ارتفاع القدرات التوليدية في الشبكة الكهربائية من خلال إضافة Power Plants يتسبب بشكل رئيسي في ارتفاع مستوى تيار القصر Short circuit level , حيث يعتمد ارتفاع تيار العطل على ثلاث عوامل رئيسية:
العامل الأول: قوة مصدر التغذية Strong
source
ويعبر عنها بانخفاض معاوقة المصدر (Low Source Impedance) , فلو تخيلنا محطة تغذية بها ثلاث مولدات , وأن جميع المولدات في الخدمة ,وموصلين على التوازي فإن قيمة معاوقة المصدر المكافئة لهم ستكون (Xs/3) وبالتالي فالمعاوقة الكلية من المصدر حتى موضع العطل ستكون صغيرة ومن ثم يكون تيار العطل كبيرا, ويعتبر المصدر في هذه الحالة Strong Source.
ولو فرضنا أن مولدا واحدا فقط هو الموجود بالخدمة فعندها ستكون مقاومة المصدر هي Xs وليس Xs/3, وبالتالي تكون المعاوقة الكلية من المصدر حتى موضع العطل كبيرة , ويكون تيار العطل صغيرا . ويعتبر المصدر وقتها Weak Source.
العامل الثاني: مكان العطل
من المعلوم أنه كلما ابتعد العطل عن مكان الRelay كلما زادت المقاومة التي يراها الRelay , وبالتالي تقل قيمة تيار العطل . وهذا يفسر السبب في صعوبة اكتشاف الأعطال البعيدة عن المصدر , حيث يكون الارتفاع في قيمة تيار العطل طفيفا
أما العامل الثالث :قيمة مقاومة العطل RF
فكلما ازدادت قيمة مقاومة العطلFault Resistance بالتأكيد سوف تقل قيمة تيار العطل , هذه المقاومة تتأثر بنوعية التربة (صخرية, طينية,...), كما تتاُر أيضا بوجود شرارة في موضع العطل من عدمه, بالإضافة الى عوامل أخرى متنوعة, لذا يصعب اكتشاف الأعطال ذات المقاومة العالية High Impedance Fault لكون الارتفاع في قيمة تيار العطل يكون طفيفا .
ولكن ما سبق ليس موضوعنا اليوم وإنما مقدمة له ..
عند ارتفاع قيمة تيار العطل عن المستوى المطلوب قد يؤثر سلبا على المعدات الموجودة في المحطات كالCB وDS وBB وغيرها حيث لا يمكنها تحمل تيار أكبر من قدرتها بكثير , وبالتالي يصبح تغييرها الزامي ,ولكن بالطبع فتغيير كل هذه المعدات والpower switches الى معدات جديدة قادرة على تحمل تيار العطل الجديد مكلف جدا وغير منطقي أصلا لكثرة المعدات الموجودة في هذه الGrids.
لذا يجب أن يؤخذ بالحسبان عند تصميم المحطات أن لا تتحمل المعدات قيم تيارات العطل الموجودة حاليا فقط، وإنما قدرتها على تحمل تيارات عطل أعلى من الموجود أو التي تم حسابها من خلال Short Circuit Calculation تحسبا لتطور الشبكة مستقبلا , حتى لا نقع في هذه المشكلة.
اذن ما الحل الكهربائي لمشكلة قائمة حاليا, بشرط أن تضمن لنا موثوقية عالية مع مرونة بالتعامل , حيث من غير المعقول أن نقوم بتقسيم الشبكة الى مجموعة من الشبكات لتقليل مستوى تيار العطل , لأن هذا الحل سوف يقلل من موثوقية النظام الكهربائي , بالإضافة لتكلفة عالية من خلال تركيب نظام تحكم معقد يضمن استمرار التغذية لكل الFeeders!
لذا يفضل استخدام SHORT CIRCUIT CURRENT LIMITERS
والتي من خلالها يتم تقليل قيمة تيار العطل والتخلص من النتائج الناشئة بسبب ارتفاعه، بالإضافة الى تقليل تكلفة المعدات التي سوف تستخدم في حال كانت المحطات جديدة لأن تيار العطل أصبح قليل، ونستفيد أيضا برفع نوعية وجودة نظام القدرة Power Quality وتقليل الخسائر، وهذا كله يزيد من موثوقية الشبكة ككل.
ولكن كيف يمكن عمل هذه ال(Fault current Limiters (FCL
الFCL هي عبارة عن ممانعة كهربائية Z impedance يتم وضعها على التوالي مع الدائرة المراد تخفيض تيار العطل لها , ومبدأ عملها هو أن تكون ذات مقاومة صغيرة جدا في ظروف التشغيل العادية , ولكن يجب أن تزداد هذه الممانعة بشكل فوري عند حدوث أي عطل مفاجئ وبالتالي سوف ينخفض قيمة تيار العطل لأن الممانعة أصبحت كبيرة .
ولكن السؤال هنا , كيف يمكن تصميم هذه الممانعة بحيث تحقق الشيء المطلوب منها والسابق ذكره؟
بالعادة يتم تصميم هذه الدائرة من خلال توصيل Impedance على التوازي مع Switch من نوع Normally closed , وهذه الممانعة تتكون من دائرة LC وهي resonance circuit تعطي قيم Impedance عالية.
بمعنى أن متطلبات هذه التوصيلة يجب أن يحقق :
1-مقاومة عالية لحظة العطل
2-مقاومة منخفضة في ظروف التشغيل العادية
3-يجب ألا تسبب أي Harmonics في الشبكة
4-يجب ألا تسبب أي extra transit voltages
5-يجب أن تخفض من قيمة DC component of fault current
6-يجب تحديد قيمة تيار العطل دون التأثير على استقراريه الشبكة
7-يجب أن لا يقل تيار العطل لدرجة يصبح الRelay لا يكاد يرى العطل أصلا.
أما بالنسبة لمكان توصيل ال FCL فيكون حسب الصورة المرفقة في البوست ولكن توصيلة لها ايجابياتها وسلبياتها بالطبع, ولكن يجب أن نكون بالصورة أن الهدف من FCL هو تقليل تيار العطل وليس منع حدوثه , فحدوث العطل لا يمكن التحكم به , و من القواعد الهامة لتركيب الFCL هو وضعه في مكان يتم من خلاله حماية أكبر عدد من switches
ولمزيد من المعلومات سوف نضع لكم دراسة مفصلة مع Case study تم تطبيقها على الشبكة الكهربائية لأذربيجان
وبهذا القدر نكتفي ... والحمد لله رب العالمين
