هنا

[حسن جليل]

المحاضرة رقــــــم : 15
عنوان المحاضرة : وقاية المحولات الكهربية

Transformer Protection

1- أعطال المحولات
يمكن تحديد معظم ظروف الأعطال التى تحدث لمحولات القوي كالتالي :
أ) الأعطال الأرضية :
حدوث عطل في ملف المحول يؤدي إلى وجود تيارات تعتمد على المصدر والممانعة المتصلة بين نقطة التعادل بين المحول والأرض والمفاعلة التسريبية leakage impedance للمحول ومكان العطل في الملفات بالإضافة إلى تأثير توصيلات الملفات على قيمة تيار العطل. ففي حالة كون الملفات متصلة بالشكل النجمي Y وتتصل نقطة التعادل بالأرض خلال ممانعة Z_g سيعتمد تيار العطل على قيمة Z_g ويتناسب مع المسافة بين نقطة العطل ونقطة التعادل. و إذا كانت (Z_g=o) وهذا يعني أن نقطة التعادل مؤرضة تأريضا مباشرا فسوف تتأثر قيمة تيار العطل بالمفاعلة التسريبية .
ومن الواضح أن قيمة المفاعلة التسريبية تعتمد على مكان العطل نفسه أي أن المفاعلة التسريبية تقل كلما كان العطل قريبًا من نقطة التعادل . كنتيجة لذلك يزداد تيار العطل كلما كان العطل قريبًا من نقطة التعادل. و الشكل (32) يعرض مقارنة بين التغيرات العامة في تيار العطل مع مكان العطل في حالة توصيل الملفات بالشكل النجمي Y . وفى حالة توصيل الملفات بشكل دلتا سيكون مستوي تيار العطل اقل من تيار العطل في حالة التوصيل النجمي مع تأثر القيمة الفعلية للتيار بطريقة الـتأريض المستخدمة في نظام القوي .
أما تيارات أعطال الطور فغالبًا تكون أقل في حالة توصيل الملفات بالشكل المثلثي نتيجة المعاوقة العالية للعطل ويتم أخذ هذا العامل في الاعتبار عند تصميم نظام الحماية لهذا الملف .

ب) أعطال قلب المحول
هذا النوع من الأعطال يكون نتيجة إنهيار العزل و يؤدي الي سريان تيار دوامي مسببًا إرتفاع في درجة الحرارة والذي يمكن أن يصل لقيمة تكفي لتدمير الملف.

[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg[/IMG]
شكل (32) : تغير في تيار العطل الأرضي مع مكان العطل


ج) أعطال داخل اللفات
هذا النوع يحدث نتيجة شرارة عرضية في الملفات والتى تحدث بسبب التغيرات الفجائية لجهد الخط وحدوث عطل تماس في عدد قليل من لفات الملف سينتج تيارات عالية في الحلقات التى حدث لها عطل التماس ولكن تيارات الأطراف ستكون صغيرة .

د) أعطال وجه - إلى - وجه
هذا النوع نادر الحدوث ولكنها تؤدي إلى حدوث تيارات عالية القيمة تتشابه مع الأعطال الأرضية .

هـ) أعطال الخزان
يؤدي هذا العطل إلى فقد في الزيت مما يقلل من العزل ويؤدي أيضًا إلى ارتفاع غير طبيعي في درجة الحرارة .

و بالإضافة إلى ظروف الأعطال التى تحدث داخل المحول نفسه توجد بعض العوامل الخارجية والتى تحدث ظروف طبيعية تؤدي إلى إجهادات على المحول وهذه الظروف تشمل :
1- زيادة الحمل : والذي يؤدي إلى زيادة الفقد في المقاومة I² R وما يرتبط معه من زيادة درجات الحرارة
2- أعطال النظام : وتحدث أثار مشابه ولكن أحيانًا تكون أخطر بكثير من تلك الناتجة عن زيادة الحمل
3- ارتفاع الجهد : غالبا ما تكون نتيجة التغيرات الفجائية العابرة أو زيادة الجهد محدثًا إجهادات في العزل وزيادة في الفيض
4- تشغيل النظام عند تردد أقل : يؤدي إلى زيادة الفيض مسببًا حدوث فقد في القلب مرتبطًا بزيادة في درجة الحرارة .

