المصابيح الكهربائيه (Electric lamps)

يعتبر اختراع المصباح الكهربائي من أهم الاختراع في تاريخ البشر وأكثرها فائدة لهم فقد حولت هذه المصابيح ليلهم إلى نهار في داخل البيوت والمكاتب والمصانع والشوارع ويتم إضاءتها من خلال كبسة زر في أقل من ثانية. 

لقد أراحت المصابيح الكهربائية البشر من عناء عمليات تجهيز وإشعال وإطفاء مصابيح الشمع أو الزيت أو الكاز أو الغاز والتي لا تضيء إلا أماكن محددة وبدرجات إضاءة متدنية مع ما يترتب على إشعال هذه المصابيح من تلوث لأجواء البيوت أو خطر احتراق أثاثها.

 وللقارئ أن يتخيل مدى الجهد الذي ستبذله ربات البيوت في تجهيز عدد كاف من مصابيح الكاز أو الغاز لوضعها في مرافق بيت يتكون من عدة غرف وما يتبعها من غرف الضيوف والجلوس والمطبخ والحمامات.

 لقد بدأت المحاولات لتصنيع المصابيح الكهربائية مع اختراع مصادر توليد الكهرباء وهي البطارية والمولد الكهربائي في بداية القرن التاسع عشر. 
وكانت الفكرة الأساسية البسيطة التي حاول المخترعون بناء مصباح كهربائي عليها هي أنه إذا ما تم تمرير تيار كهربائي بقيمة عالية في سلك معدني رفيع جدا فإن الحرارة التي ستتولد فيه سترفع من درجة حرارته وستجعله يتوهج وينبعث منه الضوء إذا ما وصلت درجة حرارته إلى حد معين قد يصل إلى ثلاثة آلاف درجة مئوية. 
إن تنفيذ هذه الفكرة البسيطة ليست بالأمر السهل في غياب تقنيات التصنيع المناسبة ولذلك باءت كثير من هذه المحاولات بالفشل.

 إن عملية تصنيع مصباح كهربائي عملي يحتاج إلى شعيرات مصنوعة من معادن يمكن أن تصل حرارتها إلى درجة التوهج دون أن تذوب وكذلك يجب وضع الشعيرات في حيز مفرغ من الهواء أو يحتوي على غاز خامل لكي لا تحترق هذه الشعيرات بوجود الأكسجين.

 وفي عام 1879م قام كل من المخترع الأمريكي ثوماس أديسون (Thomas Alva Edison) والفيزيائي الإنكليزي جوزيف سوان (Joseph Swan) كلا على حدا بتسجيل براءة اختراع لمصباح كهربائي من النوع المسمى لمبة الضوء المتوهج (incandescent light bulb). 

وقد استخدم أديسون شعيرات من الكربون في المصابيح الأولى التي قام بتصنيعها وكانت اللمبات التي استخدمها مفرغة من الهواء وقد تم استخدام هذه اللمبات في عام 1880م لإضاءة البيوت والشوارع. 

 وقد قام كثير من المخترعين بإجراء تحسينات على لمبة أديسون منها استخدام بعض أنواع المعادن بدلا من الكربون فقد تم استخدام معدن التنغستون (tungsten) في عام 1911م ولازال هو المستخدم حتى الآن. 

وقد تم أيضا استخدام الغازات الخاملة كالنيتروجين والآرغون لملئ اللمبات الزجاجية بدلا من الفراغ بعد أن وجد أنها تزيد من شدة الإضاءة. 

وفي عام 1957م تم اختراع لمبات الهيلوجين وهي لا تختلف في مبدأ عملها عن اللمبات المتوهجة العادية فهي تعطي إضاءتها من خلال تسخين شعيرات التنغستون بالتيار الكهربائي ولكنه يتم إضافة عناصر هيلوجينية كاليود والبروم مع الغاز الخامل والتي تتفاعل مع ذرات التنغستون المتبخرة وتحول دون ترسبها على الجدار الزجاجي فيمنع إسودادها وحجبها للضوء المنبعث منها.

 وعادة ما يتم تصنيع لمبات الهيلوجين بأحجام صغيرة وباستخدام الكوارتز بدلا من الزجاج المستخدم في اللمبات العادية ويعمل هذا التصميم على رفع درجة حرارة اللمبة بشكل كبير مما يساعد على زيادة تفاعل الهيلوجين مع التنغستون المتبخر وكذلك زيادة كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء والتي قد تصل إلى ضعف اللمبات العادية.

 وتستخدم لمبات الهيلوجين في أجهزة العرض السينمائية والكشافات الضوئية المختلفة وفي أضوية المركبات.
 أما مصباح التفريغ الغازي (gas discharge lamp) فقد بدأ التفكير في اختراعه بعد أن قام الفيزيائي الألماني جوهان قيسلر (Johann Geissler) في عام 1856م باختراع مضخة التفريغ الزئبقية وتصنيعه للأنابيب الزجاجية المفرغة من الهواء والتي لعبت دورا كبيرا في اختراع كثير من الأجهزة المهمة كأنبوب الأشعة المهبطية (cathode ray tube) وأنابيب الأشعة السينية (X-ray tube) وكذلك مصابيح الفلورسنت.

 وقد جرت محاولات كثيرة لتصنيع مصباح كهربائي باستخدام أنابيب قيسلر المفرغة من الهواء أو التي تحتوي على بعض الغازات تحت ضغط منخفض وذلك بعد أن لاحظوا وجود توهج ضوئي عند القطب السالب للأنبوب.

 لقد تمت أول محاولة ناجحة لتصنيع مصباح تفريغ غازي على يد المهندس الكهربائي دانيال مور (Daniel Moore) في عام 1895م حيث استخدم غاز ثاني أكسيد الكربون وكذلك النيتروجين في هذه الأنابيب والتي كانت بالغة الطول وتحتاج لجهد عالي لتشغيلها.

 وفي عام 1901 تمكن المهندس الكهربائي الأمريكي بيتر هيويت (Peter Cooper Hewitt) من تصنيع مصباح تفريغ باستخدام بخار الزئبق وكانت أنابيبه ذات أطوال قصيرة وتعمل عند جهد منخفض نسبيا إلا أن الضوء المنبعث يميل للون الأزرق المخضر غير المريح للعين.

 وفي عام 1909م تمكن المهندس الفرنسي جورج كلاود (Georges Claude) من تصنيع مصباح تفريغ باستخدام غاز النيون (Neon) والذي لاحظ أنه يعطي ضوءا أحمر عند تفريغ تيار كهربائي من خلاله. 

وقد تم إجراء كثير من التحسينات على مصباح النيون من قبل كثير من المخترعين ليعطي الضوء الأبيض المريح للعين والذي تم من خلال طلاء باطن الأنبوب بمواد مستشعة (flourescent) كالفوسفور والفلورايت. 

يعتمد مبدأ عمل جميع أنواع مصابيح التفريغ الكهربائي على إحداث تفريغ كهربائي بين قطبين كهربائيين مثبتين عند طرفي أنبوبة زجاجية مملؤة تحت ضغط منخفض بأحد أنواع الغاز التي تتأين ذراتها عند مرور التيار الكهربائي فيها مطلقة ضوء غير مرئي كالضوء فوق البنفسجي أو مرئي بألوان تعتمد على لون الغاز.

 وللحصول على ضوء أبيض كالضوء القادم من الشمس ترتاح له العين عند رؤيتها للأشياء فإنه يتم طلاء باطن الأنبوب بمادة مستشعة كالفوسفور والفلورايت والتي تحول الضوء الأحادي اللون المنبعث من الغاز إلى ضوء أبيض.

 إن تركيب مصباح التفريغ الغازي ليس ببساطة تركيب مصابيح التوهج حيث يحتاج لعدة مكونات لكي يعمل فالتفريغ الكهربائي لا يمكن أن يتم إلا من خلال تسخين الأقطاب التي تنتج إلكترونات كافية لقدح عملية التفريغ وهذا يتطلب تمير تيار كهربائي من خلال دائرة موصولة على التوازي مع مسار التفريغ تسمى دائرة التشغيل (starter) وبمجرد بدء عملية التفريغ يجب فصل هذه الدائرة لتوفير استهلاك الطاقة مما يتطلب جهاز فصل تلقائي وغالبا ما يستخدم ثيرموستات الثنائي المعدني (Bi-metalic thermostat). 

وتحتاج هذه المصابيح لما يسمى بمنظم التيار (Ballast) حيث أن المقاومة بين طرفي الأنبوب تنخفض بشكل كبير بمجرد بدء التفريغ مما يزيد من شدة التيار والذي بدوره يقلل من قيمة المقاومة وهكذا دواليك منتجا بذلك ما يسمى المقاومة السالبة (negative resistance) ولذلك لا بد من استخدام جهاز للحد من ارتفاع التيار وغالبا ما تستخدم الملفات والمكثفات لهذا الغرض. تتميز المصابيح المستشعة (الفلورسنت) على المصابيح المتوهجة بعدة ميزات منها كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية حيث تصل إلى 25% في المصابيح المشعة بينما لا تزيد عن 10% في المصابيح المتوهجة ومنها العمر التشغيلي حيث يزيد في المصابيح المشعة بعشرين ضعف عنه في المصابيح المتوهجة والذي لا يتجاوز عمرها في المعدل الألف ساعة.

 ومقابل هذه الميزات يوجد بعض السيئات للمصابيح المستشعة وهي كبر حجمها فلا تصلح للاستخدام في الأماكن الضيقة وكذلك تعقيد تركيبها وبالتالي ارتفاع ثمنها إلى جانب وجود بعض المخاطر على صحة البشر نتيجة تسرب الأشعة فوق البنفسجية خارج الأنبوبة وتلوث المكان ببخار الزئبق السام في حالة تحطمها وكذلك حاجتها لعدة ثواني لكي تعطي ضوءها.

