المعايير الفنية المرتبطة بجودة تزويد الطاقة الكهربائية

التعرف على تأثير المعايير الفنية في عملية تزويد الطاقة الكهربائية:

توجد معايير الجهد والمعايير الفنية الأخرى التي يمكن استخدامها لقياس جودة الطاقة، كما يمكن تقسيم المعايير التي تؤثر على جودة الطاقة إلى فئتين، أي الحالة الثابتة (أو المستمرة) والاضطرابات، بحيث تتضمن معايير جودة الطاقة الثابتة الحالة التوافقية (تشوه شكل الموجة) وانحراف التردد الكهربائي وعدم توازن الجهد وتقلبات الجهد والوميض.

كما تشمل الاضطرابات الانقطاعات اللحظية والجهد الزائد أو الزيادات اللحظية أو العابرة وانخفاضات الجهد وتضخم الجهد، كما يتم تحديد المعلمات المهمة أدناه مع أسبابها المحتملة وتأثيراتها على المعدات الكهربائية أو نظام الإمداد.

تأثير التردد الكهربائي على جودة تزويد الطاقة الكهربائية:

يُعرَّف أي تغيير في التردد الأساسي لنظام القدرة عن قيمته الاسمية المحددة (على سبيل المثال 50 هرتز في العديد من الدول)، وذلك على أنه انحراف في التردد، كما يمكن أن تحدث اختلافات التردد التي تخرج عن الحدود المقبولة للتشغيل العادي للحالة المستقرة لنظام الطاقة؛ بسبب أخطاء في نظام نقل الطاقة السائبة، أو فصل كتلة كبيرة من الحمل أو عدم اتصال مصدر كبير للتوليد.

كما تؤدي الاختلافات الكبيرة في التردد إلى أضرار طويلة المدى لكل من المولد والآلات الكهربائية الدوارة للاستخدام النهائي، والتي قد يعاني ناتجها المقدر في نظام التردد المنخفض، كما قد يؤثر على استقرار النظام ويؤدي أيضاً إلى تعتيم الشبكة، وفي أنظمة الطاقة المترابطة؛ فإنه نادراً ما تكون هناك اختلافات كبيرة في التردد.

تأثير سلوكيات الجهد الكهربائي على جودة تزويد الطاقة الكهربائية:

يعد الجهد أحد أهم العوامل في نظام الطاقة والذي يؤثر على جودة الطاقة بعدة طرق مثل انقطاع التيار الكهربائي وتقلبات الجهد وعدم توازن الجهد وتراجع الجهد وتضخم الجهد وعابرات الجهد وتوافقيات الجهد وما إلى ذلك على النحو المبين أدناه:

انقطاع الجهد الكهربائي:

هي حالة يكون فيها الجهد عند أطراف الإمداد أقل من 10 في المائة من الجهد الاسمي، كما قد يكون انقطاعاً طويلاً أو مستمراً، خاصةً إذا كانت المدة أطول من دقيقة واحدة وانقطاع قصير إذا كانت المدة تصل إلى دقيقة واحدة، كما أن انقطاع التيار الكهربائي أطول من 1 دقيقة، غالباً ما تكون دائمة وتتطلب تدخلاً بشرياً لإصلاح النظام للاستعادة.

وبالنسبة للأنظمة متعددة الأطوار، يحدث الانقطاع عندما ينخفض ​​الجهد إلى أقل من 10 في المائة من الجهد الاسمي في جميع المراحل، وإلا فإنه يعتبر انخفاضاً في الجهد، كما يمثل انقطاع التيار الكهربائي الطويل مشكلة لجميع المستخدمين، ولكن العديد من العمليات على سبيل المثال عمليات المعالجة المستمرة وعمليات الدُفعات متعددة المراحل وتصنيع أشباه الموصلات للمعالجة الرقمية للبيانات.

تقلبات الجهد:

يتم تعريفها على أنها تغير دوري لمغلف الجهد أو سلسلة من التغيرات العشوائية للجهد، والتي لا يتجاوز حجمها عادة نطاقات الجهد المحددة، وهي اختلافات صغيرة نسبياً (أقل من +5 أو +10 بالمائة) في جذر متوسط ​​التربيع لفولطية الخط.

حيث يمكن أن تحدث هذه الاختلافات بسبب محولات التردد الثابتة والمحولات الحلقية وأفران القوس ومحركات مطاحن الدرفلة واللفائف الرئيسية والمحركات الكبيرة أثناء البدء، وما إلى ذلك، كما أن وحدات (UPS) للتبديل إلى وضع البطارية. قد يشدد على الآلات الكهربائية والإلكترونية تجاه الآثار الضارة التي قد تعطل عمليات الإنتاج مع خسارة مالية كبيرة.

