• שימוש במשנה המתח, מסוג משולש פתוח, של הגנה וואטמטרית, לצורך קבלת אינדיקציה על מצב הרשת וזיהוי הפאזה המקוצרת לאדמה

    הגנה וואטמטרית, המיושמת בעיקר בתחנות של חברת חשמל, מודדת ומפסיקה את הקו בו מופיע ערך סף של וואטים במסלול תקלה לאדמה. הגנה (פחת) כיוונית, המוישמת אצל לקוחות במתח גבוה, לא מבצעת מדידה בפועל של וואטים אלא מדידה של מספר אלמנטים שפועל יוצא שלהם הוא הופעת וואטים במערכת. מהות הפעולה היא זהה ולכן יועצים וחשמלאים רבים מכנים את הגנה הזו גם כהגנה וואטמטרית. מאמר זה, מורכב משני חלקים : חלק I : רקע על ההגנה, חלק II: מציג את הקשר בין מצב הרשת לבין המשנה מתח, מסוג משלוש פתוח, הנמצא בשימוש אצל לקוחות מתח גבוה בהם מותקנת ההגנה.


    חלק I : הגנת פחת כיוונית המותקנת אצל צרכני מתח גבוה.

    לקוחות במתח גבוה, המקבלים הזנה במתח גבוה מחברת חשמל,נדרשים לרכוש ולהתקין בעצמם, את המסדר במתח גבוה והשנאים. חלק מהלקוחות, בהם משטר האפס בשנאי המזין בתחמ"ש, הוא מסוג - סליל פטרסון, נדרשים להוסיף גם הגנת פחת כיוונית כחלק מההגנה הראשית של מתקן הצריכה במתח גבוה.
    על מנת ליישם את תכלית ההגנה, (כמפורט בהרחבה במאמר של רן טסה ושלמה פרץ, "משטר נקודת האפס ברשת", שפורסם ביריחון של פאזה אחרת באוגוסט 2009), כמוצג בשרטוט, נדרש להתקין את הלמנטים הבאים;
    משנה מתח (בתא נוסף בד"כ)-למדידת מתח הרשת, משנה זרם מסכם-למדדית זרם זליגה,וממסר הגנה-אשר כולל את הפונקציה של ההגנה, המשקללת את סף המתח, הזרם, בזוית φcos ,ומפסיק את המפסק במתח גבוה בפרק זמן שנקבע מראש (מאות msec).

    במשטר עבודה תקין, נקודת האפס בשנאי שווה לאפס, ומהווה את נקודת הארקת השיטה בשנאי.
    כאשר מתרחש קצר חד פאזי, נקודת האפס בשנאי זזה ממקומה ומושפעת בעיקר מאופן חיבורה לאדמה .
    לדוגמא, נקודת אפס המחוברת לאדמה באמצעות מוליך (הארקה קשיחה) תהיה יותר סטטית. מנגד, כאשר אין הארקת שיטה כלל, נקודת האפס תהיה הרבה יותר דינאמית.

    כאשר הארקת השיטה בתחמ"ש, היא מסוג סליל פטרסון, הדינאמיות של נקודת האפס תלויה בכיול של הסליל ורמת קיזוז הזרמים המתקבלת (במקרה של קצר בין אחת הפאזות במתח גבוה, לבין האדמה).
    בין הסליל פטרסון, המשמש כהארקת שיטה של השנאי המזין את הקו במתח גבוה, לבין הזרם הקיבולי הנוצר מכלל רשת החשמל בקו, קיים יחס הדדי. כיול השראות הסליל, מאפשר ליצור יחס הדדי השואף למצב של תהודה. במצב זה, נקודת האפס דינאמית, אך זרם הקצר יהיה נמוך מאוד יחסית, (עד עשרות אמפרים בודדים).
    קצר חד פאזי לאדמה בקו עם הארקה קשיחה, או קצר דו פאזי מאופיין בזרם קצר גבוה מאוד.
    זרמים גבוהים אלו, "קלים" יותר לזיהוי והפסקה על ידי ההגנה "המגנטיות" של המפסק הראשי.
    ולכן, במשטר של סליל פטרסון, הגנת וואטמטרית נותנת מענה לזרמי קצר נמוכים יחסית.