 وفي السبعينات من القرن العشرين ظهرت المصابيح المستشعة المدمجة (compact fluorescent lamp) وهي مصابيح تفريغ بأنابيب قصيرة ملتفة على نفسها لتصغير الحيز الذي تحتله ويستخدم فيها منظمات تيار إلكترونية بدلا من الملفات الكبيرة الحجم وقد تم تصميم أقطابها بحيث توضع على لقواعد مشابهة لقواعد المصابيح المتوهجة وبذلك يمكن تركيبها على نفس مقابس المصابيح المتوهجة.

 ومن أنواع مصابيح التفريغ المصابيح المسماة مصابيح التفريغ عالية الكثافة (High-intensity discharge (HID) lamp) وهي لا تختلف في تركيبها العام عن مصابيح التفريغ العادية فهي مكونة من أنبوبة زجاجية بقطبين من التنغستون وعند تسليط جهد بين القطبين يحدث تفريغ كهربائي بينهما وعندما يمر هذا القوس الكهربائي خلال ذرات بعض العناصر كبخار الزئبق أو الصوديوم أو الزينون فإنه يولد ضوءا عاليا يستفاد منه بشكل مباشر وذلك على عكس مصابيح التفريغ العادية التي يعمل فيها ضوء القوس على إثارة ذرات المواد المستشعة التي يطلى بها باطن الأنبوب فتطلق الضوء المطلوب.
 وتولد مثل هذه المصابيح ضوءا شديدا وبكفاءة عالية ولكن هذا الضوء يحتوي على نسبة عالية من الضوء فوق البنفسجي الضار بالإنسان ولذا يستخدم في إضاءة الأماكن العامة كالشوارع والملاعب والساحات وغيرها. ويوجد آليات متعددة لتوليد الضوء منها ظاهرة الإنبعاث الكهروضوئي (Electroluminescence) والمستخدمة في الثنائيات الباعثة للضوء (Light Emitting Diodes) والليزرات (lasers) حيث تولد الضوء مباشرة من التيار المار في مواد شبه موصلة وغالبا ما تستخدم هذه المصادر كمؤشرات بسبب صغر حجمها وقلة ضوئها وقد تستخدم كمصدر للإضاءة في بعض المصابيح اليدوية والإشارات الضوئية نظرا لطول عمرها التشغيلي الذي قد يصل لعشرات الآلاف من الساعات.

اقرء المزيد

توليد الكهرباء من الطاقة النووية

في عام 1939 اكتشف اليورانيوم، الذي ينتج كميات من الطاقة تعادل ملايين المرات قدر الطاقة التي يمكن الحصول عليها من الوزن نفسه من الوقود العادي عرفت باسم الطاقة النووية الإنشطارية، ولم يكن هذا الاكتشاف الجديد وليد لحظته، ولكنه جاء نتيجة تطورات علمية بدأت منذ سنة 1896 عندما اكتشفت الأشعة السينية. ولم يمض وقت طويل على وضع الطاقة النووية موضع التطبيق، حتى وضع الإنسان يده على مصدر جديد من الطاقة النووية سُمىّ "بالطاقة الاندماجية"، وقودها غاز الهيدروجين الذي يعطى ملايين المرات قدر الطاقة المولدة من اليورانيوم.

تركيب الذرة

          في عام 1801 كان العالم البريطاني جون دالتن John Dalton أول من أعطى تفسيراً علمياً لنظرية الذرة، وفي بداية 1896 توصل العالم الفرنسي بيكاريل Becquerel، مصادفة، إلى اكتشاف النشاط الإشعاعي للذرة، ثم اكتشفت مارى كوري Marie Curie بالتعاون مع زوجها أستاذ الفيزياء بير كوري Pierre Curie أن عنصر الثوريوم يبعث إشعاعاً بطريقة مشابهة لليورانيوم، ورأى العالم البريطاني ايرنست راذر فورد Ernest Rather Ford أن الذرة المشعة تتحول إلى ذرة أخرى مختلفة تماماً، عندما تنبعث منها جسيمات ألفا أو بيتا أو جاما، وفي سنة 1919 حاول راذر فورد تحطيم ذرات النتروجين فأطلق عليها قذائف من جسيمات ألفا المنبعثة من الراديوم، ونجحت التجربة وتطايرت أجزاء ذرات النيتروجين المُتحطمة، وعند فحصها وجد أن كتلتها مساوية إلى كتل ذرات الهيدروجين، وتحمل كل منها شحنة موجبة أطلق عليها اسم "البروتونات". 

 وفي سنة 1932 أطلق العالم البريطاني جيمس كادوك JAMES CHADWICK جسيمات الفا على البريليوم، فأخذ يبعث جسيمات كُتلها مساوية لكتلة الهيدروجين، ولكنها لا تحمل شحنة كهربائية، فسميت "بالنيترونات". 

 فالذرة، في أبسط صورها، جسيم متناهٍ في الصغر، وتتكون كل ذرة من نواة مركزية تدور حولها مجموعة من الإلكترونات، وتفصل النواة عن الإلكترونات مسافة كبيرة بالنسبة لحجمها، ونواة الذرة تتكون من نوعين من الجسيمات، يعرف أحدهما باسم "البروتونات"، وهي جسيمات تحمل شحنة موجبة، ويسمى الآخر بالنيوترونات, وهي جسيمات متعادلة كهربائياً أي أن عدد من الإلكترونات السالبة فيها يكون مساوياً، دائماً، لعدد مابها من بروتونات موجبة، ويعرف هذا العدد بالعدد الذري. 

نظرية توليد الطاقة من الذرة

في بداية هذا القرن قام البرت اينشاين Albert Einstien بوضع نظرية النسبية ووضَح فيها أن المادة يمكن أن تتحول إلى طاقة وعبَر عن ذلك بالمعادلة الشهيرة التالية:

          ط = ك × ع²

          حيث ط تساوي الطاقة، وك تساوي الكتلة، وع تساوي سرعة الضوء. وبهذه المعادلة لفت أينشاين الأنظار إلى ذلك الشيء الجديد الذي سُمىّ فيما بعد "بالطاقة النووية". 

وفي سنة 1939 اكتشف العالمان الألمانيان أوتوهان Otto Hahn وفرتيز شتراسمان Fritz Strassmann أن ذرة اليورانيوم يمكن أن تنشطر إلى نصفين، تقريباً، إذا قذفت بنيترونات عالية الطاقة. 

وقد كانت هذه التجربة هي أولى الخطوات، التي فتحت الطريق على مصراعيه أمام الإنسان، ليستغل الطاقة الهائلة الموجودة بنوات الذرات. وقد تبين، فيما بعد، أن عنصر اليورانيوم يوجد على هيئة نظيرين يتساوى عدد الإلكترونات وعدد البروتونات في ذرات كلٍ منهما، وأحد هاتين النظيرين يُعرف باسم يورانيوم 235، الذي يقبل الانشطار، والثاني يورانيوم 238 ثابت لا يتأثر. 

وعند قذف اليورانيوم 235 بنيترونات عالية الطاقة، تلتقط ذرة اليورانيوم أحد هذه النيوترونات، ليرتفع عدد ما بها من بروتونات ونيترونات إلى 236، وتتحول إلى ذرة غير ثابتة، سريعاً ما تنشطر نواتها إلى قسمين، وينطلق في هذه العملية عدد من النيوترونات عالية السرعة، يصل عددها إلى ثلاثة، وتصل سرعتها إلى عدة آلاف من الكيلو مترات في الثانية. 

ويصحب عملية انشطار النواة انطلاق قدر هائل من الطاقة يصل إلى نحو 200 مليون إلكترون فولت، تظهر على هيئة طاقة حرارية، وسرعان ما تصطدم النيوترونات السريعة الناتجة سرعان ما تصطدم بنوى ذرات اليورانيوم المجاورة، مما يؤدي إلى انشطارها، وخروج نيوترونات جديدة منها تؤدى بدورها إلى انشطار ذرات جديدة، وتتكرر عملية الانشطار وتتابعها بين ذرات العنصر المتجاورة، وهي عملية تعرف باسم "التفاعل المتسلسل". 

ويحتاج التفاعل المتسلسل إلى عدد كبير من الذرات المتجاورة بقدر معين أو كمية معينة من المادة التي تقبل الانشطار، ويُعرف أقل عدد من المادة يصلح لنجاح عملية الانشطار باسم "الكتلة الحرجة". 

المفاعل النووي

تتم عملية انشطار النواة في جهاز خاص يعرف باسم المفاعل النووي، والوظيفة الرئيسية لهذا المفاعل هو التحكم في عملية الانشطار واطلاق الطاقة الناتجة منها بصورة تدريجية حتى يمكن الاستفادة منها. وعادة ما يستعمل اليورانيوم 235 كوقود في المفاعل، إلا انه يمكن استعمال اليورانيوم 233 والبلوتونيوم 239 .

استخدام مفاعل الانشطار النووي في توليد الكهرباء

هذا النوع من المفاعلات يعطي طاقة على هيئة حرارة، يمكن استغلالها في توليد بخار يستعمل في إدارة التوربينات وتوليد الكهرباء. 

ويتكون المفاعل من وعاء ثقيل سميك الجدار، يحتوى قلبه على الوقود النووي، كما يحتوى على بعض المواد التي لها القدرة على أن تُبطئ من سرعة النيوترونات الناتجة من عملية الانشطار، وتهدئ من سرعة التفاعل المتسلسل، وتسمى "المواد المهدئة" Moderants، وتنساب خلال قلب المفاعل إحدى المواد التي تنتقل إليها الحرارة المتولدة من الانشطار، وتسمى هذه المواد باسم "المواد المبردة" Coolants. ويمكن عن طريقها التخلص من الحرارة الزائدة الناتجة في قلب المفاعل من عملية الانشطار، كما إنها تساعد على نقل هذه الحرارة إلى خارج المفاعل؛ لاستغلالها في مختلف الأغراض. ويتحكم في كل هذه العمليات، بدقة متناهية، جهاز مركزي للتحكم والمراقبة بالمفاعل. 

