مرحل
المرحل[1] هو مفتاح كهربائي يفتح ويغلق دارة تسمى دارة القدرة تحت تحكم دائرة أخرى تسمي دائرة التحكم، فهو إذن يؤدي وظيفة العزل الكهربي أو ما يعرف باسم العزل الغلفاني بين الدائرتين.
يعتمد المرحل في عمله على ملف مغناطيسي يقوم بجذب التلامسات (مفتايح) المتحركة لتفصل أو تصل التيار فيها.
يتكون المرحل مبدئيا من كهرمغنطيس يقوم بتطبيق قوة على التلامسات المتحركة أثناء تغديته. تتم تغدية الكهرمغنطيس ،حسب الحاجة،إما بتوتر جد منخفض (48v, 24v, 12v أو أقل) مستمر أو متردد، أو بتوتر منخفض (400v, 230v) يمكن أن يحتوي المرحل على مفتاح واحد أو عدة مفاتيح تكون إما مغلقة عادة أو مفتوحة عادة وتصمم هذه القاطعات أخدا بعين الإعتبار قيمة التيار القصوى المطلوب وكذلك فرق الجهد القصوي الذي يجب أن تتحمله. ولأنه يحتوي أجزاء حركية، يأخد المرحل مدة زمنية لفتح وغلق القاطع. يمكن لمرحل أن يكون أحادي الاستقرار أو ثنائي الاستقرار.
تجذب الملامسات عند تغدية الوشيعة، وتعود لحالتها الأصلية بمجرد سحب التغذية،
عند تغذية الملف تنجذب الملامسات، ولكن حتى وإن أزيلت التغذية تبقي الملامسات كما هي بفضل نظام ميكانيكي يمنع العودة، ولاسترجاع الحالة البدئية،غالبا يتم ذلك بعكس قطبية التغذية الكهربائية.[2]
يتم تنشيط الملف الأول لجذب القاطعات، وتبقى على حالها رغم قطع التغذية عنه، ولاسترجاع الحالة البدئية يجب تنشيط الملف الثاني.[2]
الوظيفة الأولية للمرحل هي فصل دوائر التحكم عن دوائر القدرة، مثلا من أجل قيادة تيار أو توتر مرتفع انطلاقا من إشارة تحكم ضعيفة نسبيا. في العديد من التطبيقات يأمن المرحل سلامة العمال و أيضا سلامة الأجهزة. يمكن أيضا استعمال المرحلات لتصميم الوظائف المنطقية كما في أوائل الحواسيب.
مرت طرق تصنيع المرحلات بعدة أجيال بدءا من الأجهزة الكهرومغناطيسية مرورا بأجهزة الوقاية الإستاتيكية وإنتهاءا بأجهزة الوقاية الرقمية
كما هو واضح من الإسم فإن فكرة عمل الجهاز تعتمد على إستغلال خاصية أن التيار الكهربي الذي يمر في ملف ينشأ دائما مجالا مغناطيسيا مصاحبا له , وتصاحبه أيضا قوة مغناطيسية يمكنها أن تجذب ذراع حديدية وتحركها . وتستغل هذة القوة المغناطيسية لتؤثر على قرص حديدي قابل للدوران فتجعلة يدور .
ويستفاد من الحركة في كلا النوعين في غلق دائرة كهربية أخرى ( هي دائرة تشغيل قاطع التيار ) . وبما أن القوة التي ستحرك الذراع , أو تدير القرص تتناسب طرديبا مع شدة التيار المار في الملف , وبالتالي في الظروف الطبيعية , حيث التيار قيمته صغيرة فإن هذة القوة لن تكون كافية لتحريك الذراع أو إدارة القرص لغلق الدائرة . بينما في حالة الأعطال , حيث ترتفع قيمة التيار بشدة فستكون هذه القوة كافية لعمل الحركة المطلوبة وغلق دائرة تشغيل قاطع الدائرة .
وتتميز هذة النوعية من الأجهزة بأنها مستقرة دائما , ولا تتأثر بالهزات التي قد تحدث في الشبكة , كما أن المهندسين قد إكتسبوا خبرات كبيرة في التعامل مع هذة الأجهزة طوال سنوات طويلة , وهذا يفسر السبب في بقائها في الخدمة رغم ظهور أجيال كثيرة حديثة بعدها .
يعيب هذة الأجهزة البطء النسبي في الإستجابة بسبب أن الأجزاء المتحركة لها عطالة ( طاقة مختزنة ) فتحتاج لوقت لبدء الحركة , كما أنها تحتاج لصيانة منتظمة للأجزاء المتحركة , وتحتاج لمعايرة من فترة لأخرى لضمان دقة القياس .
