هذا هو المرجع الذي يجمع السلسلة كاملة في مكان واحد، لمن يفضّل القراءة الطويلة والمتصلة. ستجد فيه الأجزاء العشرة بالترتيب، ثم جدولاً مرجعياً بالوظائف حسب رقم ANSI، وقاموساً للمصطلحات، وأسئلة شائعة. ويمكنك القفز مباشرة إلى أي جزء من الفهرس. وإن فضّلت القراءة على دفعات فالسلسلة منشورة كمقالات منفصلة (الروابط في آخر المقال).
7SX800: الريلاي الصغير اللي بيشتغل شغل الكبار – نظرة شاملة على SIPROTEC 5 Compact
ما هو SIPROTEC 5 Compact بالضبط؟
SIPROTEC 5 Compact (الموديل 7SX800) هو جهاز حماية شامل (Universal Protection Device) من Siemens، ينتمي لعائلة SIPROTEC 5 لكنه مصمم في علبة مدمجة. يستهدف أساساً شبكات الجهد المتوسط والتطبيقات الصناعية والبنية التحتية، ويمكن استخدامه أيضاً في الجهد المنخفض والعالي.
الفكرة المحورية بسيطة: جهاز واحد بدل عدة موديلات. تتغير وظيفته عبر قالب التطبيق (Application Template) والوظائف التي تفعّلها بنقاط الوظائف (Function Points)، فيقل عدد الموديلات في المخزن، وتقل تكاليف التدريب وقطع الغيار.
ثلاث ركائز يقوم عليها الجهاز
| الركيزة | ماذا تعني عملياً؟ |
|---|---|
| من Siemens | أكثر من 100 سنة من الخبرة في الحماية، وعمليات تطوير وإنتاج معتمدة، ونفس خوارزميات SIPROTEC 5 داخل علبة مدمجة. |
| للمستقبل | اختبار افتراضي عبر SIPROTEC DigitalTwin، واتصال IoT لسرعة الاستجابة، وأمن سيبراني مدمج. |
| لأجلك | جهاز شامل بعدد موديلات قليل، وشاشة تعرض الـ Single-line، وكثافة عالية للمداخل والمخارج تناسب اللوحات الصغيرة. |
أين يُستخدم؟ التطبيقات الرئيسية
- حماية الفيدرات والتيار الزائد في كل مستويات الجهد: شبكات شعاعية، حلقية مفتوحة أو مغلقة، وخطوط بتغذية من طرف أو طرفين.
- حماية المحركات الصغيرة والمتوسطة (من 100 كيلوواط إلى 2 ميجاواط).
- حماية الجهد والتردد، وفصل الأحمال (Load Shedding).
- حماية وربط مصادر الطاقة المتجددة بالشبكة (Decoupling).
- كشف الأعطال الأرضية في الشبكات المعزولة أو المؤرضة عبر ملف تعويض.
- حماية احتياطية (Backup) للحماية التفاضلية للخطوط والمحولات والمولدات والمحركات وقضبان التجميع.
- حماية ومراقبة بنوك المكثفات ذات النجمة المزدوجة، ورصد جودة القدرة (PQ)، وأعمال التحديث (Retrofit).
المواصفات السريعة
| البند | القيمة |
|---|---|
| مدخلات التيار / الجهد | 4 / 4 |
| المداخل الثنائية (BI) | 4 أو 14 أو 17 |
| المخارج الثنائية (BO) | 5 أو 11 أو 8 |
| الشاشة | ملونة رسومية 320×240 بكسل |
| مفاتيح الوظائف / المؤشرات | 9 مفاتيح / 8 مؤشرات LED ثنائية اللون |
| مصدر التغذية | DC 24 إلى 250 فولت أو AC 100 إلى 230 فولت |
| طريقة التركيب | Flush-mounting، أو Surface مع إطار تركيب |
| التوسعة | الهاردوير غير معياري (غير قابل للتوسعة) |
قوالب التطبيقات السبعة
عند فتح مشروع في DIGSI 5 تختار قالباً جاهزاً فيه الإعدادات الأساسية والوظائف المطلوبة، ثم تضيف أو تحذف ما تشاء. القوالب المتاحة:
| الرقم | القالب |
|---|---|
| 1 | تيار زائد غير اتجاهي (زمن ثابت/عكسي) بقياس 4×I |
| 2 | تيار زائد غير اتجاهي بقياس 4×I و4×V |
| 3 | تيار زائد اتجاهي، شبكة مؤرضة |
| 4 | تيار زائد اتجاهي، شبكة معوّضة بملف أو معزولة |
| 5 | محرك: قياس التيار |
| 6 | محرك: قياس التيار والجهد |
| 7 | الفصل عن الشبكة (Decoupling) |
- 7SX800 جهاز حماية شامل ومدمج (1/6 × 19″) للجهد المتوسط بالأساس.
- جهاز واحد + قوالب + نقاط وظائف = موديلات أقل وتكاليف أقل.
- ثلاثة Variants للمداخل والمخارج الثنائية، وفي كلها 4 مداخل تيار و4 جهد.
- يجمع الحماية والتحكم والأتمتة والمراقبة والاتصال والأمن السيبراني.
درع الفيدر: حماية التيار الزائد (50/51) والاتجاهية (67) وإعادة التوصيل (79) خطوة بخطوة
50/51 و50N/51N: حجر الأساس
الحماية غير الاتجاهية تصلح كحماية رئيسية في الشبكات الشعاعية ذات التغذية من طرف واحد والحلقات المفتوحة، وكحماية احتياطية على الخطوط والمحولات (والاستخدام المفضل مع المحولات كحماية احتياطية للأجزاء التي بعدها).
يأتي الجهاز مهيأً مسبقاً بمرحلتين زمنهما ثابت (Definite-time) ومرحلة زمنها عكسي (Inverse-time)، ويمكنك إضافة مراحل ثابتة أخرى ومرحلة واحدة بمنحنى يحدده المستخدم.
ما الذي تمتلكه كل مرحلة؟
- حجبها بمدخل ثنائي أو بوظائف أخرى (Inrush، إعادة التوصيل، كشف Cold-load pickup).
- تثبيتها ضد التشغيل الخاطئ بسبب تيار اندفاع المحولات.
- تشغيلها كمرحلة إنذار فقط دون فصل.
- القياس بالمركبة الأساسية أو بقيمة RMS.
- مراحل الأرضي تستخدم 3I0 المحسوب أو تيار الأرضي المقاس.
- زمن Dropout مستقل لكل مرحلة.
| المنحنى | ANSI/IEEE | IEC |
|---|---|---|
| Inverse | ✔ | ✔ |
| Moderately inverse | ✔ | – |
| Very inverse | ✔ | ✔ |
| Extremely inverse | ✔ | ✔ |
| Fully inverse | ✔ | – |
الاتجاهية 67/67N: عندما لا يكفي حجم التيار
في الخطوط الموازية ذات التغذية الواحدة، وكابلات التغذية من الطرفين، والشبكات الحلقية، لا يكفي أن تعرف قيمة تيار العطل؛ لا بد من معرفة اتجاه تدفق القدرة نحو موضع العطل. تتوفر نفس المراحل المهيأة مسبقاً مع إمكانية ضبط الاتجاه لكل مرحلة، وتدوير مميز الاتجاه لحماية الأطوار، وحرية ضبط اتجاه وظيفة الأرضي.
المقارنة الاتجاهية: عزل أسرع للعطل
في الخطوط ذات التغذية من الطرفين تتبادل الأجهزة معلومة الاتجاه، فيعزل كل جهاز المقطع المعيب بسرعة بدلاً من الاعتماد على فروق التوقيت الطويلة (Grading). يتم التبادل عبر رسائل IEC 61850 GOOSE أو عبر أسلاك Pilot Wires، ويمكن تنفيذ أسلوب الإفراج (Release) أو أسلوب الحجب (Blocking).
الفصل السريع عند الإغلاق على عطل
- 50HS: فصل لحظي عند الإغلاق على خط معيب إذا كان تيار العطل عالياً (مرحلتان كحد أقصى). وعند استخدامه على محول يجب ضبطه فوق أقصى تيار قصر أو تيار اندفاع يمر به.
- SOTF: للتطبيقات التي لا يكفيها 50HS، ويفصل لحظياً حتى مع تيارات عطل منخفضة. ليس له قياس خاص، بل يرتبط ببدء وظيفة أخرى مثل مرحلة تيار زائد.