2- ظواهر مغناطيسية و حرارية
عندما يتم تشغيل المحول عند أي نقطة من نقاط موجة جهد المصدر ستعتمد القيم القصوي للفيض في القلب على الفيض المتبقي residual magnetism وأيضًا على لحظة التشغيل وتكون القيمة العظمي للفيض أعلي من قيمته في حالة الاستقرار وتكون مقيدة بتشبع القلب ويكون تيار المغنطة اللازم لإنتاج فيض القلب من 8 إلى 10 مرات من القيمة العظمي لتيار الحمل الكامل وليس له مكافئ في الملف الثانوي وهذه الظاهرة تسمي تيار المغنطة المتدفق magnetizing inrush current وتظهر على أنها عطل داخلي. وأعلي تدفق للتيار يحدث إذا تم توصيل المحول في الشبكة عندما يكون جهد المصدر يساوي صفر . وبإدراك ذلك يكون من الحتمية عند تصميم المرحلات التفاضلية أنها لا تعمل في حالة تيار المغنطة المتدفق وتستخدم عدد من الطرق والتى تعتمد أساسًا على خواص توافقيات التيار المتدفق لمنع عمل المرحل خلال تيارات التدفق العالية .
و بوضع وحدة حساسة للحرارة داخل خزان المحول تكون قادرة على حماية المحول من زيادة الحرارة نتيجة التسخين. وتستخدم مرحلات زيادة التيار كحماية إضافية مع تأخر في الزمن أعلي من المضبوط عليه مرحل الحماية الرئيسي. و يتم استخدام الحماية المحدودة للأعطال الأرضية في حالة توصيل الملفات بالطريقة النجمية Y وهذه الطريقة تظهر في شكل (2) . حيث يتساوي مجموع تيارات الأطوار مع تيار نقطة التعادل ومن ثم لا يستجيب المرحل للأعطال الموجودة داخل الملفات .

3- الوقاية التفاضلية
هي الطريقة الأساسية لحماية المحولات مع الأخذ في الاعتبار بعض النقاط وهي :
1- نسبة التحويل : يجب أن تتوافق القيم المقننة لمحول التيار مع التيارات المقننة لملفات المحول الذي يتم توصيله به
2- ونتيجة وجود فرق في الطور الزاوي بمقدار 30^o بين الملفات المتصلة من الناحية النجمية Y والناحية المثلثية وحقيقة أن مكونات التتابع الصفرية في الناحية النجمية Y لا تظهر على أطراف الناحية المثلثية يتم توصيل محولات التيار بالشكل النجمي Y للملف المتصل على شكل المثلثي وتوصل بالشكل المثلثي للملف المتصل على الشكل النجمي Y.
ويوضح شكل (3) نظام الوقاية التفاضلية الذي يطبق على محول من النوع دلتا Y/ . ويوضح شكل (4) تفاصيل نظام الوقاية التفاضلية لمحول ثلاثي الملفاتY /دلتا/Y وعندما يتم توصيل محولات التيار بالشكل دلتا يجب أن تقل القيم المقننة الثانوية بمقدار: 1/Ö3مرة من القيم المقننة الثانوية للمحولات المتصلة بالشكل النجمي Y .
3- وجود بعض السماحية عند تغيير نقطة التفرع tap changing باستخدام ملفات تقييد الحركة والتى تحدث انحياز (Bias) ويجب أن يتم اختيار ملف الانحياز بحيث يتعدى تأثيره أعلي انحراف نسبي .
[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg[/IMG]
شكل رقم (2) : نظام الوقاية الأرضية المحدد ( المقيد) لملف نجمي Y

[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg[/IMG]
شكل (3) : نظام الوقاية التفاضلية لمحول (Y/

[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg[/IMG]
المحاضرة رقــــــم : 15
عنوان المحاضرة : وقاية المحولات الكهربية

