נושא : הגנת משען (הגנת בפני כישלון מפסק 50BF)

בס"ד‏ ,‏‏ יום ראשון 17 יולי 2022

ברשת החשמל הארצית מתקיים בכל רגע נתון איזון בין העומס לייצור, נהוג לחשוב שתקלות והפסקות נגרמות רק מתקלות במערכת, אך הן יכולות להתרחש גם כאשר העומס הנדרש גדול מהספק היצור הזמין, או כאשר ההספק הזמין גדול מהעומס הנצרך, כלומר האיזון לא מתקיים. מערכות ההגנה אמורות לזהות את התקלות שמתרחשות ולבודד אותן משאר הרשת לפני שהתקלות מערערות את כל הרשת וגורמות לקריסתה, התמשכות התקלה יכולה לערער את היציבות של רשת החשמל. מערך ההגנות הפזור לאורך כל חלקי הרשת נועד למזער את זמן התקלה ולבודד את המקטע הבעייתי בלבד.

המפסק הינו החולייה החלשה בתכנון. אחרי שהקפדנו לחשוב ולתכנן את כל מערך ההגנות שעלו על דעתנו ובצענו סימולציות של כל התרחישים האפשריים והבלתי אפשריים עולה השאלה מה יקרה אם המפסק לא יפסק במהלך תקלה?

אפשר למנות מספר סיבות שיימנעו מהמפסק להפסיק:

1. כשל חשמלי במצברים או בהזנת מתח נמוך (מתח לסליל ההפסקה של המפסק לא תקין)
2. סליל ההפסקה פגום מכאנית או חשמלית ואינו מסוגל לתפקד.
3. תקלה מכאנית במפסק.
4. כושר הניתוק של המפסק קטן מזרם הקצר המתפתח
5. מגעי המפסק רותכו כתוצאה מזרם הקצר שחלף דרכו.
6. ועוד שלל סיבות

סיבת התקלה אינה רלוונטית, אבל אם המפסק נשאר מחובר נדרשת מערכת גיבוי המגינה מפני כשלון המפסק ועליה נדון בהמשך

מה אמור להתרחש בעת תקלה כלשהי במצב תקין ללא בעיות

הזמן הכולל של הטיפול בתקלה (שנקרא גם זמן ניקוי התקלה) בעולם אידיאלי שווה לזמן זיהוי התקלה על ידי ממסר ההגנה וזמן ההפסקה של המפסק. זמן ניקוי התקלה הכולל חייב להיות מהיר יותר מזמן הניקוי הקריטי של רשת החשמל והציוד החשמלי, אחרת הרשת עלולה להתערער ועלול להגרם לציוד נזק בלתי הפיך. בעולם האמיתי אין רכיבים אידאלי ולכן ישנן עוד מספר השהיות שחלקם מוצגות בגרף הבא

• תמונה מספר 1 : גרף השהיות זמן בעת עבודה ללא תקלה

מהן ההשהיות בגרף

1. זמן פעולת ממסרי הגנה – כולל את הזמן שלוקח לנתח את התקלה להבין באיזו תקלה מדובר זמן הפעולה של מגעים פנימיים בתוך ממסר ההגנה וסגירה או פתיחה של מגעים בהתאם ליציאות ממסר ההגנה .
2. זמן פעולת המפסק – כולל בתוכו את כל הזמן מקבלת הפקודה ועד הזמן שהמפסק נפסק.
3. זמן כיבוי הקשת במפסק (זמן אופייני הוא כמחזור וחצי עד שניים של גל הסינוס)
4. זמן שקיעת הזרם – זמן הלוקח למשני הזרם לצאת מרוויה ולחזור למצב נורמלי
5. זמן ניקיון כולל – זהו הזמן שלוקח מתחילת התקלה ועד להפסקה מלאה

• זמן סביר לניקיון תקלה הינו 180 עד 230 מילי שניות אך הדבר תלוי בסוג המפסקים אורך הקווים וממסרי ההגנה לכן עלול להשתנות.

מה יקרה בעת תקלה כלשהי במצב שבו קיים כשל במפסק

כאשר ממסר ההגנה מזהה תקלה בקו יוצאת דרישה להפסקה של המפסק ובמקביל מתחילה ספירה של קוצב זמן המודד את זמן התמשכות התקלה, אם המפסק הצליח לנקות את התקלה מתאפס קוצב הזמן והמפסק במעלה הזרם נשאר מחובר. אך אם סיים קוצב הזמן את ספירתו והזרם במעגל נמשך, נכנסת לעבודה פונקציית הגנת משען שתפסיק את המפסק המזין (במעלה הזרם) שיפסיק את כל פס הצבירה ואת כל המעגלים המוזנים וזאת כדי לבודד את התקלה מהמערכת.

• תמונה מספר 2 סקיצת תקלה
• חשוב לציין כי לרוב תהיה הזנה מקבילה של מגע קוצב הזמן לשני המפסקים במקביל ולא בטור

כלומר אם הזמן עבר נדרש להפסיק את שני המפסקים המזינים או רק אחד בהתאמה לפי מה שלא נפסק.

• תמונה מספר 3 : גרף השהיות זמן בעת תקלה עם תקלת מפסק.

מהן ההשהיות בגרף (שאין בגרף כיבוי תקלה נורמלי)

1. השהיית פעולות מיותרות זוהי השהייה נוספת הנועדה למנוע הפסקה מיותרת של המפסק במעלה הזרם.
2. זמן פעולת ממסר הנעילה הינו זמן שלוקח לממסרי ההגנה לזהות את אי פעולת המפסק, ולשלוח אות הפסקה לכל המפסקים שאמורים לפעול על מנת לבודד את המפסק הכושל.
3. זמן פעולה של מפסק הגיבוי – כולל בתוכו את כל הזמן מקבלת הפקודה ועד הזמן שהמפסק נפסק כתוצאה הפעלת פונקציית הגנת המשען
4. זמן כיבוי הקשת במפסק הגיבוי
5. זמן שקיעת הזרם – זמן הלוקח למשני הזרם לצאת מרוויה ולחזור למצב נורמלי במפסק הגיבוי

• נדרש לנקות את כל התקלות לפני זמן הניקיון הקריטי.

בהצלחה