تعد مرحلات التفاضل (Differential Relays) من أهم أنظمة الحماية في الهندسة الكهربائية، حيث تُستخدم لحماية المعدات الحيوية مثل المحولات والمولدات وقضبان التوزيع من الأعطال الداخلية. تعتمد هذه التقنية على مقارنة التيار الداخل إلى المعدة بالتيار الخارج منها، مما يجعلها شديدة الحساسية والدقة في كشف الأعطال.
1. تطبيقات مرحلات التفاضل
تُستخدم مرحلات التفاضل في عدة تطبيقات رئيسية، أهمها:
أ. حماية المحولات (Transformer Protection)
- تعتمد حماية المحولات التفاضلية على مقارنة تيارات الجانب الأولي (Primary) والجانب الثانوي (Secondary).
- في الحالة الطبيعية، يكون التيار الداخل مساوياً للتيار الخارج (مع الأخذ في الاعتبار نسبة التحويل).
- عند حدوث عطل داخلي (مثل دارة قصر بين اللفات)، يظهر فرق بين التيارين، مما يؤدي إلى تشغيل المرحل وعزل المحول.
ب. حماية المولدات (Generator Protection)
- يتم تركيب مرحلات التفاضل على طرفي كل ملف في المولد.
- في حالة حدوث عطل (مثل دارة قصر بين اللفات)، يكتشف المرحل اختلال التوازن ويعطي إشارة لفصل المولد عن الشبكة.
ج. حماية قضبان التوزيع (Busbar Protection)
- هنا تُقارن التيارات الداخلة إلى القضبان بالتيارات الخارجة منها.
- أي اختلال (نتيجة عطل كهربائي) يؤدي إلى تفعيل المرحل وعزل القضبان لحماية النظام بأكمله.
2. أشكال مرحلات التفاضل
هناك عدة تصميمات لمرحلات التفاضل، أهمها:
أ. المرحل التفاضلي التقليدي (Percentage Differential Relay)
- يستخدم نسبة محددة (عادةً 10-20%) لتجنب التشغيل الخاطئ بسبب أخطاء القياس أو التغيرات الطفيفة في التيار.
- يعمل فقط إذا تجاوز الفرق بين التيارين النسبة المحددة.
ب. المرحل التفاضلي ذو المنحنى المميز (Biased Differential Relay)
- يحتوي على ملفين: أحدهما للتيار التفاضلي والآخر للتيار الثابت (Bias Current).
- يقلل التشغيل غير الضروري عند وجود تيارات غير متوازنة غير ضارة (مثل التيارات الهائلة عند بدء التشغيل).
ج. المرحل التفاضلي الرقمي (Digital Differential Relay)
- يستخدم معالجات دقيقة لتحليل التيارات بدقة عالية.
- يمكن ضبطه بمرونة أكبر ويوفر إمكانية الاتصال بأنظمة المراقبة الحديثة (مثل SCADA).
تعتبر مرحلات التفاضل حجر الأساس في حماية الأنظمة الكهربائية، حيث توفر دقة عالية في كشف الأعطال وسرعة في الاستجابة. تختلف أشكالها حسب التطبيق، بدءاً من الأنظمة التقليدية إلى الرقمية المتطورة. يُنصح باختيار النوع المناسب بناءً على طبيعة المعدة المراد حمايتها ومتطلبات النظام.
- يجب معايرة مرحلات التفاضل دورياً لضمان دقتها.
- في بعض التطبيقات، تُستخدم أجهزة CTs (Current Transformers) عالية الجودة لتحسين أداء المرحل.
- التطورات الحديثة في مرحلات التفاضل الرقمية جعلتها أكثر ذكاءً، مع إمكانية التكامل مع أنظمة الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالأعطال.
