سبب شيوع تذبذب الجهد في أنظمة الطاقة الصناعية

الأسباب، والتأثير الواقعي، والحلول العملية من إحدى الشركات المصنعة لمثبتات الجهد الصناعي

تذبذب الجهد شائع للغاية في أنظمة الطاقة الصناعية.
لا يعد تذبذب الجهد، كما رأينا من تجربتنا كشركة مصنعة لـ مثبتات الجهد التلقائينتيجة سوء التصميم الكهربائي في النظام، بل نتيجة طبيعية لطبيعة عمل النظام.

في المصانع التي توجد فيها ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب، والضواغط، وماكينات اللحام، ومطاحن الدرفلة، وما شابه ذلك، لا يمكن تجنب مشكلة تذبذب الجهد ما لم يتم اتخاذ تدابير محددة للتخفيف من حدة المشكلة.

1. ما هو تذبذب الجهد؟

يشير تذبذب الجهد إلى الاختلافات المستمرة أو المتكررة لجهد RMS حول قيمتها الاسمية (مثل 380 فولت، أو 400 فولت، أو 480 فولت، أو مستويات الجهد المتوسط مثل 6 كيلو فولت/ 11 كيلو فولت).
ينتج بشكل رئيسي عن التغيرات السريعة أو المتكررة في تيار الحمل.

إنه مختلف عن:

• تباطؤ الجهد - انخفاض الجهد الكهربائي قصير المدة
• تضخم الجهد - ارتفاع الجهد الكهربائي قصير المدة
• تعتيم - فقدان كامل للإمداد

في المنشآت الصناعية، يؤدي تذبذب الجهد الكهربائي عادةً إلى:

• الإضاءة الوامضة أو غير المستقرة
• ارتفاع درجة حرارة المحرك أو ضوضاء غير طبيعية
• أعطال PLC، أو CNC، أو VFD
• انخفاض كفاءة production production
• تقصير عمر المعدات

2. الأحمال الثقيلة والديناميكية هي السبب الرئيسي

2.1 تيارات بدء تشغيل المحرك الكبير

تعتمد المنشآت الصناعية بشكل كبير على المحركات الحثية عالية الطاقة، بما في ذلك:

• المضخات والضواغط
• الناقلات
• الكسارات والمطاحن
• مصانع الدرفلة
• المراوح والمنافيخ

عند بدء تشغيل محرك كبير:

• يمكن أن يصل تيار البدء إلى 5-8 أضعاف التيار المقنن
• يتسبب هذا الطلب المفاجئ على التيار في انخفاض الجهد عبر معاوقة النظام
• يؤدي تكرار بدء التشغيل المتكرر إلى تذبذب متكرر في الجهد الكهربائي

في المحطات التي تعمل فيها المحركات وتتوقف باستمرار، يصبح عدم استقرار الجهد مشكلة مستمرة بدلاً من أن يكون حدثًا عرضيًا.

2.2 الأحمال الصناعية سريعة التغير

تخلق بعض العمليات الصناعية بطبيعة الحال تغيرات سريعة وغير منتظمة في الأحمال:

تشمل الأمثلة النموذجية ما يلي:

• أفران القوس الكهربائي (EAF)
• ماكينات اللحام بالمقاومة واللحام بالقوس
• مصانع الدرفلة
• الكسارات الثقيلة

يمكن أن تغير هذه الأحمال الطلب على الطاقة في غضون أجزاء من الثانيةمما يسبب تباينًا مستمرًا في الجهد بدلًا من تباطؤ جهد واحد.

من خلال معايير الصناعة وخبرة التشغيل في الموقع، تعد أفران القوس الكهربائي من بين أكثر العوامل التي تساهم في تذبذب الجهد الكهربائي في الشبكات الصناعية.

3. معاوقة النظام العالية في شبكات الطاقة الصناعية

تتناسب شدة تذبذب الجهد طرديًا مع معاوقة النظام.