51V: التيار الزائد المقيّد بالجهد
يأتي بثلاثة أشكال: Controlled، وVoltage-dependent (ينخفض تيار الالتقاط خطياً مع هبوط الجهد)، وUndervoltage stability. الشكل الأخير شائع في حماية المولدات؛ فعند عطل قريب ينهار جهد الإثارة ويهبط تيار القصر تحت قيمة الالتقاط، فتحافظ الميزة على الالتقاط. ويمنع Fuse-failure monitor التشغيل الخاطئ.
كيف لا يخدعه تيار اندفاع المحول؟
عند تشغيل محول يمر تيار مغنطة اندفاعي قد يبلغ عدة أضعاف التيار المقنن ويدوم من عشرات الميلي ثانية إلى عدة ثوانٍ. تستخدم وظيفة كشف الـ Inrush طريقتين: تحليل التوافقيات وتحليل شكل موجة التيار (CWA)، ويمكن تشغيلهما معاً بمنطق OR أي «قرار 1 من 2» لزيادة التوافر. الناتج إشارة حجب للوظائف المتأثرة، فتستطيع ضبطها بحساسية أعلى.
فشل القاطع 50BF
مرحلتان توفران حماية احتياطية للأطوار والأرضي إذا فشل القاطع الرئيسي في إزالة العطل: إعادة فصل (Retrip) أو أمر فصل لقضبان التجميع. يُتحقق من عمل القاطع بقياس التيار وبملامس موضع القاطع، وكشف التيار منفصل لكل طور. ويمكن بدء الوظيفة من أي وظيفة حماية داخلية أو من مدخل ثنائي أو من رسالة GOOSE، ولزيادة الاعتمادية يمكن استخدام مدخلين ثنائيين على التوازي للبدء الخارجي.
إعادة التوصيل الآلي (79)
تذكر الوثيقة أن نحو 85% من أعطال القوس على الخطوط الهوائية تنطفئ ذاتياً بعد الفصل، ولذلك تُعاد الخدمة بإعادة توصيل آلية. الوظيفة تدعم البدء بالفصل أو بالالتقاط، وإعادة التوصيل ثلاثية الأطوار، وعدة محاولات (Multi-shot)، وأزمنة ميتة مختلفة حسب نوع العطل، والتعاون مع Synchrocheck. ويمكن تغيير إعدادات التيار الزائد ديناميكياً حسب حالة إعادة التوصيل.
| الوظيفة المساندة | فكرتها |
|---|---|
| DLC (Dead-line check) | لا تتم إعادة التوصيل إلا والخط بلا جهد، عندما لا يمكن استخدام Synchrocheck. |
| ADT (Adaptive dead time) | يُستخدم الزمن الميت التكيفي فقط إذا نجحت إعادة التوصيل في الطرف المقابل، لتقليل الإجهاد على المعدات. |
| RDT (Reduced dead time) | يقلل الزمن الميت بالاعتماد على جهد الطرف المقابل عند فصل أعطال تقع في منطقة التجاوز خارج الخط المحمي، دون Teleprotection. |
مراقبة دائرة الفصل وقفل التشغيل
وظيفة 74TC تراقب ملف القاطع وأسلاكه عبر مدخلين ثنائيين وتصدر إنذاراً عند قطع الدائرة. أما 86 (Lockout) فمتاحة في كل القوالب.
- التيار الزائد: مرحلتان ثابتتان + مرحلة عكسية مهيأة مسبقاً مع منحنيات IEC وANSI.
- الاتجاهية ضرورية للخطوط الموازية والتغذية من طرفين والحلقات، ويمكن تسريعها بالمقارنة الاتجاهية عبر GOOSE.
- Inrush وSOTF و50HS وفشل القاطع وإعادة التوصيل تكمّل الدرع.
- خطّط للمداخل الثنائية مبكراً (74TC وحدها تحتاج مدخلين).
صيد الأعطال الأرضية الخفية: أسرار الحماية الحساسة (67Ns) في الشبكات المعزولة والمعوّضة
لماذا العطل الأرضي تحدٍّ خاص؟
في الشبكات ذات النقطة المعزولة أو المؤرضة عبر ملف تعويض (Arc-Suppression Coil) لا يولد العطل الأرضي تياراً كبيراً كما في العطل بين الأطوار، لذلك تحتاج إلى وظائف مصممة للحساسية العالية وتحديد الاتجاه. توفر 7SX800 وظيفتين رئيسيتين: 50Ns/51Ns غير الاتجاهية و67Ns الاتجاهية، وكلتاهما تقدم أكثر من طريقة قياس يمكن استخدامها بالتوازي لتناسب فلسفة المشغّل وشكل العطل.
ترسانة طرق الكشف
| الطريقة | الفكرة | أين تفيد؟ |
|---|---|---|
| 3I0> و V0> | قياس التيار المتبقي أو الجهد المتبقي، ويمكن تحديد الطور المعيب عند توصيل جهود الأطوار. | كشف أولي وحماية احتياطية. |
| cos φ (Watt-metric) | تحديد اتجاه العطل الثابت من المركبة الفعالة للتيار. | شبكات الملف المعوّض. |
| sin φ (Var-metric) | تحديد الاتجاه من المركبة غير الفعالة. | الشبكات المعزولة. |
| φ(V,I) | الزاوية بين تيار الأرضي المعوّض بالخطأ الزاوي وجهد V0 المُدار. | بديل لـ cos/sin إذا فضّلته فلسفة المشغّل. |
| التوافقيات (3 أو 5 أو 7) | تحديد الاتجاه من أطوار توافقية V0 و3I0. | تحديد موضع العطل الثابت، خصوصاً في الحلقات متوسطة الجهد ذات نقاط الفصل. |
| العطل العابر (Transient) | يعمل خلال أول 1 إلى 2 دورة بتقييم الطاقة الفعالة للعملية العابرة. | أعطال تنطفئ سريعاً (من نصف دورة إلى عدة دورات)، والشبكات المتشابكة والحلقات المغلقة. |
| Pulse pattern | توصيل وفصل مكثف على التوازي مع الملف ينتج تياراً نابضاً، فتكشف الوظيفة الفيدر المعيب بنمط النبضات. | الشبكات المعوّضة بزيادة (Overcompensated). |
| Admittance Y0> | مرحلة سماحية ضمن وظيفة 67Ns. | تطبيقات تتطلب هذا النوع من القياس. |
وإلى جانب هذه الطرق يمكن تفعيل مرحلة تيار أرضي بسيطة غير اتجاهية عند الحاجة.
العطل المتقطع (Intermittent)
ينشأ العطل المتقطع من ضعف العزل في الكابلات أو من تسرب المياه إلى وصلات الكابل، وقد ينطفئ ذاتياً أو يتطور إلى قصر دائم. أثناءه قد تتعرض مقاومات التعادل للإجهاد الحراري في الشبكات منخفضة المعاوقة، ولا تستطيع حماية الأرضي العادية اكتشاف نبضات التيار القصيرة. الحل في الجهاز: جمع النبضات المفردة عبر الزمن والفصل عند الوصول إلى زمن إجمالي قابل للضبط، وتقييم القيم الفعالة (RMS) بالنسبة لدورة واحدة. وتتوفر أيضاً نسخة اتجاهية منها.
سجل مخصص للأعطال الأرضية
يحتفظ الجهاز بـ Ground-fault log مستقل عن سجل الأعطال العادي: حتى 10 أعطال أرضية، وبكل عطل حتى 100 رسالة. هكذا لا تضيع تفاصيل العطل الأرضي وسط رسائل الحماية الأخرى.
محول تيار حساس عند الحاجة
طرفية التيار (8 أقطاب بأربعة محولات مدمجة) تأتي بنسختين: 4 محولات حماية، أو 3 محولات حماية + محول حساس واحد. ويمكن تبديل النوع لاحقاً في الموقع، مثلاً من حساس إلى عادي عند تغيير نظام التأريض.