 ويصحب التفاعل المتسلسل، عادة، زيادة كبيرة في الضغط؛ ولذلك يجب أن يكون وعاء المفاعل معداً لتحمل هذا الضغط، وله القدرة على مقاومة عمليات التآكل التي قد تُنتج من السريان السريع للمادة المبردة. وتصنع أغلب المفاعلات النووية من الصلب الذي لا يصدأ، وقد يصل سمك جدار الوعاء إلى نحو خمسة عشر سنتيمتراً، وعادة ما يحيط بهذا الوعاء جدار آخر سميك من الأسمنت لامتصاص ما قد يتسرب من النيوترونات، أو من بعض الإشعاعات الأخرى. 

ويستعمل الماء، عادة، في تبريد المفاعلات النووية، حيث يدفع من قاع المفاعل ليدخل إلى قلبه محيطاً بالوقود النووي وملامساً له، فترتفع درجة حرارته، ويتحول إلى بخار يستعمل في إدارة التوربينات لتوليد الكهرباء.  

        

التحكم في المفاعل

توضع في قلب المفاعل قضبان تحكم تصنع من مواد خاصة مثل البورون أو الكاديوم، وتعمل هذه القضبان على امتصاص النيوترونات، ويمكن برفعها أو خفضها في قلب المفاعل ضبط التفاعل المتسلسل وتنظيمه، والتحكم في كمية الطاقة التي يولدها المفاعل. 

قدرة المفاعل

 تقدر قدرة المفاعل بالميجاوات الحراري، وهى مقدار الحرارة التي يمكن أن يعطيها المفاعل عند تشغيله بأقصى قدرة، أو بالميجاوات الكهربائي، وهي أقصى قدرة للمفاعل على توليد الكهرباء، وهى دائما أقل من القدرة الحرارية، والمفاعلات الحرارية سميت بذلك؛ لأنها تعتمد على النيوترونات البطيئة في إحداث التفاعل الانشطاري.

أنواع المفاعلات المستخدمة في توليد الكهرباء 

1. مفاعلات الماء العادي:

 وهى المفاعلات التي تستخدم الماء العادي مهدئاً ومبرداً وناقلاً للحرارة، وتنقسم هذه المفاعلات إلى نوعين حسب دورة الماء في نقل الحرارة إلى التوربينات.

أ. مفاعلات الماء المغلي Boiling Water Reactors BWR.

ب. مفاعلات الماء المضغوط Pressurized Water Reactors PWR. 

2. مفاعلات الماء الثقيل Pressurized Heavy Water Reactors.

 وهى مفاعلات تستخدم الماء الثقيل، الذي يحتوى على الديوتيريوم، بدلاً من الهيدروجين، مهدئاً ومبرداً في دورة أولية، وتستخدم الماء العادي ناقلاً للحرارة ولإدارة التوربينات في دورة ثانوية، وقد تم تطوير هذه المفاعلات في كندا وتعرف باسم "كاندوا" CANDU. 

3. مفاعلات التبريد الغازي Gas cooled reactors GCR.

ويستخدم فيها الجرافيت مهدئاً، وثاني أكسيد الكربون مبرداً في دورة أولية؛ لينقل الحرارة إلى دورة ثانوية لتوليد البخار. 

4. مفاعلات الماء والجرافيت

وتستخدم الجرافيت مهدئاً والماء العادي مبرداً وناقلاً للحرارة، وكان مفاعل تشيرنوبيل من هذا الطراز. 

توليد الكهرباء بالاندماج النووي

الاعتقاد السائد أن اندماج ذرات الهيدروجين، وتحولها إلى ذرات هليوم، لا يتم إلا في وجود قدر هائل من الطاقة، ويحتاج إلى درجة حرارة بالغة الارتفاع تصل إلى 100 مليون درجة مئوية. إلا أن هناك طريقة جديدة اكتشفت حديثاً يمكن فيها لذرات الهيدروجين أن تندمج معاً، وتطلق قدراً هائلاً من الطاقة، دون الحاجة إلى رفع درجة حرارتها إلى تلك الحدود بالغة الارتفاع. ففي سنة 1940 توصل العلماء إلى إمكانية حدوث مثل هذا الاندماج في درجة حرارة منخفضة بتأثير بعض الجسيمات الأولية المعروفة باسم "الميونات" Muons وهي وحدات أولية من وحدات المادة الكونية، تنتج، طبيعاً، من اصطدام الأشعة الكونية الأولية الواردة لنا من أغوار الفضاء، بجزيئات الغازات المكونة للهواء في طبقات الجو العليا. وهي جسيمات سالبة التكهرب، تشبه الإلكترونات في شحنتها، إلا أن كتلتها تصل إلى نحو 207 مرات قدر كتلة الإلكترون، وهذه الكتلة الكبيرة هي التي تساعد على عملية الاندماج النووي . 

في عام 1980 قدم عالم من علماء معهد ليننجراد للطبيعة النووية في الاتحاد السوفيتي سابقاً نموذجاً لإنتاج الطاقة بالاندماج، وقدم مجموعة من العلماء في جامعة تكساس بالولايات المتحدة الأمريكية نموذجاً مماثلاً. 

والاندماج النووي هو عملية يتم فيها اندماج ذرتين لعنصرين خفيفين، ليكونا عنصراً أثقل تحت ظروف معينة، مع انطلاق كمية هائلة من الطاقة الحرارية. والميزة الرئيسية للاندماج النووي أنه لا تنتج عنه نفايات إشعاعية ذات عمر زمني طويل. 

ويتكون المفاعل من معمل للجسيمات النووية، تخرج منه حزمة من الأيونات، توجه إلى هدف من الديوتيريوم والتريتيوم، فتتكون حزمة من الميونات، وتوجه إلى مفاعل الاندماج، الذي يحتوي على خليط من الديوتيريوم والترينيوم، وبعد حدوث الاندماج النووي، تنطلق النيوترونات الناتجة، لترتطم بجدار المفاعل المغلف بغلاف من الليثيوم، فيتكون خليط من الترينيوم والهليوم، ويفصل الهليوم وحده، ثم يعاد الترينيوم إلى مفاعل الاندماج. 

وتستغل الحرارة الناتجة من تفاعل الاندماج النووي، في تسخين سائل يمر تحت ضغط معين في غلاف المفاعل، وتحويله إلى بخار مضغوط، يستخدم في تشغيل توربين عالي الضغط لانتاج الكهرباء. 

وقد قامت الولايات المتحدة مؤخراً بإنشاء مفاعل التوكاماك التجريبي للاندماج النووي Tokamak fusion test reactor والمراقبون لا يتوقعون إنتاجها على مستوى تجاري والمساهمة الفعالة في إنتاج الطاقة الكهربائية قبل عام 2020. 

استغلال الطاقة النووية على النطاق التجاري في توليد الطاقة الكهربائية

تعتمد كثير من البلدان على الطاقة النووية لتوليد الكهرباء. ووفقاً لإحصاء أجرته الوكالة الدولية للطاقة في ديسمبر 1991 هنالك421 محطة نووية لتوليد الطاقة تعمل في جميع أنحاء العالم تبلغ إجمالي سعاتها3026 ميجاوات، وقد وصلت نسبة مشاركة الطاقة النووية في بلجيكا 60.1%، وفي كوريا49.1% من إجمالي الطاقة الكهربائية المولدة فيهما. أما الولايات المتحدة الأمريكية ففيها أعلى سعة مركبة من المحطات النووية في العالم، حيث تبلغ 101 ميجاوات أي بنسبة 20.1% فقط. 

كيف تعمل محطات توليد الكهرباء من الطاقة النووية

تشبه المحطة النووية، في الكثير من مكوناتها، المحطات البخارية التقليدية، التي تنتج الطاقة من حرق أنواع الوقود الحفري، ولكن الاختلاف الأساسي في الآتي 

1. طريقة توليد الحرارة اللازمة لتكوين البخار.

2. التحكم في توليد الحرارة.

3. إجراءات الأمن ضد الإشعاعات.

اقرء المزيد

RING MAN UNITS

The criteria for the connection of large electrical loads are detailed in Imperial

College Technical Policy Statement E4 and for the separation requirements of

LV switchboards in Technical Policy Statement E5. This Technical Policy

Statement sets out the technical requirements for the College's main electrical

distribution equipment and includes interface and protection arrangements

2.0 HV Switchgear

Overview

Multi-panel switchboards or ring main units (RMUs) control the College's

6.6kV and 11kV networks. Both networks are connected as ring circuits but

operate as radial feeds. Each ring has a third feeder coupled, where

possible, at a node representing one half of the total ring current. The

distribution feeders are protected against over-current and earth faults at the

main switchboards and do not rely on intermediate downstream protection.

Therefore, incoming circuits on intermediate switchgear panels are not

equipped with protection relays and are used for manual sectionalising only.

This replicates the function of the ring switches on RMUs.

Multi-panel switchboards are used in substations where a third feeder

interconnection is made and/or other switched HV functions are required

e.g. PFC Capacitors and remotely switched transformer feeders.

RMUs are used in substations utilizing plain transformer feeders and offer

cost and possible space savings over multi-panel switchboards. Further

savings are made if the RMUs can be close coupled to the transformers and

some substations within Imperial College are equipped with up to 3 x

1600kVA transformers connected in this way.

2.1 HV Multi-panel Switchboards

These shall be procured from Imperial College Framework Agreement

Manufacturers and incorporate the following:

• 12kV minimum rms working voltage

• 630A minimum circuit breaker and bus-bar rating

• 25kA – 3s symmetrical fault rating

• Micom P121 or Sepam1000 protection device on transformer

feeders only. Device equipped with auxiliary relays to receive LV

intertrip and lockout signals.

• Vacuum breaking medium

• Bus-section circuit breaker

• All circuit breakers to be independent manual closing control and

fitted with 30V DC trip coil for local manual and protection trips

• All circuit breakers to have lockable electrical trip control switches

• One set of auxiliary contacts shall be wired out on the transformer

panels to provide an inter-trip signal to the transformer LV circuit

breaker, which also acts as an interlock to prevent closure of the LV

circuit breaker until the HV circuit breaker is closed.

