استعادة التيار الكهربائي من خلال برامج الانقطاع المبرمج

أهمية استعادة نظام التيار الكهربائي من خلال برامج الانقطاع:

تعتبر شبكات الطاقة الحديثة معقدة للغاية ومنتشرة، حيث يمكن أن تتسبب الزيادات في خطوط الكهرباء العلوية والأعطال الأخرى في حدوث أعطال هائلة في الشبكة وأضرار دائمة في محطات الطاقة ومعدات العملاء، لذلك إذا حدث فشل في الشبكة الكهربائية؛ فمن الضروري إنشاء برنامج لاستعادة الطاقة وتجنب نظام الطاقة الذي يعاني من “ذروة التيار”، وذلك بسبب الاتصال المتزامن لجميع الأحمال.

انقطاع التيار الكهربائي وأسبابه المباشرة:

انقطاع التيار المزود للطاقة، حيث يُطلق عليه أيضاً “انقطاع التيار الكهربائي”، وهو خسارة قصيرة أو طويلة المدى للطاقة الكهربائية في منطقة ما، كما أن هناك العديد من أسباب انقطاع التيار الكهربائي في شبكة الكهرباء، بحيث تشمل الأمثلة على هذه الأسباب الأعطال في محطات الطاقة أو تلف خطوط النقل والتوزيع الكهربائي (فوق أو تحت الأرض) أو المحطات الفرعية أو أجزاء أخرى من نظام التوزيع أو ماس كهربائي أو التحميل الزائد.

لذلك يعتبر انقطاع التيار الكهربائي أمراً بالغ الأهمية بشكل خاص في المواقع التي تتعرض فيها البيئة والسلامة العامة للخطر، كما أن المؤسسات المختلفة والحيوية مثل المستشفيات ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي والمناجم أو الأنظمة مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية حساسة للغاية في مسألة انقطاع التيار الكهربائي.

أنواع انقطاع التيار الكهربائي:

يتم تصنيف مظاهر الطاقة إلى ثلاث ظواهر مختلفة تتعلق بمدة وتأثير الانقطاع، وذلك من خلال:

• العطل العابر: هو فقدان مؤقت (بضع ثوانٍ) للطاقة ناتج عادةً عن عطل مؤقت في خط كهرباء، بحيث تتم استعادة الطاقة تلقائياً بمجرد إزالة الخطأ.

• انخفاض الجهد: هو انخفاض في الجهد الكهربائي في مصدر الطاقة الكهربائية، حيث يمكن أن يتسبب انخفاض الطاقة في أداء ضعيف للمعدات أو حتى التشغيل غير الصحيح، كذلك قد يكون براونوت مقصوداً لتقليل الحمل في حالات الطوارئ.

حيث يشير انقطاع التيار الكهربائي إلى الفقد الكلي للطاقة في منطقة ما وهو أشد أشكال انقطاع التيار الكهربائي التي يمكن أن تحدث، كما يصعب بشكل خاص التعافي من حالات انقطاع التيار الكهربائي التي تنتج عن أو تؤدي إلى تعطل محطات الطاقة بسرعة، لذلك قد تستمر الانقطاعات من بضع دقائق إلى بضعة أسابيع حسب طبيعة انقطاع التيار الكهربائي وتكوين الشبكة الكهربائية.

لذلك؛ فإن انقطاع التيار الكهربائي هو حالة يتم فيها إلغاء تنشيط جزء كبير أو كل شبكة كهربائية مع ربط جزء كبير من النظام معاً من خلال قواطع مغلقة، كما أن أي منطقة لا يمكن لخطوط ربطها بشبكة الجهد العالي أن تدعم حالات الطوارئ المعقولة هي مرشحة للتعتيم الكامل.

حيث أن فصل النظام ممكن في جميع مستويات التحميل وفي جميع الأوقات في السنة، ويمكن أن يؤدي تغيير أنماط التوليد وانقطاع الإرسال المجدول والتغيرات المناخية السريعة من بين أسباب أخرى إلى انقطاع التيار الكهربائي، لذلك عادة ما تبدأ عمليات الفصل بسبب عدم الاستقرار الديناميكي من خلال حالات طوارئ متعددة مثل فقدان الممرات أو العديد من دوائر النقل أو وحدات التوليد أو إزالة الأعطال المتأخرة.

قد لا يكون النظام قبل “انقطاع التيار الكهربائي” غير مستقر ديناميكياً ولكن في حالة التحميل الزائد، وفي مثل هذه التحميلات، قد يحدث الانهيار بسبب الأضرار التي لحقت بالمرافق المحملة بالحرارة الزائدة، أو الدوائر التي تتصل بالمنشآت الأساسية أو الغطاء النباتي، وعند قيام منشأة محملة بالحمل الزائد؛ ستزيد المرافق الأخرى حمولاتها، وقد تقترب من قدراتها الحرارية أو إعدادات الترحيل.