3.1 خطوط التوزيع الطويلة

العديد من المنشآت الصناعية:

• تقع بعيداً عن المحطات الفرعية للمرافق
• استخدام كابلات تغذية طويلة
• تحتوي على مراحل متعددة المحولات

المغذيات الأطول تعني مقاومة أعلى.
تعني المعاوقة الأعلى انخفاض أكبر في الجهد لنفس التغير في التيار.

وهذا شائع بشكل خاص في المجمعات الصناعية ومناطق التعدين ومناطق التصنيع النائية.

3.2 المحولات أو الكابلات ذات الحجم غير المناسب

عندما المحولات أو الكابلات تعمل بالقرب من سعتها المقدرة:

• تُحدث تغييرات الحمل الصغيرة تباينًا ملحوظًا في الجهد الكهربائي
• يحدث الإجهاد الحراري وعدم استقرار الجهد في وقت واحد

في المشاريع الحقيقية، غالبًا ما نجد مشاكل تذبذب الجهد الكهربائي الناجمة ليس عن خلل في المعدات، ولكن بسبب هامش سعة غير كافٍ في تصميم النظام الأصلي.

4. الطلب على الطاقة التفاعلية ومعامل القدرة الضعيف

معظم الأحمال الصناعية حثيّة وتستهلك طاقة تفاعلية (kVAR)، بما في ذلك:

• المحركات الحثية
• المحولات
• المفاعلات
• معدات اللحام

عندما يتذبذب الطلب على الطاقة التفاعلية:

• يتذبذب الجهد معها
• يكون التأثير أقوى في الشبكات الضعيفة أو المعزولة

وبدون تعويض الطاقة التفاعلية الكافية - مثل بنوك المكثفات أو سلاسل القيمة المضافة أو أنظمة توازن الجهد الكهربائي (SVC) - يصعب الحفاظ على استقرار الجهد الكهربائي الصناعي.

5. ضعف شبكة المرافق أو محدودية سعة الدائرة القصيرة

يكون تذبذب الجهد أكثر حدة عندما تكون شبكة الإمداد ضعيفة.

تحتوي الشبكة الضعيفة عادةً على:

• سعة الدائرة القصيرة المنخفضة
• مقاومة المصدر العالية
• توليد محدود قريب محدود

تتأثر المصانع الواقعة في المناطق النائية أو المغذيات الصناعية المشتركة بشكل خاص.
في مثل هذه الحالات، يمكن حتى لتغيرات الحمل الداخلي العادية أن تسبب تذبذبًا واضحًا في الجهد عبر المحطة بأكملها.

6. الأحمال غير الخطية وإلكترونيات الطاقة

تعتمد المنشآت الصناعية الحديثة بشكل متزايد على:

• محركات التردد المتغير (VFDs)
• البادئات اللينة
• المقومات والعاكسات
• أنظمة UPS

في حين أن هذه الأجهزة تعمل على تحسين الكفاءة والتحكم، إلا أنها أيضًا:

• إدخال التوافقيات
• إنشاء أشكال موجية سريعة التغير للتيار
• التفاعل مع معاوقة النظام

وبدون الترشيح التوافقي المناسب وتنسيق النظام بشكل صحيح، يمكن لهذه التفاعلات أن تفاقم تذبذب الجهد الكهربائي بدلاً من الحد منه.

7. التشغيل المتزامن للمعدات الكبيرة

في العديد من المصانع، يتم تضخيم تذبذب الجهد في العديد من المصانع من خلال عمليات متزامنة، مثل:

• تشغيل ضواغط متعددة في وقت واحد
• عمليات الدفعة production
• تكثيف الخطوط الآلية معًا
• تسلسلات بدء التشغيل بالتبديل

تتسبب هذه الأحداث المتزامنة في خطوات حمل مفاجئة تتجاوز قدرة الشبكة على الاستجابة اللحظية.

8. العوامل الخارجية والبيئية

لا ينشأ كل تذبذب الجهد داخل المصنع.

المساهمون الخارجيون هم:

• عمليات تحويل شبكة المرافق العامة
• إجراءات المعيد بعد الأعطال
• تغيرات أحمال الشبكة الموسمية
• المستخدمون الصناعيون المجاورون على نفس المغذي

ترتبط أنظمة الطاقة الصناعية ارتباطًا وثيقًا بشبكة المرافق، مما يجعلها حساسة للاضطرابات في المنبع.

