المحولات الفيزيائية
الحماية من ارتفاع درجة الحرارة :-
يجب مراقبة حرارة المحول باستمرار و يتم ذلك من خلال :
1. مراقبة درجة حرارة ملفات الجهد المنخفض و المرتفع .
إذ يتم ذلك بوساطة مؤشري درجة الحرارة لكل من ملفات الضغط المنخفض و المرتفع (L.V&H.V Winding Temperature Indicators) بحيث تعمل مجموعة من المراوح على درجة حرارة 60° س ، بينما تعمل مجموعة ثانية بالإضافة للمجموعة الأولى من المراوح على درجة حرارة 65° س .
و يتم إرسال اشارة الإنذار على درجة حرارة 100°س، أما الفصل
فيتم إرساله على درجة حرارة 110°س.

2. مراقبة درجة حرارة الزيت .
و التي تتم بوساطة مؤشر درجة حرارة الزيت و الذي يعمل أيضا على مرحلتي الإنذار على درجة حرارة 90° س، و الفصل على درجة حرارة 100° س.

الحماية ضد الأعطال الداخلية :-
عند حدوث قصر داخل المحول ينتج عن ذلك تيار عالي جدا مسببا تسخين الزيت ويتشكل الغاز نتيجة لذلك ، فيحاول الخروج من المحول عبر صمام يعرف باسم مرحل البوخلز الذي بدوره يقوم بإرسال إشارة إلى غرفة المراقبة و يوعز إلى أجهزة الحماية بفصل المحول .
و يعمل هذا المرحل على مرحلتي الإنذار و يتم إرسالها عندما تكون كمية الغازات (300سم مكعب)، و الفصل و يتم إرسالها عندما تكون الكمية ( 500سم مكعب ).

الحماية ضد ارتفاع الضغط داخل المحول :-
حيث يتم حماية المحول من ارتفاع الضغط داخله بوساطة :
1. فتحة الانفجار : و هي عبارة عن أنبوب مثبت في أعلى الخزان و تكون نهايته مغطاة بغطاء معين ، و ينفجر هذا الغطاء عندما يزداد الضغط داخل المحول مسببا خروج الزيت منه .
2. صمام ارتفاع الضغط : وله نفس مبدأ فتحة الانفجار إلا أنه يغلق مرة أخرى عندما يتلاشى الضغط المرتفع .

حماية الزيت :-
تحتوي المحولات على خزان احتياطي للزيت و ذلك للحفاظ على كمية الزيت ثابتة عند ارتفاع أو انخفاض درجة حرارة المحول ، و يكون هذا الخزان محتويا على كمية من الهواء الجاف ، فعند تغير درجة حرارة المحول يتغير معها حجم الزيت و بالتالي كمية الهواء في الخزان الاحتياطي ، و بالتالي يتم سحب الهواء من خارج المحول عبر مادة هلامية من السيليكا الماصة للرطوبة ، حيث يتحول لون هذه المادة من الأزرق إلى الزهري عند تشبعها بالرطوبة ، و بالتالي يجب استبدالها أو تحميصها .

الحماية من الصواعق :-
حيث يتم حماية المحول من الصواعق من خلال مانعة الصواعق ، و الجزء الفعال منها يتكون من مادة (Metal Oxide ) ، فعند ارتفاع الجهد عن المقرر تبدأ هذه المادة العازلة بالتحول إلى مادة موصلة تعمل على تفريغ الصعقة و تلاشيها و بالتالي تعود هذه المادة إلى وضعها العازل المقاوم لمرور التيار .[/quote]

عند حدوث أي عطل أو وضع غير طبيعي في أنظمة نقل أو توزيع القدرة يجب عزله أو فصله عن بقية أجزاء النظام بأسرع وقت ممكن ، إذ أن استمرار العطل أو الوضع غير الطبيعي قد يؤدي إلى تلف أنظمة النقل و التوزيع و خروج هذه الأنظمة عن استقراريتها و بالتالي يؤدي إلى خسائر مادية جسيمة . و الحماية علم واسع و يختلف حسب اختلاف النظام أو الجزء المراد حمايته و تتمثل الحماية الكهربائية بتحسس العطل و موقعه و إعطاء الإشارة إلى قاطع الدائرة لفصل ذلك الجزء من النظام الذي حصل فيه العطل .
إن أجهزة الحماية متنوعة و متعددة و أنواعها تعتمد على الغاية من استخدامها حيث تتألف من أبسط أنواع المصهرات إلى أعقد أنواع المرحلات ، و محولات التيار من الأجهزة الملحقة بأجهزة الحماية كعنصر رئيس مع المرحلات، و كذلك محولات الجهد، و ملفات الإفلات(trip coil) التي تغذي عادة من مصادر تيار مباشر .
و يقسم النظام المراد حمايته إلى عدة مناطق بحيث تكون كل منطقة محاطة بأداة حماية معينة حيث يكون توقيت عمل أدوات الحماية مدرجا كي تكون إحداها سائدة للأخرى.
1-2 المكونات الأساسية لدائرة الحماية
1. قاطع الدائرة المحمية Protected Circuit Breaker .
2. محولات التيار و الجهد C.T.&V.T .
3. مرحل الحماية Protective Relay .
4. مصدر جهد مباشر يتكون من بطاريات و شاحن D.C Source .
5. أسلاك تحكم C**trol Wire .
6. مرحلات مساعدة Auxiliary Relay .
7. معدات لوحات و أجهزة الإنذار و الإشارة Alarms and Signaling Equipment .

