قم بتنزيل كتالوج منتجاتنا لعام 2025 للحصول على رسومات تفصيلية ومعايير تقنية لجميع مكونات المفاتيح الكهربائية.
احصل على الكتالوج قم بتنزيل كتالوج منتجاتنا لعام 2025 للحصول على رسومات تفصيلية ومعايير تقنية لجميع مكونات المفاتيح الكهربائية.
احصل على الكتالوج
تختفي معظم أعطال التوزيع العلوية في غضون أجزاء من الثانية. فغصن شجرة يلامس موصلًا، أو يتسبب البرق في حدوث وميض، أو تسد الحياة البرية مرحلتين - ثم يزول العطل تلقائيًا. ويميز جهاز إعادة الإعادة الذي تم تكوينه بشكل صحيح بين هذه الأحداث المؤقتة والأعطال الدائمة، ويستعيد الطاقة تلقائيًا بينما بالكاد يلاحظ العملاء. إذا أخطأت في الإعدادات، فإنك تواجه وضعين من الأعطال: الرحلات المزعجة التي تحبط العملاء وتضيع وقت الطاقم، أو الإزالة البطيئة بشكل خطير مما يؤدي إلى إتلاف الموصلات وإيقاف المغذيات بأكملها.
يغطي هذا الدليل الركائز الثلاث التي يجب أن يفهمها كل مهندس حماية: منحنيات التيار الزمني، وتسلسلات إعادة الإغلاق، وتنسيق الجهاز. سواء كنت تقوم بتكوين جهاز إعادة الإغلاق الأول أو تدقيق مخطط حماية قائم، فإن هذه الأساسيات تنطبق على جميع منصات المصنعين وفئات الجهد.
تشكل المنحنيات المميزة للتيار الزمني (TCC) أساس جميع إعدادات أجهزة إعادة الإغلاق. يرسم منحنى TCC حجم تيار العطل (المحور الأفقي، بالأمبير) مقابل وقت التشغيل (المحور الرأسي، بالثواني)، ويجيب على سؤال واحد مهم: لأي تيار عطل معين، كم من الوقت سينتظر جهاز إعادة الإيقاف قبل التعثر؟
وتتبع العلاقة خاصية عكسية - ينتج عن تيارات العطل الأعلى تشغيل أسرع. قد يزول العطل البالغ 5000 أمبير في غضون 0.05 ثانية، بينما قد يتطلب العطل البالغ 600 أمبير القريب من عتبة الالتقاط 2.0 ثانية أو أكثر. يتطابق هذا السلوك العكسي مع خصائص التلف الحراري للمعدات المحمية: تتطلب الأعطال الشديدة استجابة فورية، بينما تتيح التيارات الزائدة ذات الحجم المنخفض وقتًا للتنسيق مع الأجهزة النهائية.
عائلات المنحنيات ومعايير الاختيار
تتبع عائلات المنحنيات القياسية التعبيرات الرياضية المحددة في IEEE C37.112 و IEC 60255-151:
| نوع المنحنى | الخصائص | أفضل تطبيق |
|---|---|---|
| المعكوس القياسي (SI) | انحدار معتدل، تقليل تدريجي للوقت | حماية المغذي العام |
| معكوس جداً (VI) | انحدار أكثر انحداراً، وتمييز أفضل للتيار | الأنظمة ذات التباين الواسع في تيار العطل |
| معكوس للغاية (EI) | انحدار شديد، استجابة سريعة عند التيارات العالية | تنسيق الصمامات، وحماية المحولات |
فيما يلي المعادلة الزمنية العكسية العامة: t = TMS × k ÷ ((I/Ip)α - 1)، حيث يمثل t زمن التشغيل بالثواني، TMS هو إعداد مضاعف الوقت (عادةً 0.05-1.0)، I هو تيار العطل، Ip تيار الالتقاط، ويحدد α انحدار المنحنى.
