أنواع المرحلات الكهربائية | وظيفة الريلاي و ما مكونات و انواع  مرحلات زيادة التيار

 وظيفة الريلاي

مرحلات زيادة التيار OVERCURRENT RELAYS  هى اجهزة حماية تقوم باستشعار التيار المار فى الدائرة المراد حمايتها ، وتبعا لنتيجة قياس هذا التيار فان المرحل يقوم عادة باعطاء اشارة تحكم إلىقاطع الدائرة .

 يتم ارسال اشارة التحكم عن طريق قفل دائرة اعتاق القاطع تستخدم المرحلات عادة مع قواطع الجهد لأعلى من 1000 فولت ، وقد تستخدم فى بعض الاحيان مع قواطع الجهد المنخفض وذلك فى الحالات التى تتطلب دقة عالية فى المنحنيات الخصائصية} الجديد في الكهرباء { .

ما هو الفرق بين المرحلات الكهربائية 

 والتى لا تتوافر عادة فى وحدات الاعتاق المباشر DIRECT ACTING TRIP  المستعملة فى قواطع الجهد المنخفض طريقة عمل المرحل .حيث يستقبل التيار من محول التيار وتبعا لقيمة هذا التيار يقوم القاطع بقفل دائرة اعتاق القاطع والغرض من استعمال محول التيار ( او محول الجهد ) هو ضمان عزل كهربى لأجهزة الحماية عن باقى المنظومة وكذلك تحويل القيم العالية للتيارات والجهود إلىقيم تتلائم مع مقننات المرحل ثم تغذية المرحل بها تختلف المرحلات اختلافا كبيرا من حيث التصميم وذلك تبعا للغرض المطلوب منها ولا يمكن من وجهة نظر العملية حصر جميع اصناف المرحلات وانما يمكن القول بصفة عامة ان اغلب المرحلات المستخدمة فى الصناعة تتبع احد الانواع الاتية.

أأنواع المرحلات الكهربائية 

1-   مرحلات كهرومغناطيسية ELECTROMAGNETIC

2-   مرحلات حرارية THERMAL RELAYS

3-   مرحلات ساكنة STATIC RELAYS ( SOLID - STATE )

4-   مرحلات رقمية DIGITAL RELAYS

سوف نعطى فكرة موجزة عن كل نوع من انواع المرحلات السابقة مع التركيز على طريقة الاختبار والضبط والاستخدام  .

1- المرحلات الكهرومغناطيسية .

لازالت المرحلات الكهرومغناطيسية اكثر انواع المرحلات استخداما فى الصناعة ذلك على الرغم من التقدم الهائل الذى يحدث فى صناعة المرحلات الساكنة وكذلك التطور السريع الذى يحدث الان فى صناعة المرحلات الرقمية ان اذن يرجع إلى الاداء الممتاز للمرحلات الكهرومغناطيسية وكذلك احتمالها الجيد للحالات الشاذة كارتفاعات الجهد وعدم تاثرها الشديد بالتوافقيات المتولدة فى الشبكة وذلك بالمقارنة بالمرحلات الساكنة والرقمية يوجد نوعان رئيسيان من المرحلات الكهرومغناطيسية :

1-    مرحلات الذراع المنجذب ATTRACTED ARMATURE RELAYS

2-    المرحلات الحثية INDUCTION RELAYS

أ- مرحلات الذراع المنجذب:وهو ابسط انواع المرحلات وتعتمد فكرته على توليد قوة جذب من مغناطيس كهربى يتم اثارته بالتيار المراد قياسه وعندما يزيد التيار عن حد معين فان قوة الجذب تكون قادرة على تحريك ذراع ( او مروحة مثلا ) مما ينشأ عنه قفل تلامسات المرحل مما يؤدى بدوره إلىقفل دائرة الاعتاق لقاطع الدائرة ، يبين الشكل 5-1 احد تصميمات هذا المرحل ( والقادم من محول التيار ) للمزيد الرجاء الضغط هنا .

