تعتمد شبكات توزيع الطاقة الحديثة على استخدام أجهزة حماية لا تتعطل عند الاستجابة للتغيرات المفاجئة في التيار الكهربائي. قد يكون مصدر هذه التغيرات العابرة البرق، أو تبديل الأحمال ذات الحث العالي، أو ضوضاء الشبكة، أو تنشيط بنوك المكثفات، أو أعطال المعدات. يجب أن تتمتع عناصر الحماية من الصواعق، وأنظمة العزل، ومانعات الصواعق، وقواطع الدائرة في شبكة التوزيع، ومعدات إصلاح المرحلات، بالقدرة على تحمل مثل هذه الارتفاعات المفاجئة والسريعة في الجهد. يتم التحكم في هذه التغيرات مخبرياً. مولدات كهربائية يُعد هذا هو المفتاح للتحقق من صحة هذا الأداء، حيث يتم إعادة إنتاج أنماط الاضطراب الواقعية في ظل ظروف قابلة للتكرار.
في الأنظمة الفعلية، نادراً ما تكون الظواهر العابرة منتظمة. فمثلاً، تتسبب الصواعق في ارتفاعات حادة في موجات الجهد، بينما يؤدي تبديل المكثفات إلى ارتفاعات أبطأ ولكنها عالية الطاقة. كما تتسبب الآلات الصناعية، التي تبدأ عملها فجأة، في اضطرابات متكررة. لذا، يجب أن تكون أجهزة الحماية في توزيع الطاقة قادرة على رصد هذه الظواهر، وامتصاص هذه الطاقة، والاستجابة لها دون تدهور في الأداء. وتتيح محاكاة الارتفاعات المفاجئة للمهندسين معاينة هذه القدرات قبل تركيب المعدات في الموقع.

الغرض من محاكاة زيادة التيار في هندسة الحماية

تُستخدم معدات الحماية لتوجيه الطاقة أو عكسها قبل وصولها إلى المعدات الحساسة في محطات العمل. ويتم التحقق من كل وظيفة من هذه الوظائف عن طريق محاكاة ارتفاع التيار باستخدام نبضات جهد زائد مُتحكم بها. في غياب هذا التحقق، قد تعمل المعدات بكفاءة عالية في أوضاع التشغيل المُصممة لها، ولكنها قد تتعطل عند حدوث تفاعل عابر غير متوقع.
جهاز اختبار ارتفاع الجهد النبضي هو جهاز محاكاة لأشكال موجات ارتفاع الجهد، والتي تُحدد بدقة من حيث زمن الصعود، والجهد الأقصى، وزمن التضاؤل. وهذا يُمكّن المهندسين من اختبار ليس فقط قدرة التحمل، بل أيضًا تسلسل تشغيل أجهزة الحماية. ويُفضل المصنعون... LISUN توفير نظام معايرة للتيار الزائد يستخدم خصيصًا في اختبارات السلامة الكهربائية ذات التكرارية العالية لضمان قياس السلوك الكهربائي العابر بدلاً من القيم التقريبية.

تقييم متانة العزل وخصائص الانهيار

غالباً ما يكون العزل هو الوسيلة الأولية للوقاية من ارتفاع الجهد العابر. يجب أن تكون الكابلات والملفات والبطانات وأغلفة الموصلات مقاومة للتغيرات الكبيرة في الإجهادات الكهربائية. لا يُظهر اختبار التيار المتردد أو المستمر الثابت سلوك العزل تحت تأثير الزيادة المفاجئة في الجهد. تتعرض معدات الحماية من ارتفاع الجهد لإجهاد ديناميكي نتيجة توليد أشكال موجية مثل النبضة القياسية 1.2/50 مللي ثانية. مع ارتفاع الجهد بسرعة، تتركز المجالات الكهربائية في روابط الثقوب والشقوق المجهرية وحدود المواد.
يُشير الاختبار إلى قدرة العازل على التعافي بعد حالة مؤقتة أو تراكم تفريغات جزئية داخلية تُؤدي إلى انهيار. وتُحدد مولدات النبضات الجهد الذي يحدث عنده الانهيار بدقة، ومكان تركز الطاقة، وما إذا كان نمط العطل يُشير إلى عيوب تصنيعية.

