נושא : הגנת הספק כיווני – Directional Power Relay

בס"ד‏ , יום שישי 13 מאי 2022

הקדמה

עיקרון המנחה של פונקציית הגנת הספק כיוונית (ANSI 32) היא שהיא מופעלת על פי הספק פעיל מחושב בכיוון מסוים, ממסר הגנת הספק כיווני מתוכנן כך שהוא משיג את מומנט הפעולה שלו על ידי אינטראקציה של שדות מגנטיים הנגזרים הן ממתח והן מזרם המקור של המעגל המוגן, מכאן אנו מבינים כי הממסר בנוי כמו מד הספק והמומנט המוגדר בממסר תלוי בכיוון הזרם ביחס למתח, אליו הוא משויך.

ממסר הגנת הספק כיווני פועל כאשר הזרם במעגל זורם בכיוון מסוים בלבד בערך מוגדר ביחס למתח, לעומת ממסר יתרת זרם סטנדרטי (ANSI 51) אשר מכוון לסף זרם אך כיוונו של הזרם לא רלוונטי לממסר.

הממסר בעיקר משמש במתקנים בהם גנרטור פועל במקביל למערכת החשמל או בסנכרון לגנרטור אחר על מנת למנוע זרימת אנרגיה מהפס או הגנרטור האחר בחזרה אל הגנרטור הפעיל, הממסר בודק את ההספק מהגנרטור ובמקרה שתפוקת הגנרטור יורדת מתחת לערך מוגדר מראש, הוא מנתק במהירות את מפסק הגנרטור (GCB) כדי למנוע זרימת אנרגיה אל סלילי הסטטור.

תמונה מספר 1 – שרטוט עקרוני של ממסר הגנת הספק כיווני ישן אינדוקטיבי.

הסבר פעולת ההגנה

בעבר הממסר היה מורכב מדיסק אלומיניום החופשי אשר מסתובב בין הקטבים של שני אלקטרומגנטים.
האלקטרומגנט העליון נקרא סליל פוטנציאל והוא מחובר על חלקו המרכזי המחובר באמצעות משנה מתח (PT) ואילו אלקטרומגנט התחתון נקרא סליל הזרם והוא מחובר למשני של משנה הזרם (C.T) על הקו שעליו נרצה להגן. על צירו של הדיסק ממוקם מגע נע אשר מגשר בין שני מגעים קבועים כאשר הדיסק מסתובב. על ידי התאמת הזווית הגורמת לסיבוב ניתן לכוונן את הזווית בה הדיסק יחל את תנועתו ומכאן שניתן לתת כל הגדרת זמן רצויה לממסר המכאני.

לסליל המתח יש השראות גבוהה, שתוכננה בצורה שהמתח מפגר את הזרם בסליל בכ-90 מעלות. פיגור זה מבטיח שהשדה המגנטי שנוצר מהזרם בסליל העליון מפגר אחרי השדה המגנטי שמייצר הזרם באלקטרומגנט התחתון. מפגש של שני השטפים מייצרים זרם מערבולת (זרמי אדי) בדיסק האלומיניום, וזה יוצר מומנט שמנסה לסובב את הדיסק.

במצב רגיל כאשר ההספק בכיוון מוגדר ,מגעי הממסר פתוחים, והמומנט של הצירים למעשה מתבטל זה את זה ולא מתרחשת תנועה. אך אם ההספק בכיוון מנוגד המומנטים של הצירים בכיוונים זהים ומתחילה תנועה של הדיסק מסתובב .

לרוב ההגנות הספק כיווניות יש הגדרות מתכווננות על מנת לאפשר לבצע את ההגדרות בהתאם לציוד המותקן. נקודת הנסיעה מתכווננת בדרך כלל בין 2 ל-20 אחוזים מזרם הכניסה בעוד שהשהיית הזמן להפסקה מתכווננת בין 0 ל-20 שניות.

לעתים קרובות נעשה שימוש בהשהיית זמן של 5 שניות כדי למנוע כשל במעגל במהלך הסנכרון. לרוב הכיוון של ההספק הכיווני הן בין 8 ל-16 אחוזים עבור מנועי דיזל ובין 2 ל-6 אחוזים עבור טורבינת גז אך נדרש להתאים את ההגנות בכובד ראש עם התייחסות למקרה הספציפי.

מהם היתרונות והחסרונות של הגנת הספק כיוונית

יתרונות

1. שיפור יציבות המערכת החשמל הגנה זו מסייעת בשיפור והיציבות של מערכת החשמל על ידי הפסקת החלק הפגום של הרשת בלבד, ומונע את התפשטות התקלה לשאר המערכת.

2. ההגנה משפרת את הסלקטיביות ברשת ומקלה על איתור התקלה מאחר שעם הגנה זו מופסק אך ורק חלקה הפגום של הרשת, ובכך מפחיתה את ההשפעה של תקלות על המערכת כולה.

חסרונות

1. התכנון והביצוע של ההגנה מורכבים באופן יחסי, ונדרש מתכנן מיומן ואנשי תחזוקה מעולים לא פחות על מנת לתחזק ולשמור על כשירות המערכת.

2. עלות יישום ההגנה בדרך כלל יקר יותר מהגנות אחרות בשל הזמן אותו משקיע המתכנן על יישומה של ההגנה.

3. הפסקות שווא עקב הפרעות חיצוניות, או חוסר כוונון נכון של ההגנות.

סיכום

כאשר הפסק זורם לתוך הגנרטור הוא מתנהג כמנוע סינכרוני ובעצם הופך לעומס פעיל , מצב זה עלול לגרום לנזק למכונה ובשל כך חשוב לזהות מצב שבו ההספק זורם לכיוון השני לנתק את המעגל במהירות האפשרית , ממסר הספק כיווני מסייע בניטור ההספק בגנרטור בפרט או בקווים ככלל על ידי ניתור של כיווניות ההספק הפעיל ואם הוא זורם לכיוון הופכי הממסר מנתק במיידי את החיבור לרשת החשמל ובאמצעות כך מגן על הגנרטור או הקו מפני נזק.

למרות הכל יתרונותיו של ממסר הספק כיווני עולים על חסרונותיו, והוא מהווה ממסר הגנה חיוני בשמירה על היציבות של רשת החשמל ושלמות גנרטורים.