2.2 HV Ring Main Units (RMUs)

These shall be procured from Imperial College Framework Agreement

Manufacturers and incorporate the following:

• Through symmetrical fault rating 25kA 3s

• Independent manual ring switch operation with minimum 630A

rating for load switching and through fault making capacity.

• 200A rated vacuum or SF6 circuit breaker for controlling outgoing

transformer feeder.

• Circuit breaker symmetrical breaking capacity of 21kA 1s

• Non-TLF protection e.g. Schneider VIP 300 unit or discrete relay as

in 2.1

• 30V DC shunt trip coil

• One set of auxiliary contacts shall be wired out on the transformer

panels to provide an inter-trip signal to the transformer LV circuit

breaker, which also acts as an interlock to prevent closure of the LV

circuit breaker until the HV circuit breaker is closed

• Suitable for close coupling to the transformer. Close coupled RMUs to

have ground braced framework and not rely on the transformer LV

flange for sole support.

3.0 Transformers

These shall be procured from Imperial College Framework Agreement

Manufacturers and be as follows:

• KNAN Midel liquid cooled type

• Nominally 11/0.433kV but if operated from the Imperial College

6.6kV network 11/6.6/0.433kV dual ratio.

• Vector Group Dyn11

• Suitable for mounting close coupled RMU

The following shall be fitted:

• Liquid Temperature Gauge with maximum temperature indicator

and alarm and trip contacts

• Pressure relief device with trip contacts

• Marshalling cubicle for accessory small wiring

• Off-circuit HV tappings at ± 2.5% and ± 5% with lockable switch

• Transformers in excess of 1600kVA, LV bus-bar flanges for

coupling bus-bar ducting

In exceptional circumstances it may be desirable to install cast resin

transformers with the following fittings:

• Nominally 11/0.433kV but if operated from the Imperial College

6.6kV network 11/6.6/0.433kV dual ratio.

• Vector Group Dyn11

• Thermocouple winding temperature system with 2

thermocouples/winding and monitoring module providing

temperature indication, alarm and trip signals

• IP23 enclosure. The IP index may be reduced if AN cooling

cannot be achieved but clearances to live conductors must be such

to comply with the IP standard "finger" test. Forced cooling of the

enclosures shall be avoided

• Access to core and windings shall be limited by either a) interlocked

doors with keys released by both HV and LV circuit breakers or b)

removable panels with fastenings operated with special tools

• Off-circuit HV tappings at ± 2.5% and ± 5% by means of bolted

links

• Transformers in excess of 1600kVA, LV bus-bar flanges for

coupling bus-bar ducting

4.0 LV Switchgear

These shall be procured from Imperial College Framework Agreement

Manufacturers. Switchboards shall be of Form 4 Type 7 construction in

accordance with Imperial College Technical Policy Statement E5 and

incorporate the following:

• Air Circuit Breakers (ACBs) on all incoming and bus-section

switches. The incoming ACBs to be equipped with Alstom P121

relays and, if transformer incomers, they shall have facility for

restricted earth fault (REF), trip lockout with contacts to intertrip HV

circuit breaker and auxiliary relays to accept trip and alarm signals

from the transformer liquid temperature device and trip signal from

the over-pressure device and, separately, trip receive from HV

circuit breaker.

• Incoming panels and outgoing circuits rated 50kW or greater, including

spares, shall have Socomec meters equipped with RS 485 Comms

output modules only. Socomec A40 meters shall be used for the

incoming circuits and Socomec A20 meters used for the output circuits.

The RS 485 outputs shall be "daisy chained" using screened twisted

pair & drain wire cable (Beldan or equivalent) and terminated in a

separate marshalling cubicle. The number of output networks to be

used, compatible with the College Trend System will be advised by the

College Engineering Team but no more than 31 instruments shall be

linked together

• Meters on sub-distribution panels supplied from switchboards

described above shall be equipped similarly, except the incoming

meter shall be omitted.

• No protection or metering required on bus-section breakers

• A separate cubicle shall be provided for the termination of all

metering outputs and external control circuits. Safe access shall be

possible with the switchboard live

• At the South Kensington Campus incoming and bus-section circuit

breakers shall not be interlocked. At remote campuses LV interlocking

is at the discretion of the HV network owner.

• Outgoing switches up to and including 630A shall be fuse-switch

type

• 30V DC auxiliary supply (shared with HV equipment)

• Outgoing switches equal to or greater 800A shall preferably be ACB

type However, switches in the range 800A – 1250A can be MCCB type

if it can be shown that discrimination can be achieved with downstream

devices

• Preferred switches are of Schneider manufacture

5.0 Cable Systems

HV Cable

• XLPE, Cu, SWA with LS0H oversheath, sized 240mm² for all main

feeders and 95mm² for all transformer feeders, except when close

RMU coupled.

• Cleated to ladder rack and not tie wrapped.

LV Cable & Conductor Systems

• XLPE, Cu, SWA with LS0H oversheath, multicore

• XLPE, Cu, AWA with LS0H oversheath, 1c for transformer incomers

equal to or less than1600kVA

• Transformer incomers > 1600kVA to be connected by bus-bar

trunking

• Cables to be cleated to ladder rack or tray. Tie-wraps may used on

earth conductors or cables, 50 mm² or smaller only

6.0 Auxiliary Equipment

Battery & Charger

• 30V DC with charger failure alarm for remote signalling. (BMS)

Substation Cooling

• Preferably is air natural. If forced air is required is naturally vented

input and forced output.

• Temperature alarm required for remote signalling. (BMS)

7.0 Earthing

This section shall be read in conjunction with Technical Policy Statement E7 –

Earthing Requirements.

Wall mounted main earth bar to be provided. If immediate ground access is

available two earth electrodes are to be provided with target earth resistance

of 10 ohms each. The following bonding shall be made at all South

Kensington substations:

• Panel HV switchgear, one bond at each end

• RMU, one bond. This may be to transformer if close coupled

• Transformers 2. One on each lug or boss

• LV Switchgear, one bond at each bus-bar section

• LV Neutral Earth within switchboard to main earth bar via

removable links. One link for each transformer incomer.

• Incoming HV cable armour. One bond per cable

• All outgoing cable earth conductors bonded to main switchboard

earth bar

For other Imperial College campuses the requirements of the local electricity

operator shall be adhered to. Where LV earths are the responsibility of

Imperial College, then earth electrodes less than or equal to1 ohm shall be

provided and permission to bond to the HV earth sought from the electricity

operator.

RELATED DOCUMENTS :

E4 – Connection of large electrical loads

E5 – Separation form for LV switchgear

E7 – Earthing

 Growing in the electrical feld is shocking

Since it is not posible to draw the schematic, I am trying to gove you the required detail by giving you an expample:-

1 Suppose you want to feed 11 kv power to number of CSS/ OR Transfomers, for example 4 nos of 1250 KVA CSS 11kv/415v. 

2. Than you can do this by selecting 2 Nos of out going feedeers from 11 kv distribution breaker panel with 2 Nos of required size of 3 c 11 kv cable.

3. Th efirst feeder cable to terminate RMU -1 (RMU one incoming breaker / isolator / Load break switch as per application of load) wioth two numbers of Out going breakers/ isolators/ load break switch as per the application of load.

4. Out of two out going of RMU one is connected to CSS-1 

5. Other Out going of RMU to incoming of RMU -2

6. Same way Out going of RMU-1 to CSS -2 and Other out going feeder to RMU-3

7. From RMU -3 out going 1 to CSS-3 and outher out going feeder to RMU-4 out going

8. RMU - 4 will receive incoming from 2nd feeder of 11 KV out going distribution panel.

9. RMU -4 out going one will recive cable from RMU -3 and RMU -4 other out going feeder to CSS-4

اقرء المزيد

المولدات الكهربائية : التركيب, تحديد الاعطال ,الصيانة

بسم الله الرحمن الرحيم

في هذا الموضوع اريد ان اوصل فكرة اشتغال المولدات الكهربائية و طرق التحايل في التركيب من اجل اختصار الكلفة في التصنيع و التطرق تركيب المولدات بجميع اشكالها ...
ثم التعرف على كيفية تحديد العطل في حال عدم التوليد و يكون ذلك وفق خطوات محددة و ثابته لكل نوع ...
و اخيرا كيفية اجراء الصيانة على الاعطال .... 

جميع المولدات يتم فيها استخدام المكائن التزامنية و هي ناجحة الى حد كبير في هذا المجال ...
اما لماذا لا نستخدم المكائن الحثية فهذا يعود الى عدم امكانية التحكم بالتردد و الجهد كل على حده . انما هذه الخاصية تتميز بها المكائن التزامنية ...
نظرية الاشتغال : بصورة مبسطة نحتاج الى تيار ثابت الاتجاه يقطع ملفات التوليد للحصول على جهد متناوب يعتمد مقداره على مقدار ذلك التيار و يعتمد تردده على سرعة الدوران ...
تركيب الماكنة التزامنية : تتركب هذه المكائن من الجزء الدوار Rotor و الذي يمر فيه تيار الفيض المغناطيسي و هو تيار مستمر قابل للتحكم في شدته من اجل التحكم في جهد الخرج .. ثم الجزء الثابت Stator او كما نسميه المنتج Armature و هذا الجزء هو الذي يحمل ملفات القدرة ( التوليد ) .
الاختلاف في تركيب المولدات يكون عادة باختلاف طرق توليد التيار المستمر الذي سيحقن في الجزء الدوار ... ولكن رغم كل هذه الاختلافات تبقى نظرية الاشتغال نفسها و تبقى الماكنه تزامنية و يكون الفرق فقط بالكفاءة بين طريقة واخرى ..

