ما هو جهاز حماية المحولات؟

1 - ما هو جهاز حماية المحولات؟

• جهاز حماية المحولات هو نظام أتمتة متكامل، مصمم لمراقبة حالة تشغيل المحول باستمرار، وفي الكشف عن الأعطال الداخلية أو الحالات الشاذة الخارجية (مثل قصر الدائرة، والحمل الزائد، والسخونة الزائدة)، يمكن أن يرسل بسرعة وبدقة إشارات إنذار أو يقطع إمدادات الطاقة للمحول تلقائيًا، وذلك لمنع تلف المعدات، وحماية استقرار شبكة الطاقة وسلامة الأفراد. إنه يعادل "المركز العصبي" و "الوصي" للمحولات، هو ضمان التشغيل الموثوق لنظام الطاقة أمر لا غنى عنه للروابط الرئيسية.

2 - مكونات أجهزة حماية المحولات

• عنصر الاستشعار:: المعدات المستخدمة لجمع بيانات تشغيل المحولات.

  • محول التيار (CT):: قياس التيار المتدفق عبر لفات المحول.

  • محولات الجهد (PT):: قياس الجهد عبر المحول.

  • مرحل الغاز:: يكتشف تدفق الغاز والزيت غير الطبيعي في الخزان بسبب الأعطال.

  • مستشعر درجة الحرارة:: رصد درجات حرارة اللفات وزيت المحولات.

  • مستشعرات الضغط/صمامات التحرير:: مراقبة ضغط الخزان الداخلي.

• المشغل الأساسي (مرحل الحماية):: "دماغ" النظام، ويستخدم لتحليل البيانات المستشعرة واتخاذ القرارات.

  • جهاز حماية الحواسيب الصغيرة (MPPD):: وحدة رقمية تدمج وظائف حماية متعددة وهي جوهر نظام الحماية الحديث.

• المشغِّل:: جهاز يتلقى الأوامر من مرحل وقائي وينفذ العمليات المادية.

  • قاطع دوائر كهربائية:: تنفيذ أمر "الرحلة" النهائي لقطع الدائرة.

• النظام الفرعي:

  • مصدر طاقة التيار المستمر:: يوفر طاقة موثوقة لتشغيل أجهزة الحماية وقواطع الدارات الكهربائية.

  • دوائر التحكم والإشارة:: شبكة كبلية لنقل البيانات والإنذارات وأوامر الرحلات.

3 - خصائص أجهزة حماية المحولات

• الانتقائية:: يستجيب فقط للأعطال داخل منطقة الحماية ولا يؤثر على المعدات الأخرى التي تعمل بشكل طبيعي.

• السرعة:: إزالة الأعطال في أسرع وقت ممكن لتقليل تلف المعدات والصدمة التي يتعرض لها النظام.

• الحساسية:: يتفاعل بشكل موثوق حتى مع أصغر الأعطال ضمن نطاق الحماية.

• الاعتمادية:: يجب أن يعمل بشكل موثوق عندما يكون مطلوبًا منه أن يفعل ذلك ويجب ألا يساء توجيهه عندما لا يكون مطلوبًا منه ذلك.

4 - مبادئ تشغيل أجهزة الحماية الأساسية

• الحماية التفاضلية:: تحديد ما إذا كان هناك عطل داخلي لدائرة قصر داخلية عن طريق المقارنة الدقيقة بين مقدار وطور التيارات على الجانبين الابتدائي والثانوي للمحول. عند حدوث عطل داخلي، تفقد التيارات على كلا الجانبين التوازن، مما يولد تيارًا تفاضليًا، وعندما يتجاوز هذا التيار القيمة المحددة، تعمل الحماية على الفور على التعطل.

• الحماية من الغازات:: استغلال مبدأ أن أعطال المحولات الداخلية تتسبب في تحلل الزيت العازل وإنتاج الغاز. ستؤدي كمية صغيرة من الغاز المتجمعة ببطء إلى إطلاق إنذار الغاز الخفيف؛ بينما يؤدي العطل الخطير إلى توليد كمية كبيرة من الغاز الفوري وتأثير تدفق الزيت إلى إطلاق إنذار الغاز الثقيل.

• حماية ضد التيار الزائد/الحمل الزائد:: يراقب التيار المتدفق عبر المحول. عندما يزيد التيار عن الحمل العادي ولكنه لا يصل إلى مستوى الدائرة القصيرة ويستمر لفترة من الوقت (الحمل الزائد)، يتم إعطاء إنذار أو تعثر متأخر. تعثر فوري عندما يزداد التيار بشكل كبير بسبب ماس كهربائي خارجي.

• حماية درجة الحرارة:: مراقبة في الوقت الحقيقي لدرجات حرارة اللف والزيت العلوي من خلال أجهزة استشعار درجة الحرارة المدمجة. عندما تتجاوز درجة الحرارة قيمة ضبط الإنذار، يتم تنشيط نظام التبريد أو إصدار إنذار؛ إذا استمرت درجة الحرارة في الارتفاع إلى قيمة ضبط الرحلة، يتم قطع التيار الكهربائي عن المحول، مما يمنع حدوث تلف دائم للعزل بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

5 - استخدام أجهزة حماية المحولات

• التطبيق الرئيسي:: يستخدم لحماية جميع أنواع محولات الطاقة (المغمورة بالزيت والجافة على حد سواء) في نظام الطاقة من التلف بسبب الأعطال الكهربائية أو الميكانيكية ولتقليل تأثير الأعطال على شبكة الطاقة بشكل عام.