    חלק II : הקשר בין מתח וזוית הנמדדים בהדקי היציאה של משנה המתח לבין מצב הרשת.


    כפי שמוצג בשרטוט בחלק I, ניתן לראות שיציאותיו של המשנה מתח הן בצורה של "משולש פתוח".
    יחס המתחים בתא, נקבע בהתאם ליחס הסלילים ולאופן חיבורם (כוכב / משולש), מתואר ביחס הבא :




    כפי שצויין בחלק הראשון של המאמר, הדקי המוצא של המשנה מתח מהווים אינדיקציה למצב הרשת עבור הממסר הגנה.
    - כאשר מצב הרשת תקין, המתח המתקבל בהדקי המשולש הוא אפס.
    - כאשר קיים קצר של אחת הפאזות לאדמה, מתקבל מתח של עד 110V במוצא המשולש.
    ממסר הגנה מתרגם את המתח והזוית בהדקי היציאה של המשלוש, מאפשר לנו לקבל אינידקציה על מצב הרשת באופן הבא:


    א. במצב תקין - בו הפאזות סימטריות.
    כמוצג בגרף I, מתח המוצא שיתקבל במשלוש הפתוח יהיה סיכום וקטורי של שלושת הפאזות.

    ניתן לרשום את סיכום המתחים במשולש באופן הבא :



    הערה : מערכת הצירים מוצגת באופן שוקטור R הוא בזוית 0.


    ב. במצב של קצר מלא, של פאזה T לאדמה.
    הדינאמיות של נקודת האפס, תלויה במשטר האפס בשנאי בתחמ"ש. לצורך החישוב, נניח מצב קיצוני שבו אין הארקת שיטה כלל, כך שנקודת האפס g תנוע ל-'g. בין האפס "החדש" 'g, לבין הפאזות "הבריאות" R ו-S, יופיע מתח שלוב.
    מתח המוצא שיתקבל במשלוש הפתוח יהיה סיכום וקטורי של המתחים, המופיעים על סלילי המשני של המשנה מתח, באופן הבא :






    ניתן לראות, שמדידה של הזוית במשולש פתוח, מאפשרת לזהות את הפאזה הפגועה;

    כפי שהוצג, עבור קצר בפאזה R, נקבל : 110V בזוית 180 מעלות

    ובאותו אופן עבור קצב בפאזה S, נקבל : 110V בזוית 300 מעלות.



    ג.במצב של קצר חלקי בהתאם לסף הכיול המקובל.
    בממסר הגנה, בתאום ואישור של חח"י, מכיילים את סף המתח המתקבל מהמשולש פתוח ל-20V.
    כלומר, אם יתקבל מתח הגבוה מ-20V במשלוש הפתוח, יבחין ממסר ההגנה שקיימת תקלה ובמידה ויתקימות גם תנאי הזרם והזוית, ינתן האות להפסקת ההזנה לקן.

    ניתן לבצע את החישוב של מתח הסליל ומתח הרשת באופן הבא :


    כאשר מכיילים 20V = ΔV , הדבר בא לידי ביטוי ברשת, במתח פאזי של: 2310V 18% 20/110




    פוטנציאל זה בא לידי ביטוי במתח סליל :





    נחשב את סכום הוקטורים המתקבל במשולש (כאשר T היא הפאזה הפגועה) :





    סכום הוקטורים שמתקבל במשלוש הפתוח הוא 20V, כמו הסף שאותו הגדרנו בהתחלה.
    זוית הוקטור המסכם היא 60 מעלות, כצפוי לקצר בפאזה T.
    תגובות 2 תגובות
    1. הסמל האישי שלירדן יצחקי
      ירדן יצחקי -
      יופי של מאמר!!!!
    1. הסמל האישי שלניסים עמירה
      מאמר מקצועי ומעשיר.