الأعطال في نظم القوي الكهربية

1- الأعطال في نظم القوى الكهربية

تبنى نظم القوى الحديثة على مستوى عالى من العزل يمتاز بمرونة كافية لخروج واحدة أو أكثر من العناصر خارج الخدمة محدثا أقل خلل فى النظام. بالاضافة الي أن انهيار العزل الكهربي يحدث الأعطال و يمكن أن يكون العطل نتيجة انهيار كهربى أو ميكانيكى أو حرارى أو أى مجموعة من بين هذه الأنواع .

الأنواع والأسباب العامة للانهيار:
1. العزل
السبب: عيوب التصميم - أخطاء التصنيع - أخطاء عند التركيب - تقادم العزل – التلوث
2. كهربي
السبب: الصواعق – الموجات العابرة لعمليات الفتح و الغلق للدوائر - ارتفاع الجهد المفاجئ
3. حراري
السبب: انهيار وسط التبريد –زيادة التيار – زيادة الجهد - درجة حرارة الوسط المحيط
4. ميكانيكي
السبب: قوى التيارات العالية- الزلازل- تصادم مع أجسام غريبة - جليد أو ثلج

ونتائج حدوث الأعطال تختلف وتتشعب وتشمل :
1-
حدوث تيارات كبيرة وغير طبيعية وسريانها في أجزاء نظام القوي وارتباط هذه التيارات بالتسخين العالي لأجزاء النظام .
2-
جهود النظام تختلف عن مستويات الجهد الطبيعية والمقبولة مما يؤدي لاحتمالية حدوث تلف بالمعدات .
3-
بعض أجزاء النظام تتصرف كما لو كانت نظم ثلاثية الأطوار غير متزنة وهذا يعني تشغيل المعدات بطريقة غير سليمة .


2- أنواع الأعطال

تقسم الأعطال إلي نوعين أساسيين :
1
أعطال نتيجة فتح أحد الخطوط أو أكثر Open faults
2
أعطال نتيجة قصر كهربي يحدث بين وجه أو أكثر بالأرض أو بين وجهين أو أكثر بدون الأرض Short circuit

و الأعطال من النوع الأول لا تسبب تيارات عالية القيمة تمر في الدائرة لذلك يمكن لبعض الأحمال، علي سبيل المثال الأحمال أحادية الوجه، أن تستمر ولكن الأحمال الثلاثية تقطع عنها التغذية لذلك لابد للمرحلات أن تشعر بوجود العطل.
أما الأعطال من النوع الثاني فينتج عنها في الغالب تيارات عالية القيمة ويكون لها التأثير الحراري و الميكانيكي علي مكونات الشبكة. كذلك قد ينتج عن تيارات القصر تداخل مع شبكات الاتصالات و التحكم. و لضمان قدر من الحماية الكافية لابد من تفهم ظروف النظام خلال الأعطال وتفهم الظروف الغير طبيعية التي تحدث.

ويمكن تلخيص الأنواع العديدة من الأعطال في الآتي:
- قصر ثلاثي ، و قصر ثلاثي مع الأرض
- قصر وجه بوجه
- قصر وجهين بالأرض
- قصر وجه بالأرض
والأعطال المتزامنة في جزأين من أجزاء النظام الكهربي غالبا ما يكون اكتشافها بدقة صعب. ولحسن الحظ فإن الأعطال المتزامنة لا تظهر كثيرا و لا تعتبر سبب هام لتشغيل غير سليم.


3- خصائص الأعطال
Characteristics of faults

3-1 زوايا العطل
معامل القدرة أو زاوية تيار العطل يتم تحديدها من خلال معرفة طبيعة المصدر الكهربي والدوائر المتصلة به حتى مكان العطل. أما الأعطال الأرضية فيتم تحديد معامل القدرة بمعرفة طريقة تأريض النظام الكهربي . و بصورة عامة يكون التيار متأخرا بـزاوية 80 درجة إلى 85 درجة لأعطال الأوجه عند أو بالقرب من المولدات الكهربية وستكون الزاوية أقل في الأنظمة التي تتضمن خطوط النقل وتكون هي السائدة كما يلي :

7.2 إلى 23 كيلو فولت : الزاوية من 20 إلى 45 متأخر
23 إلى 69 كيلو فولت : الزاوية من 45 إلى 75 متأخر
69 إلى 230 كيلو فولت : الزاوية من 60 إلى 80 متأخر
230 إلى فيما فوق : الزاوية من 75 إلى 85 متأخر.

ولو كانت ممانعات المحول والمولدات هي السائدة فستكون زوايا العطل أكبر من المعطي سابقا, والأنظمة التي تستخدم فيها الكابلات تكون الزوايا أقل لو كانت ممانعة الكابل تمثل جزءا كبيرا من الممانعة الكلية للدائرة .

2-3 تأريض النظام الكهربي
تأريض النظام الكهربي يؤثر على كل من قيمة و زوايا الأعطال الأرضية وهناك ثلاثة طرق للتأريض:
1- غير مؤرض (النقطة المتعادلة معزولة)
2- يتم التأريض خلال ممانعة (مقاومة أو مفاعله )
3- نظام التأريض الفعال (النقطة المتعادلة توصل مباشرة بالأرض)
والنظام غير المؤرض يمكن أن تعتبر نقطة التعادل مؤرضة من خلال المكثفات الأرضية المتساوية (شكل رقم 1) , وفى النظم الكهربية المتماثلة و التي تكون فيها الثلاثة مكثفات إلى الأرض متساوية (N-E) وعند حدوث تأريض لوجه (A) سيظهر مثلث الإزاحة كما في شكل (1) . وبالتبعية Vbg و Vcg سيكون تقريبا = (الجذر التربيعي للعدد 3) من القيمة الأصلية الطبيعية لهما .



وعلى العكس في حالة قصر أحد أوجه النظام الإشعاعي ذو تأريض مباشر سيؤدى ذلك إلى تيار قصر كبير في حالة الأعطال الأرضية مع زيادة قليلة جدا في جهد الأوجه الغير مصابة بالقصر



3-3 مقاومة العطل Fault resistance
القصر الكهربي غالبا يصاحبه قوس كهربي ومقاومة القوس تتغير بتغير طول القوس و لذلك تتغير قيمة تيار العطل وغالبا ما يمر القوس الكهربي في الهواء- وهذا بالطبع لا يحدث في الأعطال المصمتة Solid short circuits.
ومقاومة القوس نادرا ما تمثل عاملا مهما في قيمة تيارات القصر للأعطال بين الأوجه فيما عدا نظم الجهد المنخفض. بالإضافة إلي أن مقاومة القوس تكون على زوايا متعامدة للمفاعلة للنظام ومن ثم لا تزيد كثيرا من الممانعة الكلية التي تحد تيار القصر.
و بالنسبة للأعطال الأرضية تمثل مقاومة القوس عاملا مهما وذلك لأنه غالبا تحدث أقواس طويلة وتدخل مقاومة البرج في حساب المقاومة الكلية للدائرة وبذلك تحد من قيمة تيار القصر .

3-4 تشوه جهود الأوجه خلال الأعطال
الرسم الإتجاهى يوضح تأثير الأعطال على جهود وتيارات النظام. والرسم المبين لنظام مؤرض مباشرة بالأرض. وفى كل الحالات مثلث الجهد المنقط عند المصدر والمتصل عند نقطة متوسطة بين المصدر و مكان القصر , وأكثر هبوط للجهد يحدث عند مكان القصر بينما الجهود تتغير بين هاتين القيمتين بناء على نقطة قياس الجهد.