تستجيب المنحنيات العكسية للغاية أسرع بنحو 8-10 مرات أسرع عندما يتضاعف التيار من 2× إلى 4× لاقط، مقارنةً بسرعة 3-4 مرات فقط للمنحنيات العكسية القياسية. هذا الانحدار الحاد يوازي بشكل وثيق خصائص ذوبان الصمامات، مما يجعل منحنيات EI مثالية لمخططات التنسيق الموفرة للصمامات.
إعدادات الالتقاط الحالية ومضاعف الوقت
تشكل معلمتان كل تطبيق منحنى. تيار الالتقاط يحدد العتبة التي ينشط المنحنى فوقها - وعادةً ما يتم ضبطها عند 1.5-2× أقصى تيار تحميل لتجنب الرحلات أثناء التقاط الحمل البارد أو تدفق المحولات. يعمل إعداد مضاعف الوقت (TMS) على تحويل المنحنى بأكمله عموديًا، حيث تؤدي القيم الأعلى إلى تشغيل أبطأ عند أي تيار معين.
أثناء تشغيل 78 من تركيبات أجهزة إعادة الإغلاق عبر المغذيات الزراعية، وثقنا أن المنحنيات العكسية للغاية وفرت التنسيق الأمثل مع الصمامات في المصب المصنفة 40-200 أمبير. سمح المنحنى المعتدل للمنحنى بتشغيل أجهزة إعادة الإغلاق بشكل أسرع من الصمامات أثناء الأعطال عالية الحجم بينما ظل أبطأ أثناء الأحداث ذات المستوى المنخفض.
[رؤية الخبراء: اختيار المنحنى في الممارسة العملية]
تحدد تسلسلات إعادة الإغلاق عدد المرات التي يحاول فيها جهاز إعادة الإغلاق الاستعادة التلقائية قبل الإغلاق. تُظهر البيانات الميدانية باستمرار أن 70-90% من الأعطال العلوية مؤقتة - التسلسلات المبرمجة بشكل صحيح تزيل هذه الأحداث دون انقطاع مستمر.
تشريح التسلسل والترميز
يصف الترميز القياسي العمليات قبل الإغلاق. التسلسل “1F-2S” يعني عملية سريعة واحدة متبوعة بعمليتين بطيئتين، ثم الإغلاق إذا استمر العطل. التمييز مهم: تستخدم العمليات السريعة منحنيات الإزالة السريعة لاختبار ما إذا كانت الأعطال ذاتية الإزالة أم لا، بينما تستخدم العمليات البطيئة منحنيات متأخرة تنسق مع الصمامات النهائية.
| التسلسل | العمليات | التطبيق النموذجي |
|---|---|---|
| 1 ف-2-س | 1 سريع، 2 بطيء، إقفال 1 سريع، 2 بطيء، إقفال | مغذيات علوية عامة |
| 2 ف-2-2س | 2 سريع، 2 بطيء، 2 بطيء، إغلاق | الخطوط الريفية المعرضة للبرق |
| 1F-1S | 1 سريع، 1 بطيء، 1 بطيء، إغلاق | المغذيات الحضرية التي تعطي الأولوية لجودة الطاقة |
| 1 طلقة واحدة | رحلة واحدة، الإغلاق | كابل تحت الأرض (عادة ما تكون الأعطال دائمة) |
الوقت الضائع وإزالة الأيونات من القوس
يؤثر الفاصل الزمني بين الرحلة وإعادة الإغلاق - ما يسمى بالفاصل الزمني الميت أو الفاصل الزمني لإعادة الإغلاق - بشكل مباشر على معدلات النجاح. تتيح الفواصل القصيرة (0.3-0.5 ثانية) الاستعادة السريعة ولكنها قد لا تسمح بإزالة القوس بالكامل. تعمل الفواصل الزمنية الأطول (15-30 ثانية) على تحسين احتمالية إزالة الأعطال المؤقتة المستمرة.
في المناطق المعرضة للصواعق في جميع أنحاء جنوب شرق آسيا، أدى تمديد الفاصل الزمني الأول لإعادة الإغلاق من 0.5 ثانية إلى ثانيتين إلى تقليل حالات الإغلاق غير الضرورية بمقدار 25-301 تيرابايت 3 تيرابايت. تتطلب بلازما القوس الكهربائي وقتًا لتبديدها قبل أن تستعيد القوة العازلة ما يكفي لإعادة التنشيط بنجاح.
