مقدمة
وحدة المرحلات الإلكترونية (Electronic Trip Unit) هي جهاز حماية متعدد الوظائف يعمل بواسطة متحكم دقيق (microprocessor) ويُستخدم مع قواطع دوائر الطاقة منخفضة الجهد. توفر المرونة في التعديل التي تقدمها وحدات المرحلات الإلكترونية للمستخدمين إمكانية التكيف بسهولة مع التغيرات في الحمل والمتطلبات الوقائية الأخرى مع ضمان تحقيق التنسيق الأمثل.
بالإضافة إلى وظائف الحماية القابلة للتعديل، تم تصميم وحدة المرحلات لاستخدام مقابس التصنيف (rating plugs) القابلة للاستبدال في الميدان. تتيح هذه المقابس تغيير التصنيف الأمبيري لقاطع الدائرة لتلبية التطبيقات المحددة. الصيانة الممتازة ضرورية لموثوقية وسلامة قواطع دوائر الطاقة. يجب أن تكون برامج الصيانة مُعدّة خصيصًا للتطبيق المحدد، ومخططًا لها جيدًا، ويتم تنفيذها باستمرار بناءً على الخبرة الصناعية وتوصيات الشركة المصنعة.
اختبارات الحقن الأولي للتيار (Primary Current Injection Tests)
يمكن اختبار الأداء السليم لوحدة المرحلات باستخدام طريقة الحقن الأولي للتيار، حيث يتم اختبار طور واحد في كل مرة. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها عيب واحد يتمثل في أنها لن تكشف دائمًا عن مشاكل توصيلات أجهزة الاستشعار (التحويلة) وقطبيتها. تنشأ هذه المشكلة لأن اختبار الحقن الأولي يتم إجراؤه على طور واحد من القاطع في كل مرة، بينما تعمل منطق المرحل الإلكتروني لقاطع الدائرة من خلال معالجة جميع الإشارات من أجهزة الاستشعار ثلاثية الطور في وقت واحد. لتحديد المشاكل المتعلقة بأجهزة الاستشعار والتوصيلات في قواطع الدائرة، يجب إجراء اختبار الحقن الأولي للتيار على جميع الأطوار الثلاثة في وقت واحد عند اختبار وحدات المرحلات الإلكترونية.
إذا لم يكن إجراء الحقن الأولي ثلاثي الطور مجديًا، فيجب اختبار أجهزة الاستشعار وتوصيلات قاطع الدائرة بشكل منفصل للتحقق من عملها بشكل صحيح. يمكن اختبار الأداء السليم لوحدة المرحلات باستخدام الحقن الأولي للتيار، طور واحد في كل مرة. يمكن أيضًا توصيل طورين متجاورين على التوالي واختبارهما كثلاث أزواج للتحقق من مشاكل قطبية أجهزة استشعار التيار. نظرًا لأن اختبار الحقن الأولي للتيار هو خدمة مكلفة نسبيًا، فإنه يتم إجراؤه عادةً فقط أثناء عملية التشغيل الأولي (commissioning) لاستكمال برنامج اختبارات الحقن الثانوي الدوري. غالبًا ما يتم اختبار صيانة قواطع الدائرة التي تشكل جزءًا من عملية حرجة أو نظام أمان مصمم هندسيًا باستخدام الحقن الأولي بسبب متطلبات الموثوقية العالية.
يمكن فقط التحقق من الأداء السليم لقواطع الدائرة المزودة بوحدات رحلات حرارية-مغناطيسية (thermal-magnetic) أو كهروميكانيكية (electromechanical) من خلال طريقة اختبار الحقن الأولي للتيار. يمكن اختبار قواطع الدائرة المزودة بأجهزة رحلة إلكترونية (solid-state) باستخدام الحقن الثانوي للتيار، والذي يتطلب وقتًا وتكلفة أقل للاختبار. يتم إجراء اختبار التيار الأولي عن طريق حقن تيارات متسلسلة ومبرمجة ذات قدرة عالية (تيار حمل زائد وعطل) عبر قاطع الدائرة وتوثيق المدة التي تستغرقها وحدة المرحلات لتفعيل عملية الفصل. عندما يتم إجراء هذه الاختبارات في مصنع أو منشأة إصلاح، يتم حقن التيار في الأقطاب الثلاثة للقاطع في وقت واحد.
تحتوي مجموعة الاختبار على محول تيار عالي مدمج يوفر تيار العطل أو التحميل الزائد المحاكى. يتم بناء مجموعات الاختبار بتصنيفات تيار تتراوح من 500 إلى 100,000 أمبير.
يتم إجراء اختبارات القبول والصيانة في الميدان باستخدام مجموعة اختبار الحقن الأولي للتيار المحمولة المصممة خصيصًا لتكون أكثر إحكاما من معدات الاختبار المصنعية. ومع ذلك، فإن مجموعات الاختبار الأصغر هذه غير قادرة عمومًا على حقن التيار في جميع الأطوار الثلاثة لقاطع الدائرة في وقت واحد.
اختبارات الحقن الثانوي للتيار (Secondary Current Injection)
يتم إجراء اختبارات الحقن الثانوي للتيار لنفس سبب إجراء اختبارات الحقن الأولي للتيار، وهو التحقق من الأداء السليم لجهاز رحلة قاطع الدائرة أثناء اختبارات بدء التشغيل أو فحوصات الصيانة. يمكن اختبار وحدات المرحلات الإلكترونية عن طريق الحقن الثانوي للتيار باستخدام مجموعة اختبار مصممة خصيصًا للجهاز المراد اختباره. القصور الرئيسي لطريقة اختبار الحقن الثانوي للتيار هو أنه يتم اختبار منطق ومكونات وحدة المرحلات الإلكترونية فقط.
