تحليل تأثير التوافقيات في الطاقة الكهربائية

مصادر التوافقيات

تتعدد أسباب توليد التوافقيات، ولذا تتعدد مصادرها، كما تتنوع أنواع المعدات المستخدمة في توليدها. ومن أبرز هذه المصادر: مجموعات المحولات في شبكة الطاقة، وأفران القوس الكهربائي الصناعية، وأجهزة إلكترونيات الطاقة أحادية الطور الكبيرة، ومجموعة واسعة من معدات التقويم ومعدات تنظيم جهد التيار المتردد.

التحليل الضار للتوافقيات

يُعدّ وجود التوافقيات في نظام الطاقة بمثابة مصدر تلوث له، ويتمثل هذا التلوث بشكل رئيسي في البيئة الكهرومغناطيسية داخل النظام. وباعتبارها عنصرًا بيئيًا هامًا في نظام الطاقة، فإن البيئة الكهرومغناطيسية تُظهر مخاطر متفاوتة باختلاف درجات التوافقيات. ومع ذلك، فإن أدنى درجات الضرر تُقلل من كفاءة تشغيل المعدات الكهربائية، بينما قد تؤدي أخطر العواقب إلى الإضرار بالتشغيل المستقر والآمن لنظام الطاقة وإلحاق الضرر بالمعدات الكهربائية. وتشمل أضرار توليد التوافقيات على وجه التحديد الجوانب التالية:

(1) ترتفع درجة حرارة المعدات الكهربائية بشكل غير طبيعي بفعل التوافقيات، مما يؤدي إلى فقد إضافي كبير. على الرغم من وجود فرق كبير بين مقدار تيار التوافقيات والتيار الأساسي، إلا أن وجود التوافقيات يُفاقم ظاهرة التأثير السطحي للجهاز، وتزداد المقاومة الفعالة أثناء استشعار هذه الظاهرة. في بعض المعدات الخاصة، مثل المعدات الكهربائية ذات النوى الحديدية، قد يحدث فقد كبير في التيارات الدوامية وفقد في التخلف المغناطيسي. عندما يتشوه شكل الموجة إلى حد معين، فإن موجة الذروة ذات السعة الكبيرة تزيد من شدة التفريغ الجزئي. في ظل هذه الظروف من الاستهلاك العالي، يسهل تقليل العمر الافتراضي للمعدات الكهربائية.

(2) قد يتسبب المحرك في اهتزاز ميكانيكي. تحت تأثير التيارات التوافقية، يُنتج المجال المغناطيسي الدوار للمحرك عزم دوران نابضًا قد يُسبب اهتزاز المحرك. تحت تأثير التردد الطبيعي للمحرك، يُمكن لهذا النوع من الاهتزاز أن يُسبب بسهولة اهتزازًا ميكانيكيًا أكثر ضررًا، مما يُعرّض جودة المعدات الكهربائية للخطر، بل ويُهدد حياة الناس.

(3) التداخل مع أجهزة الحاسوب وأجهزة التحكم الآلي الأخرى. في الظروف العادية، تُصمَّم أجهزة التحكم الآلي وأنظمة التحكم الآلي الأخرى ذات الصلة بناءً على التيار والجهد الكهربائي الطبيعيين. عند توليد التوافقيات، لا يأخذ نظام التحكم الآلي هذا العامل المؤثر في الحسبان، مما يُسهِّل التداخل الذي يؤثر على أداء وظيفة التحكم. وعندما يكون مستوى تلوث التوافقيات مرتفعًا، فمن الممكن أيضًا تغيير إجراءات تشغيل نظام التحكم الآلي، مما يؤدي إلى إصدار توجيهات خاطئة. هذا النوع من التأثير سيؤثر بشكل خطير على الإنتاج والتشغيل الفعليين، بل وقد يتسبب في حوادث سلامة لا يمكن إصلاحها.