 وتعرف قيمة التيار التى يعمل عندها المرحل بقيمة اللقط PICK UP ويعود المرحل إلىوضعه الاول اذا انخفضت قيمة التيار مرة اخرى عن قيمة تعرف باسم قيمة الرجوع RESET ( DROP OFF )   وهى اقل عادة من قيمة اللقط وتعرف النسبة بين قيمة تيار الرجوع وقيمة تيار اللقط بنسبة الرجوع / اللقط  RESET/PICKUP RATIO ويطلق عليها احيانا اسم نسبة التوقيف HOLDING RATIO وهذه القيمة لها اهمية خاصة للمرحلات التى لها خاصية الرجوع الزاتى SELF RESET وهى تتراوح بين 0.6 إلى0.99 فى معظم المرحلات الكهرومغناطيسية} الجديد في الكهرباء { .

ب- المرحلات الحثية :تتبع المرحلات الحثية فى تشغيلها نفس نظرية تشغيل المحركات الحثية . يتولد عزم الدوران فى المرحل بتعريض جسم قابل للدوران ( قرص DISC او اسطوانة مفرغة CUP) لمجالين مغناطيسيين مترددين بينهما زاوية معينة,ويمكن توليد هذين المجالين اما من كمية واحدة او من كميتين ( تيار واحد او تيارين وجهد ) ينشا فى جميع الحالات عزم دوران .

T = K Φ1 Φ2 SIN ά  

حيث : T: عزم الدوران ,K: ثابت يعتمد على تصميم المرحل ,Φ1 و Φ2  فيضان مغناطيسيان ,ά : الزاوية بين Φ1 و Φ2

يبين الشكل 5-3 تصميما نمطيا للمكونات الرئيسية للمرحل الحثى يولد التيار المار فى ملف المغناطيس العلوى فيضا مغناطيسيا يتسبب فى تولد تيارات دواميةEDDY CURRENTS  فى القرص وبالمثل فان التيار المار فى ملف المغناطيس السفلى يولد فيضا مغناطيسيا يتسبب بدوره فى توليد تيارات دوامية اخرى فى القرص .

 يتعرض القرص بهذه الطريقة إلىعزمى دوران : الاول بسبب تفاعل التيارات المتولدة من التيار الاول مع المجال المغناطيسى المتولد من التيار الثانى ، العزم الثانى بسبب تفاعل التيارات الدوامية المتولدة من التيار الثانى مع المجال المغناطيسى المتولد من التيار الاول والعزم النهائى المسبب لدوران القرص هو محصلة العزمين السابقين

3-المرحلات الساكنة

المرحلات الساكنة هى مرحلات تنشا فيها الاستجابة المطلوبة عن طريق مكونات الكترونية او مغناطيسية او اى مكونات اخرى دون حدوث حركة . يتم الان انتاج المرحلات الساكنة على نطاق واسع بحيث انها يمكن ان تؤدى نفس وظائف المرحلات الكهرومغناطيسية .

وباجراء مقارنة سريعة بين هذين النوعين من المرحلات يمكن القول بصفة عامة ان المرحلات الساكنة تتفوق على المرحلات الكهرومغناطيسية عند الحاجة إلى اداء متعدد وقياسات كثيرة كما فى حالة مرحلات المسافة مثلا DISTANCE RELAYS وبعض انواع الحماية الفرقية DIFFERENTIAL PROTECTION  وعلى العكس من ذلك فان مرحلات تجاوز التيار الكهرومغناطيسية ما زالت حتى الان الاكثر استخداما بسبب بساطة تصميمها ومناسبتها للاستعمال فى الشبكات الصناعية البسيطة نسبيا} الجديد في الكهرباء {.