العناصر اللحظية في تصميم التسلسل الزمني
تسمح وحدات التحكم في إعادة الإغلاق الحديثة بتمكين عناصر التعثر اللحظي أو تعطيلها بشكل مستقل لكل محاولة. ينشط التكوين الشائع الحماية اللحظية في أول عمليتين فقط، ثم يعطلها للمحاولات اللاحقة. ويجمع هذا النهج بين المقاصة السريعة للأعطال القريبة مع التنسيق المتأخر زمنيًا للأحداث المستمرة على الصنابير الجانبية.
وفقًا لـ IEEE C37.60، تعمل العناصر اللحظية عادةً في غضون 30-50 مللي ثانية عندما يتجاوز تيار العطل 4-12 ضعف الحد الأدنى لتصنيف الرحلة. بالنسبة لجهاز إعادة الإغلاق بحد أدنى للرحلة 200 أمبير، فإن الالتقاط اللحظي بين 800 أمبير و2400 أمبير يوازن بين الحساسية ومتطلبات التنسيق.
يقوم التنسيق بترتيب أجهزة الحماية بحيث لا تعمل سوى الوحدة الأقرب إلى العطل، مما يقلل من العملاء المتأثرين. ويؤدي سوء التنسيق إلى وضعين من أوضاع الأعطال: تعطل أجهزة المنبع أولاً (تعتيم المغذيات بأكملها في حالة الأعطال الجانبية)، أو تشغيل أجهزة متعددة في وقت واحد (إطالة مدة الانقطاع وتعقيد عملية الاستعادة).
متطلبات الفترة الزمنية للتنسيق
يمثل الفاصل الزمني للتنسيق (CTI) الحد الأدنى للهامش المطلوب بين منحنيات الأجهزة. يوصي IEEE C37.230 بـ 0.2-0.3 ثانية للأجهزة الكهروميكانيكية، مع مراعاة زمن انقطاع القواطع (50-80 مللي ثانية للوحدات الفراغية الحديثة)، وتجاوز المرحل والتفاوتات الزمنية.
يتطلب تحقيق التنسيق تحليل مقادير تيار العطل في مواقع متعددة. بالنسبة لمغذي نموذجي بجهد 15 كيلو فولت، قد يتراوح تيار العطل من 8000 أمبير بالقرب من المحطة الفرعية إلى 1200 أمبير عند أطراف الخطوط البعيدة. يجب أن يحافظ كل جهاز من أجهزة التنسيق الترددي على هامش التنسيق الترددي المطلوب عبر هذا النطاق بأكمله - فالمنحنيات التي تتقاطع في أي مكان داخل منطقة التشغيل تشير إلى فشل التنسيق.
فلسفة توفير الصمامات مقابل فلسفة إزالة الصمامات
هناك فلسفتان متنافستان تحكمان تنسيق الصمامات المعزولة:
| الفلسفة | العملية | ميزة | العيب |
|---|---|---|---|
| توفير الصمامات | تعطل المنحنى السريع المعيد للانحناء قبل أن يذوب المصهر | يحافظ على الصمامات على الأعطال المؤقتة، ويقلل من لفات الشاحنات | يؤثر الانقطاع اللحظي على وحدة التغذية بالكامل |
| إزالة الصمامات | ينفجر المصهر أولاً، ويوفر جهاز إعادة الإغلاق احتياطيًا | يقتصر الانقطاع على الخط الجانبي المعطوب فقط | ارتفاع تكلفة استبدال الصمامات |
تحوّل العديد من المرافق في أمريكا الشمالية نحو مخططات إزالة الصمامات بسبب حساسية العملاء للانقطاعات اللحظية. إن مقاييس جودة الطاقة مثل مؤشر متوسط التردد اللحظي للانقطاع اللحظي (MAIFI) تدفع قرارات فلسفة الحماية بشكل متزايد.