النوع الاول و الذي يستخدم فيه جزء دور يحمل حلقات انزلاقيه عدد 2 Slip Rings

هذه الطريقة تستخدم للمولدات الصغيرة و التي لا تتجاوز قدرتها 5.5 KW لان تيار الاثارة فيها يكون صغير يمكن لنظومة AVR ان تحمله ... و في حال استخدام هذه الطريقة مع المولدات الكبيرة فيتم توصيل منظومة AVR الى ثايرستور و يتم تحميل تيار الاثارة عن طريق الثايرستور
في هذا النوع من المولدات يتولد جهد صغير عند بدء الدوران مقداره 4 - 10 فولت في المولدات الصغيرة و 8 - 25 فولت في المولدات الكبيرة . هذا الجهد يسببه الفيض المتبقي في حديد الجزء الدوار و يسمى Resdual Flux هذا في المولدات الكبيرة و يعتمد فيها مقدار الجهد الابتدائي على قوة الفيض المتبقي و سرعة الدوران ...

اما في المولدات الصغيرة في الصغيرة فتوضع مغانط على ضهر كل قطب من اقطاب الجزء الدوار لضمان توليد الجهد الابتدائي ...
وايضا يعتمد مقدار الجهد الابتدائي على قوة المغانط و سرعة الدوران ...
الآن يأتي دور منظومة AVR حيث انها تستلم الجهد من ملفات مساعدة توضع بين ملفات القدرة و يحولها من AC الى DC و يحقنها في ملفات الجزء الدوار عبر البروشات و الحلقات الانزلاقية وبذلك سوف يزداد الفيض المغناطيسي على ظهر اقطاب الجزء الدوار مما يزيد من الجهد المتولد في ملفات القدرة و ملفات الاثارة و هكذا تستمر العملية الى ان يصل الجهد الى الجهد المقنن و الذي تتم معايرته من خلال منظومة AVR

نموذج لكارت AVR المستخدم مع مولدات 5.5 kw .

يتم تحديد العطل في هذه التركيبة من المولدات بخطوات محددة و متسلسلة :
1- نفحص جميع اطراف ملفات الجزء الثابت مع الشاصي و مع بعضها البعض اذا كانت المولدة ثلاثية الطور للتأكد من عدم وجود تسريب او تماس . و هذه الخطوة من الضروري جدا اجراءها في بداية الفحص . وكذلك ملفات الجزء الدوار .
هذا العطل سببه التحميل الزائد باستمرار او تعرض الملفات للرطوبة اثناء التشغيل مما يؤدي الى انهيار العازل بين الاسلاك .

2- نفحص قوة الفيض المتبقي او ( قوة المغانط بالنسبة للمولدات الصغيرة ) ربما تكون ضعيفة جدا .. و تتم هذه العملية بفصل احد اطراف منظومة avr ثم ندور المولد و نقيس الجهد الخارج فاذا كان ضعيف جدا او صفر فهذا يعني ان المشكلة في قوة الفيض .
هذا العطل سببه ترك المولد بدون تشغيل فترة طويلة مع تعرضها لحرارة الشمس القوية مما يؤثر على قوة المغناطيس .
3- نفصل طرفي منظومة avr من البروشات و نوصل بدلا منهما 12 فولت ( القطبية غير مهمة ) من نفس بطارية المولد . هذه الخطوة نعملها اثناء دوران المولد فنلاحظ توليد جهد يصل الى الجهد المقنن للمولد و هذا يعني ان المشكلة في منظومة avr .
هذا العطل سببه الرئيسي ايقاف الدوران قبل فصل الحمل الكهربائي و هذا يؤدي الى اضعاف رد فعل الجزء الدوار و ارتفاع تياره بشكل مفاجيء و اتلاف منظومة avr لكونها العنصر الاضعف في دائرة الاثارة .
4- نفحص البروشات و توصيلها مع ملف الجزء الدوار مرورا بالحلقات الانزلاقية .
هذا العطل سببه تراكم الكاربون على الحلقات الانزلاقية من كثر التشغيل بدون ادامة . او وجود ارتخاء في نقاط التوصيل بين البروشات و منظومة avr .

اصلاح الاعطال
1 - العطل الاول يعني ان الملفات تالفة و يجب اعادة اللف من جديد ...

2- العطل الثاني يتم اصلاحة بتوصيل الجزء الدوار الى بطارية 12 فولت و تشغيل المولد لمدة 30 الى 60 دقيقة لا عادة مغنطة اقطاب الجزء الدوار .
3- اكثر ما يتلف في منظومة AVR هو الثايرستور الذي يحمل تيار الاثارة . و بعض الاحيان يفصل الفيوز فقط ..
فاذا امكن اعادة المنظومة للعمل فبها و الا فاستبدالها
4- تغسل الحلقات الانزلاقية بالبنزين حتى تضهر بلونها الذهبي البراق ...
و نعمل صيانة على اطراف منظومة AVR و نستبدل ترامل التوصيل و كذلك البروشات اذا كانت منتهية وان لم تكن منتهية فنجلي و جهها الملاصق للحلقة الانزلاقية بحيث نوفر اكبر مساحة سطحية للتلامس بينهما .

النوع الآخر من المولدات و هو الافضل و السائد و الاكثر تكلفة و كفاءة .... هذا النوع نفس السابق من حيث الجزئين الثابت و الدورا . الا ان الجزء الدوار لا يحتوي على حلقات انزلاقية و لكن يحتوي على مولد ثلاثي الطور صغير في نهايته تنتهي اطرافه بقنطرة دايودات ثلاثية الطور لتحويل التيار الى مستمر و حقنه مباشرة الى ملفات الاثارة في الجزء الدوار ... مخطط الدائرة الدايود المستخدم للتقويم قنطرة الدايودات عبارة عن قطعتين من الالمنيوم مفصولتين عن بعض تشكل كل منهما نصف دائرة تقريبا . و تحمل كل قطعة 3 دايودات . يتم تثبيتها بصورة جيدة لانها تدور مع الجزء الدوار الواح الدايودات

الان رفعنا الحلقات الانزلاقية و الفرش الكاربونية و تم استبدالهما بمولد صغير يوضع في نهاية المولد الرئيسي ...
المولد الصغير هذا يشبه الى حد كبير داينمو السيارة ( من حيث التركيب و العمل ).. يولد جهد ثلاثي الطور يتم تقويمة بقنطرة دايودات و يحقن في ملفات الاثارة للمولد الرئيسي و المتمثلة بالجزء الدوار ...
تحديد الاعطال في هذا النوع
1- تعاد نفس الاجراءات الثلاث الاولى و التي ذكرناها في النوع الاول ... و للعلم ان خرج منظومة AVR سيتصل بملفات الاثارة Exiting Field للمولد الصغير بدلا من الفرش الكاربونية .

2- مقاومة ملفات الاثارة لمولد الاثارة عادة هي 20 اوم و بعض المولدات القديمة تكون 6 اوم ... و للتاكد من سلامتها اكثر يمكن توصيلها الى بطارية 12 فولت و قياس التيار و مقارنته بالنتائج النظرية لقانون اوم . ثم التاكد من عدم وجود تماس بينه و بين القلب الحديدي له .
ملفات الاثارة هذه نادرا ما تعطل . و ان حصول تماس بسيط بين الملفات لا يؤثر على عملها لان التيار الداخل اليها مستمر و يتم تحديده من مقاومة الملفات .
3- يتم استخراج الدايودات بعد تأشير مواقعها حيث ان كل جهه تختلف قطبيتها عن قطبية دايودات الجهه الاخرى .
اقصد باختلاف القطبية ان يكون جسم الدايود هو الطرف السالب و القطب الوسطي هو الموجب ... و العكس في المجموعة الاخرى ... راجع توصيل قنطرة ثلاثية الطور .....

عطب الدايودات 95% من اسبابة التحويل الخاطي اي ارجاع تيار الشبكة على المولد . لذلك من الافضل تجنب ذلك باستخدام الجينج اوفر او اي الية تحويل آمنة ...

في ما تقدم كان محور كلامنا عن مولدات الديزل و التي تتجاوز قدراتها عن 5,5 كيلو واط .
نأتي الان الى المولدات الصغيرة و التي تكون قدراتها 5,5 كيلو واط او اقل ....

هذه المولدات اخذت رواجا كبيرا في بعض البلدان و هي تعمل بالبنزين . و بعضها بالكاز ....
هناك نوعين من طرق التوصيل لهذه المولدات فبعضها يتكون من التركيبة التقليدية التي مرت بنا في بداية الموضوع ...
و هي تحتوي على منظومة AVR و بروشات ..
الا ان تغذية AVR ليست من ملفات القدرة .. انما هنالك ملفات توضع مع ملفات القدرة يمكن تمييزها حيث ان عدد لفاتها اقل و مساحة مقطع سلكها اقل ايضا تسمى ملفات الاثارة Exiter.

يتم تحديد الاعطال في هذا النوع كما يلي :
1- تقاس مقاومة ملفات القدرة بالاوميتر و هي تبلغ 2.5 اوم لمولدات 2.5 كيلو واط . و 1.5 اوم لمولدات 5.5 كيلو واط ... واذا كانت المقاومة اقل من هذه فيمكن الحكم على ملفات القدرة بانها معطوبة و يجب اعادة اللف بنفس البيانات...

2- تفحص ملفات القدرة مع الشاصي و في حال التوصيل فالملفات معطوبة ..

3- يعاد نفس الفحص اعلاه مع ملفات الاثارة حيث ان مقاومتها 1.5 الى 2 اوم ...

4- نفحص ملفات الجزء الدوار حيث ان مقاومته 35 الى 40 اوم لمولدات 2.5 كيلو واط و 25 الى 30 اوم لمولدات 5.5 كيلو واط بعد التأكد من سلامة البروشات و نظافة الحلقات الانزلاقية من الكاربون و الصدأ...
و في حال كانت المقاومة اقل ذلك فنحكم عليها انها معطوبة و فيها قصر ...

5 - نفحص ملفات الجزء الدوار مع الشاصي و في حال التوصيل فهي معطوبة ...

