استخدم مُثبِّت الجهد التلقائي لحل مشكلة الضرر الناجم عن تقلبات الجهد

أحد العملاء هو مصنع لتصنيع الآلات. العديد من مخارط CNC تُصدر إنذارات بشكل متكرر حوالي الساعة الثانية ظهرًا. تحدث المشكلة عند إعادة التشغيل. كانت تحدث مرة أو مرتين في السابق، لكنها الآن تتكرر بشكل متكرر في فترة ما بعد الظهر. طلبت منه صورة للمشكلة الأصلية والحل المقترح. شككت في أن جهد شبكة الكهرباء لديه قد يتذبذب بشكل كبير خلال تلك الفترة. يكون الجهد مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا، مما يتسبب في عدم عمل أدوات آلات CNC بشكل صحيح. طلبت منه شراء منظم جهد تلقائي لتجربته. لاحقًا، تم حل المشكلة. السبب هو التذبذب الكبير في الجهد. يتسبب التذبذب اللحظي في جهد العاكس في توقف وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بسبب انقطاع الاتصال.

ما هو تذبذب الجهد؟

ظاهرة تغير الجهد بشكل حاد وانحرافه عن القيمة المقدرة خلال فترة زمنية محددة تُسمى تذبذب الجهد. معدل تغير الجهد الذي يزيد عن 1% في الثانية يُسمى تغيرًا حادًا في الجهد.

تتعدد أسباب تقلبات الجهد الكهربائي، وتشمل ثلاثة أسباب رئيسية:

(1) تغير نمط تشغيل شبكة الطاقة، مما يؤدي إلى تغيرات في توزيع الطاقة ومقاومة الشبكة.

(2) تغير أحمال الطاقة باختلاف الفصول، وأوقات الليل والنهار، وتغيرات عمليات الإنتاج لدى المستخدمين.

(3) تعطل أو تلف بعض المعدات في شبكة الطاقة.

تؤدي الأسباب المذكورة أعلاه إلى اختلال توازن القدرة التفاعلية في شبكة الطاقة، مما يتسبب في تقلبات الجهد. ما هي مخاطر تقلبات الجهد؟ إذا تجاوزت تقلبات الجهد (زيادةً أو نقصانًا) النطاق المسموح به، فإنها ستؤدي إلى تشغيل شبكة الطاقة والمعدات الكهربائية لدى المستخدمين في ظروف جهد مرتفع أو منخفض، وهو أمر غير اقتصادي وغير آمن. وفيما يلي وصف لمخاطر تشغيل شبكة الطاقة والمعدات الكهربائية لدى المستخدمين في ظروف جهد مرتفع أو منخفض:

(1) مخاطر التشغيل في ظروف جهد مرتفع:

أ. تسريع تآكل عزل مصدر الطاقة ومعدات الطاقة، مما يُقصر من عمرها الافتراضي.

ب. التسبب في تشوه شكل موجة الجهد، وزيادة التوافقيات العليا لشبكة الطاقة، وفي الحالات الشديدة، التسبب في زيادة الجهد، مما يعرض سلامة الشبكة والمعدات للخطر؛

ج. زيادة فقد الطاقة في حالة عدم التحميل للمحولات والمحركات، مما يزيد من فقد الطاقة في الشبكة؛

د. إجبار بعض أجهزة تعويض القدرة التفاعلية على التوقف عن العمل، وتقليل كفاءة تعويض القدرة التفاعلية، وزيادة فقد الطاقة في خطوط الشبكة؛

هـ. التأثير على التشغيل الطبيعي للمستخدمين وجودة المنتج.

(2) مخاطر التشغيل بجهد منخفض:

أ. تقليل كفاءة معدات توليد وتوزيع الطاقة؛

ب. زيادة فقد الطاقة في شبكة الطاقة؛

ج. تعريض التشغيل الآمن لشبكة الطاقة للخطر، وفي الحالات الشديدة، التسبب في انهيار الجهد، مما يؤدي إلى انهيار جزء من شبكة الطاقة؛

د. صعوبة بدء تشغيل المحرك، واحتراق المحرك إذا تم تشغيله بجهد منخفض لفترة طويلة؛

هـ. يقلل من كفاءة المعدات الكهربائية ويؤثر على جودة المنتج.