التنسيق المقطعي
لا تحتوي المقاطع المقطعية على تصنيف مقاطعة - فهي تحسب عمليات إعادة الإغلاق عند المنبع وتفتح خلال الوقت الميت لعزل المقاطع المعطوبة. تتضمن الإعدادات عدد اللقطات (عادةً 1-3 عمليات قبل الفتح) ووقت إعادة الضبط (30-90 ثانية). يتطلب هذا التنسيق القائم على العد إكمال جهاز إعادة الإغلاق من المنبع تسلسله الكامل؛ لا يمكن أن تعمل أجهزة التقسيم المقطعي مع أجهزة المنبع غير القاطعة.
إعدادات العطل الأرضي
يكتشف التقاط الأعطال الأرضية المنفصلة - عادةً 50-70% من التقاط الطور - الأعطال غير المتوازنة بما في ذلك الأحداث عالية المقاومة من الموصلات المعطلة. تستخدم العناصر الأرضية تأخيرات زمنية أطول من إعدادات الطور لمنع التشغيل على عدم توازن النظام الطبيعي. يمكن للحماية من الأعطال الأرضية الحساسة اكتشاف التيارات التي تقل عن 100 أمبير، على الرغم من أن التنسيق مع الأجهزة النهائية يصبح أكثر صعوبة عند هذه المستويات.
[رؤى الخبراء: أفضل ممارسات دراسة التنسيق]
تتطلب ترجمة مبادئ التنسيق إلى إعدادات فعلية تحليلاً منهجياً. وينطبق سير العمل التالي على معظم تطبيقات التوزيع، على الرغم من أن فلسفات الحماية الخاصة بالمرافق قد تعدل الخطوات الفردية.
مثال: مغذي توزيع علوي بجهد 12.47 كيلو فولت
| خطوة | الإجراء | مثال على القيمة | الأساس المنطقي |
|---|---|---|---|
| 1 | الحصول على الحد الأقصى لتيار العطل من دراسة الدائرة القصيرة | 8,200 A | يحدد نطاق تشغيل المنحنى |
| 2 | تحديد الحد الأقصى لتيار الحمل الأقصى | 280 A | ذروة الطلب على المغذي |
| 3 | ضبط الالتقاط المرحلي عند 1.5-2× حمولة 1.5× حمولة | 560 A | تجنب رحلات الالتقاء بالحمولة الباردة |
| 4 | حدد المنحنى السريع | EI، TMS = 0.05 | المقاصة السريعة عند تيارات الأعطال العالية |
| 5 | حدد المنحنى البطيء | سادسًا، TMS = 0.25 | تنسق مع الصمامات 65K في اتجاه المصب |
| 6 | تعريف تسلسل إعادة الإغلاق | 1 ف-2-س-2-س-إغلاق | معيار للمغذيات العلوية |
| 7 | تعيين فترات إعادة الإغلاق | 2 ثانية / 25 ثانية | يسمح بنزع الأيونات القوسي |
| 8 | ضبط لاقط العطل الأرضي | 200 أمبير (حوالي 70% من الطور) | كشف أرضي حساس |
| 9 | رسم مخطط TCC والتحقق من الهوامش | ≥ 0.3 ثانية CTI | يؤكد التنسيق عبر نطاق الخطأ |
عند تحديد مواصفات قواطع المحطات الفرعية في المنبع، يجب فهم تصنيفات قواطع الدائرة الكهربائية الفراغية يضمن اختيار قدرة المقاطعة المناسبة. يجب أن يتعامل قاطع المحطة الفرعية مع أقصى تيار عطل متاح مع التنسيق مع جميع قواطع إعادة الإغلاق في اتجاه المصب.
تهيئة وقت الانتظار (وقت إعادة الضبط)
تحدد معلمة وقت الانتظار - التي غالبًا ما تسمى “W” أو “وقت الاسترداد” - المدة التي يجب أن يظل فيها جهاز إعادة الإغلاق مغلقًا قبل إعادة ضبط عداد التسلسل. تتطلب وصلات الصمامات القياسية المصنوعة من سبائك القصدير من 10 إلى 30 ثانية لتبديد الحرارة بعد حمل تيار العطل بسعة 200%. يؤدي تعيين وقت الانتظار أقل من عتبة التبريد هذه إلى خطر حدوث تلف حراري تراكمي من الأحداث المتتالية.
