אאא

מאמרים מקצועיים > הגנות במתקני מתח גבוה ומתח עליון

הגנות במתקני מתח גבוה ומתח עליון

במאמר זה נפרט בקצרה את סוגי ההגנות הנפוצות במתח גבוה ועליון, הדרישות מהן, ואת עקרונות פעולותיהן.
תקלות במתקן חשמל יכולות לגרום למספר תוצאות שמהן נרצה להמנע.
העיקריות שבהן:
1. סכנת חיים.
2. נזק לציוד- יכול להגרם כתוצאה מחימום יתר שמתפתח בזמן תקלה או מכוחות דינמיים המתפתחים במערת בזמן קצר.
3. הפסקת אספקת החשמל לצרכנים.
4. עליית מתח או תופעות חוסר יציבות אחרות.

הדרישות שההגנות צריכות למלא בפעולתן:


1. סלקטיביות- נרצה שמערך הגנות ינתק את האספקה בנקודה הקרובה ביותר לנקודת התקלה כדי לצמצם ככל האפשר את מספר הצרכנים המנותקים.
ניתן להשיג את הסלקטיביות במספר שיטות:
א. הפרש זמנים- ככל שממסר ההגנה קרוב יותר למקום התקלה, כך יפעל בזמן קצר יותר. ניתן לעשות זאת ע"י ממסרים בעלי הפרש זמן פעולה קבוע (definite time) או אופיין זמן הפוך (inverse time).
ב. דיפרנציאליות- הפרש בין הזרמים שמופיעים לפני המתקן המוגן ואחרי המתקן המוגן (משמש ל"הגנה דיפרנציאלית").
ג. כיווניות- הגדרת כיוון זרימת הספק התקלה. (משמש להגנת פחת כיוונית).
2. אמינות- היכולת של ממסר הגנה למלא את הדרישות, שהן:
א. לבצע את פעולת הניתוק כאשר נדרש לפי הפונקציונליות שהוגדרה עבורו.
ב. לא לבצע את פעולת הניתוק כאשר לא נדרש לפי הפונקציונליות שהוגדרה עבורו.
ג. זמינות גבוהה לפעולה של ממסר ההגנה שיכולה להיות מושגת רק ע"י תכנון נכון של מערך ההגנות, התקנת ציוד איכותי (משני זרם ומתח, ממסרים, תקשורת, אספקת עזר, מפסקים וכו'), וביצוע בדיקות תקופתיות כנדרש ע"י ספק הציוד.
3. ניתוק מספיק מהיר- זמן הניתוק או זמן ההפסקה הם הסכום של זמן התגובה (מרגע זיהוי התקלה) וזמן הפתיחה של המפסק. זמן זה צריך להיות קצר מספיק כדי למנוע נזק מהתחממות או כוחות דינמיים הנגרמים מהזרם הגבוה.

סוגי הגנות במתח גבוה ומתח עליון


1. הגנת זרם יתר- זרם יתר הינו מצב בו המתקן עובר את ערך הזרם המקסימלי המותר עבורו. הוא מופיע בזמן קצר בין פאזות או בין פאזות לאדמה, או בזמן בו המתקן מועמס מעבר ליכולתו. מעבר למקרים אלה קיימות תופעות נוספות בהן נכנסים לפעולה מנועים עם זרם התנעה גבוה או שנאים עם זרם "inrush" גבוה, ותופעות מעבר אלה גורמות גם-כן גורמות בזמן להופעת זרם היתר, ויש לקחת אותן בחשבון בעת תכנון ההגנות, ע"י השהיית פעולה, זיהוי הרמוניות וכו'.
ההגנה מיושמת באמצעות ממסר זרם יתר אחד לכל פאזה המתוכננת לפעול כאשר עוצמת זרמי מוליכי הפאזות, שעלולה להתרחש במקרים שפורטו, עולה מעל המותר. ישנם מספר סוגים של אופייני זמן הפוך. נהוג שלכל ממסר יש 2 יחידות הפעלה להגנה מפני זרם יתר:
הראשונה היא יחידת זמן הפוך מושהית לדוגמא Long Time Inverse או Normal Inverse המופעלת לאחר השהיית זמן מסוימת, ההפוכה ביחסה לגובה הזרם, כלומר ככל שהזרם עולה זמן הניתוק יהיה קצר יותר.
היחידה השנייה הינה מיידית המתוכננת להפסקה מהירה מאוד במקרים בהם הזרם עובר במאות אחוזים את הזרם המותר.
שילוב של 2 יחידות נותן גמישות בהגדרת זרמי פעולת כל אחת מהיחידות, אפשרות לסלקטיביות וכו'.