9. لماذا تتأثر الأنظمة الصناعية أكثر من الأنظمة السكنية؟

هذا المزيج يجعل تذبذب الجهد لا يمكن تجنبها تقريبًا في البيئات الصناعية دون التخفيف المستهدف.

10. ما نراه في المواقع الصناعية الحقيقية (من منظور المصنعين)

بصفتك الشركة المصنعة لمثبت الجهد الكهربائي في خدمة المصانع في جميع أنحاء العالم، كثيراً ما نواجه مشاكل تذبذب الجهد الكهربائي في

• ورش التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي الرقمي
• مصانع القطع واللحام بالليزر
• خطوط قولبة حقن البلاستيك
• مرافق تجهيز الأغذية
• محطات الضواغط وأنظمة الضخ

في معظم الحالات، يكون السبب الجذري هو لا يوجد خطأ واحد، ولكن مزيج من:

• الأحمال الديناميكية
• مقاومة النظام العالية
• عدم كفاية دعم الطاقة التفاعلية

وهذا هو السبب في أن حل مشكلة تذبذب الجهد الكهربائي يتطلب نهج على مستوى النظاموليس مجرد استبدال مكون واحد فقط.

11. كيف تتم إدارة تذبذب الجهد عادةً

عادةً ما ينطوي التخفيف الفعال على مزيج من الحلول:

• منظمات الجهد الأوتوماتيكية الصناعية (AVR)
• ثابت أو مثبتات الجهد من النوع المؤازر
• محولات تغيير الصنبور عند التحميل
• تعويض القدرة التفاعلية الديناميكية التفاعلية (SVC / STATCOM)
• مشغّلات ناعمة وإعدادات محرك الأقراص المترددات المتغيرة المحسّنة
• التحديد المناسب لحجم المحول والكابل

بالنسبة للمعدات الحساسة مثل ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي وأنظمة الليزر، غالبًا ما يكون الحفاظ على الجهد ضمن حدود أكثر إحكامًا من ±5% ضروريًا.

الأسئلة الشائعة

س1: هل تذبذب الجهد الكهربائي خطر على المعدات الصناعية؟

نعم. يمكن أن يسبب تذبذب الجهد على المدى الطويل:

• ارتفاع درجة حرارة المحرك
• إجهاد العزل
• أخطاء نظام التحكم
• انخفاض العمر الافتراضي للمعدات

س2: ما مقدار تذبذب الجهد المقبول؟

في الممارسة الصناعية العامة:

• ±5% هو دليل إرشادي شائع الرجوع إليه
• غالبًا ما تتطلب الأتمتة الدقيقة والمعدات الإلكترونية الدقيقة حدودًا أكثر صرامة

س3: هل يمكن لمثبتات الجهد أن تقضي تمامًا على تذبذب الجهد؟

يمكن لمثبتات الجهد أن تقليل التذبذب في جانب الحمل بشكل كبيرولكن النتائج المثلى تعتمد على

• اختيار السعة الصحيحة
• إدارة الطاقة التفاعلية
• التنسيق السليم مع شبكة المرافق

الأفكار النهائية

يعد تذبذب الجهد شائعًا في أنظمة الطاقة الصناعية لأن الأحمال الصناعية كبيرة وديناميكية وحثية، وغالبًا ما تكون متصلة بشبكات عالية المقاومة.

مع استمرار الأتمتة الصناعية في التوسع, يصبح استقرار الجهد عاملاً حاسمًا في موثوقية production وحماية المعدات.

إن فهم الأسباب الجذرية هو الخطوة الأولى نحو تصميم أنظمة طاقة صناعية مستقرة وفعالة ومرنة - واختيار الحل المناسب لتثبيت الجهد الكهربائي.

👉 هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار مثبت جهد صناعي لتطبيقك؟

أرسل إلينا تفاصيل الحمولة ونطاق الجهد وظروف التشغيل - مهندسونا على زينغشي سيساعدك على تصميم حل موثوق به.