87N: الحماية المقيدة للأرضي ونقطة التعادل
الحماية التفاضلية الطولية تكشف الأعطال الأرضية القريبة من نقطة التعادل في ملف نجمة مؤرضة بشكل محدود، وهنا تأتي 87N (Restricted Ground-Fault Protection): تقيّم تيار نقطة التعادل مع تيار التسلسل الصفري المحسوب من تيارات الأطوار، مع إجراءات تثبيت تمنع الفصل الخاطئ للأعطال الخارجية. وتدعم المحولات الذاتية (Auto-transformers) باختيار نقطة القياس التي تعطي أكبر تيار تقييد. كما يمكن استخدام 50N/51N على تيار نقطة التعادل مباشرة، أو كحماية لتسرب الهيكل (Tank leakage) في المحولات المعزولة.
- الأعطال الأرضية في الشبكات المعزولة والمعوّضة تحتاج وظائف 50Ns/51Ns و67Ns وليس التيار الزائد العادي.
- اختر الطريقة حسب نوع التأريض: cos φ للمعوّضة، وsin φ للمعزولة، والعابر للأعطال السريعة، والتوافقيات للحلقات.
- العطل المتقطع يُكشف بجمع النبضات زمنياً، ويُحجب كشف العطل الثابت أثناءه.
- للمحولات: 87N تغطي منطقة التعادل التي تضعف فيها الحماية التفاضلية.
حارس المحركات وبنوك المكثفات: حماية حرارية ذكية من لحظة التقويم حتى الفصل
حماية المحرك في جهاز واحد
يغطي 7SX800 المحركات الصغيرة والمتوسطة (100 كيلوواط إلى 2 ميجاواط) عبر القالبين 5 (قياس التيار) و6 (التيار والجهد). الميزة المذكورة في الكتالوج: دمج الحماية والتحكم في جهاز واحد يقلل الاستثمار، مع حماية حرارية كاملة للمحرك.
| الوظيفة | ماذا تحمي؟ |
|---|---|
| 49 حراري للعضو الثابت | من الأحمال الزائدة ومشاكل التبريد والتلوث. |
| 49R حراري للدوّار | الدوّار أثناء البدء بسبب كثرة محاولات البدء أو طولها أو انحشار الدوّار. |
| 48 مراقبة زمن البدء | من بدء يطول أكثر من اللازم، مع زمن أقصى مختلف للبدء البارد والساخن. |
| 66 منع إعادة التشغيل | من إعادة تشغيل المحرك إذا كان سيتجاوز حد حرارة الدوّار. |
| 50L Load-jam | من انحشار الدوّار المفاجئ بسرعة أكبر من الحماية الحرارية. |
| 14 الدوّار المحجوز | حالة الدوّار المحجوز (Locked rotor). |
| 46 الحمل غير المتزن | من تسخين الدوّار بسبب المركبة العكسية. |
| 37 التيار المنخفض | كشف المضخات والضواغط التي تعمل بلا حمل (Idling). |
| 38 مراقبة الحرارة | درجات حرارة الملفات والمحامل عبر حساسات. |
لماذا الدوّار هو نقطة الضعف؟
في التشغيل العادي، وحتى تحت الحمل الزائد، تبقى حرارة الدوّار بعيدة عن حدها المسموح. لكن تيارات البدء العالية تجعل الدوّار، لا العضو الثابت، هو المعرّض للتلف بسبب ثابت الزمن الحراري القصير له. ولذلك تمنع وظيفة 66 إعادة التشغيل إذا كان من الواضح أن حد حرارة الدوّار سيتجاوز في محاولة البدء، بدلاً من ترك القاطع يفصل بعد عدة محاولات.
Load-jam مقابل الحراري
انحشار الدوّار يسبب قفزة مفاجئة في تيارات الأطوار. قد تلتقط الحماية الحرارية أيضاً عندما تتجاوز النمذجة الحرارية قيمها، لكن وظيفة 50L تكشف الانحشار أسرع، فتقلل الضرر على المحرك والمعدات المدارة (التروس والمحامل وغيرها).
الحمل غير المتزن 46
تعتمد على المركبة العكسية للتيار وتنمذج السلوك الحراري بطريقة التكامل؛ منحنى الفصل عكسي، فالتيارات غير المتزنة الصغيرة تعطي زمن فصل أطول. ثابت الآلة K يقع بين 5 و40 ثانية، ويُحد تيار المركبة العكسية الكبير (نحو 10 أضعاف المسموح) لتفادي التشغيل الخاطئ في الأعطال غير المتماثلة. وهناك أيضاً إنذار عند تجاوز الحمل غير المتزن المستمر لحد معين بعد زمن تأخير.
قياس الحرارة بوحدة RTD خارجية
تُسجَّل الحرارة (الملفات أو الزيت أو المحامل) عبر جهاز خارجي لمراقبة الحرارة (RTD unit، مثل 7XV5662-xAD10)، ويرتبط بالريلاي بالبروتوكول الخاص SUP عبر السلسلي أو الإيثرنت. الحساسات المدعومة Pt 100 وNi 100 وNi 120، ويمكن معالجة حتى 12 نقطة قياس بحدّين لكل نقطة، مع كشف تلقائي لانقطاع السلك.
بنوك المكثفات: ثلاث وظائف متخصصة
| الوظيفة | الفكرة |
|---|---|
| 59C جهد الذروة للمكثفات | تحسب جهد الذروة لكل طور من الأساسية والتوافقيات، لأن ارتفاعه قد يدمر العازل. أنواع الأزمنة: عكسي IEC/IEEE، ومنحنى مستخدم، وزمن مستقل (حتى 4 مراحل). |
| 60C عدم اتزان التيار | يراقب بحساسية عالية التيار غير المتزن بين نقطتي التعادل في بنك النجمة المزدوجة، ويتيح عدّ العناصر المعيبة. |
| 50RS مراقبة إعادة الاشتعال | يراقب القاطع لكشف إعادة اشتعال القوس بعد فصل بنك المكثفات، ويصدر فصلاً مساعداً. |
- وظائف المحرك تحمي العضو الثابت والدوّار معاً: 49 و49R و48 و66 و50L و46.
- Load-jam أسرع من الحراري في كشف الانحشار، وRestart inhibit يحمي الدوّار من التقويم المتكرر.
- قياس الحرارة يتم عبر وحدة RTD خارجية بحد أقصى 12 نقطة.
- للمكثفات: 59C وجهد الذروة، و60C وعدم الاتزان، و50RS وإعادة الاشتعال.
الجهد والتردد والقدرة: كيف يفصل 7SX800 مصادر التوليد ويحمي الشبكة ويراقب جودة القدرة
حماية الجهد: 27 و59 و47 و59N
تراقب هذه الوظائف المدى المسموح للجهد، وتحمي المعدات من انخفاضه أو ارتفاعه، وتخدم مهام الفصل عن الشبكة وفصل الأحمال. تأتي بمرحلتين افتراضياً ويمكن رفعها إلى ثلاث، ويمكن حجب وظائف نقص الجهد بمعيار تيار.
| النوع | الفكرة |
|---|---|
| ثلاثي الأطوار | جهود الأطوار أو الجهود بين الأطوار، بقياس المركبة الأساسية أو RMS حقيقي. |
| مركبة التسلسل الموجب | الأعطال بين طورين أو الأرضية تسبب انهياراً غير متزن لا يؤثر كثيراً على التسلسل الموجب، لذلك يناسب تقييم مشاكل الاستقرار. |
| جهد أي طور (Vx) | لتطبيقات خاصة تحتاج جهد طور واحد. |
| تعويض Ferranti | المعاوقة السعوية للخطوط الطويلة قد ترفع الجهد عند الطرف البعيد، ويُحسب جهد الطرف الآخر من القياسات المحلية. |
| dV/dt | كشف حالات غير آمنة ناتجة عن عدم توازن القدرة المولدة والمستهلكة، ويستخدم كمعيار لفصل الأحمال. |
| 47 و59N | جهد التسلسل السالب لمراقبة عدم اتزان الجهد، وجهد التسلسل الصفري لكشف الأعطال الأرضية. |
24: الإثارة الزائدة
تكشف ارتفاع الحث في المولدات والمحولات عبر النسبة V/Hz؛ فارتفاع الجهد يسبب تيارات مغنطة زائدة، وانخفاض التردد يزيد الفواقد. تعمل بمرحلة واحدة تابعة بمنحنى يحدده المستخدم ومرحلتين مستقلتين.
القدرة: 32 و32R و37
- حتى 4 مراحل للقدرة الفعالة و4 للقدرة غير الفعالة، بحدود تجاوز أو هبوط قابلة للضبط، ويمكن دمجها بالـ CFC.