6- نرفع منظومة AVR و ندور المولد و نقيس الجهد فيكون بحدود 5 الى 10 فولت و الا فالمغانط على ظهر الجزء الدوار تالفه ...
و هنا نهمل المغانط و نغذي البروشات من البطارية عبر مفتاح بوش نضغطه عند بدء التشغيل لفترة ثانية او ثانيتين لعمل اثارة ابتدائية ثم تتولى منظومة AVR باقي المهمة .. هذه الطريقة نظطر لعملها لصعوبة ازالة المغانط و استبدالها و خطورة هذا العمل . لان المغانط تدور بسرعة 3000 دورة و تكون عرضة للتطاير في حال عد تثبيتها بطريقة فنية خاصة ..

7- نرفع منظومة AVR و نوصل بدلا منها بطارية 12 فولت مع البروشات ( بعد التأكد من سلامة البروشات ) و ندور المولد فنلاحظ توليد جهد مقدارة 200 الى 230 فولت .

و هنا يمكن الحكم على AVR انه تالف ... و يجب استبداله .

لنوع الاخير و فيه طريقة توصيل غريبة بعض الشيء عن نظام المكائن التزامنية ...

يحتوي العضو الدوار على ملفين منفصلين و كل منهما مغلق على نفسه بواسطة دايود .. بحيث يكون اتجاه التيار متعاكس ...
اما ملفات الاثارة فهي نفسها التي تكلمنا عنها في النوع السابق .. الا انها لا تغذي منظومة AVR و لا بروشات و لا حلقات انزلاقية ...
هي الاخرى ايضا تنغلق على نفسها بمكثف 15 مايكرو لتحديد التيار .
اما ان يكون المكثف تالف .. او احد الدايودات او كليهما ...
و باقي الاعطال نفس ما ورد سابقا ..

 

المكائن التزامنية هي المفضلة دائما لاستخدامها كمولدات و قلنا السبب لكونها تتحكم بالجهد و التردد بشكل منفصل ...
اما التردد فيكون التحكم به من خلال التحكم بالسرعة فأذا كان عدد الاقطاب 2 نجعل السرعة 3000 دورة/ دقيقة .. و اذا عدد الاقطاب 4 نجعل السرعة 500 دورة / دقيقة ..
طبعا هذا التقارب معمول حسابه مسبقا من قبل الشركة المصنعة ...
او اذا اردنا اختيار محرك لتوصيله بالمولد فعلينا مراعاة السرعة الاعتيادية للمحرك مقارنة بعدد اقطاب المولد ...
هذا كله للحصول على تردد 50 هرتز ...
او اللجوء الى المعادلة الاصلية

كود:

N=60׃÷p

ثم يتم التحكم بالجهد من خلال المقاومة المتغيرة في منظومة AVR .

 

في كل منظومة AVR توجد ثلاث مقاومات متغيرة ...
- الاولى مكتوب عليها v و هي للتحكم بالجهد ...
- الثانية مكتوب عليها s و هي للاستقرارية Stablity . هذه لاخراج المولد من حالة التأرجح في الجهد .. حيث نرى احيانا ان المصباح يتأرجح بانتظام و شدة اضاءته تتغير صعودا و نزولا و يمكن ايضا مشاهدة ذلك من خلال تأرجح جهاز قياس الجهد و تكون الحالة واضحة اكثر في الاجهزة ذات المؤشر ...
حيث بتغيير بسيط في هذا البوت نتغلب على هذه المشكلة ...
- البوت الثالث مكتوب عليه v/ و هذه للمحافظة على الاحمال الحثية حيث تعطى نسبة ثابته و يتم المقارنة بها ففي حال تجاوزها تقوم منظومة AVR بقطع التوليد مباشرة ...

بعض الاسئلة حول هذا النوع من الربط للمولدات وهي :

 
1- ما هي فائدة المتسعة ؟ وماذا يحد ث اذا تم زيادة قيمتها او نقصانها ؟

فائدة المتسعة توليد تيار اثارة بالتبادل مع الجزء الدوار . و بدونه لايمكن ان يتولد جهد الا اذا تم توصيل المولدة بالحمل و عندها لا يمكن التحكم بالجهد ..
اما زيادة سعتها يؤدي الى ارتفاع تيار الاثارة و حرق الملفات و ارتفاع جهد الخرج و نقصانها يقلل من قدرة المولدة و انخفاض الجهد ..

 

  2- كيف يحصل الجزء الدوار على الاثارة ؟ هل عن طريق هذه المتسعة ؟ 

يحصل من الدائرة المغلقة ( ملفات الاثارة + المتسعة ) في الحقيقة هو الهدف الرئيسي من المتسعة غلق دائرة الاثارة و تحديد تيارها ..

 

  3- في بعض الاحيان نجد ان المولد لايولد ولكن عند زيادة قيمة المتسعة تقوم المولدة بالتوليد مالسبب ؟

هذه الحالة تحصل بسبب وجود ضعف في المغانط المثبته على ظهر الجزء الدوار ... و بدل زيادة المتسعة اضغط على دواسة الوقود لزيادة السرعة فتجد ان المولدة بدأت بالتوليد بعدها يمكنك اعادة السرعة الى الوضع الطبيعي و تستمر المولدة بالتوليد .

 

  4- ايضاً قد نجد ان الدايودات قد احترقت ماالسبب ؟

الدايودات تحترق لسببين رئيسيين في جميع انواع المولدات .. ارجاع تيار كهربائي من الشبكة الى المولد او ايقاف دوران المحرك قبل فصل الحمل ( و بالاخص اذا كان الحمل كبير نسبيا )
 

اقرء المزيد

بعض المعلومات الهامة عن الاحمال الكهربائية

الاحمال الكهربائية
قبل دراسة الاحمال و تاثيرها على معامل القدره يجب دراسة منظومة القدره الكهربيه .

منظومة القدره الكهربيه
هي شبكه مكونه من مجموعة عناصر متصله و مترابطة مع بعضها و مصممه بحث تقوم بنقل الطاقه الغير كهربيه بصفه مستمره الى طاقه كهربيه ثم تقوم بنقل هذه الطاقه عبر مسافات طويله عند جهود عاليه جدا الى مواقع الاحمال حيث يتم تحويل الطاقه الكهربيه الي صور اخرى من الطاقه يمكن الاستفاده منها (الاضاءه – التسخين – التحريك).
صفات منظومة القدره الكهربيه
1- الامان في التشغيل .
2- الاعتماديه .
3- اقتصاديه في تكاليف التشغيل و الصيانة.
4- غير ملوثه للبـيـئه.
مكونات منظومة القدره الكهربيه من وجهة النظر الهندسيه
1- المنظومه الفرعيه للتوليد generating subsystem
2- المنظومه الفرعيه للنقل transmission subsystem
3- المنظومه الفرعيه القديمة للنقل sub transmission sub system 4- المنظومه الفرعيه للتوزيع distribution sub system
5- المنظومه الفرعيه للاحمال usage subsystem
المنظومة الفرعية للاحمال
ليس هناك تعريف دقيق للحمل ولكن قد تم الاتفاق على ان الحمل الكهربي هو شدة التيار المطلوب لتشغيل الاحمال او القدره الكهربيه التي يستهلكها الحمل .
تعتبر معظم الاحمال الكهربيه اجهزه لتحويل الطاقه الكهربيه الى صور اخرى من الطاقه مثل :المحركات – السخان - الثلاجات –و غيرها
فهذه الاجهزه هي اجهزة تحويل الطاقه energy conversion devices
بما ان منظومة القدره الكهربيه تبداء باجهزة تحويل الطاقه ( المولدات ) فانها ايضا تنتهي باجهزة تحويل الطاقه وهي الاحمال الكهربيه .
تقسيم الاحمال من حيث النوع
نظرا للتنوع الكبـير في الاحمال فانه يمكن تقسيمها من ناحية النوع الى قسمين
1- احمال استاتيكيه static load
2- احمال ديناميكيه dynamic load

الاحمال الاستاتيكيه:
وتعرف بالاحمال الساكنه وهي تلك الاحمال التي لاتحتوي على اجزاء متحركه مثل السخانات و الدفايات الافران الكهربيه و اجهزة الاضاءه .
الاحمال الديناميكيه:
و تعرف بالاحمال المتحركه وهي تلك الاحمال التي تحتوي على اجزاء متحركه مثل المراوح و المحركات .
الحمل الكهربائي هو عنصر في الشبكة ويستهلك طاقة كهربائية  ,ونعرف الحمل الكهربائي بأنه كل ما يتصل بالشبكة ويستهلك طاقة كهربائية وتعددت انواع الاحمال فمنها الحمل المادي نسبة الى وجود المقاومات المستهلكة كاحمال اللمبات ومنها الحمل الحثي التي تحوي الملفات مثل احمال المكيفات ومنها الحمل السعوي ونحن كمهندسين او فنيين كهربائيين يهمنا تقدير الاحمال في التمديدات الكهربائية في المباني او المنشآت وقبل ان نعرف مراحل تقدير هذه الاحمال ينبغي ان نعرف انواع هذه الاحمال ويمكن تصنيف الاحمال الى نوعين رئيسيين هما:

أ- الاحمال الصناعية :
تعتمد هذه الاحمال على العملية التكنولوجية المستخدمة في الصناعة وانواع الماكينات والاجهزة المركبة. وتتوافر جداول خاصة تبين الاحمال الكهربائية النوعية لكل صناعة على حده. أي ان هذه الاحمال معروفة من قبل المصنع ومحدده مسبقا وهذا يسهل الحسابات والتقديرات المستقبليه للاحمال

ب- الاحمال الغير صناعية :
وتغطي جميع انواع الاحمال الكهربائية -منازل - منشآت تجارية - مدارس - مستشفيات - جامعات . ويمكن تصنيفها كالتالي: 

احمال الانارة ( الاضاءة)
احمال الاجهزة الكهربائية : مثل ماكنات التصوير غيرها اعمال التكييف: اجهزة التبريد والتسخين الاحمال الكهربائية لاجهزة المياه : مضخات - سخانات احمال اجهزة الانذاراحمال الكهربائية للمصاعد والسلالم المتحركة وغيرها 

مراحل تقدير الاحمال الكهربائية

1- المرحلة الابتدائية يتم تقدير الاحمال الكهربائية في هذه المرحلة باستخدام الاحمال الكهربائية النوعية بمعرفة المساحات الفراغيه المعارية الاليه في المشروع بهذه المرحلة يمكن تحديد الاحمال الكليه للمشروع ومنها يمكن معرفة متطلبات التجهيزات الكهربائية كمالحولات وغيرها. 