عدم اتزان الجهد:

هو حالة في نظام متعدد الأطوار تكون فيه قيم الجذر التربيعي لجهود خط إلى خط، أو زوايا الطور بين الفولتية الخطية المتتالية غير متساوية، حيث ترجع مصادر الفولتية غير المتوازنة إلى خلل في المعدات أو موانع وموانع المحولات غير المتطابقة أو الصمامات المكثفة أو منظمات الدلتا المفتوحة أو محولات الدلتا المفتوحة.

كما يمكن أن يكون سبب ذلك أيضاً التوزيع غير المتكافئ للحمل أحادي الطور بين المراحل الثلاث، بحيث تشير الأنظمة غير المتوازنة إلى وجود مكون تسلسل سلبي “لجهد الإمداد” وهو ضار لجميع الأحمال متعددة الطور وخاصة آلات الحث ثلاثية الطور.

أيضاً يمكن أن يسبب الحمل الزائد على آلات الحث وخلل في محولات التردد، كما يمكن أن يؤدي عدم توازن الجهد إلى حدوث عدم توازن حالي يمكن أن يكون من (6 إلى 10) أضعاف حجم عدم توازن الجهد، والذي بدوره ينتج عن عدم الاتزان الحالي حرارة في لفات المحرك، مما يؤدي إلى تدهور عزل المحرك مما يؤدي إلى تدهور تدريجي في الأداء وتلف دائم للمحرك.

ترهل الجهد وتراجعه:

هو حالة ينخفض ​​فيها الجهد عند نطاقات أطراف الإمداد لمدة نصف دورة إلى عدة ثوانٍ، حيث أن المصادر الشائعة للارتخاء هي بدء المحركات الحثية الكبيرة وأعطال النظام، كما يمكن أن يحدث التدهور بسبب دائرة محملة بشكل زائد، أو خلل في مبدل الصنبور في المحولات أو القواطع التي تربط حمولة استقرائية كبيرة بالشبكة أو بنك مكثف غير متصل.

أيضاً تأخذ أفران القوس في البداية أمبير كبير لإنتاج درجات حرارة عالية تسبب انخفاض الجهد، كما يؤدي انخفاض الجهد إلى حدوث خلل في المعدات والمرحلات والملامسات وتعثر الجهد تحت الجهد وفقدان كفاءة المحركات والتقليل المتقطع لإضاءة الضوء وما إلى ذلك، وفي حالة انخفاض الجهد الكهربائي؛ قد يحدث تقادم متسارع في المكونات، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث أعطال في الشبكة.

تضخم أو ارتفاع الجهد:

هو حالة يرتفع فيها الجهد عند أطراف الإمداد لمدة تتراوح من نصف دورة إلى عدة ثوانٍ، بحيث يمكن أن يكون الجهد الزائد نتيجة لتوصيل بنك مكثف أو فصل حمولة حثي كبيرة، كما أن المصادر الأخرى لتضخم الجهد هي أعطال الخط وإعدادات محول الصنبور غير الصحيحة في المحطات الفرعية.

كما يحدث أيضاً بسبب نقل الأحمال من مصدر إلى آخر، بحيث يؤدي تضخم الجهد إلى حدوث خلل في الجهاز وفشل في العزل وزيادة متقطعة في إضاءة الضوء وتعثر المرحلات والموصلات وما إلى ذلك، وفي حالة الجهد العالي جداً، قد يحدث تلف للأجهزة الكهربائية.

عابرات الجهد:

العابرات هي تغيرات مؤقتة في الجهد أو التيار والتي تحدث خلال فترة زمنية قصيرة عادة للميكروثانية، وهي مقسمة إلى فئتين، هما النبضة العابرة، وهي عبارة عن تباين موجز أحادي الاتجاه في الجهد أو التيار أو كليهما على خط الطاقة، والتذبذب العابر، وهو تباين موجز ثنائي الاتجاه في الجهد أو التيار أو كليهما على خط الطاقة.

حيث أن الأسباب الأكثر شيوعاً للاندفاعات العابرة هي الصواعق وتبديل الأحمال الاستقرائية وفتح وإغلاق الخطوط النشطة والاستفادة من تغيير المحولات، كما يمكن أن يحدث التذبذب العابر بسبب تبديل مكثفات تصحيح عامل القدرة، أو الرنين الحديدي للمحول، بحيث يمكن أن تؤدي التوصيلات الضعيفة أو السائبة في نظام التوزيع أيضاً إلى توليد عابر.

توافقيات الجهد:

هو مكون جيبي لشكل موجة جهد دوري له تردد مضاعف لا يتجزأ من التردد الأساسي، حيث أنه الانحراف عن شكل “الموجة الجيبية” الأصلي أو النقي، وبشكل عام وعند نقطة المصدر؛ فإن التوافقيات الجهد غائبة، خاصةً مع تقدم تدفق الطاقة نحو نهاية الحمل، حيث يتسلل التوافقي للجهد بسبب تأثير الخصائص الحالية للأحمال غير الخطية.