- 32R للقدرة العكسية في المولدات؛ أصغر حد ضبط 0.3% من P/Srated بالسالب، مع إمكانية تصحيح الخطأ الزاوي من تقرير اختبار المحول.
- 37 لتيار أو قدرة منخفضة، مثل مضخات تعمل فارغة.
من التطبيقات: كشف القدرة السالبة، وكشف القدرة غير الفعالة السعوية على الخطوط الطويلة الخالية من الحمل (حيث يرتفع الجهد)، وكشف المحركات والمولدات العاملة بلا حمل.
QU: فصل مصادر التوليد بأمان
حماية Q-U (القدرة غير الفعالة الموجهة المقيدة بنقص الجهد) هي حماية نظامية عند نقطة الربط بين مصدر التوليد والشبكة، لتجنب انهيار الجهد. تكشف الأوضاع الحرجة وتفصل المصدر، وتضمن ألا تتم إعادة الربط إلا عند استقرار الشبكة. معايير الضبط قابلة للتعديل وفق التوجيه الفني لمحطات التوليد على الشبكة المتوسطة (BDEW يونيو 2008) ومواصفة FNN (فبراير 2010).
التردد: 81 وdf/dt وفصل الأحمال
| الوظيفة | المراحل | ملاحظات |
|---|---|---|
| 81O تردد زائد | 2 (حتى 3) | كل المراحل بنفس التصميم. |
| 81U تردد منخفض | 3 (حتى 5) | طريقتا قياس: فرق الزاوية، أو الفلاتر. |
| 81R معدل تغير التردد | حتى 5 لكل نوع | نوعان: df/dt صاعد وهابط، ويحجب تلقائياً عند نقص الجهد. |
| Vector jump (Δφ) | — | كشف القفزة الزاوية للجهد. |
| 81U فصل الأحمال | — | يراعي تغير ظروف التغذية بسبب التوليد الموزع. |
يمكن أن يتم الفصل على القاطع المحلي أو في الطرف المقابل بالفصل البعيد التلقائي. وهذه المجموعة هي أساس القالب 7 (Decoupling).
Synchrocheck والتزامن (25)
عند ربط نظامين أو معدة حية بالشبكة يجب أن يكون الجهد متزامناً لحظة الإغلاق. تعمل الوظيفة بثلاثة أنماط: Synchrocheck للشبكات المتصلة غلفانياً، وتوصيل الشبكات المتزامنة، وتوصيل الشبكات غير المتزامنة مع مراعاة زمن إغلاق القاطع. وتبدّل بين الأنماط تلقائياً حسب فرق التردد. حسب عدد مداخل الجهد يمكن تطبيق نقطة تزامن أو اثنتين، وتتوفر مجموعتا معاملات للـ Synchrocheck وحتى 6 مجموعات للتزامن.
جودة القدرة PQ-Basic
| القياس | ما يفعله | نقاط الوظائف |
|---|---|---|
| Voltage unbalance | نسبة V2/V1 ونسبة V0/V1 لعدم الاتزان. | 20 |
| Voltage variations | رصد الهبوط والارتفاع والانقطاع في الجهد مع القيمة الدنيا ومدة الحدث. | 30 |
| THD والتوافقيات | قيم THD للتيار والجهد وتوافقياتهما مع تحذير عند تجاوز الحد. | ضمن حزم الجهد/التيار |
| TDD | التشويه الكلي للطلب للتيارات (قيمة 3 ثوانٍ وقيمة الفترة). | 10 |
الميزة أن الأجهزة المركبة يمكن ترقيتها بتحديث Firmware دون أجهزة إضافية، فتحصل على صورة سريعة عن جودة القدرة وتكتشف نقاط الضعف مبكراً. أما إذا احتجت التقييم الكامل وفق معايير مثل EN 50160 فالكتالوج يوصي بمسجلات جودة القدرة مثل SIPROTEC 7KE85 مع نظام SICAM PQS.
محدد موقع العطل (FL)
يحسب المحدد أحادي الطرف معاوقة العطل والمسافة، وتُعرض النتيجة بالأوم أو الميل أو الكيلومتر أو كنسبة من طول الخط، مع تعويض تأثير الخطوط الموازية وتيارات الحمل.
- وظائف الجهد والتردد والقدرة هي الأساس في الفصل عن الشبكة وفصل الأحمال.
- حماية QU تفصل مصدر التوليد وتمنع إعادة الربط قبل استقرار الشبكة، وفق BDEW وFNN.
- التردد: 81O وU وdf/dt وVector jump مع تعامل خاص مع التوليد الموزع.
- PQ-Basic تعطيك صورة سريعة عن الجودة بتحديث Firmware، والتقييم الكامل يحتاج مسجلات متخصصة.
الخلية في جهاز واحد: التحكم والأتمتة (CFC) والمراقبة وتسجيل الأعطال في 7SX800
التحكم على مستوى الخلية
يضم الجهاز كل وظائف التحكم والمراقبة اللازمة لتشغيل الخلية بكفاءة. الشاشة الملونة الحرة التهيئة تعرض مخطط التحكم، وهناك 9 مفاتيح وظائف للإجراءات المتكررة مثل بدء تسلسلات القطع أو عرض قائمة الأحداث، ومفتاحا O وI للتحكم المباشر في المعدات، وتبديل سلطة التحكم بسهولة.
- حزمة التحكم الأساسية تدعم 4 كائنات قطع (قواطع أو مفاصل أو تأريض)، ويمكن إضافة كائنات وتسلسلات عبر CFC.
- الحماية والتحكم يصلان إلى نفس العناصر المنطقية، ومن منظور معدات القطع لهما الأولوية نفسها.
- مع IEC 61850 يمكن تبادل بيانات التعشيق بين الخلايا عبر GOOSE، فتحل رسائل البيانات محل الأسلاك.
الأتمتة بمحرر CFC
محرر CFC (Continuous Function Chart) محرر رسومي لرسم المخططات المنطقية، ويدعمه DIGSI 5 بكتل مبنية على المعيار IEC 61131-3. تربط الإشارات الداخلية وحالات التشغيل والقيم المقاسة بكتل المنطق وتعالجها في الزمن الحقيقي.
- التعشيقات (Interlockings) وتسلسلات القطع.
- اشتقاق الرسائل أو إصدار أوامر الفصل.
- فصل الأحمال في الفيدر، وإدارة مصادر التوليد الموزعة.
- تحويلات النظام حسب حالة الشبكة، والفصل الآلي للشبكة عند مشاكل الاستقرار.
المراقبة: أربع مجموعات
| المجموعة | نطاقها |
|---|---|
| المراقبة الذاتية | كشف الأعطال الداخلية والخارجية في الدوائر الثانوية وتخزينها. |
| استقرار الشبكة | مسجلات الأعطال والمسجلات المستمرة وبيانات لمراكز التحكم والمراقبة. |
| حالة المعدات | إحصاءات القواطع (ΣIx وI²t و2P)، وضغط SF6 والحرارة وغيرها عبر محولات قياس، وأجهزة خارجية 20 mA. |
| جودة القدرة | PQ-Basic كما رأينا في الجزء السابق. |
القياس والتسجيل
يوفر الجهاز قيماً مقاسة بالقيم الابتدائية والثانوية والمرجعية، وحتى 8 مداخل تماثلية معايرة من المصنع، فلا حاجة لمحولات قياس منفصلة. ويدعم رصد الإشارات حتى التوافقية الخمسين لوظائف مختارة. وتتوفر Synchrophasors كخيار (حسب الكتالوج هي قيد التطوير).
الأعطال تُحفظ بصيغة COMTRADE، مع مسارات قابلة للضبط (حتى 100 مسار ثنائي و50 مساراً لقيم مقاسة إضافية)، ووقت ما قبل التشغيل (Pre-trigger) وزمن الحفظ قابلان للبرمجة. وتُحلل بواسطة SIGRA (نتناولها في الجزء العاشر).