2- مرحلة التصميم الاولي:
يتم في هذه المرحلة تحديد الخدمات الكهربائية المطلوبة وتحديد مخططات القدرة الاحادي للنظام او single line diagram واختيار الفولطية المناسبة للتوزيع المعتمد وفي هذه المرحلة يتم تحديد مساحات غرف الكهرباء بدقة وكيفية تمديد الكابلات. 

3-مرحلة التصميم المتقدم يتم حساب مقاطع الكابلات بناء على الحسابات التي قمنا بها في المرحلة السابقة كما نقوم بتوزيع اماكن لوحات التوزيع الرئيسية ويتم في هذه المرحلة اعتماد نظام التأريض للمنظومة. 

4- الاحمال الكهربائية في مرحلة التصميم النهائي:
عند الانتهاء من التصميم النهائي للمشروع تكون الاحمال الكهربائية قد تحددت بدقة وبالتالي يمكن تحديد احجام وسعات لوحات التحكم بالمحركات واللوحات الرئيسية والقواطع. 

يقاس الحمل الكهربائي بوحدات الفولط. أمبير أو ( الواط) أو ( الكيلو. وات)
فئات المستهلكين:
1- المستهلك المنزلي: يقصد به المنازل والشقق الصغيره والفلل والقصور
2- المستهلك التجاري: يندرج تحته المباني الحكومية والمجمعات التجارية والمطاعم
3- المستهلك الصناعي: المصانع والورش
4- المستهلك الزراعي: المزراع والمراعي التي تستخدم التجهيزات الكهربائية وهو يعامل معاملة المستهلك الصناعي في حساب القدرة المستهلكه .
عامل الطلب او (demand factor (DF:
يعرف بانه العلاقة بين الطلب الاقصى والحمل المترابط ، ويعرف الحمل المترابط انه الحمل المقرر للمستهلك عند نقطة معينة
DF = الطلب الاقصى / الحمل المترابط اذن الطلب الاقصى = DF * الحمل المترابط علما ان DF للمعدات الافرادية يترواح قيمته بين 0.1 الى 1.0  

تستهلك الأحمال الكهربية (المواتير-السخانات-الأفران-................) مركبتين من الطاقة الكهربية:  

الطاقة الفعالة :وهى تقاس بالكيلووات ساعة Kwh ويرمز لها بالرمز (P ) وهى تتحول الى شغل ميكانيكى أو حرارة أو إضاءة  

الطاقة الغير فعالة:وهى تقاس بالكيلوفارKVAR ويرمز لها بالرمز (Q) وتأخذ أحد الشكلين:
الطاقة الغير فعالة التي تتطلبها الدوائر الكهربية التأثيرية مثل المحولات والمحركات و...............
الطاقة الغير فعالة التي تتطلبها الدوائر السعوية مثل مكثفات الكابلات ومكثفات القوى و..............  

ويعرف المجموع الاتجاهي لكل من القدرة الفعالة والغير فعالة بالقدرة الظاهرية ويرمز لها بالرمزS
وهى بالكيلو فولت امبير KVA] S = P+Q]
عند توصيل مصنع أو شركة على شبكة الكهرباء فإن الأحمال الكهربية تسحب كل من القدرة الفعالة والقدرة الغير فعالة وتبعا لقيمة احتياجها من الطاقة الفعالة والطاقة الغير فعالة يتحدد معامل قدرة هذه الأحمال 

معامل القدرة:ويرمز له بالرمز(P.F) او(Ф(cos
معامل القدرة=(القدرة الفعالة / القدرة الظاهرة)=[P/S]
ويعرف ايظا بأنه جيب تمام الزاوية بين القدرة الفعالة والظاهرة وتتراوح قيمته من 0 الى 1 وكلما اقترب من الواحد كلم تعاظمت الفائدة العائدة على كل من المستهلك وشركة الكهرباء

متوسط قيمة معامل القدرة لبعض المعدات والأجهزة الكهربية
المحرك التأثيري الشائع بنسبة تحميل 100% =0.85
اللمبات التوهجية (التقليدية) =1.0
اللمبات الفلورسنت (بدون مكثف تعويض) =0.5 
اللمبات الفلورسنت (بمكثف تعويض) =0.93
ماكينات لحام بالمقاومات الكهربية=0.8/0.9
وحدات لحام بالقوس الكهربي=0.7/0.9
لماذا يجب تحسين معامل القدرة ؟؟؟؟
وحيث أن أغلب الأحمال الكهربية عبارة عن أحمال حثية (المواتير-الطلمبات-مصابيح الفلورسنت-..........)
فإنها تستهلك طاقة غير فعالة كبيرة لذلك يتم تركيب مكثفات قوى لتحسين معامل القدرة وذلك للحفاظ على القدرة الغير فعالة في مستوى أقل من القيمة التعاقدية التي يتم الاتفاق عليها مع شركة الكهرباء حيث تلزم الشركة المتعاقدين بألا يقل متوسط معامل القدرة عن0.9 فى السنة
وينص عقد توريد الكهرباء مع شركات التوزيع لبد معامل القدرة:
الأسعار موضوعة على أساس متوسط معامل القدرة 0.9 فى السنة
لكل 1/100 من انخفاض معامل القدرة عن 0.9 تزداد قيمة الطاقة بقدار 0.5% وذلك حتى معامل قدرة 0.7
لكل 1/100 من انخفاض معامل القدرة عن 0.7 تزداد قيمة الطاقة بمقدار 1%
معنى هذا أن المشتركين الذين يقل متوسط معامل القدرة لأحمالهم عن 0.9 تطبق عليهم فروقات الانخفاض طبقا لقيمة متوسط معامل القدرة0  

تحسين معامل القدرة من إستخدام محولات وكابلات وقواطع أصغر حجما بالاضافة إلى تخفيض الفقد والجهد الكهربي  

كيف يمكن تحسين معامل القدرة؟؟؟؟
يعتمد تحسين معامل القدرة على تقليل القدرة الغير فعالة الازمة للأحمال الكهربية بمعنى اخر أن المكثفات تركب لتوفير الكمية المطلوبة من القدرة الغير فعالة للأحمال الكهربية.
تحتاج أغلب الأحمال في المصانع لتحسين معامل القدرة إلى مجموعة مكثفات تعرف بالمراحل
Automatic self regulating capacitor bank
وهى عبارة عن مجموعة من المكثفات ومصهرات وكونتاكتورات وقاطع تيار وجهاز تحكم وتوصل المجموعة على التوازي مع أحمال المشترك وهذه المجموعة تقوم بضبط قيمتها أتوماتيكيا حسب الاحتياج للقدرة غير الفعالة
ويعتمد الضبط على قيمة الحمل غير الفعال بالدوائر المركب عليها المجموعة وكذلك بالتغير فيه والقيمة المطلوبة لمعامل القدرة.

مثال مبسط:
القيمة التعاقدية للأحد المنشآت =206 ك0وات
معامل القدرة حاليا=0.67
المطلوب رفع معامل القدرة إلى 0.95
أولا:يتم حساب القدرة الغير فعالة التى تستهلكها المنشأة عند معامل القدرة 0.67
cosФ=0.67 so, Ф=47.93°
Q=P X tanФ =206 x tan47.93=228.24 KVAR

ثانيا:حساب لقدرة الغير فعالة التى تستهلكها المنشأة عند معامل القدرة 0.95
cosФ=0.95 so, Ф=18.19°
Q=P X tanФ =206 x tan18.19=67.7 KVAR
إذا المنشأة تحتاج إلى لوحة مكثفات لتوفير 160.54 ك.فار لرفع معامل القدرة إلى 0.95 بدلا من 0.67

اقرء المزيد

المصباح الموفر للطاقة .. قنبلة موقوتة فى بيتك

 

بالرغم من انتشارها فى العالم وزیادة الاقبال على  شرائها لأنها توفر ما یقرب من 80 % من الطاقة الكهربیة بالمقارنة مع قریناتها المصابیح العادیة، لتساهم فى ترشید الطاقة الكهربیة كما ان سعرها ارخص من المصابیح العادیة الا ان المصابیح الموفرة بسبب احتوائها على غاز الزئبق  السام فإنها اصبحت قنبلة موقوتة فى بیتك عند انكسارها فإنها تنشر غاز الزئبق السام فى كل مكان بالغرفة لمدة 15 دقیقة ..
 

كیف تعمل ؟
تحتوى فى ابوبها الزجاجى الحلزونى على بخار الزئبق السام وتكون مطلیة " Energy-saving lamp " المصابیح او اللمبات الموفرة بالفسفور، وبمرور التیار الكهربي داخل غاز الزئبق فانه یؤدى إلى انبعاث الأشعة الفوق بنفسجیة والتى بدورها تحفز طبقة الفوسفور، فینبعث منها ضوء ابیض ساطع یمكن رؤیته بالعین المجردة.

ما هى اضرارها ؟
بسبب ضوئها الباهر فعندما تكون قریبة من الجلد بمسافة اقل من 30 سنتیمتر فإنها تسبب اضرارا بالغة للجلد وخاصة عند الذین یعانون من مشاكل بالجلد كالحساسیة والاكزیما ،" eczema "
حیث یقول البروفسور جون هاوك استشارى الجلدیة والمتحدث باسم جمعیة أطباء الجلد البریطانیین ( یبدو أن الأضواء الفلوریسیة تحدث تغییرا في الطبیعة الفیزیائیة للهواء المحیط ما یؤثر على جلد بعض الناس بل قد یصل الامر الى سرطان الجلد عند كثرة التعرض لها من مسافات قریبة ) كما ذكرت صحیفة دیلى میل البریطانیة، كما انها تسبب الاحساس بازدیاد نوبات الصداع النصفى لمرضاة, كما قد تسبب مشاكل لمن یعانون من نوبات الصرع عند كثرة التعرض لها.