Transformer Protection

1- أعطال المحولات
يمكن تحديد معظم ظروف الأعطال التى تحدث لمحولات القوي كالتالي :
أ) الأعطال الأرضية :
حدوث عطل في ملف المحول يؤدي إلى وجود تيارات تعتمد على المصدر والممانعة المتصلة بين نقطة التعادل بين المحول والأرض والمفاعلة التسريبية leakage impedance للمحول ومكان العطل في الملفات بالإضافة إلى تأثير توصيلات الملفات على قيمة تيار العطل. ففي حالة كون الملفات متصلة بالشكل النجمي Y وتتصل نقطة التعادل بالأرض خلال ممانعة Z_g سيعتمد تيار العطل على قيمة Z_g ويتناسب مع المسافة بين نقطة العطل ونقطة التعادل. و إذا كانت (Z_g=o) وهذا يعني أن نقطة التعادل مؤرضة تأريضا مباشرا فسوف تتأثر قيمة تيار العطل بالمفاعلة التسريبية .
ومن الواضح أن قيمة المفاعلة التسريبية تعتمد على مكان العطل نفسه أي أن المفاعلة التسريبية تقل كلما كان العطل قريبًا من نقطة التعادل . كنتيجة لذلك يزداد تيار العطل كلما كان العطل قريبًا من نقطة التعادل. و الشكل (32) يعرض مقارنة بين التغيرات العامة في تيار العطل مع مكان العطل في حالة توصيل الملفات بالشكل النجمي Y . وفى حالة توصيل الملفات بشكل دلتا سيكون مستوي تيار العطل اقل من تيار العطل في حالة التوصيل النجمي مع تأثر القيمة الفعلية للتيار بطريقة الـتأريض المستخدمة في نظام القوي .
أما تيارات أعطال الطور فغالبًا تكون أقل في حالة توصيل الملفات بالشكل المثلثي نتيجة المعاوقة العالية للعطل ويتم أخذ هذا العامل في الاعتبار عند تصميم نظام الحماية لهذا الملف .

ب) أعطال قلب المحول
هذا النوع من الأعطال يكون نتيجة إنهيار العزل و يؤدي الي سريان تيار دوامي مسببًا إرتفاع في درجة الحرارة والذي يمكن أن يصل لقيمة تكفي لتدمير الملف.

[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg[/IMG]
شكل (32) : تغير في تيار العطل الأرضي مع مكان العطل


ج) أعطال داخل اللفات
هذا النوع يحدث نتيجة شرارة عرضية في الملفات والتى تحدث بسبب التغيرات الفجائية لجهد الخط وحدوث عطل تماس في عدد قليل من لفات الملف سينتج تيارات عالية في الحلقات التى حدث لها عطل التماس ولكن تيارات الأطراف ستكون صغيرة .

د) أعطال وجه - إلى - وجه
هذا النوع نادر الحدوث ولكنها تؤدي إلى حدوث تيارات عالية القيمة تتشابه مع الأعطال الأرضية .

هـ) أعطال الخزان
يؤدي هذا العطل إلى فقد في الزيت مما يقلل من العزل ويؤدي أيضًا إلى ارتفاع غير طبيعي في درجة الحرارة .

و بالإضافة إلى ظروف الأعطال التى تحدث داخل المحول نفسه توجد بعض العوامل الخارجية والتى تحدث ظروف طبيعية تؤدي إلى إجهادات على المحول وهذه الظروف تشمل :
1- زيادة الحمل : والذي يؤدي إلى زيادة الفقد في المقاومة I² R وما يرتبط معه من زيادة درجات الحرارة
2- أعطال النظام : وتحدث أثار مشابه ولكن أحيانًا تكون أخطر بكثير من تلك الناتجة عن زيادة الحمل
3- ارتفاع الجهد : غالبا ما تكون نتيجة التغيرات الفجائية العابرة أو زيادة الجهد محدثًا إجهادات في العزل وزيادة في الفيض
4- تشغيل النظام عند تردد أقل : يؤدي إلى زيادة الفيض مسببًا حدوث فقد في القلب مرتبطًا بزيادة في درجة الحرارة .