على عكس الحقن الأولي، لا تتحقق طريقة الاختبار هذه من أجهزة استشعار التيار أو التوصيلات أو مكونات حمل التيار في قاطع الدائرة. هذا هو السبب الرئيسي وراء تفوق طريقة اختبار الحقن الأولي على اختبار الحقن الثانوي. يتم إجراء توصيلات مجموعة الاختبار مباشرة عند وحدة المرحلات الإلكترونية، حيث أن هذه الأجهزة مجهزة بشكل شبه عالمي بمنافذ اختبار (test plug terminals) لإجراء الاختبار. تقوم مجموعة الاختبار الثانوية بحقن تيار ثانوي محاكٍ للتحويلة الحالية للتيار للسماح بفحص تشغيل وحدة المرحلات دون الحاجة إلى حقن تيار أولي عبر أجهزة استشعار التيار. يجب فصل قاطع الدائرة قيد الاختبار عن الناقل (bus) قبل التحقق من تشغيل وحدات المرحلات الإلكترونية. مجموعة الاختبار قادرة على تمرير تيار كافٍ للتحقق من أي نقطة معايرة مرغوبة، وسوف ينفصل القاطع (يرحل) خلال هذه العملية.
ملاحظة: بالنسبة لقاطع الدائرة الذي لا يمكن سحبه من حجرته، يجب توقع انقطاع التيار الكهربائي.
إذا أظهر أي اختبار أن وحدة المرحلات الإلكترونية لا تعمل بشكل صحيح، فيجب استبدال وحدة المرحلات، ووضع ملصق على الوحدة المعيبة وإخراجها من الخدمة حتى يتم إصلاحها. يجب أن يكون الفني الذي يجري الاختبار على دراية بتعليمات مجموعة اختبار الحقن الثانوي المحددة لإجراءات التشغيل لتحديد ما إذا كانت الوحدة قد فشلت بالفعل.
أنماط اختبار الحقن الثانوي (Secondary Injection Test Modes)
يمكن إجراء اختبارات الحقن الثانوي للتيار على أجهزة المرحلات الإلكترونية باستخدام أنماط اختبار مختلفة، اعتمادًا على الدقة المطلوبة ونتيجة الاختبار.
- نمط عدم المرحل (No-trip mode): يمكن اختبار وظائف الحماية لجهاز المرحلات الإلكتروني، لكن جهاز المرحلات لن يرسل إشارة رحل إلى مشغل المرحل (trip actuator) في قاطع الدائرة. يمكن إجراء هذا الاختبار بينما يكون قاطع الدائرة مغذيًا بالطاقة ويحمل تيار حمل لأن اختبار عدم المرحل لن يتسبب في فتح قاطع الدائرة.
- نمط المرحل (Trip mode): يتم اختبار وظائف الحماية للدائرة الإلكترونية تمامًا مثل اختبار نمط عدم الرحل، إلا أن وحدة المرحلات سترسل إشارة إلى مشغل المرحل في قاطع الدائرة.
- نمط الاختبار الذاتي (Self-test Mode): تحتوي بعض أجهزة المرحلات الإلكترونية الحديثة以及Relay على وظائف اختبار ذاتي مدمجة لا تتطلب مجموعة اختبار منفصلة. يعد اختبار الوحدة ذاتيًا أسهل في التنفيذ من أي اختبار آخر ويمكن إجراؤه بشكل متكرر.
يعد اختبار المرحل (Trip test) الأنسب لاستكشاف أخطاء م suspected عطل في قاطع الدائرة وإصلاحها. تمامًا كما هو الحال مع اختبارات الحقن الثانوي للتيار، لا تتحقق وظيفة الاختبار الذاتي من أداء أجهزة استشعار التيار في قاطع الدائرة وتوصيلات التيار المرتبطة بها.
بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن اختبار بعض المكونات الداخلية لجهاز المرحلات التي تحمل تيارًا ثانويًا وظيفيًا باستخدام الاختبار الذاتي. هذا هو السبب في أن الاختبار الذاتي يتم استكماله أحيانًا باختبار الحقن الثانوي للتيار أو اختبار الحقن الأولي للتيار. تقوم العديد من أجهزة المرحلات الإلكترونية الحديثة بإجراء فحوصات التشخيص الذاتي باستمرار. عادةً ما يتم تمثيل المشكلات المحتملة في وحدة المرحلات بواسطة مصباح حالة أو ظهور رسالة عطل عند اكتشافها. قد يكون جهاز المرحلات قادرًا أيضًا على توصيل حالة الإنذار أو العطل عبر جهة اتصال Relay مدمجة أو نظام اتصالات رقمي.
الاختبار الوظيفي للضوابط الكهربائية لقواطع الدائرة (Functional testing circuit breaker electrical controls)
قبل تثبيت قاطع دائرة جديد أو إعادته إلى الخدمة بعد فحص الصيانة، يجب وضع القاطع في حجرته في وضع “الاختبار” وتشغيله كهربائيًا عن طريق إغلاق contacts وفتحها من أكبر عدد ممكن من أجهزة التحكم العملية. يتحقق فحص الأداء السليم للضوابط الكهربائية لقاطع الدائرة من سلامة توصيلات التحكم ومكونات التحكم ومصدر طاقة التحكم. عندما يكون قاطع الدائرة في وضع الاختبار، فإن إغلاق contacts الرئيسية لن يصل دائرة الحمل المرتبطة به بناقل الخط (line bus) في لوحة التوزيع. في أي حالة من هذا القبيل، لا ينبغي أبدًا اختبار قاطع الدائرة داخل حجرته في لوحة التوزيع بينما يقوم الموظفون بأعمال على المعدات الكهربائية المتصلة بدائرة الحمل المرتبطة.