وفي ظل ظروف معينة؛ فإنه يمكن أن يتسبب إغلاق مكون الشبكة في حدوث تقلبات حالية في الأجزاء المجاورة للشبكة، مما يؤدي إلى فشل متتالي في قسم أكبر من الشبكة، وقد يتراوح هذا من مبنى إلى عدة مباني إلى مدينة بأكملها أو إلى شبكة كهربائية كاملة.

حيث تم اقتراح تصميم مختلف في أنظمة الطاقة الحديثة والشبكة الذكية، وذلك لتكون مقاومة لهذا النوع من الفشل المتتالي، ولكن قد يكون لا مفر منه، ومع ذلك، ونظراً لعدم وجود فائدة اقتصادية قصيرة الأجل لمنع حدوث حالات فشل نادرة على نطاق واسع؛ فإن بعض المرافق تميل إلى تآكل مرونة الشبكة بمرور الوقت، والتي لا يتم تصحيحها إلا بعد حدوث فشل كبير.

وقد زُعم أن تقليل احتمالية الانقطاعات الصغيرة يزيد فقط من احتمالية حدوث انقطاعات أكبر، وفي هذه الحالة؛ فقد تزيد الفائدة الاقتصادية قصيرة الأجل المتمثلة في إبقاء العميل الفردي سعيداً من احتمالية حدوث حالات تعتيم على نطاق واسع.

لذلك تعتبر أنظمة الطاقة هي أنظمة حرجة ذاتية التنظيم تعرض اضطرابات لا مفر منها من جميع الأحجام، حتى حجم النظام بأكمله، كما أنها تُعزى هذه الظاهرة إلى الزيادة المطردة في الطلب أو الحمل واقتصاديات إدارة شركة الطاقة وحدود الهندسة الحديثة.

وعلى الرغم من أنه تم تقليل تردد التعتيم من خلال تشغيله بعيداً عن النقطة الحرجة، إلا أنه ليس مجدياً اقتصادياً بشكل عام، مما يتسبب في قيام مقدمي الخدمة بزيادة متوسط ​​الحمل بمرور الوقت أو الترقية في كثير من الأحيان، مما يؤدي إلى تحريك الشبكة بنفسها بالقرب من موقعها.

وعلى العكس من ذلك؛ فإن النظام الذي يتجاوز النقطة الحرجة سيواجه عدداً كبيراً جداً من حالات التعتيم التي تؤدي إلى ترقيات على مستوى النظام مما يؤدي إلى إعادته إلى ما دون النقطة الحرجة، وبالقرب من النقطة الحرجة، تتبع العلاقة بين تردد التعتيم والحجم توزيع قانون القوة، بحيث يرفض المختصين الآخرون نظريات النظام التي تخلص إلى أن حالات التعتيم أمر لا مفر منه، لكنهم يتفقون على وجوب تغيير العملية الأساسية للشبكة.

كما تستخدم بعض المرافق ميزات الشبكة الذكية (مثل أجهزة التحكم في الطاقة التي تستخدم مستشعرات متقدمة) لتنسيق الشبكة، بحيث يستخدم البعض الآخر فواصل النيران التي يتم التحكم بها إلكترونياً للتيار المباشر عالي الجهد (HVDC) لمنع الاضطرابات من التتابع عبر خطوط التيار المتردد في شبكة منطقة واسعة.

متى يصبح الفشل المتتالي أكثر شيوعاً بالقرب من النقطة الحرجة؟

تؤدي ممارسة تشغيل هذه الأنظمة الأقرب بكثير من سعتها القصوى إلى تأثيرات مكبرة للاضطرابات العشوائية التي لا مفر منها بسبب الشيخوخة والطقس والتفاعل البشري، وخاصةً عندما تكون بالقرب من النقطة الحرجة، بحيث يكون لهذه الأعطال تأثير أكبر على المكونات المحيطة بسبب المكونات الفردية التي تحمل حمولة أكبر.

لذلك ينتج عن هذا الحمل الأكبر من المكون الفاشل الذي يجب إعادة توزيعه بكميات أكبر عبر النظام، مما يزيد من احتمالية فشل المكونات الإضافية التي لا تتأثر بشكل مباشر بالاضطراب، أيضاً يؤدي إلى حدوث حالات فشل متتالية مكلفة وخطيرة.

وأخيراً؛ فإن هذه الاضطرابات الابتدائية، والتي من شأنها انقطاع التيار الكهربائي أصبحت غير متوقعة ولا يمكن تجنبها بسبب تصرفات موردي الطاقة لمنع الاضطرابات الواضحة (قطع الأشجار وفصل الخطوط في المناطق العاصفة واستبدال المكونات القديمة وما إلى ذلك).