2- ظواهر مغناطيسية و حرارية
عندما يتم تشغيل المحول عند أي نقطة من نقاط موجة جهد المصدر ستعتمد القيم القصوي للفيض في القلب على الفيض المتبقي residual magnetism وأيضًا على لحظة التشغيل وتكون القيمة العظمي للفيض أعلي من قيمته في حالة الاستقرار وتكون مقيدة بتشبع القلب ويكون تيار المغنطة اللازم لإنتاج فيض القلب من 8 إلى 10 مرات من القيمة العظمي لتيار الحمل الكامل وليس له مكافئ في الملف الثانوي وهذه الظاهرة تسمي تيار المغنطة المتدفق magnetizing inrush current وتظهر على أنها عطل داخلي. وأعلي تدفق للتيار يحدث إذا تم توصيل المحول في الشبكة عندما يكون جهد المصدر يساوي صفر . وبإدراك ذلك يكون من الحتمية عند تصميم المرحلات التفاضلية أنها لا تعمل في حالة تيار المغنطة المتدفق وتستخدم عدد من الطرق والتى تعتمد أساسًا على خواص توافقيات التيار المتدفق لمنع عمل المرحل خلال تيارات التدفق العالية .
و بوضع وحدة حساسة للحرارة داخل خزان المحول تكون قادرة على حماية المحول من زيادة الحرارة نتيجة التسخين. وتستخدم مرحلات زيادة التيار كحماية إضافية مع تأخر في الزمن أعلي من المضبوط عليه مرحل الحماية الرئيسي. و يتم استخدام الحماية المحدودة للأعطال الأرضية في حالة توصيل الملفات بالطريقة النجمية Y وهذه الطريقة تظهر في شكل (2) . حيث يتساوي مجموع تيارات الأطوار مع تيار نقطة التعادل ومن ثم لا يستجيب المرحل للأعطال الموجودة داخل الملفات .

3- الوقاية التفاضلية
هي الطريقة الأساسية لحماية المحولات مع الأخذ في الاعتبار بعض النقاط وهي :
1- نسبة التحويل : يجب أن تتوافق القيم المقننة لمحول التيار مع التيارات المقننة لملفات المحول الذي يتم توصيله به
2- ونتيجة وجود فرق في الطور الزاوي بمقدار 30^o بين الملفات المتصلة من الناحية النجمية Y والناحية المثلثية وحقيقة أن مكونات التتابع الصفرية في الناحية النجمية Y لا تظهر على أطراف الناحية المثلثية يتم توصيل محولات التيار بالشكل النجمي Y للملف المتصل على شكل المثلثي وتوصل بالشكل المثلثي للملف المتصل على الشكل النجمي Y.
ويوضح شكل (3) نظام الوقاية التفاضلية الذي يطبق على محول من النوع دلتا Y/ . ويوضح شكل (4) تفاصيل نظام الوقاية التفاضلية لمحول ثلاثي الملفاتY /دلتا/Y وعندما يتم توصيل محولات التيار بالشكل دلتا يجب أن تقل القيم المقننة الثانوية بمقدار: 1/Ö3مرة من القيم المقننة الثانوية للمحولات المتصلة بالشكل النجمي Y .
3- وجود بعض السماحية عند تغيير نقطة التفرع tap changing باستخدام ملفات تقييد الحركة والتى تحدث انحياز (Bias) ويجب أن يتم اختيار ملف الانحياز بحيث يتعدى تأثيره أعلي انحراف نسبي .
[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg[/IMG]
شكل رقم (2) : نظام الوقاية الأرضية المحدد ( المقيد) لملف نجمي Y

[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg[/IMG]
شكل (3) : نظام الوقاية التفاضلية لمحول (Y/

[IMG]file:///C:/Users/HASSAN~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg[/IMG]
شكل (4) : نظام الوقاية التفاضلية لمحول ثلاثي الملفات