شرح التأريض ونظام الأرضى وأنواعه ومكوناته وطرق قياس مقاومة الأرضي وتقليل قيمتها

شرح الوقاية المسافية للخطوط الهوائية بالتفصيل 

الوقاية المسافية Distance Protection 

تعتبر الوقاية المسافية هي الوقاية الاساسية لخطوط النقل ذات الجهود العالية وتقوم أجهزة الوقاية المسافية بقياس الممانعة أو أحد عناصرها مثل المفاعلة وبما ان ممانعة خطوط النقل تتناسب مع طول الخط وذلك لثبات قيمة الممانعة لكل وحدة مسافة لذلك كانت ممانعة التي يقيسها الجهاز من موقعة وحتى مكان القصر تتناسب مع المسافة بين موقع الجهاز ومكان القصر لذلك سمى هذا النوع من الاجهزة أجهزة الوقاية المسافية وفكرة عمل أجهزة الوقاية المسافية انه يتم توصيل محول تيار لقياس حمل الدائرة و يتم توصيل محول جهد لقياس جهد الدائرة و بدلالة كلا منهما يمكن حساب المعاوقة ( Z ) وعند حدوث خطأ فان قيم الجهد و التيار ستتغير تبعا لنوع الخطا و بالتالى فان قيمة المعاوقة  Z  ستتغير بتغير قيم V, I و ذلك تبعا للعلاقة ( Z = V / I ).و بذلك يمكن معرفة مكان الخطاء وايضا يمكن معرفة قيمة المعاوقة Z بمعلومية كلا من  المقاومة والمفاعلة  كما توضح تلك المعادلة 

اما الشكل القادم يوضح موضع تركيب جهاز الوقاية المسافية والاجزاء المساعدة له

في حالة حماية الخطوط أو كابلات الجهد العالي يتم تقسيم الخط إلي مناطق لتحقيق مبدأ الانتقائية الذى يقول ان الجزء الذي عليه العطل فقط هو المفترض ان يفصل و لا يفصل معه الأجزاء السليمة و مبدأ الحساسية يقول ان كلما كان العطل أقرب لجهاز الحماية كلما يجب ان يفصل بأسرع و قت و العكس بالعكس و الجهاز الأبعد للعطل يعمل BACK UP للجهاز الأقرب للعطل و هذا مايسمى التداخل OVER LAPPING و ذلك لانه سيختلف زمن الفصل تبعا لاختلاف مكان الخطا بمعنى انه إذا كان الخطأ قريب من المنبع فستكون الوقاية اسرع بكثير من ما إذا كانت في نهاية المصدرأي ان زمن الفصل سيختلف باختلاف المعاوقة و بالتالى اختلاف  المنطقة حيث يكون لكل منطقة  معاوقة و زمن فصل خاص بها لسهولة الوصول إلي مكان الخطأ و ازالته ولهذا يتم وضع الحماية في المرحلة الأولى حتى تحمي 80% من طول الخط والثانية عند 120% من طول الخط وهكذا لتفادي العمل الخاطئ

حيث من خلال الشكل القادم عند استخدام نظام أجهزه الوقايه المسافيه فأنها تعمل بنظام المراحل

الجهاز المركب عند A يجب ان يفصل مرحله أولى مع أى قصر يحدث بين (A,B) أى ان قيمه تعيير المرحله الاولى Ohmic reach يجب ان تضبط تماما بحيث تصل الى نقطه B ولاتتخطاها وهذا شىء يصعب تحقيقه لوجود الخطأ فى محولات القياس وفى قياسات أجهزه الوقايه المسافيه حيث يسمح بنسبه خطأ 5 %.كما ان هناك ايضا خطأ فى قياس الممانعه للمغذى والتى سوف يعبر على أساسها الجهاز ولكل هذه العوامل مجتمعه لا يتم تعيير المرحله للجهاز على 100 % من طول الخط AB وأنما يعبر الجهاز على 85 % من طول الخط AB حتى نتجنب حدوث فصل للجهاز المركب عند A اذا حدث القصر بين B,C .ولكن عند حدوث قصر فى الجزء من AB الذى لا تغطيه المرحله الاولى ( حوالى 10 % من طول الخط ) فان هذ القصر يعزل بعد زمن المرحله الثانيه.

وفى الشبكات الحاليه حيث قدرات التوليد الهائله وتيارات القصر المرتفعه للغايه فان استمرار القصر الى ان يعزل بزمن المرحله الثانيه  حوالى نصف ثانيه  يعرض عناصر الشبكه للخطر.

