13. وقاية المولدات الكهربية (شرح أعطال الجزء الدوار والطرق المختلفة لوقاية المولد )Generator Protection

1-  أعطال  الجزء الدوار

في حالة حدوث أكثر من عطل أرضي في دائرة الجزء الدوار (المجال ) يحدث عدم تزان مغناطيسي ومن ثم تحدث اهتزازات بالآلة مما يجعل اكتشاف الأعطال الأرضية في دائرة الجزء الدوار ذات أهمية أساسية ويوضح شكل (1) النموذج المستعمل والذي يستخدم التيار الثابت وبمبدأ تقسيم الجهد بين R2 , R1  باعتبارهما مقاومتان ثابتتان (غالبًا تؤخذ لدائرة الأثارة بقدر ة 250 فولت) مع ملاحظة أن RN هى مقاومة تتغير بتغير الجهد المطبق عليه (تقليديًا تؤخذ 45 كيلو أوم  عند 60 فولت  و 4،7 عند 150 فولت ) .

شكل (1) :  رسم تخطيط لنظام وقاية ضد الأعطال الأرضية لدائرة المجال

شكل (1) :  رسم تخطيط لنظام وقاية ضد الأعطال الأرضية لدائرة المجال



وعندما تتصل دائرة المجال (الأثارة ) سيظهر جهد بين النقطة M والأرض ( قيمة الجهد تعتمد على جهد دائرة الاستثارة ونقطة العطل على دائرة المجال وتكون قيمة الجهد VMO  أعلي قيمة ممكنة إذا ما كان العطل في اي ناحية من دائرة المجال ونقطة دائرة المجال والتى عندها (VMO=0) تسمي نقطة الخمود (NULL POINT) وفى حالة:

 R=  R1 + RN

 ستكون نقطة الخمود في وسط ملف المجال ومرحلات التيار المستمر تكتشف القيم الغير طبيعية للــجهد V0 ومن ثم أعطال الجزء الدوار .


2-  الطرق المختلفة لوقاية المولد

يوضح شكل (3) جميع طرق الوقاية التى تمت مناقشتها والتى صممت لتكتشف الأعطال التى تحدث للمولدات بالإضافة إلى بعض التدبيرات الوقائية التى تأخذ مثل موانع الصواعق والتى تتصل بين أطوار المداخل و نقطة النجمة للملف وبين الأرض ووظيفتها الحد من الاجهادات التى تتعرض لها الملفات بفعل التغيرات الجوية المفاجئة.

وفى حالة حدوث زيادة في سرعة التربينة فتعمل وحدة زيادة الجهد على إخماد وتقليل المجال وتظهر هذه الأهمية أيضًا للأعطال التى تحدث في منظم الجهد ونظام الأثارة أما في الوحدات المائية فتستخدم مرحلات زيادة الجهد مع مؤخر زمني مع مرحلات عالية السرعة بينما في المولدات التربينية يكون استخدام مرحلات زيادة الجهد اللحظية هي أحسن اختيار .


أما المرحلات الحرارية فتستخدم الوقاية ضد زيادة الأحمال والتى تتسبب في زيادة عالية وغير مقبولة في درجات الحرارة وهذه المرحلات تتدخل لتعمل عندما يصل الملف المطلوب حمايته إلى حدود درجات الحرارة المصمم عليها ويكون للمحول نفس المنحني الحراري المطابقة للمولد مع التوافق في الثابت الزمني للمولد . ويكون المرحل قادرا على تحمل الزيادة في الحمل لفترة قصيرة ولذلك يمكن أن يزيد حمل المولد لترتفع أعلي قدرة حرارية له .


أما مرحلات زيادة التيار الحرارية والتى لها ثوابت زمنية متوسطة فيتم استخدامها في دوائر الخرج لمنظم الجهود أما في حالة حدوث اثارة موجبة أو سالبة دائمة نتيجة حدوث عطل في المنظم فيتم تحويل المولد  الى استخدام المنظم اليدوي .


أما مرحلات التتابع السالبة فتستخدم في حالة زيادة تحميل الطور الواحد لمولد ثلاثي الأطوار بأعلى من الزيادة المسموح بها ويتمكن نفس المرحل من عمل الوقاية الحرارية للجزء المتحرك من المولد وذلك لأنه في حالة حدوث تحميل غير متماثل للآلة فتتولد تيارات مختلفة في الطور وبضعف التردد في الجزء المتحرك  تؤدي إلى زيادة ضارة في السخونة التى يتعرض لها القلب .


أماكن تواجد أجهزة الوقاية للجزء الثابت والمتحرك ودائرة المحرك الأساسي

شكل (2) : أماكن تواجد أجهزة الوقاية للجزء الثابت والمتحرك ودائرة المحرك الأساسي 


أما المرحلات التى تعمل بأقل مفاعلة سعوية فيتم استخدامها في المولدات عندما تكون هناك خطورة قائمة لذلك وهذا المرحل يتم ربطه بمرحل زيادة الجهد والغير متأخر في الزمن بطريقة تسمح بأنه عندما تبدأ عملية الإثارة الذاتية يبدأ كلا المرحلان في العمل وإرسال الإشارة لقاطع الدائرة للمولد للعمل فوريًا وخلال الخرج الثاني يتم توصيل مرحل من نوع متأخر  زمني وعند انتهاء التأخر  الزمني يسبب غلق المولدات المائية وإخماد المجال للمولدات التربينية مع إمكانية إعطاء إثارة دائمة للتشغيل الغير متزامن.  وهذا المرحل أيضا له القدرة على اكتشاف التوافقات أو أعطال القصر التى تحدث في دائرة الاثارة . ولمثل هذه الأعطال أما أن يخرج المولد فوريًا من الخدمة أو يبقي في الشبكة مع محاولة إعادة الشبكة للتزامن مرة أخري .

 ويوضح شكل (3) رسم (X-R) لمحل أقل مفاعلة سعوية عندما تكون :

Xd هي المفاعلة التزامنية للمولد 

X’d هي المفاعلة العابرة للمولد 

a , b ثوابت للضبط 

رسم يوضح المحل الهندسي لتشغيل مرحل اقل مفاعلة سعوية في منطقة المفاعلة السالبة على رسم (R-X)


شكل (3) : رسم يوضح المحل الهندسي لتشغيل مرحل اقل مفاعلة سعوية في منطقة المفاعلة السالبة على رسم (R-X)



وتعمل مرحلات القدرة العكسية على إيقاف المولد عندما عمل المولد كمحرك عند السرعة القصوى نتيجة حدوث خلل بالتربينة وما زال المولد متصل بالشبكة ولكن في بعض النظم يستخدم مرحل قدرة اتجاهي ذو حساسية عالية يتم ضبطه عند قيمة صغيرة بدلا من استخدام مرحل القدرة العكسية.


ولازالة التيارات التى تحدث في ركائز التحميل يتم عزل ركيزة تحميل واحدة على الأقل مع نظام الأنابيب المساعدة له عن الأرض ومن ثم يتم اكتشاف الأعطال الحادثة في العزل أو حدوث قصر في الدائرة عن طريق وجود جسم موصل بنظام الوقاية الخاص بالتيارات في ركائز التحميل والتى تحدد التيار الذي يسري مباشرة في ركائز التحميل وفى الغالب يتم تطبيقه على مرحلتين .