أهمية إجراء تصنيفات الجهد ومدى ارتباطها بالمولدات الكهربائية

يعتبر كل من الجهد العالي والمتوسط والمنخفض هي المصطلحات التي نسمعها كثيراً فيما يخص أنظمة القدرة الكهربائية، وعند الحديث عن تصنيفات الجهد، ومن وجهة نظر دولية تستند الى روابط علمية؛ فإن هذه التصنيفات والنطاقات تتغير حسب المكان الذي تعيش فيه.

مثلاً في الولايات المتحدة الأمريكية، يحتوي الكود الكهربائي الوطني الأمريكي “NEC” والرابطة الوطنية لمصنعي الكهرباء (NEMA) على إرشادات ومعايير تغطي جميع تصنيفات الجهد الكهربائي، كما يشرف المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI) على إنشاء وإصدار واستخدام الآلاف من الإرشادات والمعايير التي تؤثر على الأعمال التجارية، خاصةً أن كل صناعة تتوافق مع اللوائح المعمول بها.

حيث يعتبر كل من (ANSI) و (NEC code) عبارة عن معلومات هندسية يتم تحصيلها، بحيث توفر بوابة الهندسة الكهربائية الخاصة بالدولة (EEP) تفصيلاً لمعايير (ANSI C84.1-1989)، كما تقسم هذه الوثيقة الفولتية إلى خمسة تصنيفات، بحيث يمكن دمج هذه التصنيفات في الفئات أدناه:

• الجهد العالي (HV).

• الجهد العالي جداً (EHV).

• الجهد الفائق (UHV)، والذي يتراوح ما بين (115000) إلى (1100000) فولت تيار متردد.

• الجهد المتوسط (MV)، والذي يتراوح من (2400) إلى (69000) فولت تيار متردد.

وكما توضح التصنيفات السابقة؛ فإن تغييرات مستوى الجهد الكهربائي تكون اعتماداً على السلطة المحلية الخاصة بالدولة، وكما تنص (Generac) على أن المولدات التي تقل عن (600) فولت وتساويها ذات جهد متوسط وأن المولدات الأكبر من (600) فولت تعتبر جهداً عالياً.

كما أن المولدات التي تنتج (4160) فولت شائعة في العديد من الصناعات للمحركات الكهربائية الكبيرة التي تتطلب جهداً عالياً، بحيث يوفر “المولد الاحتياطي” الجهد لشبكة فردية، حيث أن الفولتية التي يتم تخزينها بشكل شائع هي (4160) فولت تيار متردد و (480) فولت تيار متردد و (12470) فولت تيار متردد و (13800) فولت تيار متردد.

لذلك عند “انقطاع التيار الكهربائي” عن منشأة صناعية معينة؛ فإن المولد الاحتياطي يوفر الطاقة إلى لوحات التوزيع والتحكم للعمليات المستمرة، كما يتم تقليل الفولتية الأعلى من المولد باستخدام المحولات الخاصة والتي تتضمن خيارات تتعلق بالجهد المنخفض (LV)، والذي يتراوح ما بين (240) إلى (600) فولت تيار متردد.

الفولتية العالية والفائقة والعالية الفائقة

ترتبط الفولتية العالية والعالية جداً بنقل الإمداد من ركن التغذية الخاص بمحطة الطاقة، حيث أن السبب في نقل الطاقة عند مستويات الجهد العالي والمرتفع للغاية هو زيادة الكفاءة، بحيث يسمح “التيار المنخفض” المصاحب لنقل الجهد العالي باستخدام كابلات أرق وأخف وزناً.

كما أن هذا يقلل من التكلفة الكلية في بناء البرج (الناقل) والخط الكهربائي، بحيث تتراوح الفولتية العالية من (115000) إلى (230000) فولت تيار متردد وتتراوح الفولتية العالية جداً، ومن (345000) إلى (765000) فولت تيار متردد مولد (13800) فولت تيار متردد.