كما يمكن أن يؤثر على استقرار وحدات التوليد لذلك كان التفكير فى ايجاد وسيله لجعل هذا الجزء من الخط الغير مشمول بالمرحله الاولى لجعله يفصل بزمن المرحله الاولى اذا حدث به قصر وكل نظم الوقايه المسافيه التى تستخدم وسائل الاتصالات Teleprotection صممت لهذا الغرض 

الشروط الواجب توافرها لكي يعمل جهاز الوقاية المسافية

انخفاض قيمة المعاوقة المقاسة عن الي قيمة معينة والشكل القادم يوضح تغير المعاوقة من القيمة z1 وهي تمثل الوضع قبل العطل الي قيمة اخري z2 وهي تمثل المعاوقة المقاسة عند حدوث العطل

- لا بد من توافر شرط الإتجاهي أي أن العكل قد حدث علي الخط المركب عليه جهاز الوقاية المسافية ولتحديد صحة الإتجاه نتخيل أننا قد وقفنا تحت محول التيار الخاص بالدائرة بحيث كان إن إتجاه نظرنا مع إتجاه الخط وقضبان التوزيع إلي الخلف وفي هذه الحاله يكون الإتجاه السليم لعمل جهاز الوقاية المسافية إذا كان التيار الناتج عن العطل في هذة اللحظة يمر في اتجاة نظرنا اي في اتجاة الخط وهذا العطل يسمي في هذة الحالة عطل امامي اما في حالة مرور التيار الي قضبان فان العطل يعتبر عطل خلفي ولذلك يمكن تحديد منطقة اشتغال جهاز الوقاية المسافية بداية من محول التيار والشكل القادم يوضح ذلك

شرح مثال لفهم  الوقاية المسافية

الشكل القادم يوضح شبكة النقل بين محطات وبعضها  حيث نجد ان  الشبكة تعمل جيدا

فعند حدوث عطل في منتصف المسافة بين محطة رقم C والمحطة رقم B كما يوضح الشكل

 نجد أن القاطع الالي رقم 2 والقاطع الالي رقم 5 يري العطل كانة عطل خلفي لان اتجاة مرور تيار العطل يكون عكس اتجاة محول التيار حيث يمر تيار العطل بداية من النقطة رقم S2  من محول التيار اما باقي القواطع وهي رقم 1 و3 و4 و6 تري العطل كانة عطل امامي  لان اتجاة مرور العطل يكون في نفس اتجاة الصحيح لمحول التيار حيث يمر تيار العطل بداية من النقطة   S1  لمحول التيار فنجد ان تلك القواطع كلها تحس بتيار العطل لانة في اتجاة عملها ولكن لكي نحدد اى من القواطع هو من يعمل ويفصل العطل يكون ذلك وفقا لشرط معين   وهو ان قيمة المعاوقة المقاسة عن طريق جهاز الوقاية المسافية تكون اقل من قيمة للمعاوقة  وهذا يعتبر دليل علي قرب المسافة من العطل وبالتالي يكون تيار العطل اكبر ولكي يتم التعامل مع هذة الحالة بصورة جيدة فلابد ان يكون زمن الفصل اسرع مما يعني ان القاطع الالي رقم  3  والقاطع الالي رقم 4 لابد ان يكون زمن الفصل لهم اقل من زمن فصل القاطع الالي الابعد عن مكان العطل وهما القاطع الالي رقم 1 والقاطع الالي رقم 6 ومن هنا نجد ان يوجد نوعين من الوقاية وهما الوقاية الاساسية ويمثلها القاطع الالي رقم 3 والقاطع الالي رقم 4 اما الوقاية الثانية تكون الوقاية الثانوية ويمثلها القاطع الالي رقم 1 والقاطع الالي رقم 6

الشكل السابق يوضح انة اذا تم حدوث عطل بين المحطة رقم B والمحطة رقم C فان المفروض ان الوقاية الاساسية بالعمل وفصل العطل حيث يمثلها كلا من القاطع الالي رقم 3 والقاطع الالي رقم 4  يعملنا ويتم فصل العطل ولكن هذا لم يحدث  لان بهم مشكلة فنجد انة  بعد زمن  من فشل عمل الوقاية الاساسية يبداء عمل الوقاية الثانوية الذي يمثلها كلا من القاطع رقم 1 والقاطع رقم 6  ويعملنا علي فصل العطل

طرق ضبط اجهزة الوقاية المسافية

يشتمل كل جهاز من أجهزة الوقاية المسافية علي عدة مراحل بحيث تعمل كل مرحلة من هذه المراحل كجهاز وقاية منفصل بحيث تختلف قيم ضبط المقاومة والمعاوقة لكل من هذه المراحل بحيث تكون نناك مرحلة أولي بزمن ضبط صغير جدا والتي تعتبر الوقاية الأساسية للخط المراد حمايته كما توجد مراحل أخري وهذه المراحل تعتبر كوقاية إحتياطية للأعطال التي قد تحدث علي الخطوط الأخري في حالة فشل الأجهزة الرئيسية لها في العمل .