التحقق من أجهزة الحماية من زيادة التيار الكهربائي ومانعات الصواعق

صُممت أجهزة الحماية من الصواعق (SPD) ومانعات الصواعق لامتصاص الطاقة اللحظية. ومع ذلك، ينبغي أن تكون القيم المُصنفة نظريًا مماثلة لخصائص الاستجابات الفعلية في ظل الظروف الحقيقية. يتضمن اختبار الصواعق تحليل سلوك المشابك، وتجانس ردود الفعل بين الأطوار، واستقرار تبديد الطاقة.
سيؤدي تفعيل جهاز الحماية لاحقًا إلى تدفق طاقة عابرة زائدة عبر دوائر التوزيع. وقد يتسبب تفعيل أحد هذه الأجهزة قبل الأوان في حدوث قصر دارة، مما يؤدي إلى زيادة الحمل على قواطع الدائرة الكهربائية في المنبع. وتساعد مولدات التيار الزائد في ضمان عدم وجود تباين في عتبات التشغيل في الحلقات المتعددة. كما يظهر سلوك التقادم في اختبار النبضة.

تنسيق المرحلات والقواطع في ظل الظروف العابرة

يُعدّ استخدام مرحلات الحماية الرقمية وقواطع الدائرة في شبكات التوزيع الحديثة أمرًا بالغ الأهمية، ويجب أن تعمل هذه المرحلات بكفاءة في حالات ارتفاع الجهد المفاجئ. تقيس المرحلات مستويات الجهد وتستجيب لها فورًا، بينما تقوم القواطع بفصل الأعطال عند الطلب فقط، ويجب أن يتزامن ذلك مع رصد الارتفاع المفاجئ في الجهد.
حتى قواطع الدائرة نفسها يجب ألا تتضرر مادياً أثناء حالات الطاقة العالية. تتعرض حجرات إخماد القوس الكهربائي داخلها لإجهاد كهربائي عالٍ في حالات التقلبات العابرة. تتم محاكاة هذه الظروف بأمان وفي بيئة مُحكمة في مولدات الطاقة. ومن خلال قياس سرعة فتح قاطع الدائرة تحت ذروة الفولتية العابرة، يتحقق المهندسون من ثبات آليات التشغيل من دورة إلى أخرى.

تحليل حماية المحولات والملفات

تتعرض المحولات لإجهادات شديدة عند حدوث ارتفاعات مفاجئة في التيار. يكون اقتران شكل الموجة الواردة بالملفات غير منتظم، مما يؤدي إلى تركيز المجال الكهربائي بين اللفات. تُستخدم مولدات الارتفاعات المفاجئة في تحديد قدرة تحمل نبضات البرق، ومعايير تنسيق العزل، وسلوك الإجهاد بين اللفات.
في معظم الحالات، قد تبدو ملفات المحول مستقرة في الظروف العادية، لكنها تتعطل مع انهيار العزل عند حدوث زيادة سريعة ومفاجئة في الجهد. يقوم المهندسون بتحليل أنماط التذبذب الناتج، وسلوك الرنين الكهربائي، وخصائص التخميد. وتُحدد هذه المعايير شكل مسار الملف وسماكة العزل المناسبين للاستخدام الميداني. وتُعد نتائج الاختبارات التي تُجرى باستخدام جهاز اختبار نبضات الجهد المُعاير أكثر دقة بكثير من النمذجة النظرية وحدها.