ماذا یحدث اذا انكسرت المصابیح او اللمبات الموفرة ؟ 

هنا تكمن المشكلة الكبرى فكما ذكرت وزارة الصحة البریطانیة ان هذه اللمبات تحتوى على  6-5  میللجرام من غاز الزئبق السام " 
واذا انكسرت فان هذا الغاز ینتشر فى الهواء واذا استنشاقه الانسان فانة یسبب له العدید من المشاكل منها ضیق بالتنفس " mercury gas وصداع شدید وقد یصل الى    الاغماء، وتذید درجة الخطورة لدى الاطفال والمسنین.

ومن مخاطر استنشاق غاز الزئبق السام فقد قال د/ علي عبدالوارث " الأستاذ و المحاضر بكلیة العلوم , جامعة عین شمس " : إن الزئبق  خطر داهم، فهو یُحتجز بالأنسجة، خاصة في الكلي والكبد والطحال والمخ، ثم تظهر أعراض التسمم البسیط على الانسان مثل التعب والغثیان وقلة النوم وحدة الطبع وفقد القدرة الجنسیة وضعف الذاكرة.

ماذا قالو عن المصابیح الموفرة فى ابحاثهم ؟
یقول الباحث العلمى ( أندرس كریشنر ) : إن الضباب الدخاني المنتشر حول المصابیح عند إضاءتها یحتوي على غازات عالیة السمیة والخطورة، لذا یجب استعمالها بعیدا عن الرأس وفي أماكن مفتوحة، واضاف انه یجب القیام بدراسات إضافیة لئلا یتسبب ذلك في ذعر عام لدى المواطنین.

 وذكرت صحیفة دیلي میل البریطانیة : إن اللمبات الكهربائیة الموفرة تطلق غازات سامة مثل غاز الفینول والنفثالین والستایرین والتى تسبب العدید من الامراض منها السرطان عند تشغیلها لفترات طویلة، كما أن إبقاء المصابیح منارة لفترات طویلة وإبقاءها فوق رأس الإنسان یتسبب الصداع والغثیان بإطلاقه مواد سامة.

كما ان الاتحاد الاوروبى یدرس قرارات للتخلص من المصابیح الموفرة او تقلیل انتاجها قدر الامكان. 

وذكرت الهیئات العلمیة الدولیة تحذیرات ان العاملون فى مصانع المصابیح الموفرة یكونون أكثر عرضة لغاز الزئبق السام لدرجة تعرض صحتهم للخطر.

ماذا افعل اذا انكسر المصباح الموفر فى بیتى ؟
1. افتح نافذة الغرفة واخرج منها مدة لا تقل عن 15 دقیقة.
2. ارتدى قفاز وكمامة عند جمع الاجزاء المكسورة.
3. استخدم قطعة قماش مبللة بالماء لتجمع الاجزاء الصغیرة و المتناثرة و ضعها فى كیس بلاستیكى مغلق بإحكام.
4. لا تستخدم ابدا المكنسة الكهربائیة فى مكان الكسر قبل تنفیز الخطوات السابقة فانها تنشر الغاز فى كل مكان.
5. فى حالة حدوث تسمم لا قدر الله اتبع تعلیمات

اقرء المزيد

الخصائص الهامة لأجهزة الوقاية:

• الأنتقائية و التمييز Selectivity and Discrimination
تعنى الأنتقائية : أن ريلايهات الوقاية يجب أن تختارالجزء العاطل من الشبكة الكهربائية و تعزلة عن باقى الشبكة بسرعة حتى لا يسبب إتلاف المعدات المراد حمايتها.

يعنى التمييز: ان ريلايهات الوقاية لها القدرة على التمييز بين حالات التشغيل العادية و الحالات الغير عادية Abnormal cases. داخل المنطفة المحمية الخاصة بها فقط.
و بناً على ماسبق يجب أن لا تعمل ريلاهات الوقاية فى حالة وجود أعطال Fault خارج نطاق المنطقة المحمية.

• زمن تشغيل الريلاى – زمن عزل العطل Relay Time – Clearing Time.
زمن عزل العطل : هو الزمن الذى يبدأ من لحظة حدوث القصر و حتى لحظة فتح قاطع التيار CB.
(Circuit breaker)
زمن عزل العطل = زمن الريلاى (من لحظة حدوث العطل حتى غلق نقط تلامس الريلاى) + زمن قاطع التيار (من لحظة غلق نقط تلامس الريلاى إلى لحظة أخر اخماد للشرارة داخل القاطع.

FCT= TR + TC
FCT = Fault Clearing Time. (Total Break Time)
TR = Relay Time.
TCB = Circuit breaker Time.

و يجب معرفة زمن عزل العطل للاسباب التالية:
1. سرعة عزل العطل تقلل من احتمال انهيار المعدات المراد حمايتها , على سبيل المثال عمل اختبار لتيار القصر بقيمة 40 كيلو أمبير لمدة 80 مللى ثانية على قضبان توزيع رئيسية BB لم يحدث اى انهيار لها رغم قيمة التار الكبيرة , و عند عمل نفس الأختبار السابق عند نفس القيمة و لكن لمدة 5 ثوانى فقد حدث انهيار كامل للمعدات.

2. سرعة عزل العطل تساعد على تحسين أستقرار الشبكة الكهربيةStability و يؤخذ هذا فى الأعتبار عند وضع خطط الوقاية Protection Schemes  لخطوط الجهد العالى - المولدات الكبيرة - المحولات الكبيرة – المحركات .......
و على الرغم من من أهمية عزل العطل بسرعة إلا أن التاخير الزمنى  Time Lag  يكون مرغوب فيه للأسباب الأتية:-

1. لاعطاء فرصة للتمييز بين الوقاية الرئيسية Main Protection و الوقاية الأحتياطية Buck up Protection.

2. للتغلب على التشغيل الخاطئ للريلايهات فى الحالات التالية:
• التيارات الكبيرة الناتجة من بدية تشغيل المعدات (Starting Current)
• التيارات الناتجة من الحالات العابرة و الطارئة(Transient)
• التغير فى الأحمال ( Load Fluctuations) 

• الحساسية Sensitivity
تعرف حساسية الريلاى على إنها أقل قيمة كهربية يشتغل عندها .
و تعتمد قيمة أفل تيار قصر Minimum short Circuit Current لشبكة كهربية على الفروض التالية:
1. حدوث القصر عند نهاية الخط.
2. وجد افل عدد من وحدات التوليد.
3. أن تكون مقاومة القوس الكهربى الحادث وقت حدوث القصر كبيرة.
4. ألا تعمل الريلايهات عند قيمة أقصى تيار حمل Over Load مسموح به.
5. ألا تعمل الريلايها نتيجة قصر فى منطقة خارج المنطقة المحمية.

وعند أختيار حساسية الريلايهات نتبع الأتى:
1. قيمة أقل تيار قصر بالمنطقة المحمية.
2. قيم تيارات التشغيل المطلوبة للوقاية الرئيسية و الوقاية الأحتياطية.
و تعرف حساسية ريلايهات الوقاية باستخدام عامل الحساسية Ks التالى:

Ks=Isc/Io
Ks = Sensitivity factor.
Isc (min) = minimum short circuit current.
Io = minimum operating current


• الأستقرار Stability
خاصية الأستقرار هى ان يظل نظام الوقاية مستقراً و لا تعمل الريلايهات عند حدوث قصر خارج المنطقة المحمية او عند حدوث حالات فجائية.

• العول Reliability
يعنى العول ان:
1 – عدم فشل أجهزة الوقاية فى عزل القصر الحادث فى المنطقة المحمية.
2 – عدم حدوث أعطال بمكونات نظام الوقاية.
3 – ان تعمل أجهزة الوقاية عند الأحتياج فقط.

يعرف عول نظام الوقاية من البيانات الأحصائية المجمعة للشبكة الكهربية , و لا يمكن تحديدها عن طريق معادلات رياضية, و لكن عن طريق تسجيل إحصائى لتاريخ نظام الوقاية المراد معرفة عوله.

• الملائمة Adequateness
اذا كان الريلاى مصمما بحيث يلائم العمل عند جميع احتمالات الأعطال فان التكلفة تكون عالية جدا.
ولذا يكفى أن يكون الريلاى مصمما بحيث يلائم العمل الموضوع من أجله.

العوامل التى تتحكم فى ملائمة الريلايهات هى:
- قدرة المعدة التى سوف يحميها الريلاى.
- مكان و اهمية المعدة المحمية.
- أحتمالات التعرض لحالات غير عادية نتيجة أسباب داخلية او خارجية.
- تكالف المعدة المراد حمايتها.
- تأثير أنهيار المعدة على أستمرارية التغذية الكهربية

يجب مراعاة الملائمة عند اختيار نظام الوقاية للشبكة الكهربية و ذلك يعتمد على كفاءة التخطيط السليم, على سبيل المثال عند التخطيط لحماية محولات و محركات الجهد المنخفض يجب ان لايستخدم نظام وقاية ذات تكلفة عالية , ممكن عند تصميم نظام وقاية لمحول توزيع قدرة 250 كيلوفولت أمبيران تستخدم مصهرات ذات سعة قطع عالية على سبيل المثال.

• الأقتصاد Economics
تعنى محاولة تصميم نظام وقاية عالى الكفاءة بأقل التكاليف
الـ Time Setting Multiplierعمليا هو المنحى الذى يحدد العلاقة بين تيار القصر الذى يمر فى ملف التيار الخاص بالريلاى و بين زمن الفصل (زمن غلق اطراف نقط تلامس اشارة فصل القاطع) 

و يوجد لكل ريلاى عدد عشر منحنيات ترقم من 0.1 إلى 1 و الصورة التالية توضح هذة المنحنيات من نوع Normal Inverse

اقرء المزيد