السجلات الداخلية
| السجل | السعة | الغرض |
|---|---|---|
| Operational log | 2000 رسالة | أحداث التشغيل والتحكم (دوري). |
| Fault log | 1000 رسالة لكل عطل، حتى 128 عطلاً | أحداث الأعطال. |
| User-specific buffer | 200 رسالة | إشارات يحددها المستخدم. |
| Ground-fault log | 100 رسالة لكل عطل، حتى 10 أعطال | الأعطال الأرضية. |
| Parameterization history | 200 رسالة (لا تُحذف) | كل تغييرات الإعدادات وتنزيلات التكوين. |
| Communication log | 500 رسالة | حالة وصلات الاتصال. |
| Security log | 500 رسالة (لا تُحذف) | محاولات الدخول الناجحة والفاشلة. |
| Device-diagnosis log | 500 رسالة | تعليمات الصيانة والأعطال الداخلية. |
مزامنة الوقت: بدونها تفقد السجلات قيمتها
لمقارنة أحداث أجهزة في مواقع مختلفة لا بد من مزامنة دقيقة. تتم المزامنة عبر IRIG-B أو SNTP أو بروتوكول نظام الأتمتة (مثل IEC 61850) أو بروتوكول DIGSI 5، وتتراوح الدقة من 1 مللي ثانية إلى 1 ميكرو ثانية بحسب المصدر، وتسجَّل الأحداث بدقة 1 مللي ثانية. الساعة الداخلية لها بطارية احتياطية، ويمكن استخدام مؤقتين: أساسي وثانوي مع تحويل تلقائي.
- شاشة بمخطط Single-line و9 مفاتيح وظائف و4 كائنات قطع أساسية قابلة للتوسعة بـ CFC.
- CFC يتيح تعشيقات وتسلسلات وفصل أحمال بمنطق رسومي معياري IEC 61131-3.
- مسجل الأعطال حتى 8 kHz وحتى 128 سجلاً، وسجلات أحداث متعددة بعضها لا يُحذف.
- مزامنة الوقت (IRIG-B/SNTP/61850) أساس تحليل الأعطال بين أكثر من جهاز.
لغة الخلية الرقمية: البروتوكولات وIEC 61850 وGOOSE وتقنيات الريدندنسي (RSTP/HSR/PRP)
المنافذ المدمجة
| المنفذ | الوصف | الاستخدام |
|---|---|---|
| USB-B (أمامي) | محمي بغطاء بلاستيكي | بروتوكول DIGSI 5 لضبط الجهاز بالكامل. |
| Port F كهربائي | 2 × RJ45، 100 ميجابت/ث، حتى 20 متراً | بروتوكولات الإيثرنت، مع أو بدون Switch مدمج. |
| Port F ضوئي | 2 × LC مزدوج، 1300 nm، حتى 2 كم ألياف متعددة النمط | نفس البروتوكولات. |
| Port E (RS485) | RJ45 تسلسلي | IEC 60870-5-103 أو DNP3 أو Modbus RTU، أو مزامنة IRIG-B. |
عدة تطبيقات يمكنها العمل بالتوازي على منفذ الإيثرنت، ويمكنك إيقاف ما لا تستخدمه لأسباب أمنية. وتُحمّل البروتوكولات بتعيين «تطبيق» لكل واجهة عبر DIGSI 5.
البروتوكولات المدعومة
| البروتوكول | أهم التفاصيل |
|---|---|
| IEC 61850 | خادم (Server) مع Reports لحتى 6 عملاء، ورسائل GOOSE، وتحميل سجلات الأعطال بصيغة COMTRADE، وقراءة الإعدادات وتغييرها. |
| IEC 60870-5-104 | ماستر واحد أو اثنان (احتياطي)، وإمكانية ثلاثة ماسترات تستقبل المعلومات نفسها، وقراءة سجلات الأعطال. |
| DNP3 | سلسلي عبر RS485 أو TCP (حتى ماسترين)، مع أوامر قطع وسجلات أعطال. |
| Modbus TCP / RTU | ماستر واحد أو اثنان احتياطيان؛ رسائل وقيم مقاسة وعدادات وأوامر قطع. |
| PROFINET IO | يعمل كـ IO Device، مع ريدندنسي S2 ووظيفة SOE بذاكرة 500 إشارة. |
| IEC 60870-5-103 | سلسلي، متوافق مع SIPROTEC 4 وSIPROTEC 5، وخرائط معلومات حرة التهيئة. |
| SUP | بروتوكول Siemens لربط وحدات الحرارة أو 20 mA الخارجية. |
GOOSE: حين تحل الرسالة محل السلك
تُستخدم GOOSE لتبادل الرسائل والقيم بين الأجهزة داخل المحطة وبين محطات مختلفة، وتوصف المعلومات بملفات SCL قياسية (Edition 2). تحل الاتصالات محل الأسلاك والمداخل الثنائية، والأزمنة المطلوبة موضحة في الكتالوج:
يراقب المستقبل وصول الرسائل باستمرار، فإذا انقطع الاتصال تتحول الحالات المفقودة تلقائياً إلى وضع آمن. والرسائل المرسلة من جهاز في وضع الاختبار يتجاهلها المستقبلون في التشغيل العادي، فيمكنك اختبار جهاز دون فصله عن الشبكة.
الريدندنسي: ثلاث تقنيات
| التقنية | الفكرة | ملاحظات |
|---|---|---|
| RSTP | حلقة بـ Switch مدمج في الجهاز | حتى 40 جهازاً في الحلقة، ومع أجهزة SIPROTEC 4 حتى 30 جهازاً. |
| HSR | نفس الرسالة تُرسل في اتجاهين داخل الحلقة | حتى 50 جهازاً في الحلقة بحد أقصى RedBoxين؛ يتحمل خطأ واحداً (N-1) لكن الأعطال المتطورة قد تقطع جزءاً منها. |
| PRP | شبكتان منفصلتان فيزيائياً بنفس الرسائل | توافر أعلى من HSR لكن بتكلفة أجهزة شبكة مضاعفة. |
التقنيتان PRP وHSR وفق المعيار IEC 62439-3؛ يستقبل المستقبل أول رسالة تصل ويتجاهل الثانية، وإن لم تصل الأولى تُستخدم الثانية دون أي انقطاع. وهما لا تحتاجان معاملات إضافية، ويُحدد عدد المستخدمين الأقصى بـ 512 جهازاً. ويمكن دمج HSR وPRP باستخدام RedBox.
خدمات إضافية على الإيثرنت
- VLAN (IEEE 802.1q): عزل تطبيقات مختلفة على نفس الوسط الفيزيائي، فتزداد الأمان والتوافر والأداء.
- SNTP: مزامنة من خادم أو اثنين بدقة 1 مللي ثانية.
- IEEE 1588 (PTP): دقة 1 ميكرو ثانية، لكنها قيد التطوير بحسب الكتالوج.
- SNMP V3: مراقبة الشبكة للتشخيص فقط ولا تُعدّل قيماً في الجهاز (حالته «قيد الإعداد» في الإصدار).
- الاتصال السحابي: عبر GridEdge للربط مع منصات مثل MindSphere.
- منافذ: USB أمامي، وPort F كهربائي أو ضوئي، وPort E تسلسلي أو IRIG-B.
- IEC 61850 مع GOOSE يحل محل الأسلاك، بأزمنة أقل من 10 ms لإشارات الحماية.
- RSTP للحلقات الاقتصادية، وHSR للحلقات السريعة بلا انقطاع، وPRP للتوافر الأعلى بشبكتين.
- VLAN وSNTP وSNMP وIoT خدمات تعمل بالتوازي ويمكن إيقاف ما لا يلزم.
الأمان أولاً: كيف يحمي 7SX800 الأفراد والمعدات والبيانات؟ (Safety وCybersecurity)
Safety مقابل Security: ما الفرق؟
Safety تعني حماية الأفراد والمنشآت الأولية، وSecurity تعني الحماية من التهديدات المعلوماتية القادمة من الخارج. مع انفتاح بيئة المحطات وتعقدها لم تعد الآليات التقليدية كافية، فصُمم مفهوم أمني متعدد الطبقات داخل معمارية الجهاز. وينص الكتالوج على أن مسؤولية المفهوم الأمني الشامل للمنظومة تقع على مشغّل النظام، بينما يدعمه المصنع بالتدابير المناسبة.
السلامة في تصميم الهاردوير
- Safety CT-Plug: محول التيار مدمج في طرفية التوصيل، فعند سحب الطرفية يُغلق الثانوي دائماً، ولا تحدث دوائر ثانوية مفتوحة أثناء استبدال الجهاز.
- طرفيات قابلة للفك الكامل: تسهل التجهيز المسبق للأسلاك واستبدال الجهاز أو الوحدات.