لذلك ترسل الولايات المتحدة ما يصل إلى (500000) فولت على شبكة الجهد العالي، كما تتطلب الفولتية العالية لوحات تحويل وتوزيع متخصصة، حيث أن غرف التحكم لديها قدرات تحويل زائدة عن الحاجة، ويمكن التحكم فيها عن بعد أو وضعها في دليل صيانة واختبار “أنظمة التوريد الفردية”.

لذلك توفر المحطات الفرعية جهداً متدرجاً موزعاً على المناطق المحلية، كما أن “الفولتية الفائقة” هي الفولتية التي تزيد عن (765000) إلى (1100000) فولت تيار متردد، بحيث تستخدم الصين أعلى ناقل للجهد الكهربائي عند (800000) فولت تيار متردد، بحيث يتم تطوير نظام (1،100،000 VAC)، وذلك باستخدام كابلات مصنفة عند (1،200،000 VAC).

الفولتية المتوسطة ونطاق الصناعة

غالباً ما يتم استخدام المجمعات والمصانع الصناعية الكبيرة التي تتطلب كميات كبيرة من الطاقة جهداً متوسطاً للإمداد، بحيث يفرض “تحليل التغير الكهربائي” أن الجهد يتناسب عكسياً مع التيار الكهربائي، وأن هذا يعني أنه عند زيادة الجهد ينخفض ​​التيار لإكمال العملية.

لذلك توزع المحطة الفرعية الثانوية القدرة المستلمة من المحطة الفرعية الأولية ويمكن أن تحتوي المحطات الفرعية الثانوية على “محولات كهربائية” تدريجية للتنازل عن القدرة للتوزيع على لوحة التحكم للتوزيع في جميع أنحاء المنشأة المعنية بالتزويد، بحيث تقع المحطات الفرعية بشكل عام في مناطق يمكن أن تخدم مبنى واحداً أو أكثر في العقار.

كما يتطلب أي مصنع يستخدم مصدر جهد متوسط ​​لمحطة فرعية مصدر طاقة طارئ أو احتياطي، لذلك ليس من غير المألوف رؤية المولدات التي تزود (13800) فولت تيار متردد، كما يعتبر مصدر الجهد مثالياً للمحطات الفرعية ذات الجهد المنخفض والمتوسط ​​والمحطات الفرعية الثانوية.

ومع دعم المولد المناسب والملائم؛ فإنه يمكن للمجمع الاستمرار في العمل أثناء انقطاع التيار الكهربائي، كما تكون متوفرة في مجموعة متنوعة من أنماط “التصميم الكهربائي” بما في ذلك الحاوية المركبة والمخففة للصوت والوحدات المحمولة، لذلك يتم وضع الوحدات المحمولة في حاويات مخففة للصوت على مقطورة يسحبها نصف جرار.

توريد وضوابط الجهد الكهربائي المنخفض

مولد مع إشارات تحذير الجهد

للجهد المنخفض معانٍ متعددة في العالم الكهربائي والإلكتروني، كما أن القاعدة العامة هي أن أي شيء أقل من 600 فولت يعتبر جهداً منخفضاً، أيضاً يمكن للمصانع التي تستخدم الأتمتة استخدام الفولتية المتعددة، لذلك؛ فإن تقسيم الاستخدام الكهربائي إلى إمداد وضوابط تساعد في فهم الاستخدام، كما يقوم كل قسم بمهمة حاسمة لعملية المصنع، وكلاهما يجب أن يعمل من أجل الإنتاج.

إمداد الخاص بالجهد المنخفض

يمكن أن يكون للمصانع التي تتطلب جهداً متوسطاً أو عالياً من مرفق الكهرباء محطة فرعية مخصصة، كما أن هذه المحطات الفرعية تنزل مستويات الفولتية وتوزع على المباني في جميع أنحاء العقار، ومع ذلك لا تتطلب جميع المصانع الفولتية العالية أو المتوسطة، كما يتطلب البعض جهداً منخفضاً يبلغ (240) أو (480) أو (600) فولت تيار متردد من المرافق، وفي هذه الحالة يتم توجيه الطاقة مباشرة إلى نظام التوزيع الخاص بالمحطة.

