الممارسات العملية لعزل أنظمة الطاقة في السفن: دليل شامل للمبادئ وأجهزة المراقبة واستكشاف الأعطال وإصلاحها
أولاً: نظرة عامة على عزل أنظمة الطاقة الكهربائية في السفن
عادةً ما تستخدم شبكات الكهرباء في السفن نظامًا معزولًا ثلاثي الأطوار وثلاثي الأسلاك. في حالة حدوث تأريض أحادي الطور في شبكة الكهرباء بالسفينة، فإن ذلك لا يؤثر على تناسق الجهد الثلاثي الأطوار ولا على التشغيل الطبيعي للأجهزة الكهربائية، ولكنه ينطوي على مخاطر كامنة، حيث يزيد من خطر تعرض الإنسان للصعق الكهربائي؛ وإذا حدث تلامس أرضي لطور آخر، فإن الجهد بين الطورين الآخرين والأرض يكون عند هذه الحالة هو الجهد الخطي، وبحدوث تلامس أرضي لطور ثالث، سيؤدي ذلك إلى حدوث عطل قصير الدائرة بين الأطوار. ويُعتبر أي تلامس أرضي أحادي الطور في أي نقطة من الشبكة حالة تشغيل غير طبيعية، ويجب اكتشافه وإزالته في الوقت المناسب. ولضمان التشغيل الطبيعي للشبكة،يجب ألا تقل مقاومة العزل لشبكة الكهرباء على متن السفينة عن 1 ميغا أوم。
يجب أن تكون أنظمة توزيع الطاقة الكهربائية المستخدمة في توليد الكهرباء والتدفئة الكهربائية والإضاءة، سواء كانت أنظمة أولية أو ثانوية، مزودة بجهاز لمراقبة مقاومة العزل يعمل على الرصد المستمر، ويكون قادراً على إصدار إشارات إنذار صوتية أو بصرية عند انخفاض مقاومة العزل إلى مستويات غير طبيعية.
يوجد على لوحة توزيع الإضاءة التابعة للوحة التوزيع الرئيسية للسفينة جهاز مراقبة عزل الشبكة الكهربائية، ويشمل ذلك مصباح الكشف عن التوصيل الأرضي، ومقياس الميغاأوم المثبت على لوحة التوزيع، وجهاز مراقبة عزل الشبكة الكهربائية، وغيرها؛ وجميعها تعمل عندما تكون الشبكة الكهربائية موصلة بالتيار. وعادةً ما تُستخدم مصابيح مؤشر العزل لمراقبة ما إذا كان الشبكة الكهربائية متصلة بالأرض في طور واحد؛ بينما يُستخدم مقياس المقاومة العازلة (أو جهاز المراقبة) المخصص للوحة التوزيع لمراقبة قيمة المقاومة العازلة للشبكة الكهربائية.
ثانياً: مبدأ مراقبة مصابيح مؤشر العزل
لا ينطبق نظام مراقبة العزل باستخدام مصابيح مؤشر العزل إلا على أنظمة العزل ثلاثية الأطوار، ويظهر مبدأ عمله في الشكل 7-1.
الشكل 7-1: مخطط مبدأ عمل مصباح مؤشر العزل
تحليل منطق العمل:
يتم توصيل المصابيح الثلاثة L₁ و L₂ و L₃ بتوصيلة على شكل حرف Y؛ وعندما يكون عزل الشبكة الكهربائية سليمًا، يكون الجهد على طرفي المصابيح الثلاثة هو جهد الطور، وتكون درجة سطوعها متساوية. وعندما يحدث عطل تأريض في أحد الأطوار، مثل تأريض الطور A، يضغط الموظف المناوب على زر الكشف ELS، فيصبح الجهد على طرفي المصباح L₃ صفرًا، ولا يضيء المصباح؛ وفي هذه الحالة يمكن اعتبار جهد الطور A مكافئًا لجهد سلك التأريض. وبالتالي، يكون الجهد على طرفي المصابيح المتبقية هو UBA و UcA على التوالي، وهما جهد الخط، مما يؤدي إلى زيادة سطوع المصابيح L₁ و L₂.
وإذا انخفضت كفاءة العزل في الطور A فقط، فسيؤدي ذلك أيضًا إلى انخفاض سطوع المصباح L₃ وزيادة سطوع المصابيح L₁ وL₂، مما ينبه الموظفين المناوبين إلى وجود “عطل تأريض في الطور A من نظام الطاقة الكهربائية”؛ ولكن عندما تنخفض كفاءة العزل في الأطوار الثلاثة جميعها، يصعب تحديد ذلك، ولذلك يُعرف هذا أيضًا باسم «مراقبة التأريض أحادي الطور».