1-3 عمل مرحل الحماية
1. قياس الكميات الكهربائية .
2. تحسس العطل و العمل لحظيا أو بعد تأخير زمني معين . .
3.إرسال إشارة الفصل مباشرة لقاطع الدائرة أو من خلال مرحلات مساعدة ، و إرسال إشارة الإنذار .
4. فصل قاطع الدائرة .
5.عزل العطل من نقطة أو أكثر .
6. قياس الكميات الكهربائية بعد إعادة غلق القاطع أو القواطع التي فتحت .
1-4 خصائص مرحل الحماية
من هنا نجد أنه للحصول على نظام حماية مترابط و الذي ينعكس بدوره على النظام الكهربائي و استمرارية وصول الطاقة الكهربائية للمستهلك يجب أن تتوفر الخصائص الفنية التالية في مرحلات الحماية الرئيسية و المساعدة ، و هذه الخصائص هي :
1. السرعة في العمل Speed .
يجب أن يكون جهاز الحماية سريعاً في فصل الجزء المتأثر بالعطل من أجل تحسين استقرارية النظام ومنع انتقال العطل إلى أجزاء سليمة من النظام .
2. البساطة في التركيب .Simplicity
إن بساطة تركيب مرحل الحماية عامل أساسي في كفاءة واعتمادية المرحل وسرعة صيانته وتركيبه .
3. الإعتمادية Reliability .
يطلب من المرحل أن يكون جاهزاً في أي لحظة للعمل ، وتزداد اعتما دية المرحل بعمل الصيانة الدورية له .
4. الحساسية Sensitivity .
حساسية الجهاز تعني دقة الجهاز في العمل من حيث قياس الكميات الكهربائية وزمن العمل .
5. الانتقائية Selectivity .
وتعني قدرة المرحل على تحديد نقطة العطل والعمل على اختيار قاطع الدارة المناسب لفصله .
6. الاقتصاد Ec**omics .
الاقتصاد من أهم مبادئ تصميم وتشغيل أي نظام كهربائي .


1-5 الحمايات الكهربائية المستعملة في النظام الكهربائي
- حمايات محولات القوى
1. الحماية التفاضلية Differential Protecti** ) ) .
2. الحماية من زيادة التيار (Overcurrent Protecti** )الإتجاهية أو اللااتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية ( Earth Fault Protecti** )الإتجاهية أو
اللاإتجاهية .
4. الحماية من الأعطال الأرضية المحدودة (Restricted E.F Protecti**) .
- حمايات المكثفات Capacitor Bank
1. الحماية الإتزانية (Current Balance Protecti**) .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية أو اللاإتجاهية (Over current Protecti** ).
3. الحماية من الأعطال الأرضية الاتجاهية أو اللاإتجاهية( Earth Fault Protecti** ) .
4. الحماية من الفولطية القصوى Max. Voltage Protecti**).).
5. الحماية من انخفاض الفولطية عن قيمة معينة (Low Voltage Protecti**) .



- حمايات المحثات Reactors
1. الحماية التفاضلية ( Differential Protecti** ) .
2. الحماية من زيادة التيارات الاتجاهية أو اللاإتجاهية (Over Current Protecti**) .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الاتجاهية أو الاإتجاهية (Earth Fault Protecti**) .

- حمايات القضبان العمومية
1. الحماية من تسرب الهياكل ( Frame Leakage Protecti** ) في قضبان 33 كيلو فولت فقط .
2. نظام حماية مراقبة التيار التفاضلي .
3. نظام حماية مقارنة اتجاه التيارات و قيمة التيار التفاضلي كما هو الحال في محطة اربد .