- لا حاجة لفتح الجهاز لضبط عتبات المداخل الثنائية أو تحديد التيار المقنن (1 أمبير/5 أمبير) أو تبديل البطارية.
- تغذية واسعة المدى مشتركة لكل المكونات، وتبريد يقلل الحمل الحراري ويطيل العمر.
- بيانات معايرة مخزنة داخل وحدات القياس تتيح استبدالها أو توسعتها بأمان.
مراقبة ذاتية على كل المستويات
تُراقَب مكونات الجهاز باستمرار: المعالج والجهد المساعد والبطارية والساعة الداخلية والذاكرة والمداخل التماثلية والنواقل والواجهات. وبحسب جسامة الخلل يصدر إنذار، أو تُحجب الوظائف المتأثرة، أو يُعزل الجهاز كلياً بفتح ملامس Life contact. وفي كل الحالات يسجل Device-diagnosis log السبب وتعليمات الإجراء المطلوب.
| ما الذي يُراقَب؟ | كيف؟ |
|---|---|
| المداخل التماثلية | توازن ومجموع التيار والجهد، وتسلسل الأطوار، وفقدان جهد القياس، وكشف سريع لمجموع التيار وانقطاع الأسلاك، وفحص منطقي على مستوى العينات. |
| دائرة الفصل | 74TC بمدخلين ثنائيين. |
| قنوات الحماية | فحص CRC بطول 32 بت، وإهمال الرسائل التالفة، وتجاهل الأعطال العارضة وحجب الوظائف عند الأعطال المستمرة، وقياس أزمنة الانتقال. |
| رسائل GOOSE | فحص CRC، ورقم التسلسل، وزمن التكرار، والتحول لوضع آمن عند الرسائل التالفة أو رسائل الاختبار. |
وأثناء الهندسة يحسب DIGSI 5 نموذج الحمل (Load model) للجهاز، فلا يُسمح بتحميل إلا التكوينات الممكنة تشغيلياً.
الأمن السيبراني: طبقات الدفاع
يعتمد التصميم على معايير ولوائح مثل IEC 62443 وIEC 62351 وNERC CIP وورقة BDEW، ويبدأ الأمن من الهاردوير حيث تُخزن مفاتيح التشفير بأمان، مع حزم اتصال مقواة ضد الهجمات.
| الهدف الأمني | الإجراء في الجهاز |
|---|---|
| منع الدخول غير المصرح | RBAC بإدارة مركزية للمستخدمين عبر RADIUS أو Active Directory، بأدوار وفق IEC 62351-8 وIEEE 1686، مع إمكانية دخول طوارئ عند انقطاع خادم RADIUS. |
| حماية الاتصال | مصادقة وتشفير بـ TLS بين الجهاز وDIGSI 5 أو Web Monitor أو السحابة. |
| كلمات المرور | كلمة اتصال بطول 8 إلى 30 حرفاً تضم حروفاً كبيرة وصغيرة وأرقاماً ورموزاً (متوافقة مع NERC CIP)، أو Confirmation ID للإجراءات الحرجة إذا لم يُفعَّل RBAC. |
| تقليل سطح الهجوم | افتراضياً يُفعَّل اتصال DIGSI 5 فقط، وبقية الخدمات معطلة. ويمكن ضبط وصول IP لكل منفذ: كامل أو قراءة فقط أو بلا وصول. |
| سلامة البرنامج | توقيع رقمي لملفات Firmware، وتخزين إعدادات الأمن مشفرة. |
| التتبع | تسجيل الأحداث الأمنية وإرسالها اختيارياً إلى خادم مركزي عبر Syslog، وSecurity log لا يُحذف. |
| منع الأجهزة الدخيلة | مصادقة الأجهزة على الشبكة وفق IEEE 802.1x مع خادم RADIUS. |
| التحديثات | إدارة رقع الأمان: قائمة شهرية بتحديثات Windows المختبرة للتوافق مع DIGSI 5. |
Product Security Blueprint والوصول عن بعد
يوصي الكتالوج بوثيقة Application Note رقم SIP5-APP-009 ومفهوم Security Blueprint يوثق التكوينات النموذجية والخدمات والمنافذ المستخدمة وإجراءات التحديث وكلمات المرور والحماية من الفيروسات. وفي التصميم الموصى به تُدمج الأجهزة في حلقات إيثرنت ضوئية عبر Switches، ويُسمح بالوصول من شبكة خارجية غير آمنة عبر Gateway يوثق هوية المستخدم ويشفر الاتصال (مثلاً عبر VPN).
- Safety CT-Plug وطرفيات قابلة للفك تحميان الأفراد وتسهلان الصيانة.
- مراقبة ذاتية متعددة المستويات: إنذار ثم حجب ثم عزل الجهاز.
- الأمن السيبراني: RBAC وTLS وSyslog وتوقيع Firmware وIEEE 802.1x.
- الإعداد الافتراضي آمن: لا خدمة تعمل إلا DIGSI 5 حتى تفعل غيرها.
من اللوحة إلى كود الطلب: الهاردوير والطرفيات والـ Variants ونقاط الوظائف في 7SX800
لوحة التشغيل الأمامية
- شاشة رسومية ملونة بدقة 320×240 بكسل.
- 9 مفاتيح وظائف حرة التعيين، ولوحة أرقام كاملة، ومفاتيح تنقل ومفاتيح حساسة للسياق.
- 8 مؤشرات LED ثنائية اللون يظهر وسمها على الشاشة، بالإضافة إلى مؤشرين للحالة: RUN أخضر وERROR أحمر.
- منفذ USB-B أمامي محمي بغطاء بلاستيكي.
يمكن طلب أي جهاز بطريقتي تركيب: Flush-mounting، أو Surface-mounting مع لوحة التشغيل المحلية باستخدام إطار تركيب (Assembly frame) يُطلب كملحق، ويدور الإطار حسب اتجاه توصيل الأسلاك علوياً أو سفلياً.
الطرفيات: جوهر سهولة الصيانة
- كل الطرفيات قابلة للفك منفردة، مما يتيح تجهيز الأسلاك مسبقاً واستبدال الجهاز دون إعادة توصيل مكلفة.
- طرفية التيار 8 أقطاب بأربعة محولات مدمجة، بنسختين: 4 محولات حماية، أو 3 حماية + 1 حساس.
- طرفية الجهد 14 قطباً لمحولات الجهد وإشارات المداخل والمخارج الثنائية.
- وصلات (Jumpers) جاهزة لربط الملامس على جهد مشترك، ويمكن تبديل التيار المقنن (1 أمبير/5 أمبير) إلكترونياً.
الـ Variants الثلاثة
| الـ Variant | المداخل الثنائية | المخارج الثنائية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| V1 | 4 | 5 | 1 Life contact + 4 سريعة |
| V2 | 14 | 11 | 1 Life contact + 10 سريعة |
| V3 | 17 | 8 | 1 Life contact + 7 سريعة |
في الثلاثة 4 مداخل تيار و4 جهد وعرض 1/6 × 19″. ولا يوجد توسعة للهاردوير.
أرقام كهربائية تهمك عند التصميم
| البند | القيمة |
|---|---|
| مدى الجهد المساعد المسموح | DC 19 إلى 250 فولت، وAC 92 إلى 265 فولت |
| الجهود الاسمية | DC 24/48/60/110/220 فولت وAC 100/230 فولت |
| الاستهلاك | نحو 12 واط DC، و42 فولت.أمبير عند AC 230 فولت |
| تيار الاندفاع / الحماية الموصى بها | حتى 18 أمبير / قاطع 6 أمبير بمنحنى C |
| زمن الاحتفاظ بالطاقة عند انقطاع التغذية | 50 مللي ثانية على الأقل |
| مداخل الجهد | 0 إلى 200 فولت، حمل (Burden) أقل من 0.1 فولت.أمبير، تحمل حراري 230 فولت مستمر |
| المداخل الثنائية | DC 24 إلى 250 فولت، التقاط نحو 3 مللي ثانية، استهلاك 0.6 إلى 2.5 مللي أمبير، ثلاثة نطاقات لعتبة التشغيل |
| المخارج السريعة (Type F) | زمن وصل نموذجي 4 مللي ثانية (أقصى 5)، زمن فصل نموذجي 2 (أقصى 5)، تيار مستمر 5 أمبير، 30 أمبير لثانية، 250 أمبير لـ 30 مللي ثانية |
كود الطلب (MLFB)
يتكون كود الجهاز 7SX800 من مواضع تحدد: عدد المداخل/المخارج الثنائية (A أو B أو C لـ V1 أو V2 أو V3)، ومداخل القياس (A: 4 مداخل حماية + 4 جهد؛ B: 3 حماية + 1 حساس + 4 جهد)، ومظهر الواجهة (0 قياسي، أو 1 للنسخة الأمريكية)، ونوع الإيثرنت (B كهربائي أو C ضوئي).