ظهر الجيل الثاني من المراحل في أوائل الستينات , وكان أهم ما يميزه هو إستغناؤه عن الأجزاء المتحركة المستخدمة في الجيل السابق , والتي كانت تمثل مصدرا للأخطاء في عمل الأجهزة . وقامت فكرة عمله على مقارنة قيمة التيار المار بالدائرة بحدود ضبط معينة , فإذا تعدى التيار المار بالدائرة قيم الضبط المستخدمة فإن الريلاي يرسل إشارة فصل إلى قاطع التيار [3].
ولكن يعيب هذة الأنواع انها كانت تتأثر بتغير درجة الحرارة وبالتالي فهي غير مستقرة , ولذلك لم تستمر هذة النوعية طويلا , حيث ظهر في أواخر الستينات وأوائل السبعينات الجيل الثالث من المراحل , وهو ما يعرف بأجهزة الوقاية الرقمية .
إستطاع هذا الجيل أن يتغلب على كافة المشاكل التي واجهت الأجيال السابقة , ولذا فهي النوعية السائدة الآن في سوق أجهزة الوقاية . والفكرة الأساسية لهذة التكنولوجيا الجديدة هي تحويل إشارات الجهد والتيار إلى أرقام تخزن في ذاكرة الكومبيوتر مع تحديثها بصفة مستمرة خلال فترات زمنية صغيرة جدا تصل إلى 1 ملم ثانية [4].
وبما أنه يستحيل تخزين كل القيم التي يتم قراءتها , فإنه يتم تخزين دورة أو اثنين من الجهد والتيار فقط , وكلما جاءت قيمة جديدة فإنها تحذف أقدم قيمة مخزنة [5]. ثم يتم بواسطة برنامج الوقاية المخزن بالجهاز تتبع التغير في قيم هذة الإشارات من خلال المعادلات , وبناء على حجم التغير الذي يظهر من القيم الرقمية يمكن تحديد ما إذا كان هناك عطل أم لا .
وقد تطور هذا الجيل بعد ذلك , وأمكن إستحداث إمكانات جديدة لجهاز الوقاية لم يكن ممكنا تنفيذها من قبل مثل تغير قيم ضبط الجهاز أوتوماتيكيا. ثم حدث التطور الأكبر حيث أمكن تبادل المعلومات بين أجهزة الوقاية الرقمية شيئا سهلا مما أحدث ثورة في إمكانات هذة النوعية من الأجهزة وقدرتها على إكتشاف الأعطال وتصنفيها بدقة هائلة .
في أواخر الثمانينيات بدأ التفكير يتجه إلى زيادة الإستفادة من الخبرات التي جناها العاملون في مجال الوقاية الرقمية , والإستفادة من تكنولوجيا المعالج الدقيق المستخدمة في هذة الأجهزة , حيث كان حتى هذة الفترة لا تزال أجهزة الوقاية الرقمية تقلد مثيلتها القديمة مع بعض التحسينات [6].
وكان من أهم التطورات التي أدخلت في هذا المجال إدخال إمكانية تعديل قيم الضبط اوتوماتيكيا , لا سيما وأن المرحل لدية كافة المعلومات عن الشبكة . وكان التحدي هو كيفية التمييز بين الزيادة الطبيعية في الحمل , وبين العطل الذي ينشأ تيارا قريبا من تيار الحمل [7].
في التسعينات , ظهر تطور جديد على أجهزة الوقاية الرقمية , حيث بدأت الشركات المنتجة في إدغام العديد من أجهزة الوقاية في جهاز واحد . وكانت فلسفة ذلك أن الجسم الخارجي لكل الأجهزة الرقمية يكاد أن يكون متشابه , والإختلاف بينهم فقط يكون في البرنامج المخزن به , ومع التطور في تقنيات التخزين صار ممكنا تخزين العديد من البرامج الممثلة لأجهزة مختلفة داخل مرحل واحد . ولذلك تم تسميتة بالمرحل متعدد الوظائف .
مغناطيس كهربائي وشيعة نقاط التلامس الكهربائية حالة التسابق . الملامس . الفيوز . مرحل وقاية رقمي . أعطال منظومة القوى . مفتاح سكينة لوحة مفاتيح كهربائية
Abdelmoumene, Abdelkader, and Hamid Bentarzi. "A review on protective relays' developments and trends." Journal of Energy in Southern Africa 25.2 (2014): 91-95. , by O/E/N India Limited
تصنيف:اختراعات أمريكية تصنيف:إلكترونيات تصنيف:قدرة كهربائية تصنيف:مبدلات تصنيف:مرحلات تصنيف:مكونات كهرومغناطيسية تصنيف:هندسة أنظمة الطاقة