الهندسة الكهربائية

الصمامات الكهربائية هي أجهزة حماية ذات تاريخ طويل، كما تستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة والمركبات الكهربائية والنقل بالسكك الحديدية والأنظمة الكهروضوئية.

مع الحاجة الملحة لشبكة الطاقة الحديثة من أجل الموثوقية العالية وإمدادات الطاقة عالية الجودة والاستخدام الفعال للطاقة المتجددة وتحويل الطاقة متعدد الأنواع.

هناك فرق صارخ بين نظام الطاقة المادية السيبراني ونظام الطاقة التقليدي، كما أن النمذجة الفيزيائية السيبرانية والأمن السيبراني لهما أهمية حيوية في نظام إدارة الطاقة للمستهلكين.

يتمتع ناقل التيار المستمر ذو الجهد العالي (HVDC) القائم على المحول متعدد المستويات (MMC) بإمكانية جيدة في مجالات تكامل الطاقة المتجددة والتوصيل البيني غير المتزامن.

في السنوات الأخيرة، أصبحت أنظمة الطاقة الكهربائية واحدة من أهم البنى التحتية لتنمية أي بلد. قد تكون هذه الأنظمة عرضة لأحداث غير مرغوب فيها مثل فشل المعدات.

اجتذب الجهد الفائق (UHV) والتيار المباشر عالي الجهد (HVDC) مزيداً من النقل والمزيد من الاهتمام، والتي تتميز بخصائص السعة الكبيرة والمسافات الطويلة.

لا يتأثر نطاق التشغيل وحساسية الحماية عن بعد بشكل مباشر بوضع التشغيل لنظام نقل الطاقة الكهربائية، لذلك يمكن أن تلبي الحماية عن بعد متطلبات أنظمة الطاقة الحديثة.

تم تضمين حماية التبريد للمغناطيسات ثنائية القطب المتكاملة فائقة التوصيل الخاصة بالمصادم الدائري المستقبلي (FCC-hh) في برنامج تطوير (16-T)،

عادة ما يتم تصميم مغذي التوزيع التقليدي كنظام شعاعي بمصدر واحد يغذي نظام المصب، كما يتم تثبيت أجهزة الحماية بما في ذلك قواطع الدائرة الكهربائية وأجهزة إعادة الإغلاق.

تعتبر حماية نظام القدرة الكهربائية بمثابة عنصر تشغيل حيوي لأنظمة الطاقة لاكتشاف الأعطال وعزلها، كذلك من المتوقع أن يلبي نظام الحماية متطلبات الحساسية والانتقائية،

محرك التردد المتغير (VFD) عبارة عن معدات نموذجية تستخدم بشكل متكرر في أنظمة الطاقة والمجالات الصناعية والعملية المختلفة، كما أن هذه الأجهزة حساسة لانخفاض الجهد.

فيما يتعلق بتدفق الطاقة ثنائي الاتجاه في شبكات التوزيع مع مرحلات التيار الزائد الهيكلية القائمة على الحلقات (DOCRs) والتي توجد عادة في هذه الشبكات.

خلال السنوات القليلة الماضية، حظيت المشاكل المرتبطة بجودة الطاقة باهتمام كبير، بحيث يتأثر تلف المعدات وإنهاء عمليات التصنيع بشكل مختلف بسبب الانقطاعات وتدهور الجهد.

لا غنى عن شبكات الاتصالات في المحطات الفرعية القائمة على (IEC61850) لتطبيق نظام أتمتة المحطات الفرعية (SAS)، ونظراً لأن أنظمة الحماية والتحكم في المحطات الفرعية الذكية.

تعتبر البنى التحتية الكهربائية التي تدعم المجتمعات الرقمية الحديثة ضرورية لعملياتها الروتينية، كما ويمكن أن يؤدي الفشل بسبب الأحداث المتطرفة إلى ملايين العملاء.

مع أزمة الطاقة التي تلوح في الأفق والتلوث البيئي الخطير، تجذب الطاقة المتجددة في شكل توليد طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية اهتماماً متزايداً في جميع أنحاء العالم.

يُطلب من المرافق الكهربائية بشكل متزايد تقليل انقطاع التيار الكهربائي حيث أن معظم الخسائر الاقتصادية للعميل بسبب فترات الانقطاع الأطول التي تسببها الأعطال،

في السنوات الأخيرة، كانت هناك تغييرات كبيرة في أنظمة الطاقة، حيث تم استبدال مرافق التوليد المركزية بمصادر طاقة أصغر وأكثر توزيعاً (DERs).

تعمل أنظمة الحماية كحارس لشبكات القدرة الكهربائية، حيث تقوم بعزل وإزالة الأعطال بمجرد حدوثها، حيث أن ضمان حماية موثوقة للمعدات الأساسية، أي موثوقية أنظمة الحماية.

تعد مراقبة المنطقة الواسعة (WAM) أحد أهم التطورات الجديدة في أنظمة الطاقة الحديثة، وذلك من خلال التطورات في تقنية القياس المتزامن وإنشاء وحدات قياس الطور (PMUs)،

تعمل مرحلات حماية نظام الطاقة التقليدية على أساس الإعدادات، كذلك كشف تشريح العديد من حالات انقطاع التيار الكهربائي أن المرحلات مع هذه الإعدادات في بعض الأحيان.

تجعل وحدات التحكم (FACTS) نظام نقل التيار المتردد مرناً، وذلك من خلال تعزيز إمكانية التحكم في النظام وقدرة نقل الطاقة الكهربائية، بحيث تُستخدم وحدات تحكم سلسلة (FACTS).

تتمتع (MMC-HVdc) بمزايا كبيرة في حل توصيلات شبكة الطاقة الجديدة وإمداد طاقة الحمل المركزي وربط الشبكة الإقليمية، بحيث أصبح بناء شبكة (mmc-HVdc).

يكتسب تقدير حالة نظام التوزيع (DSSE) اهتماماً متزايداً من صناعة الطاقة الكهربائية وذلك نظراً لدورها الأساسي في إدارة الطاقة للشبكات الذكية،

زاد عدد الأجيال الموزعة (DG) المتصلة بنظام الشبكة مثل توربينات الرياح وخلية الوقود والطاقة الكهروضوئية وسيكون هناك المزيد في المستقبل.

يعد مفاعل التحويل عالي الجهد (HVSR) مكوناً أساسياً لأنظمة الطاقة الكهربائية، بحيث يحتوي (HVSR) على وظائف متغيرة، مثل تعويض الطاقة التفاعلية وتقليل فقد طاقة الخط.

دخل توليد طاقة الرياح باعتباره الخيار الأول لتطوير الطاقة المتجددة، مرحلة من التطبيقات واسعة النطاق في العالم، وذلك مع زيادة قدرة توليد طاقة الرياح المتصلة بالشبكة الكهربائية.

يرتبط التشغيل الآمن والموثوق للمعدات الكهربائية ارتباطاً مباشراً بظروف العزل الخاصة بها، وذلك تحت تأثير العوامل البيئية وتشوه المجال الكهربائي في عملية التشغيل.

يعتبر نظام التوزيع الكهربائي المعتمد (EDS) مسؤولاً عن إمداد وتوزيع الكهرباء "للمستخدمين النهائيين"، كما أن وظيفتها المستمرة ضرورية لأداء نظام الطاقة الكهربائي.

تعتمد المدن والبلدات والمجتمعات على الكهرباء التي توفرها المرافق للحفاظ على الموارد الأساسية مثل المستشفيات ومحلات البقالة والشرطة ومراكز الإطفاء.