يؤدي عدم التوازن الثلاثي المراحل في أنظمة الطاقة إلى العديد من التأثيرات السلبية، بما في ذلك زيادة خسائر الطاقة الكهربائية في الخطوط، وزيادة خسائر الطاقة الكهربائية في محولات التوزيع، وانخفاض سعة الإخراج لمحولات التوزيع، وتوليد تيار تسلسلي صفري في محولات التوزيع، وضعف تشغيل المعدات الكهربائية بشكل آمن، وانخفاض كفاءة المحركات الكهربائية. كيف يمكن تخفيف مشكلة عدم التوازن الثلاثي المراحل في أنظمة الطاقة؟ يقدم القسم التالي من شركة نانتونغ زهي فونغ لتكنولوجيا الكهرباء المحدودة شرحاً تفصيلياً للأضرار الناتجة عن عدم التوازن الثلاثي المراحل والطرق المتبعة للتغلب عليه.
الأضرار الناتجة عن عدم التوازن الثلاثي المراحل في أنظمة الطاقة:
1. زيادة خسائر الطاقة الكهربائية في الخطوط
في شبكة توزيع الطاقة ثلاثية الطور وأربعية الأسلاك، عندما يتدفق التيار عبر الموصل الخطّي، فإن فقدان الطاقة الكهربائية يحدث بشكل لا مفر منه بسبب وجود المعاوقة، ويكون هذا الفقدان متناسباً مع مربع التيار. عندما تُغذى الشبكة منخفضة الجهد بنظام ثلاثي الطور وأربعية الأسلاك، فإن وجود الأحمال أحادية الطور تؤدي بشكل لا مفر منه إلى عدم توازن في أحمال الثلاثي الطور. تحت ظروف الحمل غير المتوازن هذه، يتدفق التيار عبر الموصل المحايد. هذا يؤدي ليس فقط إلى فقدان الطاقة في الموصلات الطورية، بل أيضاً إلى فقدان في الطاقة في الموصل المحايد، مما يزيد من مجمل الفواقد في خطوط الشبكة الكهربائية.
2. زيادة فواقد الطاقة الكهربائية في محولات التوزيع
إن محول التوزيع هو المعدة الأساسية لتغذية الشبكة منخفضة الجهد. عندما يعمل تحت ظروف عدم توازن أحمال الثلاثي الطور، فإنه يؤدي إلى زيادة في خسائر المحول لأن فقدان الطاقة في المحول يتغير تبعاً لدرجة عدم توازن الأحمال.
3. تقليل إنتاج محول التوزيع
في تصميم محول التوزيع، يعتمد هيكل لف المحول على ظروف التشغيل عند التحميل المتوازن، حيث يكون أداء اللف موحدًا بشكل أساسي وقدرة كل طور متساوية ومُقدرة بسعة مُعينة. ويتم تحديد أقصى إخراج مسموح به لمحول التوزيع وفقًا للسعة المقدرة لكل طور. عندما يعمل محول التوزيع في ظروف عدم توازن الأحمال الثلاثية الأطوار، يكون للطور ذي الحمل الخفيف سعة فائضة، مما يؤدي إلى تقليل إخراج المحول. ويعتمد مقدار التخفيض في الإخراج على مدى عدم توازن الأحمال الثلاثية الأطوار. فكلما زاد عدم التوازن، انخفض إخراج محول التوزيع بشكل أكبر. وبالتالي، عندما يعمل المحول في ظروف عدم توازن الأحمال الثلاثية الأطوار، لا يمكن أن تصل سعته الإخراجية إلى قيمتها المقدرة، وتقل سعته الاحتياطية بشكل متناسب، وتضعف قدرته على تحمل الأحمال الزائدة. وإذا عمل محول التوزيع في ظروف حمل زائد، فمن المرجح أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارته، وفي الحالات الشديدة قد يؤدي حتى إلى احتراق المحول.
