كيف يتم تحقيق التزامن في المولدات الكهربائية؟

ضرورة تحقيق التزامن في المولدات الكهربائية:

تسمى عملية مطابقة المكونات الأساسية مثل الجهد والتردد الكهربائي وزاوية المرحلة وتسلسل الطور وشكل موجة المولد، أو أي مصدر آخر مع نظام طاقة صحي أو قيد التشغيل “مزامنة المولدات”، بحيث لا يمكن للمولد توصيل الطاقة إلى نظام الطاقة الكهربائية إلا إذا كان الجهد والتردد والمكونات الأساسية الأخرى متطابقة تماماً مع الشبكة، كما يتم تحقيق التزامن عن طريق التحكم في تيار المثير وسرعة محرك المولد.

حيث تظهر الحاجة إلى المزامنة، وخاصةً عندما يعمل اثنان أو أكثر من المولدات معاً لتزويد الحمل بالطاقة، وذلك لأن الأحمال الكهربائية ليست ثابتة وتتغير بمرور الوقت (حسب الحمل)، وبالتالي من الضروري توصيل مولدين أو أكثر يعملان بالتوازي لتوفير أحمال أكبر، كما يطابق التزامن المكونات الأساسية المختلفة لمولد واحد بمولد آخر أو بشريط ناقل، حيث تسمى عملية المزامنة أيضاً باسم “موازاة المولدات”.

ما هي الحاجة وراء مزامنة المولدات الكهربائية؟

في معظم محطات الطاقة التجارية، توفر عدة وحدات صغيرة الطاقة بدلاً من وحدة واحدة كبيرة، وهذا ما يسمى بالتشغيل المتوازي للمولدات، وفيما يلي أسباب تفضيل هذه الممارسة:

تحقيق المصداقية:

العديد من الوحدات الصغيرة أكثر موثوقية من وحدة واحدة كبيرة، وهذا لأنه في حالة فشل أحد المولد، تبقى المولدات الأخرى نشطة وبالتالي لن يتم إيقاف تشغيل النظام بأكمله.

استمرارية الخدمة:

في حالة الصيانة الدورية أو الأعطال أو الإصلاحات لمولد واحد؛ فإنه يجب إيقاف تشغيله وإزالته من الخدمة، وذلك نظراً لأن الآلات الأخرى تعمل بالتوازي، بحيث يتم منع انقطاع إمداد الحمولة.

متطلبات التحميل:

تتغير متطلبات التحميل في المحطة المركزية بشكل مستمر، وذلك خلال فترات الحمل الخفيف، بحيث يتم تشغيل مولّد واحد أو اثنين فقط لتلبية متطلبات الحمل، وأثناء متطلبات ذروة الحمل؛ فإنه يتم توصيل مولدات إضافية بشكل متوازٍ لتلبية الطلب.

كفاءة عالية:

تعمل المولدات بكفاءة أكبر عندما يتم تحميلها بقيمها المقدرة، وذلك نظراً لتشغيل عدد قليل من المولدات بأحمال خفيفة والمزيد من المولدات بأحمال الذروة العالية؛ فإنها تعمل على تحميل المولدات بكفاءة.

القدرة الموسعة:

مع تزايد الطلب على “الطاقة الكهربائية” بشكل مستمر، فقد زادت شركات المرافق من الحجم المادي لمحطات التوليد بإضافة المزيد من المولدات، لذلك؛ فإنه يجب توصيل هذه المولدات بالتوازي مع معدات المولدات الحالية.

شروط تزامن أو موازاة المولدات الكهربائية:

هناك بعض المتطلبات التي يجب تلبيتها من أجل الموازاة الناجحة للمولدات، بحيث يجب استيفاء الشروط التالية من أجل مزامنة المولد مع الشبكة الكهربائية أو مع المولدات الأخرى.

تسلسل المرحلة:

يجب أن يكون لتسلسل الطور للمراحل الثلاث للمولد الذي يتم توصيله بناقل نظام الطاقة نفس تسلسل الطور مثل المراحل الثلاث لشريط الناقل (أو الشبكة الكهربائية)، بحيث تأتي هذه المشكلة بشكل أساسي في حالة التثبيت الأولي أو بعد الصيانة.

حجم الجهد:

يجب أن يكون جهد (RMS) للمولد الوارد هو نفس جهد (RMS) لقضيب الناقل أو الشبكة الكهربائية، خاصةً إذا كان جهد المولد الوارد أكبر من جهد شريط الناقل؛ فستكون هناك طاقة تفاعلية عالية تتدفق من المولد إلى الشبكة، لذلك إذا كان جهد المولد الوارد أقل من جهد قضيب الناقل؛ فإن المولد يمتص الطاقة التفاعلية العالية من قضيب الناقل.

التردد نفسه:

يجب أن يكون تردد المولد الوارد مساوياً لتكرار شريط الناقل، بحيث تؤدي المطابقة غير الصحيحة للتردد إلى تسارع وتباطؤ عاليين في المحرك الرئيسي، مما يزيد من عزم الدوران العابر.

زاوية الطور:

يجب أن تكون زاوية المرحلة بين جهد المولد الوارد والجهد لقضيب الناقل صفراً، كما يمكن ملاحظة ذلك من خلال مقارنة حدوث عبور الصفر أو قمم أشكال موجة الجهد.

طريقة إجراء توصيل المولدات بالتوازي:

عندما يتم استيفاء الطرق المذكورة أعلاه؛ فإنه يُقال إن المولدات متزامنة، بحيث تتضمن العملية الفعلية للمزامنة أو المولدات المتوازية الخطوات التالية:

أولاً: ضع في اعتبارك أن المولد يزود قضبان التوصيل بالطاقة بجهد وتردد مقننين.

ثانياً: يجب توصيل المولد الوارد الثاني بالتوازي مع المولد الأول، وذلك من خلال زيادة سرعة المولد، بحيث يتنوع تردده، وبالتالي يتم ضبط السرعة حتى تتطابق مع تردد الخط الناقل (أو تردد المولد الأول)، أيضاً من خلال تغيير ريوستات المجال، يتنوع جهد المولد الثاني، وبالتالي يتم ضبطه حتى يتطابق الجهد الكهربائي الأصلي مع جهد شريط الناقل.

ثالثاً: يجب أن تكون “الفولتية الثلاثية” التي تم إنشاؤها بواسطة المولد الثاني في الطور مع الفولتية الخاصة بقضيب الناقل (أو المولد الأول)، كما يتم تحقيق ذلك من خلال الحفاظ على نفس تسلسل المرحلة وتواتر المولد الثاني مع قضيب ناقل أو مولد التيار المتردد في الأول، ولتحقيق هذه العلاقات؛ فإنه يتم استخدام تقنية المصابيح المتزامنة.

تقنيات مختلفة لتحقيق تزامن المولدات الكهربائية:

هناك تقنيات مختلفة متاحة لمزامنة المولدات، حيث أن الغرض الأساسي من هذه التقنيات هو التحقق من جميع الشروط الثلاثة التي تمت مناقشتها أعلاه، وفيما يلي الطرق الشائعة المستخدمة لمزامنة المولدات:

• طريقة ثلاث مصابيح مظلمة.

• طريقتان ساطعتان، طريقة واحدة مظلمة.

• طريقة سينكروسكوب.

• طريقة ثلاث مصابيح مظلمة.