- حمايات مجزءات و دامجات القضبان ( Bus Secti**er & Bus Coupler)
1. الحماية من زيادة التيار .
2. الحماية من الأعطال الأرضية .

- حمايات دوائر الخطوط الهوائية
أ. 132 كيلو فولت:
1. الحماية المسافية Distance Protecti** .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية و اللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الأتجاهية و اللاإتجاهية .
ب. 400 كيلو فولت:
1. الحماية المسافية الرئيسة الأولى و الثانية .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية و اللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الإتجاهية و هي جزء من الحماية المسافية .
4. الحماية من الأعطال الأرضية الحساسة .
ج. 33 و11 كيلو فولت:
1. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية أو اللاإتجاهية .
2. الحماية من الأعطال الأرضية الإتجاهية و اللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الحساسة .

حمايات كوابل 33 و 11 كيلو فولت
1. الحماية التفاضلية Pilot Protecti** .
2. الحماية من زيادة التيارات الإتجاهية واللاإتجاهية .
3. الحماية من الأعطال الأرضية الإتجاهية و اللاإتجاهية .

1-6 حماية المحولات الفيزيائية
الحماية من ارتفاع درجة الحرارة :-
يجب مراقبة حرارة المحول باستمرار و يتم ذلك من خلال :
1. مراقبة درجة حرارة ملفات الجهد المنخفض و المرتفع .
إذ يتم ذلك بوساطة مؤشري درجة الحرارة لكل من ملفات الضغط المنخفض و المرتفع (L.V&H.V Winding Temperature Indicators) بحيث تعمل مجموعة من المراوح على درجة حرارة 60° س ، بينما تعمل مجموعة ثانية بالإضافة للمجموعة الأولى من المراوح على درجة حرارة 65° س .
و يتم إرسال اشارة الإنذار على درجة حرارة 100°س، أما الفصل
فيتم إرساله على درجة حرارة 110°س.

2. مراقبة درجة حرارة الزيت .
و التي تتم بوساطة مؤشر درجة حرارة الزيت و الذي يعمل أيضا على مرحلتي الإنذار على درجة حرارة 90° س، و الفصل على درجة حرارة 100° س.

الحماية ضد الأعطال الداخلية :-
عند حدوث قصر داخل المحول ينتج عن ذلك تيار عالي جدا مسببا تسخين الزيت ويتشكل الغاز نتيجة لذلك ، فيحاول الخروج من المحول عبر صمام يعرف باسم مرحل البوخلز الذي بدوره يقوم بإرسال إشارة إلى غرفة المراقبة و يوعز إلى أجهزة الحماية بفصل المحول .
و يعمل هذا المرحل على مرحلتي الإنذار و يتم إرسالها عندما تكون كمية الغازات (300سم مكعب)، و الفصل و يتم إرسالها عندما تكون الكمية ( 500سم مكعب ).

الحماية ضد ارتفاع الضغط داخل المحول :-
حيث يتم حماية المحول من ارتفاع الضغط داخله بوساطة :
1. فتحة الانفجار : و هي عبارة عن أنبوب مثبت في أعلى الخزان و تكون نهايته مغطاة بغطاء معين ، و ينفجر هذا الغطاء عندما يزداد الضغط داخل المحول مسببا خروج الزيت منه .
2. صمام ارتفاع الضغط : وله نفس مبدأ فتحة الانفجار إلا أنه يغلق مرة أخرى عندما يتلاشى الضغط المرتفع .

حماية الزيت :-
تحتوي المحولات على خزان احتياطي للزيت و ذلك للحفاظ على كمية الزيت ثابتة عند ارتفاع أو انخفاض درجة حرارة المحول ، و يكون هذا الخزان محتويا على كمية من الهواء الجاف ، فعند تغير درجة حرارة المحول يتغير معها حجم الزيت و بالتالي كمية الهواء في الخزان الاحتياطي ، و بالتالي يتم سحب الهواء من خارج المحول عبر مادة هلامية من السيليكا الماصة للرطوبة ، حيث يتحول لون هذه المادة من الأزرق إلى الزهري عند تشبعها بالرطوبة ، و بالتالي يجب استبدالها أو تحميصها .

الحماية من الصواعق :-
حيث يتم حماية المحول من الصواعق من خلال مانعة الصواعق ، و الجزء الفعال منها يتكون من مادة (Metal Oxide ) ، فعند ارتفاع الجهد عن المقرر تبدأ هذه المادة العازلة بالتحول إلى مادة موصلة تعمل على تفريغ الصعقة و تلاشيها و بالتالي تعود هذه المادة إلى وضعها العازل المقاوم لمرور التيار .[/quote]