تعتبر حماية الطاقة جزءًا من موثوقية وأمان وكفاءة الأنظمة الكهربائية. حالياً، الطاقة الكهربائية تشغل المنازل والصناعات والبنى التحتية في جميع أنحاء العالم؛ فالتدفق الصحيح والحماية ضروريان لمنع فشل المعدات والأضرار والمخاطر. تشمل المفاهيم الرئيسية التي تم مناقشتها في هذه المقالة حماية الطاقة، وحماية نظام الطاقة، والحماية الكهربائية، وحماية النظام، ودور أنظمة الحماية في الشبكات الكهربائية الحديثة.
ما هو نظام الطاقة؟
يتكون نظام الطاقة من شبكات توليد ونقل وتوزيع واستهلاك الطاقة. يشمل محطات الطاقة، والمحولات، وخطوط النقل، وشبكات التوزيع، والأجهزة الكهربائية في المنازل أو الصناعات. تُنتج الكهرباء، وتُنقل لمسافات طويلة، ثم تُوزع على المستهلكين من خلال هذه الأنظمة.
تشمل الأجزاء الرئيسية المكونة لنظام الطاقة ما يلي:
- توليد الطاقة: تقوم محطات أو مصانع الطاقة بتحويل مصادر الطاقة من الوقود الأحفوري بشكل أساسي، والطاقة النووية، والرياح، أو ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.
- النقل: تُنقل التيارات لمسافات طويلة بجهد عالٍ إلى المحطات الفرعية.
- التوزيع: تخفض شبكات توزيع الطاقة جهد هذه الخطوط التي تُوزع الكهرباء إلى المنازل والشركات والصناعات.
- الاستهلاك: تُستخدم تلك الكمية من الكهرباء حيثما تكون مطلوبة، ويتم تزويد المستخدمين النهائيين بالطاقة الكهربائية اللازمة للتدفئة، والتبريد، والإضاءة، إلخ.
حماية نظام الطاقة
حماية نظام الطاقة هي العمليات والأجهزة والأنظمة التي يتم من خلالها الكشف عن الأقسام المعطلة من الشبكة الكهربائية وعزلها. تضمن الأنظمة الوقائية أن تظل المعدات والخطوط الكهربائية تعمل بشكل طبيعي ولكن تفصل تلقائياً المكونات المعطلة أو المحملة بشكل زائد في حالة حدوث خلل.
تعتبر حماية نظام الطاقة مهمة لأن أنظمة الطاقة تواجه اضطرابات مثل الدوائر القصيرة، والأحمال الزائدة، وفشل المعدات وغيرها من العوامل الناجمة عن مصادر خارجية مثل ضربات البرق. تقلل حماية نظام الطاقة من الأضرار عن طريق إبقاء تيار الخطأ في الحد الأدنى مع جعل النظام مستقراً ليكون آمناً للمشغلين والمستهلكين.
الأهداف الرئيسية لحماية نظام الطاقة
- الموثوقية: يجب أن تكون الطاقة الموردة موثوقة ومستمرة.
- السلامة: توفر السلامة للأفراد والمعدات من خلال التحكم في مخاطر الصعق الكهربائي وحرائق الكهرباء.
- تخفيف الأضرار: منع تلف المعدات بسبب الأعطال، والتي قد تصبح مكلفة للاستبدال فيما بعد.
- التشغيل الانتقائي: يتم عزل القسم المعطّل دون إزعاج بقية نظام الطاقة.
- السرعة: استجابة سريعة لمنع الأضرار واستعادة الخدمة بفعالية.
الحماية الكهربائية
تتضمن الحماية الكهربائية مجموعة من الأساليب والأجهزة المستخدمة لحماية الأنظمة الكهربائية من الأعطال وتضمن أيضاً التشغيل السليم للنظام. تستشعر المرحلات المتقدمة، وقواطع الدوائر، والفيوزات، والمرحلات الواقية الانحرافات في النظام وتقطع إمدادات الطاقة من الجزء المعطل.
بعض أجهزة الحماية الكهربائية الشائعة
- قواطع الدوائر: تقطع تلقائياً الإمداد في حالة اكتشاف عطل. تُستخدم القواطع في المنازل والصناعات ومحطات الطاقة لقطع تدفق التيار في حالة الحمولة الزائدة أو الدوائر القصيرة.
- الفيوزات: أبسط بكثير من قواطع الدوائر، تذوب الفيوزات ببساطة، وتقطع بشكل طبيعي إمدادات الطاقة في حالة تجاوز التيار قيمة محددة مسبقًا. يجب استبدال الفيوزات المنفجرة.
- المرحلات: تحدد الأعطال المرتبطة بالتيار الزائد، والتيار المنخفض، وانخفاض الجهد، إلخ، وترسل إشارات إلى قواطع الدوائر لقطع التيار، وبالتالي عزل المكون الذي تسبب في المشكلة.
- ممتصات الصواعق: تحمي الأنظمة الكهربائية المعدات الكهربائية من الارتفاعات الجهدية بسبب أسباب ثانوية مثل البرق.
حماية النظام
تتضمن حماية النظام تدابير لحماية الشبكة الكهربائية بالكامل من الأعطال وتضمن أن تعمل الشبكة بكفاءة تحت سيناريوهات متنوعة. تتعامل بعض الحمايات مع خطوط الضغط العالي، والمحولات، والآلات، وأنظمة التوزيع.