4. توليد تيار التسلسل الصفري بواسطة المحول التوزيعي
عندما يعمل محول التوزيع تحت ظروف عدم توازن الحمل ثلاثي الطور، يُنتج تياراً تسلسلياً صفرياً. يختلف هذا التيار وفقاً لدرجة عدم توازن الحمل ثلاثي الطور؛ كلما زاد عدم التوازن، زاد التيار التسلسلي الصفري. إذا كان هناك تيار تسلسلي صفري في محول التوزيع أثناء التشغيل، فسيُنتج تدفقاً تسلسلياً صفرياً في قلبه. (لا يوجد تيار تسلسلي صفري على جانب الجهد العالي). ويجبر هذا التدفق التسلسلي الصفري على المرور فقط عبر جدار خزان الزيت والمكونات الإنشائية الفولاذية. وبما أن النفاذية المغناطيسية للمكونات الفولاذية منخفضة نسبياً، فإن مرور التيار التسلسلي عبر هذه المكونات الفولاذية يتسبب في خسائر بسبب الهستيريا والتيارات الدوامية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل محلي وتسخين مكونات المحول الفولاذية. تتعرض عزلة لفائف محول التوزيع إلى الشيخوخة المتسارعة بسبب ارتفاع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تقليل عمر المعدات. بالإضافة إلى ذلك، وجود التيار التسلسلي الصفري يؤدي إلى زيادة خسائر محول التوزيع.
5. تأثير على التشغيل الآمن للمعدات الكهربائية
يتم تصميم محول التوزيع على أساس ظروف التشغيل للأحمال الثلاثية المتمنة، بحيث تكون مقاومة كل لفة من اللفات، ومحاثة التسرب، والمقاومة المغناطيسية متماثلة بشكل أساسي. عندما يعمل محول التوزيع تحت أحمال ثلاثية متمنة، تكون التيارات الثلاثية متساوية بشكل أساسي، وهبوط الجهد في كل طور داخل المحول يكون متماثلاً أيضًا؛ وبالتالي تكون جهود الإخراج الثلاثية للمحول متوازنة. إذا عمل محول التوزيع تحت أحمال ثلاثية غير متوازنة، فإن التيارات الناتجة في الأطوار ستكون غير متساوية، وهبوط الجهد الداخلي في أطوار المحول سيختلف، مما يؤدي حتمًا إلى عدم توازن الجهد الثلاثي في خرج المحول.
وبالتوازي، عندما يعمل المحول التوزيعي تحت ظروف عدم توازن الأحمال ثلاثية الطور، تصبح التيارات الناتجة ثلاثية الطور غير متساوية، مما يؤدي إلى مرور تيار عبر الموصل المحايد. وينتج عن ذلك حدوث انخفاض في جهد الإعاقة على الموصل المحايد، مما يؤدي إلى انزياح نقطة المحايد، وبالتالي تغيير جهود الطور لكل طور. ينخفض جهد الطور المُحمل بشدة، بينما يرتفع جهد الطور المُحمل بخفة. ويمكن أن يؤدي تزويد الطاقة في ظل ظروف عدم توازن الجهد بسهولة إلى تلف المعدات الكهربائية المتصلة بالطور ذي الجهد الأعلى، في حين قد تفشل المعدات المتصلة بالطور ذي الجهد الأدنى في العمل. ولذلك، فإن التشغيل تحت ظروف عدم توازن الأحمال ثلاثية الطور يُعد تهديداً جدياً لتشغيل المعدات الكهربائية بأمان.
6. انخفاض كفاءة المحرك الكهربائي
عندما يعمل محول التوزيع تحت ظروف عدم توازن الحمل ثلاثي الطور، فإنه يسبب عدم توازن ثلاثي الطور في جهد الخرج. وبما أن الجهد غير المتوازن يتكون من مركبات جهد تسلسل موجب وتسلسل سالب وتسلسل صفري، فعند تطبيق هذا الجهد غير المتوازن على محرك كهربائي، يولد جهد التسلسل السالب مجالاً مغناطيسياً دورانياً في الاتجاه المعاكس لذلك الذي يولده جهد التسلسل الموجب، مما يُحدث تأثيراً تباطئياً (فرامل). ومع ذلك، وبما أن المجال المغناطيسي للتسلسل الموجب أقوى بشكل ملحوظ من المجال المغناطيسي للتسلسل السالب، يستمر المحرك الكهربائي في الدوران في اتجاه المجال المغناطيسي للتسلسل الموجب. ونتيجةً للتأثير التباطئي للمجال المغناطيسي للتسلسل السالب، فإن قدرة المحرك الكهربائي الخارجة تنخفض حتماً، مما يؤدي إلى تقليل كفاءة المحرك. وفي الوقت نفسه، تزداد درجة ارتفاع درجة حرارة المحرك والخسائر في القدرة التفاعلية مع زيادة درجة عدم توازن الجهد ثلاثي الطور. ولذلك، فإن تشغيل محرك كهربائي في ظروف عدم توازن الجهد ثلاثي الطور هو أمر غير اقتصادي للغاية وغير آمن.
حقوق النشر © شركة نانتونغ زهي فونغ لتكنولوجيا الطاقة الكهربائية المحدودة. جميع الحقوق محفوظة - سياسة الخصوصية-المدونة
