בס"ד‏ ‏‏יום ראשון 07 מאי 2023

נושא : הגנת מרחק לקווי חשמל ANSI-21

הגנת מרחק היא הגנה חשובה בפני קצרים חשמלים המתרחשים בקווי החשמל. לצורך הגנה זו נזדקק ל 2 מרכיבים בסיסים והם זרם ומתח בלבד ,הגנת המרחק מגיבה לתקלות הממוקמות בטווח שנקבע מראש, טווח ההגנה מצוין ביחידות פרופורציונליות למרחק הפיזי לתקלה ומכאן שמה של ההגנה. באופן אידיאלי המרחק אינו תלוי ברמת זרם, עומס לפני תקלה, סוג התקלה או התנגדות לתקלה. בפועל, גורמים אלה משפיעים על טווח הכיסוי של התקלה, אך רק במעט בהשוואה לזה של הגנת זרם יתר.
אזור ההגנה אופייני מוגדר עד 80-85 אחוז מאורך הקו על מנת שיוכל לכסות את רוב התקלות אשר מתרחשות בקו ההזנה, היום כמעט ולא ניתן למצוא קו מתח עליון ללא הגנת מרחק היות והגנת המרחק עדיפה על פני הגנת זרם יתר מכיוון שהגנה זו כמעט כל כך מושפעת מהשינויים בגודל זרם קצר כמו ממסרי זרם יתר , לפיכך הם מושפעים הרבה פחות משינויים ביכולת הייצור ובמערכת ההולכה. הסיבה לכך היא שמסרי מרחק משיגים סלקטיביות על בסיס עכבה ולא זרם.

תמונה מספר 1 : ממסר הגנת מרחק תוצרת חברת RFL .

מהי הגנת מרחק ?

הגנת המרחק נקראת כך בשל המרחק בין העכבות של הנקודות שבהן מתרחשת התקלה והמקום שבו מותקן הממסר (נקודת הזנה).
עקרון העבודה של ממסר המרחק הוא פשוט מאוד היות והוא מבוסס על היחס בין המתח וזרם במעגל, כלומר עכבה. ממסר זה מכיל משנה מתח ומשנה זרם. היחס בין 2 המדידות הללו נותן לנו את ערך העכבה של הקו.
בזמן תקלה ערך הזרם עולה בצורה קיצונית וערך המתח יורד מה שאומר שהעכבה קטנה מערך העכבה שנקבע מראש במעגל שבו מופיעה התקלה ועל כן הגנת המרחק שולחת פקודת הפסקה למפסק ונועלת את המפסק באמצעות ממסר הנעילה (86T) .

תמונה מספר 2 – שרטוט סכמתי הגנת מרחק

מאפייני קו חשמלי כללי

קיבול, השראות והתנגדות נמצאים כולם באופן טבעי לאורכם של קווי מתח חשופים או מבודדים.

1. קיבול הנובע משדות חשמליים הקיימים מהפרדה של הקווים זה מזה ומקרקע האדמה (החומר בידוד הדיאלקטרי הינו האוויר) וכמובן המבדדים לעמוד.
2. השראות עקב השדות המגנטיים המקיפים את הקווים כשהם נושאים זרם.
3. התנגדות מאורך מוליכי המתכת.

מאפייני עכבת קו חשמל

1. כאשר הקו פתוח (ללא עומס) אופיו של הקו יהיה קיבולי הקיבולי.
2. בתנאי עומס סטנדרטיים הזרם נמצא כמעט בפאזה עם המתח מכיוון שהתנגדות היא המרכיב הגדול בעכבת המעגל, למעשה ההתנגדות גדולה משמעותית מהשראות הקו והיא נמוכה משמעותית מהעכבה הקיבולית של הקו .
3. בעת תקלה משמעותית העכבה מתנהגת כמו התנגדות נמוכה מאוד המחוברת במקביל, זה לא רק מקטין את עכבת המעגל הכוללת אלא גם מעביר את זווית הפאזה קרוב יותר לכיוון +90 כי כעת השראות הקו היא משמעותית בהשוואה להתנגדות התקלה ,באופן מעשי זוויות עכבת הקצר קרובה ל 80-70 מעלות בגלל ההשפעות של התנגדות הקו , זווית הפאזה המדויקת של עכבת הקו תלויה באורך הקו. מכיוון שהשראת קו היא פונקציה לינארית של מרחק הקו (קו ארוך יותר פירושו יותר השראות), והשראות זו היא הגורם שהמגביל את זרם הקצר, גודלו של זרם התקלה הופך אינדיקציה משוערת של המרחק בין השנאי לבין התקלה.

מאפייני ממסר מרחק

הבסיס לזיהוי תקלות בקווי חשמל למרחקים ארוכים משתמש במנגנון איזון פשוט כדי לחוש מתי היחס בין זרם הקו למתח הקו הופך להיות גדול מהערך המוגדר. זה ייכשל אם אי פעם העכבה תהיה קטנה מהיחס המוגדר לשם כך אנחנו נשתמש בדיאגרמה אשר תמחיש לנו את ההגדרה
העכבה של קו החשמל מיוצג על ידי רדיוס המעגל, (המוצג בשרטוט 3) רדיוס המעגל הוא העכבה Z. זווית הפאזה בין ה-R ל-X או נקראת גם זווית העכבה המייצגת את המיקום של ווקטור ההעכבה , הדיאגרמה מורכבת משני צירים שהאחד הוא ציר R והשני הוא ציר X. בתרשים, מיקום הווקטור מוצג עבור R חיובי ו-X חיובי אך כיוון הזרם יכול להשפיע על העכבה כגורם שלילי והדיאגרמה תתנהג באופן זהה .

תמונה מספר 3 : אזורי פעולה של הגנת מרחק

כל מצב של העכבה בתוך תחום אזור הפעולה של הממסר תגרום להפסקה של המעגל וכל מצב שבה העכבה מציבה את הפזור של העכבה מחוץ למעגל זה יגרום לממסר להמתין במצבו. לפיכך, טווח הפעולה של הגנת מרחק מיוצגת על ידי רדיוס המעגל המשורטט בתרשים R-X . מהגרף ניתן לראות כי העיצוב של הגנת מרחק יפעל עבור תנאי הספק הפוך באותה מידה שבה הוא יפעל בתנאי הספק קדמיים. מכיוון שבדרך כלל אנו רוצים לבטל את רגישות של ממסרי מרחק מ"להגיע לאחור" לאזור הגנה לאחור, עלינו למצוא דרך כלשהי להגביל את רגישות המעידה של ממסר העכבה בכיוון ההפוך.

אחד הפתרונות לבעיה של רגישות להספק הפוך הוא להשתמש בממסר כיווני בשילוב עם ממסר המרחק כדי לחסום את פעולת ממסר המרחק בתנאים של הספק הפוך. מגע היציאה של ממסר כיווני יהיה מחובר בטור עם מגע היציאה של ממסר העכבה, כך שהדרך היחידה להפעיל את המפסק היא אם גם ממסר העכבה וגם ממסר ההספק הכיווני מסכימים.

בהצלחה