تشمل الجوانب الهامة لحماية النظام ما يلي:
- أنظمة حماية المرحلات: تُطبق في الشبكات عالية الجهد من حيث اكتشاف الأعطال وتحفيز قواطع الدوائر؛ وبالتالي سيسمح ذلك بفصل الجزء المعطل فقط من النظام بينما يستمر الباقي في العمل بشكل طبيعي.
- حماية المحولات: تُعد المحولات جزءًا من الأجهزة التي يجب عدم الخلط بينها في حمايتها حيث إن لها خصائص محددة تتعلق بالجهد الزائد أو الحمولة الزائدة، وإلا فإنها قد تتعرض لأعطال في الملف.
- حماية المولدات: تحتاج المولدات إلى حماية من الحمولة الزائدة، والأحمال غير المناسبة، وفشل التبريد. تُكتشف هذه الأعطال بواسطة نظام الحماية، وفي معظم الحالات، يتم فصل المولد عن النظام.
- حماية خطوط النقل: تتطلب خطوط النقل بعيدة المدى حماية من الأعطال مثل ضربات البرق، وانقطاع الموصلات، والأعطال الأرضية.
أنظمة حماية نظام الطاقة
أنظمة الحماية هي تقنيات تم استخدامها لاكتشاف الأعطال بحيث يتم إزعاج الشبكة الكهربائية بأقل قدر ممكن. يجب أن تكون أنظمة الحماية الجيدة في نظام الطاقة حساسة، انتقائية، سريعة، وموثوقة.
أنواع أنظمة الحماية:
- حماية التيار الزائد: يمكن اعتبارها الحماية الأكثر بدائية. تستخدم مرحلات استشعار التيار. ستقوم المرحلات بفصل التيار عندما يتجاوز التيار الحدود المحددة مسبقاً. تُستخدم على نطاق واسع في خطوط التوزيع.
- حماية المسافة: تُستخدم في خطوط النقل. تكشف الخطة عن المقاومة بين المرحل والخلل. إذا كانت أقل من المتوقع، فهذا يعني أنه حدث خلل، ويفتح المرحل الدائرة تلقائياً.
- الحماية التفاضلية: تقارن هذه النوعية من أنظمة الحماية نقطتين داخل النظام وتستمد فرقاً كبيراً بين التيارات الداخلة بالمقارنة مع التيارات الخارجة في الدوائر. في مثل هذه الحالة، يكتشف المرحل وجود خلل ويفصل القسم.
- الإجراءات الوقائية ضد الجهد المنخفض والجهد العالي: تعمل هذه الأنظمة بناءً على مراقبة مستويات الجهد لقطع الإمداد إذا تجاوز الجهد أو انخفض عن الحدود الآمنة.
- الحماية الاتجاهية: في حالات تدفقات الطاقة متعددة الاتجاهات، تراقب هذه الخطة اتجاه تدفق تيار الخلل وتعزل فقط القسم المعطل.
حماية الطاقة وأهميتها
تشير كلمة "حماية الطاقة" بشكل عام إلى كل شيء وكل الأساليب والأنظمة المصممة لتوفير درع للأنظمة الكهربائية وأجهزة الطاقة ضد الأعطال، والأحمال الزائدة، والمخاطر الخارجية. توفر حماية الطاقة ضمانات لتشغيل البنية التحتية الكهربائية بشكل مستمر، وتقلل من التوقف، وتطور عمر المعدات.
لماذا نحتاج إلى حماية الطاقة؟
- تمنع فشل نظام الطاقة: تمنع نظام حماية الطاقة الفشل المتسلسل للشبكة الكهربائية. في حالة حدوث عطل، ستقوم نظام الحماية بفصل العزل بسرعة كبيرة مما يمنع حدوث انقطاع كامل.
- تحمي المعدات من الأضرار: تعتبر المآخذ والمعدات الكهربائية عموماً حساسة وعرضة للتلف بسبب ارتفاعات الطاقة، والدوائر القصيرة، وغيرها من الأعطال. توفر حماية الطاقة هذه الطبقة الواقية، وبالتالي توفير الأموال المستثمرة في الإصلاحات واستبدال المعدات.
- تضمن سلامة المشغلين والمستهلكين: تقلل من مخاطر الحوادث العرضية والصعق الكهربائي، وحرائق الكهرباء، مما يحمي كل من المشغلين والمستهلكين.
تقدم في مسيرتك المهنية مع دورات الأكاديمية البريطانية للتدريب والتطوير في الطاقة المتجددة والنظيفة
تعتبر حماية الطاقة وحماية أنظمة الطاقة من المكونات المهمة لشبكة كهربائية آمنة وموثوقة وفعالة. تشكل أنظمة الحماية في نظام الطاقة بالتالي عنصراً حيوياً في هذه الخطة لتوفير تدفق كهرباء آمن وموثوق من التوليد إلى الاستهلاك، مما يشكل جزءاً من البنية التحتية الحديثة. تقدم الأكاديمية البريطانية للتدريب والتطوير دورات تدريبية استثنائية في الطاقة المتجددة والنظيفة، مما يجهز المهنيين بالمعرفة والمهارات المتطورة لدفع الحلول المستدامة، وزيادة كفاءة الطاقة، والمساهمة في مستقبل أكثر خضرة.