يحدد IEEE C37.60-2019 زمن الانتظار من 0.5 إلى 180 ثانية، حيث تتطلب معظم تطبيقات التوزيع من 15-45 ثانية لتنسيق الصمامات بشكل صحيح.
تكشف الخبرة الميدانية عبر أكثر من 200 عملية تركيب لأجهزة إعادة الإغلاق عن أنماط أخطاء متسقة. إن التعرف على هذه الأخطاء قبل بدء التشغيل يمنع حدوث أعطال التنسيق وتلف المعدات.
| خطأ | العواقب | الوقاية |
|---|---|---|
| ضبط الالتقاط على مستوى منخفض جداً | تتعثر المحولات عند تدفق المحولات (6-10×المقدر)، والتقاط الحمل البارد | ضبط الالتقاط >1.5× الحمولة القصوى؛ تحقق من حسابات التدفق الداخلي |
| منحنى سريع بطيء جداً | الصمامات تذوب قبل أن يذوب الصمام قبل إعادة الإغلاق - يفشل مخطط توفير الصمامات | ارسم منحنى TCC؛ تأكد من أن المنحنى السريع يزول ≥0.1 ثانية قبل ذوبان الحد الأدنى للذوبان في الصمام |
| فترة إعادة الإغلاق قصيرة جداً | قوس غير متأيّن، إعادة التنقل الفوري عند حدوث عطل مؤقت | 0.3 ثانية كحد أدنى للقواطع الفراغية؛ 1-2 ثانية للخطوط العلوية |
| تجاهل الإعدادات الأرضية | أعطال ذات مقاومة عالية (موصل معطل) غير مكتشفة | ضبط الالتقاط الأرضي الحساس مع تأخير زمني ممتد |
| لا توجد دراسة تنسيقية | سوء تشغيل الحماية، وظروف سباق الأجهزة | قم بتخطيط جميع الأجهزة على TCC الموحدة قبل تنشيطها |
| وقت الانتظار قصير جداً | تلف الصمامات التراكمي من أحداث الأعطال المتكررة | تعيين ≥ 15 ثانية كحد أدنى لتنسيق الصمامات |
بالنسبة لتطبيقات التوزيع الخارجية التي تتطلب حماية مثبتة على عمود مع إعدادات قابلة للتكوين، فإن قاطع الدائرة الكهربائية الفراغي الخارجي ZW32 تدعم السلسلة عائلات المنحنيات المتعددة وتكوينات التسلسل من خلال عناصر تحكم المعالجات الدقيقة المدمجة.
يعتمد أداء الحماية في النهاية على جودة الأجهزة. وتحدد سلامة قاطع التفريغ موثوقية المقاطعة، وتحكم دقة إلكترونيات التحكم دقة الالتقاط والتوقيت، وتتيح إمكانية الاتصال تعديل الإعدادات عن بُعد واسترجاع بيانات الأعطال.
تتكامل أجهزة إعادة الإغلاق الحديثة مع أنظمة SCADA باستخدام بروتوكولات DNP3 أو بروتوكولات IEC 61850، مما يدعم تغييرات المنحنى عن بُعد وتحديد موقع العطل تلقائيًا. هذا الاتصال يلغي لفات الشاحنات لإجراء تعديلات الإعدادات الروتينية مع توفير بيانات الأعطال في الوقت الفعلي للتحقق من التنسيق.
يضمن اختيار المعدات من الشركات المصنعة ذات الخبرة في هندسة الحماية دعم التطبيق بدءًا من المواصفات وحتى التشغيل التجريبي. توفر XBRELE مجموعة مفاتيح كهربائية قائمة على القاطع الفراغي مع إعدادات حماية قابلة للتكوين في المصنع ودعم تحليل التنسيق للمرافق والعملاء الصناعيين. اتصل بفريق الهندسة لدينا للمساعدة في تقديم الطلبات.