يوجد العديد من الطرق لحساب قيم الضبط لجميع مراحل إشتغال الوقاية المسافية ومو إحدي هذه الطرق فيما يلي :-

المرحلة الأولى 

• تقوم هذه المرحلة بتغطية الأعطال الأمامية التي تقع حتي 80% من طول الخط
• زمن الفصل لهذه المرحلة غالبا ما يكون لحظيا

المرحلة الثانية

• يكون عملها مع الأعطال الأمامية وتغطي الخط بأكمله بالإضافة إلي جزء من الخط التالي له ويمكن إختيارها أي من القيمتين التاليتين ( أيهما أطول ) :
• 100% من طول الخط + 50% من أقصر خط تالي لهذا الخط
• أو 120% من طول الخط
• زمن الفصل لهذه المرحلة يكون أكبر قليلا من المرحلة الأولى ومن الممكن أن يكون من 400:500 مللي ثانية .

المرحلة الثالثة

• تغطي الأعطال الأمامية أيضا وتوجد عدة طرق لحساب هذه المرحلة من الممكن أن تكون قيم الضبط لهذه المرحلة أي من القيم التالية (أيهما أطول) :
• 100% من طول الخط + 50% من أقصر خط تالي له + 25% من أقصر خط تالي بما فيه الخط نفسه .
• 120% من طول الخط + 120% من أطول خط تالي .
• 200% من طول الخط .
• زمن الفصل لهذه المرحلة يتراوح من 900:800 مللي ثانية .

المرحلة الرابعة

• غالبا ما تغطى الأعطال الخلفية بحيث تكون قيم الضبط لها لتغطية القضبان وبالتالي يمكن إختيارها 25% من طول الخط وذلك للخطوط القصيرة أقل من 30 كم ويمكن أن تقل هذه القيمة إلي 15% للخطوط الأطول وفي بعض الحالات يمتد عمل هذه المرحلة لتغطية الأعطال داخل المحولات المتصلة بنفس القضبان وفي هذه الحالة يمكن إختيار قيم الضبط تبعا للمعاوقة الداخلية للمحولات ويمكن إختيارها بما يقابل 50% من المعاوقة الداخلية للمحول .
• زمن الفصل لهذه المرحلة يتراوح ما بين 1500:1200 مللي ثانية وقد تزداد هذه القيمة إلي 2500 مللي ثانية للجهود الفائقة 

مثال لتوضيح خطوات ضبط الوقاية المسافية

فمثلا خط طولة 30 كيلو متر وكانت منطقة الحماية الاولي تغطي 80% من طول الخط اي تغطي 24 كيلو متر ومنطقة الحماية الثانية تمثل 100% من طول الخط اي تمثل 30 كيلو متر 

Zone-1 Covers 80 % of the Line (24 Km)

Zone-2 covers 100 % of the Line (30 Km)

من خلال الشكل القادم يوجد 3 حالات نحب ان نوضحها وهي 

الحالة الاولي :

 عندما تقل المعاوقةZ عن 0.8 من ممانعة الخط  فانة يدل علي حدوث عطل بالمنطقة رقم 1 ويقوم القاطع الالي رقم 1 بفصل العطل

الحالة الثانية :

عندما تتزيد المعاوقةZ عن 0.8 من ممانعة الخط وتقل عن معاوقة الخط  فانة يدل علي حدوث عطل بالمنطقة رقم 2 ويقوم القاطع الالي رقم 2  بالعمل وفصل العطل كما موضح بالشكل

ولكن ماذا سوف يحدث لو لم يقوم القاطع الالي رقم 2 بالعمل وفصل العطلفي تلك الحالة يقوم القاطع رقم 1 بفصل العطل ولكن بعد زمن مقدارة t1 + 0.3 sec  كما موضح بالشكل القادم

الحالة الثالثة:

عندما تتزيد المعاوقةZ عن ممانعة الخط فانة يدل علي عدم حدوث عطل 

وناتي الان لنوضح مناطق الحماية ولكن علي الشكل  القادم 

عند حدوث عطل في المنطقة رقم 1نجد ان القاطع الالي رقم 1 هو الذي يعمل ويفصل بعد زمن قيمتة هو t1 اما عند حدوث عطل عند المنطقة رقم 2 نجد ان القاطع الالي رقم 2 هو الي يعمل ويقوم بالفصل ولكن اذا لم يعمل فان القاطع الالي رقم 1  يعمل ويفصل ولكن بعد زمن مقدارة t1 + 0.3 s  اما اذا حدث عطل علي  المنطقة خارج منطقة الحماية فان جهاز الوقاية يحدث له تجميد اي ما يسمي BLOCK