2. הגנת זרם דיפרנציאלית- בשיטת הגנה זו משווים את ערכי הזרם בשני הצדדים של המתקן שעליו מגינים. במקרה של תקלה הזרם הדיפרנציאלי שונה מאפס. שימוש בהגנה מסוג זה יכול לפתור בעיות של סלקטיביות במתקן החשמל, היות וההגנה תפעל רק כאשר התקלה נמצאת באיזור המוגן בין שני משני הזרם.


3. הגנה לזרם פחת- הגנה עיקרית כנגד קצרים לאדמה, כאשר נקודת האפס מוארקת ישירות או דרך נגד (הגנה זו אינה ניתנת ליישום כאשר נקודת האפס מוארקת דרך סליל כיבוי, כיוון שקיים אי איזון טבעי של הרשת במצב תקין). גם להגנה זו 2 יחידות, מושהית ומיידית, והיא בעלת אופיין זרם-זמן הפוך מסוג "very inverse" ולכן תפעל באופן מהיר.
4. הגנת חוסר מתח והגנת מתח יתר- מתחי יתר נוצרים בד"כ במקרים של תקלה בווסתי מתח, בהשלת עומסים או במקרים של מקדם הספק גרוע.
חוסר מתח נובע בהרבה מקרים.ממסרי הגנה אלה יפעילו בד"כ את ההגנות תוך חיווי של מתח יתר יחד עם תדר יתר או חוסר מתח יחד עם זרם יתר.

5. הגנת פחת כיוונית או "הגנה וואטמטרית"- הגנה וואטמטרית בקווי מתח גבוה נקראת כך משום שעושה שימוש במדידת זרם ומתח בו-זמנית, למרות ששמה המקצועי הוא "הגנת פחת כיוונית". משתמשים בהגנה זו במקרים בהם נקודת האפס מוארקת דרך סליל כיבוי או סליל פטרסון, משום שבמקרים אלה יתכן כי הגנת זרם היתר לא תספיק לזהות את מקור התקלה או שהגנות אחרות יפעלו שלא לצורך, והיא גם פותרת בעיה של סלקטיביות.
בשיטה זו זרם הקצר הוא בעל אופי קיבולי וערכו נמוך מהזרם הנומינלי. ממסר זרם היתר אינו אפקטיבי במקרה זה. ההגנה הוואטמטרית נותנת מענה לרגישות הנדרשת לצורך זיהוי המעגל הפגוע וניתוקו הבלעדי תוך שמירה על סלקטיביות.
שיטת העבודה בנויה על כך שבעת קצר חד-פאזי לאדמה יופיע מתח זה על סליל הכיבוי. מתח זה גורם לזרם השראתי המקטין את הזרם הקיבולי ובכך גורם לכיבוי הקשת. במידה והתהליך לא מביא לכיבוי הקשת ממסר ההגנה הוואטמטרית מתוכנן להכנס לפעולה, וע"י הספק פעיל שנוצר בליפוף המשני של סליל הכיבוי ומוזרם למעגל הפגוע הממסר מזהה ומנתק את מעגל זה בלבד.


6. הגנת משען- הגנה עורפית בעלת ממסר השהייה, כאשר במקרה שההגנה הקרובה למקום התקלה לא פעלה בזמן המוגדר, ניתן אות לממסר ונכנסת לפעולה ההגנה העורפית.
שיטות הגנה נוספות:


7. הגנה המבוססת על מדידת העכבה- בעת תקלה העכבה הנמדדת במעגל הפגוע נמוכה מהעכבה במצב עבודה רגיל.


8. הגנה המבוססת על מדידת תדירות- התדירות משמשת כאינדיקציה לכך שהעומס דורש הספק גבוה משהרשת מסוגלת לספק.


9. הגנה המבוססת על מדידת טמפרטורה- כאינדיקציה לעומס יתר.


10. הגנה המבוססת על צפיפות הגז במפסק או זרימת השמן.


11. הגנה המבוססת על בדיקת סימטריות בזם ובמתח בין הפאזות.

למידע נוסף, הערות או הארות על המאמר, נשמח לענות לפנייתכם.

נשמח לענות לפנייתכם: