آثار الحمل الكهربائي غير المتوازن على الشبكة الكهربائية

أهمية حصر آثار الحمل الكهربائي غير المتوازن على الشبكة الكهربائية:

بشكل عام، يعد “التوازن ثلاثي الأطوار” هو الوضع المثالي لنظام القدرة وجودة الطاقة الكهربائية المقدمة، ومع ذلك؛ فإن عدم توازن الجهد قد يؤدي إلى تأثير أسوأ على جودة الطاقة الكهربائية على مستوى التوزيع، كذلك ضمان الفولتية متوازنة بشكل جيد على مستويات المولد وناقل الحركة.

ولكن يمكن أن تصبح الفولتية على مستوى الاستخدام غير متزنة بسبب ممانعات النظام غير المتكافئة والتوزيع غير المتكافئ للأحمال أحادية الطور والآلات والأجهزة ثلاثية الطور “غير المتماثلة” (مثل المحولات ثلاثية الطور مع وصلات دلتا المفتوحة والنجمة) والأعطال غير المتوازنة ووصلات سيئة للموصلات الكهربائية.

كما يمكن أن يكون للمستوى المفرط من عدم توازن الجهد آثار خطيرة على جودة الطاقة، وفي النظام؛ فإنه يكون مستوى عدم التوازن الحالي عدة أضعاف مستوى عدم توازن الجهد، ويمكن أن يؤدي عدم الاتزان في التيارات الخطية إلى خسائر مفرطة في الخط وخسائر في الجزء الثابت والدوار من خلل المحرك في الترحيل والقياس غير المتماثل للأمتار.

كما يؤثر عدم توازن الجهد الكهربائي أيضاً على أنظمة القيادة المتغيرة السرعة، حيث يتكون المحول الأمامي من أنظمة مقوم ثلاثية الطور، كما تعتبر موازنة المرحلة مهمة جداً ويمكن استخدامها لتقليل خسائر وحدة التغذية بالتوزيع وتحسين استقرار النظام وأمانه.

ما هو الجهد الكهربائي غير المتوازن على الشبكة الكهربائية؟

يُطلق على أي انحراف في الجهد وشكل الموجة الحالية من الجيبي المثالي، وذلك من حيث الحجم أو انزياح الطور وعدم الاتزان، وفي الظروف المثالية؛ فإن تكون مراحل إمداد الطاقة متباعدة بمقدار 120 درجة من حيث زاوية الطور ويجب أن يكون حجم قممها متماثلاً.

وعلى مستوى التوزيع؛ فإن عيوب الحمل تتسبب في عدم توازن التيار الذي ينتقل إلى المحول ويسبب عدم توازن في “الجهد ثلاثي الطور”، وذلك حتى عدم التوازن الطفيف في الجهد عند مستوى المحول يزعج شكل الموجة الحالية بشكل كبير على جميع الأحمال المتصلة به.

وإذا كانت الفولتية ثلاثية الطور لها نفس الحجم وكانت في إزاحة (120) درجة بالضبط؛ فإن الجهد ثلاثي الطور يسمى متوازن، وإلا فإنه غير متوازن، كذلك لا يوجد جهد سلبي وصفري “متسلسل في نظام متوازن”، فقط يوجد مكونات تسلسل إيجابي للجهد ثلاثي الطور المتوازن، وعلى العكس من ذلك؛ فإنه إذا كان النظام غير متوازن؛ فقد تكون مكونات “التسلسل السلبي” أو مكونات التسلسل الصفري أو كليهما موجودة في النظام.

أسباب عدم توازن الجهد الكهربائي:

• يؤدي تبديل الأحمال الثقيلة ثلاثية الطور إلى حدوث ارتفاعات في التيار الكهربائي والجهد، مما يؤدي إلى عدم التوازن في النظام.

• تتسبب الممانعات غير المتكافئة في نقل الطاقة أو نظام التوزيع في تمايز التيار على ثلاث مراحل.

• أي حمل كبير أحادي الطور، أو عدد من الأحمال الصغيرة المتصلة بمرحلة واحدة فقط، حيث يتسبب في تدفق المزيد من التيار من تلك المرحلة المعينة، مما يتسبب في انخفاض الجهد على الخط.

• مع التشغيل المستمر للمحرك في بيئة مختلفة يتسبب في تدهور اللفات الدوار والجزء الثابت، وعادة ما يكون هذا الانحطاط مختلفًا في مراحل مختلفة، مما يؤثر على كل من الحجم وملاك الطور لشكل الموجة الحالية.

• تعتبر معدات ثلاثية الطور مثل المحرك التعريفي والمحول مع عدم الاتزان في اللفات الخاصة به، خاصةً إذا لم يكن تفاعل المراحل الثلاث متماثلًا؛ فسيؤدي ذلك إلى تغيير تدفق التيار في ثلاث مراحل وإحداث عدم توازن في النظام.