موثوقية تجميع الكابلات والموصلات في ظل تأثير التيار المفاجئ

تتعرض كابلات الطاقة والموصلات والموصلات الطرفية، أثناء نقلها لمسافات طويلة، لارتفاعات مفاجئة في الجهد. وتكون هذه المكونات أكثر عرضة لتلوث الغبار ودخول الرطوبة وتلف العوازل القديمة. ويحدد اختبار الارتفاع المفاجئ مقاومة أغلفة الموصلات والطبقات العازلة للكابلات لذروة الجهد دون حدوث قنوات تفريغ جزئي.
يحدث شكل الموجة اللحظية عند وجود وصلات ذات حواف معدنية أو عدم استواء في العزل. في حال وجود نقطة ضعف، يُشكّل التيار المفاجئ بؤرًا كهربائية قد تُسبب تلفًا دقيقًا في الممرات. يضمن هذا الاختبار استقرار تجميعات الكابلات في الظروف القاسية، مما يمنع حدوث أعطال في تركيبات الكابلات الأرضية والهوائية مستقبلًا.

أهمية تشكيل شكل الموجة وقابلية التكرار

يُعدّ اختبار دقة شكل الموجة في اختبارات النبضات طريقةً دقيقةً لاختبارها. لذا، فإنّ شكل الموجة الذي يحتوي على بداية أو نهاية غير صحيحة لا يعكس ظروف التشغيل الفعلية. تُولّد مولدات النبضات نبضاتٍ بطريقةٍ تُتيح تعريض أجهزة الحماية لإجهادٍ كهربائيٍّ واقعيّ.
تضمن قابلية التكرار اتساق الأداء عند قياسه بين الدفعات. وتكون نتائج الاختبار غير موثوقة في حال تغير شكل الموجة بتردد كبير. أنظمة الجودة مثل تلك التي تصنعها شركة LISUN تحتوي هذه الأنظمة على أنظمة معايرة داخلية تضمن دقة أشكال الموجات حتى بعد الاستخدام المطول. ويستفيد المهندسون من هذه الثباتية لمقارنة المواد، وتصاميم العزل، وأجهزة الحماية، وأنظمة التبديل على مدى فترات طويلة.

التكامل مع أطر اعتماد المنتجات

يُعدّ توثيق أداء مقاومة التيار المفاجئ قبل الموافقة على المنتجات بفترة وجيزة شرطًا إلزاميًا في معظم معايير السلامة الكهربائية. وتُشترط عادةً أنواع متعددة من اختبارات مقاومة التيار المفاجئ في برامج الاعتماد الوطنية والدولية، مثل اختبار نبضات الصواعق، واختبار مقاومة التيار المفاجئ عند التبديل، واختبار الموجات المركبة. وتُمكّن مولدات مقاومة التيار المفاجئ المصنّعين من تلبية هذه الاحتياجات بكفاءة.
يُعدّ اختبار النبضات المُتحكّم به في المختبر ذا أهمية بالغة لهيئات الاعتماد، إذ لا يُمكن التنبؤ بدقة بالارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي من خلال المراقبة الميدانية. ففي موسم برق واحد، قد يصمد جهاز الحماية، بينما في الموسم التالي، قد يكون سبب العطل اختلافًا في شكل الموجة فقط. أما في المختبر، فيتم التخلص من هذا التباين العشوائي، ما يضمن موثوقية الجهاز.

الخاتمة

يُعدّ التوزيع الموثوق للطاقة من أهمّ أولويات المكونات التي قد تتعرض لارتفاع مفاجئ في الطاقة الكهربائية. وتُوفّر نماذج الموجات الدقيقة اللازمة للتحقق من قوة عزل المكونات، واستجابة المرحل، وسلوك التثبيت لمانع الصواعق، وتنسيق القاطع، وسلامة ملفات المحول، وقدرة الكابل على تحمل العزل الكهربائي، في نماذج مُصنّفة للاستخدام في المختبرات. مولدات كهربائية.
جهاز اختبار نبضات الاندفاع المعاير، وخاصةً الأجهزة المدمجة التي توفرها الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة مثل LISUNيُمكّن هذا النظام المهندسين من فهم قدرات الحماية لمكونات التوزيع فهمًا دقيقًا. ويؤدي هذا التأكيد التنبؤي إلى تجنب الأعطال الميدانية، ويضمن الالتزام بمتطلبات السلامة، ويزيد من متانة البنية التحتية للطاقة.

العلامات:SG61000-5