طريقة التقييم والمؤشر الاحتمالي لشدة الجهد الكهربائي

أهمية وضرورة التقييم والمؤشر الاحتمالي لشدة الجهد الكهربائي

يُعرَّف ترهل الجهد الكهربائي على أنه انخفاض يتراوح بين (0.1) و (0.9) وحدة دولية، وفي جذر متوسط التربيع (RMS) الجهد أو التيار الكهربائي عند تردد الطاقة لمدة (0.5) دورة إلى (1) دقيقة، وغالباً ما يؤدي انخفاض الجهد إلى حدوث خلل في المعدات وخسائر اقتصادية كبيرة، وحتى نتيجة لذلك، مما يتسبب في زيادة القلق، ومن أجل ضمان التشغيل الأمثل لخطوط الإنتاج؛ فإنه من الأهمية بمكان تقييم شق انخفاض الجهد لنظام الإمداد بحيث يمكن تصميم مقترحات التخفيف المحددة.

كما يتم تحديد شدة ترهل الجهد من خلال خصائص مثل “الجهد المتبقي” والمدة والنقطة على الموجة، وعلاوة على ذلك، يختلف الأداء أثناء انخفاض الجهد مع تغير خصائص الترهل، مما يشكل مشكلة لتخفيف الترهل، لذلك قد يكون للجهاز أيضاً حساسيات مختلفة “لانخفاض الجهد”، وبالتالي من الأهمية بمكان إنشاء طريقة تقييم لشدة ترهل الجهد.

كذلك يتم تحديد شدة ترهل الجهد بشكل مشترك من خلال عوامل تشمل نوع الترهل وسعة الجهد المتبقي والمدة ووقت إعادة الغلق وحساسية المعدات الكهربائية، بحيث تركز الدراسات الحالية حول مؤشرات شدة ترهل الجهد بشكل أساسي على الجهد المتبقي والمدة، ونادراً ما يتم ذكر خصائص ترهل الجهد الأخرى في معظم الدراسات.

كما تنظر بعض الدراسات في المعايير الحالية وتحدد مؤشر شدة الجهد من خلال مقارنة الجهد المتبقي أو قيمة المدة بقيمة مرجعية، ومع مراعاة حساسية المعدات؛ فإنه يتم توضيح العلاقة بين مقادير ترهل الجهد المتعددة والمدد التراكمية من خلال إنشاء منحنى مدة الجهد، كما طرح الباحث مؤشر شدة ترهل الجهد من خلال تراكب حساسية فترات تذبذب الجهد المتعددة.

أيضاً تم استخدام دليل (IEEE Std 1564-2014) لمؤشرات ترهل الجهد لتقييم شدة ترهل الجهد الكهربائي، بحيث يتم تحديد تهدل الجهد باستخدام نهج عشوائي على أساس نتائج المحاكاة، كما يُقترح فهرس مع الأخذ في الاعتبار تردد الترهل والجهد المتبقي والمدة، والتي تُستخدم لتحديد المناطق الضعيفة في الشبكة الكهربائية التي تتعرض لتدهور الجهد المضطرب.

كما اقترحت بعض الدراسات فهرساً شاملاً يأخذ في الاعتبار نظام القدرة الكهربائية والمعدات الاستهلاكية، ومع ذلك يتأثر سلوك بعض المعدات بالنقطة على الموجة بالإضافة إلى مقدار ومدة ترهل الجهد المتبقي، بحيث سيكون التقييم أكثر دقة إذا تم أخذ خصائص الترهل الأكثر تأثيراً في الاعتبار، وعلاوة على ذلك تعمل المعدات بشكل مختلف في ظل انخفاضات الجهد المختلفة، مما يؤدي إلى عدم اليقين في عطل المعدات.

ولحساب مرحلة عدم اليقين هذا؛ فإنه تم استخدام طرق مختلفة لتقييم حساسية المعدات تجاه ترهل الجهد، بما في ذلك الطرق الاحتمالية والمنطق الضبابي، بحيث تمتلك الطرق الاحتمالية مزايا حساب أقل ونتائج مباشرة ويتم استغلالها لتقييم شدة ترهل الجهد الكهربائي.

مرحلة عدم التأكد من عطل في المعدات الكهربائية

تشير النقطة على الموجة إلى زاوية الطور حيث يبدأ الجهد اللحظي بتراجع الجهد، حيث إن النقطة على الموجة لبدء ترهل الجهد هي الخاصية الأساسية لانخفاض الجهد، كما إنه يمارس تأثيراً كبيراً على حساسية بعض المعدات، خاصة تشغيل المعدات التي تعتمد على تأثير التوقيت، وعندما يتم تثبيت النقطة على الموجة؛ فإنه يمكن تمييز مناعة تراجع المعدات من خلال منحنى تحمل الجهد (VTC)، بحيث يتغير (VTC) عندما تختلف النقطة على الموجة.