خصائص تقلبات الجهد

يُطلق على التيار الكهربائي الرئيسي اسم التيار المتردد ذي التردد الصناعي. يتميز التيار المتردد عادةً بثلاث خصائص: الجهد، والتيار، والتردد. يتراوح نطاق تقلبات التيار الكهربائي الرئيسي 220 فولت بين 220 فولت ± 10%. التردد الصناعي الشائع للتيار المتردد في مختلف دول العالم هو 50 هرتز و60 هرتز. يتراوح جهد التيار المتردد المستخدم في المنازل بين 100 فولت و380 فولت. عادةً ما تستخدم غرف الحاسوب تيارًا كهربائيًا رئيسيًا ثلاثي الأطوار 380 فولت، 50 هرتز، كمصدر للطاقة، بينما يستخدم مُقوِّم التيار في المعدات جهدًا أحادي الطور 220 فولت. لطالما اعتقدنا أن التيار الكهربائي الرئيسي مستمر ومستقر باستثناء انقطاعات التيار العرضية. في الواقع، هذا ليس صحيحًا. باعتبارها شبكة كهرباء عامة، ترتبط شبكة الكهرباء الرئيسية بآلاف الأحمال المختلفة. بعض الأحمال الكبيرة لا تستمد الكهرباء من الشبكة فحسب، بل تؤثر عليها بدورها، مسببةً ارتفاعات مفاجئة في التيار، وعدم استقرار الجهد، وارتفاعات وانخفاضات مفاجئة فيه. إضافةً إلى ذلك، فإن الحوادث الطبيعية والبشرية غير المتوقعة، كالزلازل والحرائق والصواعق والدوائر القصيرة في نظام نقل وتحويل الطاقة، تُهدد استمرارية الإمداد بالكهرباء، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي للأجهزة الكهربائية.

ما تأثير الجهد الزائد على الأجهزة الكهربائية؟

يُمكن للجهد الزائد تسريع تلف المعدات الكهربائية، وتقليل عمرها الافتراضي، وفي الحالات الشديدة، قد يؤدي إلى احتراقها. على سبيل المثال، يبلغ عمر المصباح الكهربائي العادي 30% فقط عند زيادة الجهد بنسبة 10% مقارنةً بعمره عند الحفاظ على الجهد عند قيمته المقننة. ومع كل زيادة بنسبة 5% في جهد الكاثود لمختلف الصمامات الإلكترونية في المعدات الإلكترونية، ينخفض ​​عمر الكاثود إلى النصف.

ما تأثير انخفاض الجهد الكهربائي على الأجهزة الكهربائية؟

يؤدي انخفاض الجهد الكهربائي إلى تقليل قدرة معدات نقل وتحويل الطاقة، وتقليل قدرة خطوط النقل على الشحن، والتسبب في انقطاعات واسعة النطاق للتيار الكهربائي، وتقصير عمر المعدات، بل وحتى احتراق الأجهزة الكهربائية.

ما تأثير انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي على الأجهزة الكهربائية؟

يشير انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي إلى انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي لمدة تتراوح بين دورتين إلى عدة ساعات. تشمل الأسباب: تعطل قاطع الدائرة الكهربائية، وانقطاع التيار الكهربائي الرئيسي، وفشل شبكة الكهرباء، وغيرها. عادةً ما يتسبب ذلك في احتراق الأجهزة الكهربائية أو نشوب حرائق كهربائية عند إعادة تشغيل التيار بعد انقطاعه.

يؤثر كل من انحراف الجهد وتقلباته على جودة الطاقة وعلى استخدامها بشكل طبيعي وآمن. انحراف الجهد هو انحراف الجهد الفعلي عن القيمة المقننة، مما يؤدي إلى زيادة الجهد (ارتفاعه) أو انخفاضه (انخفاضه). إذا كان الجهد الفعلي مرتفعًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى زيادة الجهد في المعدات، مما يهدد العزل ويقلل من عمرها الافتراضي. إذا كان الجهد الفعلي منخفضًا جدًا، فسيؤثر ذلك على عمل المستخدم بشكل طبيعي، مما قد يؤدي إلى تعطل أجهزته الكهربائية أو توقفها عن العمل. يُعدّ تذبذب الجهد ووميضه تغيرات غير منتظمة وسريعة في الجهد، مما يتسبب في وميض الأضواء وإزعاج العين. وعلى الرغم من أن بعض تذبذبات الجهد تقع ضمن حدود التغير الطبيعي، إلا أن سرعة تغيرها قد تعيق التشغيل الطبيعي للأجهزة الإلكترونية الحساسة للجهد، مثل أجهزة الحاسوب.