• يوفر التسرب الحالي من أي مرحلة من خلال المحامل أو جسم المحرك الأرض العائمة في بعض الأحيان، مما يتسبب في تذبذب التيار.

• إمدادات المرافق الواردة غير المتوازنة.

• المحولات غير المتكافئة تنقر الإعدادات.

• المرحلة المفتوحة على المرحلة الأولية من محول (3) مراحل على نظام التوزيع.

• عيوب أو أسباب في محول الطاقة.

• فتح “بنوك المحولات” المتصلة بالدلتا.

• فتيل منفجر على بنك ثلاثي الطور لمكثفات تحسين عامل الطاقة.

• الأحمال الثقيلة أحادية الطور مثل عمال اللحام.

آثار عدم توازن الجهد على النظام والمعدات:

يمكن تصنيف عوامل عدم اتزان الجهد إلى فئتين، وهما:

• العوامل العادية (الطبيعية): يمكن تقليل الاختلالات في الجهد بسبب العوامل العادية، مثل الأحمال أحادية الطور وبنوك المحولات ثلاثية الطور مع توصيلات دلتا ذات النجوم المفتوحة، وبشكل عام عن طريق التصميم المناسب للنظام وتركيب المعدات والأجهزة المناسبة.

• العوامل غير الطبيعية: وهي الأعطال المتسلسلة والتحويلة للدوائر و”الملامسات الكهربائية” السيئة للموصلات أو المفاتيح والانهيار غير المتماثل للمعدات أو المكونات والنضوب غير المتزامن لصمامات الطاقة ثلاثية الطور والتشغيل أحادي الطور للمحركات وما إلى ذلك، كما قد ينتج عن العوامل غير الطبيعية المذكورة أعلاه في الأضرار الجسيمة للأنظمة والمعدات.

زيادة تيار العائد المحايد:

يؤدي التوزيع غير المتكافئ للأحمال بين المراحل الثلاث للنظام إلى تدفق التيارات غير المتوازنة في النظام، والتي تنتج قطرات جهد غير متوازنة على الخطوط الكهربائية، وهذه الزيادة في التيار المحايد والتي تسبب خسائر الخط.

لذلك إذا كان النظام يحتوي على مرحلة متوازنة؛ فسيكون التدفق الحالي المحايد أقل في النظام، كما يمكننا توفير آلاف إلى ملايين الروبية من الأموال عن طريق تقليل الخسائر عن طريق تقليل التدفق الحالي المحايد في النظام.

الجهد أو التحول الآني:

إذا كان النظام غير متوازن؛ فقد تكون مكونات التسلسل السالب أو مكونات التسلسل الصفري أو كليهما موجودة في النظام، كما أن مقاومة تيار التسلسل السلبي هي 1/6 من تيار التسلسل الموجب، مما يعني أن عدم التوازن الصغير في شكل موجة الجهد سيعطي مزيداً من التيار وبالتالي الخسائر.

فشل المحرك:

بشكل عام؛ فإن محرك ثلاثي الطور يتم تغذيته بجهد ثلاثي الطور متوازن مع مكون تسلسل إيجابي فقط ينتج عزم دوران موجب التسلسل فقط، حيث أن تقليل عمر المحرك عن طريق التسخين يؤدي الخسارة الإضافية بسبب عدم توازن الجهد إلى تسخين لفائف المحرك، وذلك عن طريق زيادة درجة حرارة تشغيل المحرك يؤدي إلى انهيار عزل اللف وقد يؤدي في النهاية إلى فشل المحرك.

كما قد يؤدي ذلك أيضاً إلى تحلل الشحوم أو الزيت في المحمل وإزالة معدل لفات المحرك، مما يسبب عدم توازن الجهد بنسبة 3٪ إلى زيادة التسخين بنسبة 20٪ للمحرك التعريفي، ويتم تقليل عمر عزل اللف بمقدار النصف لكل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية في درجة حرارة التشغيل.

وبالنسبة الى اهتزاز المحرك؛ فإنه ينتج جهد التسلسل السلبي الناتج عن عدم توازن الجهد عزم دوران معاكس ويؤدي إلى اهتزاز المحرك والضوضاء، كذلك قد يؤدي “عدم توازن الجهد” الشديد إلى انهيار المحرك وتقليل عمر المحرك، كذلك قد تقلل الحرارة الناتجة عن الجهد غير المتوازن من عمر المحرك الافتراضي.

وبسبب تقليل الكفاءة في المحركات الحثية المتصلة بإمداد غير متوازن؛ فإنها تتدفق تيارات التسلسل السلبي جنباً إلى جنب مع تيار التسلسل الإيجابي، مما يؤدي إلى انخفاض نسبة التيار الإنتاجي وضعف “كفاءة المحرك”، أي عدم اتزان أعلى من 3٪ يعيق كفاءة المحرك.