ما الفرق بين القاطع المعيد للإغلاق وقاطع الدائرة الكهربائية القياسي؟
يقوم جهاز إعادة الإغلاق تلقائيًا باختبار ما إذا كانت الأعطال قد زالت عن طريق إعادة الإغلاق بعد التعثر، بينما تظل قواطع الدائرة القياسية مفتوحة حتى تتم إعادة ضبطها يدويًا أو يتم توجيهها عن بُعد. عادةً ما تنفذ أجهزة إعادة الإغلاق من 2-4 عمليات قبل الإغلاق، مما يجعلها مناسبة للخطوط العلوية حيث تكون 70-90% من الأعطال مؤقتة.
كيف يمكنني تحديد إعداد تيار الالتقاط الصحيح؟
قم بتعيين التقاط الطور عند 1.5 إلى 2×2× أقصى تيار متوقع للحمل لتجنب الرحلات أثناء التقاط الحمل البارد أو بدء تشغيل المحرك. بالنسبة لوحدة تغذية ذات ذروة طلب تبلغ 300 أمبير، فإن الالتقاط بين 450-600 أمبير يوفر هامشًا كافيًا مع الحفاظ على حساسية العطل.
لماذا ينغلق جهاز إعادة الإغلاق على ما يبدو أنه عطل مؤقت؟
تشمل الأسباب الشائعة فترات إعادة الإغلاق القصيرة جدًا لإزالة القوس الكهربائي بالكامل، أو إعدادات الالتقاط الحساسة جدًا لظروف التدفق، أو استمرار العطل بالفعل لفترة أطول من المتوقع. راجع حجم تيار العطل من سجلات الحدث لتحديد ما إذا كان العطل قد تجاوز خصائص الحدث المؤقتة.
ما هو هامش التنسيق الذي يجب أن أحافظ عليه بين الأجهزة؟
يوصي IEEE C37.230 بفاصل زمني للتنسيق بين أجهزة الحماية المتجاورة يتراوح بين 0.2 و0.3 ثانية كحد أدنى. ويأخذ هذا الهامش في الحسبان زمن انقطاع القواطع وتفاوتات توقيت الترحيل وعدم اليقين في القياس. تحقق من الهوامش عند كل من الحد الأقصى والحد الأدنى لمستويات تيار العطل.
هل يمكن تغيير إعدادات جهاز إعادة الإغلاق دون الوصول الفعلي إلى الوحدة؟
نعم، تدعم أجهزة إعادة الإغلاق الحديثة القائمة على المعالجات الدقيقة تغيير الإعدادات عن بُعد عبر نظام SCADA أو بروتوكولات الاتصال المخصصة. تتطلب القدرة عن بُعد تدابير الأمن السيبراني المناسبة وإجراءات إدارة التغيير لمنع التعديلات غير المصرح بها.
كيف يؤثر الارتفاع على إعدادات جهاز إعادة الإغلاق؟
يقلل الارتفاع فوق 1,000 متر من كثافة الهواء وقوة العزل الكهربائي، مما قد يتطلب تقليل قدرة المقاطعة. تظل الإعدادات نفسها دون تغيير، لكن قدرة جهاز إعادة الإغلاق المادية على مقاطعة تيار العطل تنخفض بحوالي 1% لكل 100 متر فوق 1000 متر وفقًا لـ IEEE C37.60.
متى يجب استخدام تنسيق توفير الصمامات مقابل تنسيق إزالة الصمامات؟
يقلل توفير الصمامات من تكاليف الصيانة من خلال الحفاظ على الصمامات أثناء الأعطال المؤقتة ولكنه يسبب انقطاعات مؤقتة عبر المغذي بأكمله. يحدّ توفير الصمامات من الانقطاعات في المغذي الجانبي المعطوب ولكنه يزيد من وتيرة استبدال الصمامات. يعتمد الاختيار على أولويات جودة الطاقة وحساسية العميل للأحداث اللحظية.
