انهيار الفولتية وأثرها على انقطاعات التيار الكهربائي

الأسباب الرئيسية التي تؤدي الى انهيار الفولتية:

انهيار الجهد الكهربائي أو ما يسمى هندسياً “بانهيار الفولتية”، وهو عبارة عن العملية التي يؤدي بها عدم استقرار الجهد إلى فقدان الجهد في جزء كبير من النظام الكهربائي على “الشبكة المزودة”، والممتدة من مرحلة التوليد وحتى وصولها الى المستهلك النهائي، بحيث ينتج هذا الشرط عن الخسائر التفاعلية التي تتجاوز بشكل كبير الموارد التفاعلية المتاحة لتزويدها.

كما يمكن أن تؤدي الدوائر المحملة فوق أحمال مقاومة تصاعد التيار وانخفاض ناتج مكثفات التحويل مع انخفاض الفولتية إلى تسارع انخفاضات الجهد، بحيث يمكن أن يبدو انهيار الجهد وكأنه مشكلة ثابتة مع مرور الوقت للرد ومشكلة لا يمكن فيها تدخل عامل التشغيل الفعال، لذلك من الصعب للغاية التنبؤ بالمنطقة التي ستتأثر أو ستعزل كهربائياً عن الشبكة.

لذلك؛ فإن انهيار الجهد هو حدث يحدث عندما لا يحتوي النظام الكهربائي على دعم طاقة تفاعلية كافٍ للحفاظ على ثبات الجهد حيث يمكن التحكم في مستوى الجهد المستمر وضمن حدود محددة مسبقاً، كما وقد يؤدي إلى انقطاع عناصر النظام وقد يشمل انقطاع الخدمة إلى عملاء.

تبديل البرامج الخاصة باستعادة التيار الكهربائي:

قد يكون من الصعب جداً استعادة الطاقة بعد “انقطاع التيار الكهربائي” على نطاق واسع، حيث يجب إعادة تشغيل محطات الطاقة أثناء سريان القدرة الحية، وعادة يتم ذلك بمساعدة الطاقة من بقية الشبكة، وفي حالة الغياب التام لطاقة الشبكة؛ فإنه يجب إجراء ما يسمى بالبداية السوداء لتشغيل الشبكة الكهربائية.

كما وستعتمد وسائل القيام بذلك إلى حد كبير على الظروف المحلية والسياسات التشغيلية، ولكن مرافق النقل عادةً ما تنشئ “جزر طاقة” محلية والتي يتم بعد ذلك اقترانها تدريجياً ببعضها البعض، وللحفاظ على ترددات الإمداد ضمن الحدود المسموح بها خلال هذه العملية، يجب إعادة توصيل الطلب في نفس المكان الذي يتم فيه استعادة التوليد ويتطلب تنسيقاً وثيقاً بين محطات الطاقة ومنظمات النقل والتوزيع ويجب إنشاء برنامج تبديل.

لذلك سيتأثر تسلسل استعادة النظام وتوقيته بشكل مباشر بالأحجام والأنواع المختلفة وحالة تشغيل وحدات توليد النظام قبل انقطاع التيار الكهربائي.

وبعد حجب النظام، يقوم مشغلو النظام بإجراء مسح لحالة النظام، لذلك لن توفر مواضع “قاطع الدائرة” إشارة موثوقة إلى المعدات المعيبة مقابل المعدات غير المعيبة، كما يمكن العثور على القواطع الكهربائية في الوضع المغلق، لكن مرفق النقل المرتبط بها به عيوب، وخاصةً إذا تم بدء تعتيم النظام؛ فإن هذا الشرط ممكن تماماً، حيث يمكن أن تستمر العاصفة في إتلاف المعدات بعد إلغاء تنشيط النظام.

أيضاً، قد يتم إغلاق المعدات ذات التوصيلات المحايدة، مثل المفاعلات والمحولات والمكثفات، وذلك بسبب ظروف التيار الزائد المحايدة أثناء إيقاف تشغيل النظام، كما قد تكون هذه المرافق في حالة جيدة تماماً للخدمة، بحيث ستبقى معظم أنظمة الترحيل موثوقة وآمنة أثناء الاستعادة، بشرط توفر تيار خطأ كافٍ لتنشيط الترحيل، كما تأتي مشكلات موثوقية الترحيل الأكثر إثارة للتساؤل من إعادة إغلاق المرحلات.

وأثناء التبديل الكهربائي للشبكات والأحمال والمحولات وبنوك المكثفات، تحدث اضطرابات عابرة (خلال وقت قصير) في أنظمة الطاقة التي قد تتلف المعدات الرئيسية، مما قد يكون له تأثير كبير على موثوقية النظام، ويمكن أن يحدث تذبذب في نظام الطاقة و”النبضات الكهرومغناطيسية” (EMP) بسبب هذا التغيير المفاجئ في الدائرة.

