?

عندما يسمع معظم الناس "ارتفاع الجهد"، فإنهم ينظرون إلى السماء. البرق هو المشتبه به المعتاد، ولسبب وجيه. يمكن لضربة مباشرة أو حتى نبضة كهرومغناطيسية قريبة أن تضخ ملايين الفولتات إلى خط كهرباء في ميكروثانية.

ولكن هذه حقيقة غير مريحة لمشغلي ومهندسي الشبكات:بعض الجهد الزائد الأكثر تدميراً لا علاقة له بالعواصف.يولدون داخل الشبكة نفسها.

إذا كنت تحدد الكابلات، أو تصمم محطات فرعية، أو تقوم بصيانة أنظمة الطاقة الصناعية، فإن فهم هذه التهديدات "الداخلية" لا يقل أهمية عن الحماية من الصواعق. دعونا نحلل ما يعنيه الجهد الزائد حقًا، ولماذا هو أكثر من مجرد مشكلة طقس.

1. ما هو الجهد الزائد حقًا؟

الجهد الزائديحدث عندما يتجاوز الجهد الكهربائي الموجود على خط أو قطعة من المعدات نطاق التشغيل الطبيعي.

يحتوي كل جهاز على نظام عزل محددتحمل المستوى. في ظل الظروف العادية، فإنه يتعامل مع الجهد المقنن (على سبيل المثال، 220 فولت، 10 كيلو فولت، 110 كيلو فولت). ولكن أثناء البرق أو التبديل أو أخطاء النظام، يجب أن يتحمل ضغطًا أعلى بكثير.

عندما يتجاوز الجهد ما يمكن أن يتحمله العزل يحدث أمران:

• وميض ضوئي:يتشكل قوس عبر سطح العزل.
• انهيار عازل:تفشل المادة العازلة وتصبح موصلة.

نتيجة؟ محولات محترقة، وتلف المفاتيح الكهربائية، وانقطاع التيار الكهربائي بشكل غير متوقع.

2. الخارجي مقابل الداخلي: وجهان للجهد الزائد

يتم تصنيف الجهد الزائد حسب أصله:

الجهد الزائد الخارجي (البرق)

• الضربة المباشرة:​ البرق يضرب الخطوط أو الأبراج أو المعدات ← جهد هائل.
• الضربة المستحثة:​ يغير البرق القريب المجال الكهرومغناطيسي → الجهد الزائد المستحث على الموصلات.

نبضات البرق هيسريع للغاية(مقياس ميكروثانية) وعالية للغايةفي قيمة الذروة. يجب أن يمتص العزل ضغوطًا عنيفة قصيرة العمر.

الجهد الزائد الداخلي (المولد من الشبكة)

الجهد الزائد الداخلي أكثر تسللًا. غالبًا ما تحدث في الأيام المشمسة ويمكن أن تستمر لفترة أطول بكثير من نبضات البرق.

3. أربع آليات داخلية للجهد الزائد يجب أن تعرفها

أ. التحول المفاجئ

سبب:​ كل عملية قاطعة - فتح أو إغلاق - تخلق حالة عابرة. يؤدي تنشيط أو إلغاء تنشيط الخطوط أو بنوك المكثفات أو المحولات المفرغة إلى تغيير الحالة الكهربائية للنظام بالمللي ثانية.

• مثال:​ إطفاء محول فارغ أو تنشيط خط نقل طويل.
• مخاطرة:ذروة الجهد العالي تدوم لفترة أطول من ضربة البرق. السبب الرئيسي لشيخوخة العزل.

ب. الرنين الحديدي

سبب:التفاعل غير الخطي بين الأجهزة الحثية (المحولات، VTs ذات النوى الحديدية) والعناصر السعوية (الكابلات الطويلة، بنوك المكثفات).

• مخاطرة:​ في ظل ظروف محددة، "يرن" النظام مثل الجرس. يتأرجح الجهد والتيار بترددات غير طبيعية. على عكس الطفرة السريعة،يمكن أن يستمر الرنين الحديدي لمدة دقائق أو ساعات، ارتفاع درجة حرارة المعدات ببطء وتدميرها.

ج. الجهد الزائد لتردد الطاقة

سبب:تغييرات مفاجئة في عملية الحالة المستقرة.

• أمثلة:​ أخطاء من خط واحد إلى الأرض، ورفض مفاجئ للحمل (على سبيل المثال، مولد كبير يتعطل دون الاتصال بالإنترنت).
• مخاطرة:يرتفع الجهد ويبقى مرتفعا. في حين أن قيم الذروة قد تكون أقل من البرق، فإنمدة طويلةيشدد العزل بشكل مستمر.

د. البرق (خارجي)

سبب:الضربة المباشرة أو التحريض.

• مخاطرة:جهد ذروة مرتفع للغاية خلال ميكروثانية. اختبارات الحد العازل المطلق للعزل.

4. لماذا تعتبر المدة مهمة أكثر مما تعتقد؟

بالنسبة لنظام العزل، ليست كل الفولتية الزائدة متساوية:

• البرق:​ ذروة عالية، مدة قصيرة جدًا ← "الضربة القاضية".
• التبديل/الرنين الحديدي:​ ذروة أقل، مدة أطول ← "ضرب بطيء بلا هوادة".

قد ينجو الكابل من ضربة صاعقة بالميكروثانية بفضلمستوى العزل الأساسي (BIL). ولكن إذا استمرت حالة الرنين الحديدي، فإن الحرارة الناتجة عن الجهد الزائد المستمر ستؤدي في النهاية إلى كسر العازل الكهربائي.

5. كيف تقاوم الشبكة

الحماية من الجهد الزائد متعددة الطبقات:

1. الحماية من الصواعق:​ مانعات الصواعق (MOVs)، والتأريض منخفض المقاومة، وتنسيق العزل.
2. التحكم في التبديل:​ مقاومات ما قبل الإدخال في القواطع، تكنولوجيا التبديل التي يتم التحكم فيها لتخفيف العابرين.
3. تخفيف الرنين:تجنب مجموعات المعلمات غير المواتية أثناء التصميم؛ التأريض المحايد للتذبذبات الرطبة.
4. تنسيق العزل:التأكد من أن الكابلات والمحولات والمفاتيح الكهربائية تتمتع بقوة عزل مطابقة لمستويات الجهد الزائد المتوقعة.

6. الوجبات الجاهزة الرئيسية للمهندسين والمشتريات

قراءة الفولتميتر هي فقطنتيجة. وخلفه تكمن:

• معلمات الخط
• خصائص المعدات
• أوضاع التشغيل
• تبديل التسلسلات

الحماية من الجهد الزائد ليست اختيارية، بل هي أحد متطلبات التصميم. سواء كنت تحدد كابلات لمحطة فرعية جديدة أو تقوم بترقية منشأة صناعية، فيجب عليك مراعاة ذلككل من سيناريوهات الجهد الزائد الخارجي والداخلي.

"إن الشبكة السليمة لا تحمل الطاقة فحسب، بل إنها تدير طاقتها الخاصة. إن فهم الجهد الزائد هو الخطوة الأولى لمنع الفشل التالي."

مناقشة:هل سبق لك أن قمت بالتحقيق في عطل في المعدات حدث أثناء الطقس الصافي؟ هل تشك في الجهد الزائد الداخلي؟ شارك تجربتك، فقد تساعد قصتك مهندسًا آخر على تجنب الوقوع في نفس الفخ.