نقاط الوظائف: ادفع فقط مقابل ما تحتاجه
الوظيفة الرئيسية تُحدد باختيار نوع الجهاز، أما الوظائف الإضافية فتُختار في مرحلة الهندسة من مكتبة الوظائف، بشرط ألا يتجاوز الرصيد المطلوب من نقاط الوظائف. ويمكن شراء نقاط إضافية في أي وقت.
| الحزمة | النقاط |
|---|---|
| الحزمة الأساسية: وظائف التيار (50/51، 50N، 79، 50BF، 87N، 49…) وRBAC وIEEE 802.1x ومسجلات | 0 (Basis) |
| حزمة قياس الجهد (27، 59، 67، 81، 25، 32…) | 30 |
| وظائف المحرك 48 و50L و66 | 5 لكل وظيفة |
| بروتوكولات الإيثرنت (IEC 61850 وModbus TCP وIEC 104 وDNP3 وPROFINET وRSTP/PRP/HSR) | 50 |
| بروتوكولات تسلسلية (IEC 103 وDNP3 وModbus RTU) | 20 |
| PQ: Voltage unbalance / Voltage variations / TDD | 20 / 30 / 10 |
| PQ: قيم 10/12 دورة / Trend / Flicker | 25 لكل منها |
تُنشأ ملفات الترخيص (DAF) وتُدار ميزانية النقاط عبر SIPROTEC Function-Point Manager بعد التسجيل وإنشاء حساب ميزانية. وللدول التي لا يتوفر فيها المدير يمكن طلب الجهاز مهيأً مسبقاً بـ 20 أو 50 أو 100 أو 150 أو 200 نقطة (الأكواد ZP02 وZP05 وZP10 وZP15 وZP20).
ملحقات يُنصح بمراجعتها
- طرفية الجهد 14 قطباً، وطرفيات التيار (4 حماية، أو 3 حماية + 1 قياس).
- موصلات عرضية 2 قطب للتيار والجهد، وأغطية الطرفيات.
- إطار التركيب السطحي، وسكة الزوايا، وغطاء USB، وكابل USB لـ DIGSI 5.
- وحدات SFP RJ45، وكابل Y للاتصال التسلسلي، وطرفية قاطعة لـ RS485، وكابل محول لـ IRIG-B.
- V1 وV2 وV3 تختلف في عدد المداخل والمخارج الثنائية فقط، والقياس ثابت 4 تيار و4 جهد.
- الطرفيات القابلة للفك وSafety CT-Plug تجعل الاستبدال سريعاً وآمناً.
- اضبط عتبات المداخل الثنائية حسب جهد التحكم، وانتبه لأزمنة Dropout.
- نقاط الوظائف تتحكم في ما تفعّله: الحزمة الأساسية مجانية، والجهد 30، والاتصال 50.
من الرسم إلى التشغيل: DIGSI 5 والاختبار المدمج وSIPROTEC DigitalTwin وSIGRA
سير العمل المتكامل
تتمحور الهندسة في SIPROTEC 5 Compact حول مسار العمل: من المخطط الأحادي للمنظومة الأولية، إلى الطلب والهندسة وضبط الإعدادات، ثم الاختبار والتشغيل. الكتالوج يقسمه إلى خمس مراحل: تحديد المشروع، وهندسة الجهاز، وهندسة المنظومة، والتشغيل التجريبي، والتشغيل والخدمة.
| الأداة | دورها |
|---|---|
| DIGSI 5 | أداة الضبط والتشغيل التجريبي والتشغيل لكل أجهزة SIPROTEC 5. |
| IEC 61850 System Configurator | هندسة محطة IEC 61850 مستقلة عن المصنّع. |
| Web Monitor | واجهة متصفح للتشغيل التجريبي والمراقبة. |
| SIPROTEC DigitalTwin | توأم افتراضي سحابي للجهاز للاختبار بلا هاردوير. |
| SIGRA | تحليل سجلات الأعطال (COMTRADE). |
| SIPROTEC Dashboard | رؤية أسطول الحماية من خلال GridEdge والسحابة. |
DIGSI 5: كل شيء في مشروع واحد
في DIGSI 5 تُدار كل مكونات الأجهزة وبياناتها في مشروع واحد: التوبولوجي والأجهزة وقيم الإعدادات وإعدادات الاتصال وبيانات العملية. يمكنك أن تأخذ رقم الطلب (MLFB) من الـ Configurator وتنشئ به الجهاز مباشرة فتبدأ الهندسة على أساس متسق.
| الإصدار | الخلاصة |
|---|---|
| Compact | للمشاريع الصغيرة حتى 8 أجهزة (Compact أو غير معيارية) أو جهاز معياري واحد؛ يتضمن محرر CFC ومحرر شاشات الجهاز والاختبار المدمج؛ لا يحتاج مفتاح ترخيص. |
| Standard | بلا قيد على عدد الأجهزة، يشمل IEC 61850 System Configurator ومحررات المخطط الأحادي وتوبولوجيا الشبكة؛ SIGRA اختيارية. |
| Premium مع SIGRA | مثل Standard مع هندسة IEC 61850 مرنة (Flexible engineering) وتسمية وظيفية، ويتضمن SIGRA. |
أهم محررات DIGSI 5
- Single-Line Editor: تعريف الموضع الأولي للمحطة بمكتبة رموز ANSI وISO، وربط عناصر الحماية بالقواطع ومحولات التيار والجهد، وتُؤخذ نسب المحولات منه تلقائياً.
- Display Editor: تحويل المخطط الأحادي إلى شاشة للجهاز، مع محرر رموز لإنشاء رموزك.
- Information Routing: مصفوفة توجيه تشبه Excel لربط الإشارات بالمداخل والمخارج وLED والسجلات، وتعمل بمرشحات قوية.
- Communication Mapping: إعدادات مسبقة لكل بروتوكول يمكنك تعديلها ونسخها بين الأجهزة.
- CFC: محرر منطق رسومي مع Macros واختبار Offline ومراقبة Online.
ثلاث طرق لعرض الإعدادات
يتيح محرر المعاملات عرض الإعدادات بالقيم الابتدائية (فلا تحتاج نسب المحولات وتتجنب أخطاء التحويل)، أو بالقيمة النسبية Per unit، أو بالقيم الثانوية. وتُعرض منحنيات الحماية رسومياً فتتحقق من أثر تعديلك فوراً، ويمكن مقارنة مجموعات الإعدادات في نافذة واحدة، وتحديد المعاملات المفضلة لعرضها سريعاً.
Test Suite: اختبار بلا أجهزة اختبار ثانوية
- Test Sequencer المدمج: تنشئ تسلسل اختبار (دائرة قصر مثلاً) بحد أقصى 6 عناصر، وتحمله الجهاز فيحاكي المداخل التماثلية والثنائية في الزمن الحقيقي.
- اختبار الهاردوير والتوصيل: قراءة حالة المداخل، وتحريك الملامس وLED، وعرض القيم المقاسة على مخططات اتجاهية (Phasor) لاكتشاف انعكاس التوصيل أو مجموعة الاتجاه أو الاتجاهية.
- Wiring test بين الأجهزة عبر الإيثرنت دون مساعد في المحطة المجاورة.
- Loop test لوصلات الاتصال، وأخيراً Protocol test لإرسال قيم محددة نحو SCADA.
- CFC debugging Offline لاختبار المخططات قبل وصول الجهاز.
النتيجة بحسب الكتالوج: زمن اختبار وتشغيل تجريبي أقصر بكثير، وتوثيق لكل الاختبارات التي أُجريت، والاستغناء عن معظم الاختبار بأجهزة ثانوية.
Web Monitor: متصفح بدل برنامج
واجهة ويب مدمجة في الجهاز تعمل عبر المتصفح محلياً أو عن بعد. تفيد أثناء التشغيل التجريبي لفحص الإعدادات ومقارنتها بين جهازين أو مع الإعداد الافتراضي من Siemens، وأثناء الفحص لعرض القيم والحد الأدنى والأقصى والمتوسط، وكذلك أثناء التشغيل.