لذلك؛ فإن أحد هذه الاضطرابات العابرة هو الجهد الزائد (المعروف باسم “التبديل على الفولتية”) الذي يؤثر على مستوى العزل المطلوب للشبكة والمعدات، لذلك أثناء تبديل البنوك المكثفة، يمكن أن تحدث عابرات عالية التردد الكهربائي.

حيث تظهر تيارات تدفق عابرة أثناء تنشيط محولات الطاقة يمكن أن تتجاوز التيار المقنن وقد تصل إلى تيار الدائرة القصيرة، كما سيتم تقليل جودة الطاقة ويمكن أن تتسبب قيم الذروة في سوء تشغيل أنظمة حماية الشبكة، وعلاوة على ذلك؛ فإنها تؤدي تيارات الاندفاع العالية إلى قوى تيار كبيرة في اللفات التي من المحتمل أن تقلل من دورة حياة محولات الطاقة.

وحتى الآن؛ فإنه تم تطوير العديد من الطرق مثل مقاومات ما قبل الإدراج و “تنشيط الطور المتسلسل بمقاوم التأريض” لتقليل أو القضاء على عابرات الاندفاع، كما تسعى إحدى المرافق الكهربائية التي تواجه حالة طوارئ تتعلق بقدرة التشغيل إلى تحقيق التوازن بين توليدها وحملها لتجنب انقطاع الخدمة لفترات طويلة، لذلك يمكن استخدام احتياطي الطوارئ الملازم لانحراف التردد كمصدر مؤقت لطاقة الطوارئ.

حيث تزيل الأداة غير القادرة على موازنة توليدها مع حملها حمولة كافية للسماح بتصحيح الانقطاع، وفي حالة وجود نقص في السعة؛ فإنه يتم استخدام مرافق التوليد والنقل إلى أقصى حد ممكن عملياً لاستعادة تردد النظام والجهد الطبيعي على الفور.

لكن إذا ثبت أن جميع الخطوات الأخرى غير كافية للتخفيف من حالة الطوارئ المتعلقة بالقدرة؛ فقد يتخذ النظام إجراءً فورياً يتضمن على سبيل المثال لا الحصر فصل الأحمال يدوياً، كما قد يؤدي تعديل التوليد من جانب واحد لإعادة التردد إلى الوضع الطبيعي إلى تعريض مرافق الإرسال المحملة للخطر.

وعندما يتم تخفيض الجهد لتخفيف الحمل على نظام التوزيع؛ فإنه قد يكون تخفيض الجهد على نظام النقل أو النقل الفرعي فعالاً في تقليل الحمل، ومع ذلك؛ فإنه لن يتم تقليل الجهد على نظام النقل ما لم يتم عزل النظام عن الأنظمة الأخرى المترابطة.

كذلك إذا استمر الحمل الزائد على مرفق النقل أو استمر وجود جهد غير طبيعي أو حالة تفاعلية وكانت المعدات معرضة للخطر؛ فقد يقوم النظام أو التجمع المتأثر بفصل إيقاف تشغيل المنشأة المتأثرة، كذلك إذا كانت المستويات غير الطبيعية للتردد أو الجهد الناتج عن اضطراب المنطقة تجعل تشغيل المولدات أو معدات دعمها بالتوازي مع النظام أمراً غير آمن؛ فسيتم فصلها أو إيقاف تشغيلها بطريقة تقلل من الوقت المطلوب لإعادة الموازية واستعادة النظام إلى وضعها الطبيعي.

تأثر العميل بانهيار الفولتية وانقطاع التيار الكهربائي:

عادة ما تتم استعادة حمولة العميل عندما تصبح معدات التوليد والنقل متاحة، حيث يجب أن يظل الحمل والتوليد متوازنين بالتردد العادي أثناء استعادة النظام، وذلك عندما يسمح الجهد والتردد وزاوية الطور، بحيث يمكن لمشغل النظام إعادة مزامنة المنطقة المعزولة مع المنطقة المحيطة.

ومن أجل استعادة الأحمال بشكل منهجي دون زيادة التحميل على النظام المتبقي، قد يؤدي فتح قواطع الدائرة إلى عزل الأحمال في المناطق المعتمة، وبعد تحديد مدى انقطاع التيار الكهربائي وتقييم حالة معدات النظام، تمثل عمليات التبديل اللازمة لإعادة دمج النظام جزءاً كبيراً من عملية الاستعادة.

واعتماداً على متطلبات المرافق المحددة؛ فإن هناك استراتيجيتان عامتان للتحويل يمكن استخدامهما لتقسيم نظام النقل للاستعادة، أما الأول هو نهج “مفتوح بالكامل”، حيث يتم فتح جميع قواطع الدائرة في المحطات الفرعية المتضررة (المعتم)، والاستراتيجية الثانية هي “العملية الخاضعة للرقابة”، حيث لا يتم فتح سوى القواطع الضرورية للسماح بمواصلة استعادة النظام الكهربائي.