مكونات المرحلات الساكنة

تتكون المرحلات الساكنة من عدد من المكونات والدوائر بحيث يقوم كل جهاز او كل دائرة بعمل معين مثل:

1-   التحويل من تيار متردد إلىتيار ثابت

2-   قفل وفتح الدائرة

3-   مقارنة كمية الدخل بكمية مرجعية سبق تحديدها

4-   التكبير

5-   التاخير الزمنى

 

3- المرحلات الرقمية

تعتمد المرحلات الرقمية فى فكرتها على ان خرج المرحلات التشابهية الساكنة STATIC ANALOG هو خرج رقمى DIGITAL OUTPUT  ، حيث انها تعمل نوعا من التغيير فى حالة الدائرة ( فتح او قفل ) وتبعا لذلك فمن الممكن تحويل الدخل التشابهى ANALOG INPUT إلى اشارات رقمية خلال احدى الخطوات الداخلية فى عمل المرحل يبين الشكل 5-17 الهيكل العام لاى مرحل رقمى . يحتوى هذا الهيكل على الوحدات الرئيسية فى المرحل . ومن الممكن ان يحتوى المرحل على وحدات اخرى تبعا للغرض المطلوب ، سوف نقدم فيما يلى خطوات عمل المرحل الرقمى تبعا للهيكل العام للمزيد الرجاء الضغط هنا .

خطوات عمل المرحل الرقمى

أ- يتم ادخال حالة الشبكة المراد حمايتها إلىالمرحل على هيئة اشارات تشابهية او رقمية تسحب تلك الاشارات من الشبكة وتكون الاشارات التشابهية عبارة عن قياسات للجهد والتيار والمعاوقة وغير ذلك فى الحالة المستقرة للشبكة على ترددها المقنن ( 50 هرتز ) ويعتمد عدد الاشارات المطلوبة على نوع المرحل  نظرا لان الكميات المسحوبة من الشبكة تكون عادة كميات عالية تقاس بالكيلوامبير والكيلوفولت فانه يتم خفض تلك الكميات عن طريق اله تحويل كمحول خفض مثلا إلىالقيم المناسبة للمرحل ( فى حدود 5 امبير و67 فولت للجهد الطورى ) ويتم توهين تلك الكميات مرة اخرى إلىالقيم التى يتحملها الكمبيوتر داخل المرحل وهى فى حدود 10 فولت على الاكثر ويجب فى تلك المرحلة حماية الكمبيوتر من اى تجاوزات فى الجهد يمكن ان تظهر على الاطراف الثانوية . يتم كل ما سبق داخل منظومة الدخل التشابهى .

ب- يتم تجميع بيانات الدخل التشابهى باستمرار ويعتمد معدل تجميع البيانات على اعلى تردد ممكن ان تكون عليه موجة تيار القصر وكذلك على الزمن المطلوب للحساب بواسطة الميكروبروسيسور  ( المسير الدقيق ) اثناء فترات التجميع . ويتم ادخال البيانات الىى ذاكرة الكمبيوتر اما تحت سيطرة برنامج معد مسبقا واما فى ذاكرة بيانات مباشرة . ويتم فى كلتا الحالتين حفظ البيانات فى ذاكرة الكمبيوتر المتطايرة RAM كما توجب مرحلات يتم فيها حفظ تلك البيانات داخل ملف ثانوى للبيانات السابقة للاستفادة بها فيما بعد يقوم المرشح الرقمى بتخليص البيانات من اى تشويهات DISTORTIONS  او ضوضاء NOISE تكون قد دخلت عليها اما من الشبكة واما من المحول التشابهى الرقمى ذاته وللحصول على نتائج دقيقة يقوم المرشح الرقمى بفصل الاشارة المطلوبة عن باقى اشارات الضوضاء

جـ- يحدد برنامج الدائرة المنطقية للمرحل طريقة اداء المرحل ، حيث يتم المقارنة بين كميات الدخل وكميات الضبط المسبق .

د- من الافضل الا يعتمد المرحل عل مصدر طاقة من الشبكة ، وانما يكون له مصدر طاقة خاص به عبارة عن بطارية وشاحن وبعض التجهيزات الاخرى .

هـ- يرسل برنامج الدائرة المنطقية بيانات الخرج إلىمنظومة الخرج الرقمى والتى تعطى بدورها اشارة التحكم إلىاجهزة الحماية الاخرى كدوائر الاعتاق وقواطع الدائرة .

أسئلة حول هذا الموضوع

س1  ما هي المرحلات الكهرومغناطيسية ؟

س2 اذكر خطوات عمل المرحل الرقمى بالترتيب ؟

س3 اذكر أنواع مرحلات زيادة التيار ؟