IEC 61850 System Configurator
أداة هندسة تفاعلية مستقلة عن المصنّع تدعم أجهزة Siemens وغيرها، وكل صيغ ملفات SCL (ICD وIID وCID وSCD وSSD وSED). تدعم الإصدارات 1 و2.0 و2.1، وتغطي GOOSE وReports وتوبولوجيا النظام وSMV لناقل العملية، وعناوين IEC 60870-5-104 للبوابة إلى مركز التحكم. وبحسب الكتالوج هناك خبرة هندسة أكثر من 500 ألف جهاز. وتقدم Flexible engineering تسمية وهيكلاً مخصصاً للعقد المنطقية، مع بقاء التعامل بلغة المستخدم (مثلاً: حماية المسافة بمناطقها لا مجموعة عقد).
SIPROTEC DigitalTwin: جهازك في السحابة
التوأم الرقمي هو نسخة افتراضية من جهاز SIPROTEC 5 حقيقي بخوارزمياته ووظائفه وواجهات اتصاله، يعمل سحابياً وبتوافر على مدار الساعة ومن أي مكان ودون هاردوير.
- حقن تيارات وجهود ثابتة، ومحاكاة مداخل ثنائية، وتشغيل الجهاز عبر الشاشة والمفاتيح.
- اختبار الحماية بقيم ثابتة أو بإخراج COMTRADE أو بـ State Sequencer، وإعادة تشغيل سجل عطل.
- تكامل مع أنظمة SCADA وبروتوكولات IEC 61850 وDNP3 وModbus TCP وIEC 104، وGOOSE بين الأجهزة.
- وظائف الأمن مثل Syslog وRADIUS وRBAC.
- تدريب مستمر على بيئة افتراضية قريبة من ظروف النظام الحقيقية.
الفوائد المعلنة: تقليل الاستثمار في أجهزة الاختبار (CAPEX)، وتقليل التشغيل (OPEX) بسبب اختبار مسبق أفضل يشمل الرقع (Patches)، وتحليل أسرع للأعطال بإعادة إنتاج سلوك المنتج والنظام.
SIGRA: التحليل بعد وقوع العطل
بعد حادث في الشبكة يكون تحليل العطل سريعاً وكاملاً أمراً حاسماً لتقليل زمن التوقف. يعرض SIGRA سجلات COMTRADE في 6 أنواع من المخططات: إشارات الزمن، والمخطط الدائري (مثل R/X)، والمخطط الاتجاهي، والأعمدة (للتوافقيات)، والجدول، وموقع العطل. ويحسب كميات إضافية مثل المعاوقات والقدرات والمركبات المتماثلة، ويدعم مؤشرين متزامنين، ودمج سجلات من طرفي الخط بالسحب والإفلات على أساس زمني مشترك، وتحديد موقع العطل Offline.
SIPROTEC Dashboard وGridEdge
يتصل SIPROTEC 5 بمستوى أتمتة المحطة وبعقدة SICAM GridEdge، ومنها إلى السحابة، فيفصل الأجهزة الميدانية عن السحابة أمنياً. يتيح Dashboard للطواقم الوصول إلى سجلات الأعطال وسجلات الحدث حتى قبل الذهاب إلى الموقع، ويعرض خرائط ومحطات وبيانات الأجهزة، وإحصاءات I²t للقواطع، وقياسات النقاط الساخنة للمحولات، مع مقارنة إصدارات الـ Firmware ومراقبة الإعدادات على مستوى المحطة أو الشبكة.
- DIGSI 5 يجمع الهندسة والاختبار في أداة واحدة بثلاثة إصدارات: Compact وStandard وPremium.
- Test Suite يحاكي المداخل في الجهاز نفسه فيقلل الحاجة لأجهزة اختبار ثانوية.
- DigitalTwin يتيح اختبار الأجهزة والنظام سحابياً بلا هاردوير.
- SIGRA وDashboard يحولان سجلات الأعطال إلى قرارات أسرع.
جدول مرجعي: الوظائف حسب رقم ANSI
يربط هذا الجدول رقم ANSI بوظيفة الجهاز والجزء الذي شُرحت فيه.
| ANSI | الوظيفة | الجزء |
|---|---|---|
| 14 | Locked rotor | 4 |
| 24 | Overexcitation V/f | 5 |
| 25 | Synchrocheck / Synchronization | 5 |
| 27 | Undervoltage | 5 |
| 32 / 32R | Power / Reverse power | 5 |
| 37 | Undercurrent / Minimum power | 4 و5 |
| 38 | Temperature supervision (RTD) | 4 |
| 46 | Unbalanced load / Negative-sequence OC | 4 |
| 47 | Negative-sequence overvoltage | 5 |
| 48 | Starting time monitoring | 4 |
| 49 / 49R | Thermal overload (stator / rotor) | 4 |
| 50/51 | Phase overcurrent | 2 |
| 50N/51N | Ground overcurrent | 2 |
| 50Ns/51Ns | Sensitive ground-fault | 3 |
| 50HS | Instantaneous high-current tripping | 2 |
| SOTF | Switch-onto-fault | 2 |
| 50BF | Breaker failure | 2 |
| 50L | Load-jam | 4 |
| 50RS | Breaker restrike monitoring | 4 |
| 51V | Voltage-dependent overcurrent | 2 |
| 59 / 59N | Overvoltage / Residual voltage | 5 |
| 59C | Peak overvoltage (capacitors) | 4 |
| 60C | Capacitor current unbalance | 4 |
| 60FL | Measuring-voltage failure | 2 |
| 66 | Motor restart inhibit | 4 |
| 67 / 67N | Directional overcurrent | 2 |
| 67Ns | Directional sensitive ground-fault | 3 |
| 74TC | Trip-circuit supervision | 2 |
| 79 | Automatic reclosing | 2 |
| 81 / 81U | Frequency / Underfrequency load shedding / df/dt | 5 |
| 86 | Lockout | 2 |
| 87N | Restricted ground-fault | 3 |
| FL | Fault locator | 5 |
قاموس المصطلحات
| المصطلح | المعنى |
|---|---|
| Application Template | قالب تطبيق جاهز في DIGSI 5 يضم الوظائف والإعدادات الأساسية لتطبيق معين. |
| Function Point | وحدة ترخيص تُنفق لتفعيل وظائف إضافية من مكتبة الوظائف. |
| CFC | Continuous Function Chart: محرر منطق رسومي للأتمتة والتعشيقات. |
| GOOSE | رسائل IEC 61850 السريعة لتبادل الإشارات بين الأجهزة بدل الأسلاك. |
| MMS | قناة العميل/الخادم في IEC 61850 للتقارير والتحكم والإعدادات. |
| SCL | لغة وصف تكوين المحطة في IEC 61850 (ملفات ICD وCID وSCD…). |
| RedBox | وحدة ربط تجمع HSR مع PRP أو مع شبكة عادية. |
| COMTRADE | صيغة قياسية لتبادل سجلات الأعطال. |
| RBAC | التحكم في الوصول بحسب الأدوار مع إدارة مركزية للمستخدمين. |
| Syslog | بروتوكول لإرسال سجلات الأحداث إلى خادم مركزي. |
| PMU / Synchrophasor | قياس الطور بدقة زمنية عالية لمراقبة استقرار الشبكة (قيد التطوير في هذا الإصدار). |
| Inrush | تيار اندفاع المغنطة عند تشغيل المحول. |
| 3I0 | تيار التسلسل الصفري (ثلاثة أضعاف I0). |
| Life contact | مخرج يدل على سلامة الجهاز ويفتح عند عزله. |
| MLFB | رقم الطلب الذي يمكن نقله مباشرة إلى DIGSI 5. |
| DigitalTwin | نسخة افتراضية سحابية من الجهاز للاختبار بلا هاردوير. |
أسئلة شائعة
هل يصلح 7SX800 للجهد العالي؟
هل يمكن توسعة هاردوير الجهاز؟
كيف أضيف وظيفة جديدة بعد الطلب؟
هل يدعم IEC 61850 الإصدار 2؟
هل يمكنني اختبار إعداداتي دون جهاز؟
هل المزامنة بـ IEEE 1588 متاحة؟
تعليقات
إرسال تعليق