كما أنه يمكن الحصول على مجموعة من (VTCs) بناءً على البيانات التجريبية، وبشكل عام يمكن وصف حساسية المعدات من خلال ثلاث مناطق، وهي التشغيل والخلل وعدم اليقين، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، بحيث يمثل (Umax ، Umin) عتبات مقدار الجهد المتبقي و (Tmax ، Tmin) هما عتبات المدة، كما تعمل المعدات بشكل جيد في منطقة التشغيل والمراحل في منطقة الأعطال، ومع ذلك؛ فإن أداء المعدات غير واضح في منطقة عدم اليقين، وذلك لأن (VTCs) قد تظهر في أي مكان في المنطقة.

كذلك يتم تحديد احتمال عطل الجهاز، والذي يعكس شدة ترهل الجهد، ومن خلال مناعة انخفاض الجهد؛ فإنه يمكن وصف مناعة انخفاض الجهد للمعدات من خلال عتبات مقدار الجهد المتبقي وعتبات المدة تحت نقطة ثابتة على موجة، ومع ذلك قد يحدث نقص في التقدير أو الإفراط في التقدير إذا كانت منطقة عدم اليقين صغيرة جداً أو كبيرة جداً، وذلك كما هو موضح في المناطق المظللة في الشكل التالي (2).

وعلاوة على ذلك، تتراوح النقطة على موجة من (0) درجة إلى (360) درجة، والنقطة على الموجة حيث يحدث الترهل غير مؤكد، حيث أن هذه الشكوك تجعل من الصعب تقييم شدة ترهل الجهد، لذلك تطرح هذه الورقة طريقة تقييم ومؤشر مع الأخذ في الاعتبار عدم اليقين في مناعة انخفاض الجهد في المعدات والنقطة على الموجة، كما أنه من الصعب الحصول على نقطة على موجة مباشرة في معظم الحالات عندما يتم تسجيل المدة بواسطة أجهزة المراقبة.

وكل ذلك عن طريق تركيب نتائج الاختبار التجريبي، بحيث يمكن الحصول على العلاقة بين النقطة على الموجة والمدة تحت الجهد المتبقي الثابت، وبافتراض أن النقطة على الموجة هي متغير عشوائي ويمكن وصف احتمال عطل المعدات من خلال تكامل دالة كثافة الاحتمال للنقطة على الموجة تحت الجهد المتبقي الثابت عندما تكون المدة معروفة، كما يساهم احتمال عطل الجهاز في تقييم شدة ترهل الجهد.

طرق تقييم شدة ترهل الجهد الكهربائي

المؤشر الاحتمالي لشدة ترهل الجهد: تبيّن من العلاقة السابقة والتي تربط بين عتبة المدة والنقطة على موجة البدء تحت الجهد المتبقي الثابت تُظهر خاصية دورية؛ بأنه يمكن التعبير عن العلاقة بين نقطة على موجة (θ) وعتبة المدة (T) من خلال دالة مستمرة [T = g (θ)]، وذلك عندما تختلف النقطة على موجة بين (0) درجة و (360) درجة، لذلك؛ فإن معظم قيم عتبة المدة ستتكرر مرتين.

أيضاً يمكن حساب نقطتين على موجة البدء (θ1) و (2) عندما تكون عتبة المدة معروفة تحت الجهد المتبقي الثابت، وذلك عندما يتم إعطاء الجهد المتبقي ومدة الترهل، خاصةً إذا كانت النقطة على الموجة بين (1) و (2) فسوف يتعطل الجهاز، وبالتالي تم اقتراح مؤشر احتمالي (IP) لتقييم شدة ترهل الجهد، بحيث يتم تعريف (IP) على أنه احتمال أن تكون النقطة على موجة بين (1) و (2)، وذلك كما هو معبر عنه في العلاقة:

إجراء تقييم شدة ترهل الجهد: يوضح الشكل التالي (3) إجراء تقييم شدة ترهل الجهد، والذي يمكن وصفه على النحو التالي:

• القيام بإعداد منصة اختبار تحمل الفولتية، والحصول على نتائج الاختبار لمختلف النقاط على موجة البدء تحت الجهد المتبقي الثابت.

• أن تناسب بيانات التجربة لتقريب العلاقة بين نقطة على موجة وعتبة المدة مع دالة رياضية [T = g (θ)]، وذلك عن طريق طريقة المربعات الصغرى.

• حساب (IP) وفقاً للعلاقة الرياضية السابقة، وذلك بافتراض أن النقطة على موجة تخضع لتوزيع احتمالي معين.