• سيناريو التطبيق:: تستخدم على نطاق واسع في محطات الطاقة والمحطات الفرعية على جميع المستويات والمؤسسات الصناعية ومراكز البيانات والنقل بالسكك الحديدية وجميع الأماكن الأخرى التي تستخدم فيها محولات الطاقة الكبيرة والمتوسطة الحجم.

6- دور أجهزة حماية المحولات

• عزل الأعطال:: عزل المحول المعطل عن الشبكة في أقصر وقت ممكن لمنع انتشار العطل.

• معدات الحماية:: تجنب أو التخفيف من الأضرار التي تلحق بالمحول نفسه، مما يقلل من تكاليف الصيانة ووقت التعطل.

• الحفاظ على استقرار النظام:: منع تعطل المحولات من إحداث سلسلة من ردود الفعل التي يمكن أن تؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع.

• أمن الموظفين:: منع وقوع إصابات للعاملين في الموقع بسبب الحوادث الكارثية مثل انفجارات المحولات والحرائق.

7 - وظائف أجهزة حماية المحولات

• وظيفة الحماية الرئيسية:: استجابة سريعة وحساسة للأعطال الخطيرة داخل المحول (مثل الحماية التفاضلية والحماية من الغازات الثقيلة).

• وظيفة الحماية الاحتياطية:: يعمل كخط دفاع ثانٍ عندما تتعطل الحماية الرئيسية أو حماية المعدات المجاورة (مثل حماية التيار الزائد).

• وظائف المراقبة والإنذار:: إشارات إنذار مبكر للظروف غير الطبيعية غير الطارئة (مثل الحمل الزائد، أو زيادة طفيفة في درجة الحرارة، أو غاز خفيف) لحث المشغل على التحقق.

• وظيفة تسجيل الأحداث:: تسجيل التيار والجهد والبيانات الأخرى تلقائيًا قبل حدوث العطل وبعده (تسجيل العطل) لتوفير أساس لتحليل الحوادث.

8 - أنواع أجهزة حماية المحولات

• حسب مبدأ الحماية:

  • حماية الكمية الكهربائية:: الحماية على أساس التغيرات في المعلمات الكهربائية مثل التيار والجهد (مثل الحماية التفاضلية، والحماية من التيار الزائد، والحماية من فرط التيار).

  • حماية الكمية غير الكهربائية:: الحماية القائمة على التغيرات في البارامترات غير الكهربائية مثل درجة الحرارة والضغط والغاز وما إلى ذلك (مثل الحماية من الغاز، والحماية من درجة الحرارة، والحماية من تخفيف الضغط).

• حسب الدور:

  • الحماية الأولية:: الحماية الأولية التي تستجيب للأعطال في المنطقة، مثل الحماية التفاضلية.

  • الحماية الاحتياطية:: مكمل للحماية الرئيسية في حالة حدوث عطل، مثل حماية التيار الزائد.

9 - مستويات ومعايير السلامة لأجهزة حماية المحولات الكهربائية

• يجب أن يتبع تصميم أجهزة حماية المحولات وتصنيعها وتطبيقها معايير دولية ووطنية صارمة لضمان أدائها وموثوقيتها.

  • المعيار الدولي:: كما IEC 60255 سلسلة (المتطلبات العامة لمرحلات القياس وأجهزة الحماية).

  • معيار الصناعة:: كما IEEE C37.91(دليل تطبيقات مرحل حماية محول الطاقة).

  • تضع هذه المعايير أحكامًا واضحة فيما يتعلق بالدقة وزمن العمل ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي والقدرة على التكيف البيئي لأجهزة الحماية.

10 - كيفية اختيار أفضل برنامج لحماية المحولات

• تقييم معلمات المحولات:: ضع في اعتبارك أولاً سعة المحول وفئة جهده وأسلاكه ونوعه (مغمور بالزيت/جاف). وكلما كانت سعة المحول أكبر وجهده أعلى، كلما كانت الحماية أكثر شمولاً وموثوقية.

• تحليل بيئة التشغيل:: تقييم أهمية المحولات في الشبكة. وبالنسبة للمحولات في المحطات الفرعية المحورية أو المستخدمين المهمين، ينبغي توفير حماية أولية (مزدوجة) زائدة عن الحاجة.

• مراعاة التوازن بين الاقتصاد والموثوقية:: حدد خيار تهيئة الحماية الأكثر فعالية من حيث التكلفة مع تلبية المتطلبات الأساسية للتشغيل الآمن.

• مهندس استشاري محترف:: العمل مع مهندسي حماية المرحلات المحترفين لتصميم برنامج الحماية الأكثر منطقية للحالة المحددة.

11 - الخاتمة

• يعد جهاز حماية المحولات عالي الأداء الذي تم تكوينه بشكل صحيح استثمارًا ضروريًا في المحول، وهو أحد الأصول المكلفة والحاسمة. فهو لا يعمل فقط على إطالة عمر المحول بشكل فعال، بل هو حجر الزاوية لضمان التشغيل الآمن والموثوق والفعال لنظام الطاقة بأكمله. إن اختيار نظام الحماية المناسب هو اختيار المسؤول عن الأصل وعن الشبكة وعن السلامة.