ضوابط خاصة بالجهد المنخفض

النظام أو الآلة التي تستخدم الجهد المنخفض لتشغيل معدات الجهد العالي هي أساسيات نظام التحكم، بحيث تعتبر وحدة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة (PLC) شائعة في هذه الأنظمة، كما يتلقى (PLC) مدخلات من أجهزة الاستشعار عبر جزء الإدخال من الإدخال والإخراج، بحيث يتم حساب المخرجات وإرسالها من خلال قسم الإخراج في الإدخال والإخراج.

كذلك؛ فإن كل من المدخلات والمخرجات هي (12) فولت تيار مستمر حسب تصميم النظام، لذلك يمكن توجيه الإخراج إلى مرحل مع لفائف (DC) واتصالات التيار المتردد، خاصةً عندما يستقبل المرحل إشارة (DC) تغلق جهات الاتصال الخاصة به، بحيث يعمل هذا على تنشيط الجهاز أو المكون حتى تتم إزالة إشارة المشغل بواسطة الإدخال أو الإخراج، لذلك تتطلب جميع المصانع الطاقة وعند فقدان طاقة المرافق، بحيث يتم إغلاق الصناعة بدون مولد احتياطي بحجم مناسب.

أنواع الجهد الكهربائي

1. الجهد المستمر (DC):

• هو الجهد الكهربائي الذي يبقى ثابتًا في اتجاهه وقيمته مع مرور الوقت.

• يُستخدم في العديد من التطبيقات الإلكترونية، مثل بطاريات الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.

• يُمكن تحويل الجهد المتردد إلى جهد مستمر باستخدام محول التيار.

2. الجهد المتردد (AC):

• هو الجهد الكهربائي الذي يتغير في اتجاهه وقيمته مع مرور الوقت.

• يُستخدم في العديد من التطبيقات المنزلية والصناعية، مثل الإضاءة وتشغيل الأجهزة الكهربائية.

• يُمكن تحويل الجهد المستمر إلى جهد متردد باستخدام محول التيار.

3. جهد التيار المباشر (DC):

• هو نوع فرعي من الجهد المستمر، حيث يكون اتجاه التيار ثابتًا.

• يُستخدم في العديد من التطبيقات الإلكترونية، مثل بطاريات الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.

4. جهد التيار المتردد (AC):

• هو نوع فرعي من الجهد المتردد، حيث يتغير اتجاه التيار بشكل دوري.

• يُستخدم في العديد من التطبيقات المنزلية والصناعية، مثل الإضاءة وتشغيل الأجهزة الكهربائية.

5. جهد النبض:

• هو نوع من الجهد الكهربائي الذي يتغير بشكل مفاجئ بين قيمتين مختلفتين.

• يُستخدم في العديد من التطبيقات الإلكترونية، مثل أجهزة التحكم عن بعد وأجهزة الإنذار.

6. جهد التيار المتردد ذو الموجة الجيبية:

• هو نوع من الجهد المتردد الذي يتغير بشكل سلس على شكل موجة جيبية.

• هو النوع الأكثر شيوعًا من الجهد المتردد المستخدم في المنازل والمنشآت الصناعية.

7. جهد التيار المتردد ذو الموجة المربعة:

• هو نوع من الجهد المتردد الذي يتغير بشكل مفاجئ بين قيمتين مختلفتين.

• يُستخدم في بعض التطبيقات الإلكترونية، مثل أجهزة التحكم في السرعة وأجهزة التغذية الكهربائية.

8. جهد التيار المتردد ذو الموجة المثلثية:

• هو نوع من الجهد المتردد الذي يتغير بشكل خطي بين قيمتين مختلفتين.

• يُستخدم في بعض التطبيقات الإلكترونية، مثل أجهزة التحويل الإلكترونية وأجهزة التغذية الكهربائية.

ملاحظة:

• يُمكن تحويل نوع واحد من الجهد الكهربائي إلى نوع آخر باستخدام محولات التيار.

• يجب اختيار نوع الجهد الكهربائي المناسب للتطبيق المقصود.

أرجو أن تكون هذه المعلومات مفيدة.