ثالثًا: تحليل مفصل لمقياس الميغاأوم المدمج في لوحة توزيع الكهرباء
يتم تركيب مقياس الميغاأوم الخاص بلوحة التوزيع على لوحة التوزيع الرئيسية، ويتألف من رأس قياس وأجهزة إضافية، كما هو موضح في الشكل 7-2. وهي قادرة على مراقبة مقاومة العزل لشبكة الكهرباء على متن السفينة في أي وقت أثناء التشغيل، كما يمكنها قياس مقاومة العزل لشبكة الطاقة الكهربائية 380 فولت (440 فولت) وشبكة الإضاءة 220 فولت (110 فولت) بشكل منفصل من خلال مفتاح التحويل، كما هو موضح في الشكل 7-3.
(أ) عداد القياس
(ب) أطراف التوصيل الخلفية
الشكل 7-2 مقياس الميغاأوم المدمج في لوحة التوزيع الكهربائي
الشكل 7-3: صورة حقيقية لمقياس الميغاأوم المدمج في لوحة التوزيع ومفتاح التحويل
(1) مبدأ عمل جهاز المراقبة المستمرة
يمكن لجهاز المراقبة المستمرة المزود بمقياس الميغاأوم المدمج في لوحة توزيع الكهرباء إصدار إنذار صوتي وضوئي عند حدوث خلل في التأريض. ويظهر مبدأ عمله في الشكل 7-4: لنفترض أنه عند انخفاض أداء عزل الطور C في شبكة الكهرباء، يتدفق التيار المتسرب كما هو موضح في الشكل ليشكل دائرة كهربائية، مما يؤدي إلى انحراف مؤشر جهاز القياس، حيث تتناسب زاوية الانحراف مع درجة التأريض.
الشكل 7-4: رسم توضيحي لمبدأ عمل مقياس الميغاأوم المدمج في لوحة التوزيع الكهربائية
1. مراقبة شبكة الطاقة الكهربائية:عند قياس مقاومة العزل لشبكة الكهرباء الحركية، عندما تنخفض مقاومة العزل للشبكة، يزداد تيار التسرب، ويمر تيار التسرب عبر القطب الموجب لمصدر الطاقة (القطب 3) → الشبكة → مقاومة العزل Rx → جهاز القياس → القطب 4 (القطب السالب لمصدر الطاقة)، وكلما زاد تيار التسرب، زاد انحراف عقرب جهاز القياس، مما يشير إلى انخفاض مقاومة العزل. كما أن تأرض أي من الطورين A أو B يؤدي أيضًا إلى انحراف عقرب جهاز القياس.
2. مراقبة شبكة الكهرباء المخصصة للإضاءة:عند قياس عزل شبكة الإضاءة عن الأرض، يتم تحويل المفتاح من الوضع صفر إلى الوضع 220 فولت، فيتدفق التيار المستمر المنبعث من الطرف الموجب للجهاز الإضافي عبر المفتاح إلى شبكة الإضاءة ذات الجهد 220 فولت، ثم يتدفق عبر مقاومة العزل بين شبكة الإضاءة والأرض إلى جهاز القياس، وأخيرًا يعود إلى الطرف السالب للجهاز الإضافي.
3 - الحكم على النتائج:يتم قياس عزل شبكة الطاقة الكهربائية عن الأرض بنفس الطريقة المتبعة في شبكات الإضاءة. فكلما انخفضت مقاومة العزل بين شبكة الطاقة والأرض، زاد انحراف عقرب جهاز القياس؛ وعندما تتصل إحدى الأطوار بالأرض، يصل انحراف عقرب جهاز القياس إلى أقصى درجة، مما يشير إلى أن قيمة مقاومة العزل تساوي صفرًا.
(2) متطلبات معايير هيئات تصنيف السفن
بالنسبة للسفن حديثة البناء، تنص لوائح هيئات تصنيف السفن على أنه يجب تزويد أنظمة توزيع الكهرباء المعزولة المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية والتدفئة الكهربائية والإضاءة — سواء كانت شبكات توزيع أولية أو ثانوية — بأجهزة مراقبة مستمرة لرصد مقاومة العزل بالنسبة لهيكل السفينة، على أن تصدر هذه الأجهزة إشارات صوتية وضوئية في حالة انخفاض مقاومة العزل إلى مستويات غير طبيعية.بمجرد انخفاض مقاومة العزل لهيكل السفينة إلى أقل من 100 أوم لكل فولت من جهد التيار الكهربائي، يجب تشغيل جهاز الإنذار.
رابعاً: الممارسات العملية لتحديد أعطال التأريض في شبكات الإنارة
تحدث معظم أعطال التأريض في شبكة كهرباء السفن في شبكة الإضاءة؛ وعندما يكتشف الموظفون المناوبون انخفاض مقاومة العزل باستخدام مقياس الميغاأوم المثبت على لوحة توزيع الكهرباء، يجب عليهم تحديد نقطة عطل التأريض في أسرع وقت ممكن، وإزالة مخاطر العطل؛ ويمكن، عند الضرورة، استخدام طريقة قطع التيار الكهربائي حسب الأقسام للتحقق من المشكلة، وفحص كل قسم على حدة بالتدرج، حتى يتم تحديد نقطة العطل.
