ارتفاع الجهد في خطوط النقل الهوائية يُعتبر من الظواهر الكهربائية الهامة التي قد تؤثر على استقرار الشبكات الكهربائية، وينشأ هذا الارتفاع نتيجة لعدة عوامل تشمل الصواعق، عمليات فتح وغلق القواطع الآلية، والأعطال التي تحدث في الشبكة. سنتناول كل هذه العوامل بتفصيل في السياق التالي:
1. تأثير الصواعق على خطوط النقل
تُعتبر الصواعق من العوامل الأساسية التي تؤدي إلى حدوث ارتفاع الجهد في خطوط النقل الهوائية. عندما يصيب البرق أحد خطوط النقل، يتم توليد تيار ضخم يسبب ارتفاعًا مفاجئًا في الجهد. يحدث ذلك لأن الصاعقة تنتقل عبر الجو باتجاه الأرض، وفي بعض الأحيان يتم التقاطها بواسطة الأسلاك العارية للخطوط، مما يؤدي إلى تدفق تيارات ضخمة من الكهرباء. هذه التيارات يمكن أن تكون أعلى بكثير من التيار المصمم للخطوط مما يؤدي إلى ارتفاع الجهد المفاجئ.
لذلك، عند تصميم أي خط نقل هوائي، يتم أخذ تأثير الصواعق في الحسبان من خلال استخدام وسائل الحماية مثل خطوط التأريض أو عوازل متخصصة لمنع تأثير الصواعق أو الحد منه.
2. تأثير عمليات غلق وفتح القواطع الآلية (Switching)
عملية غلق وفتح القواطع الآلية لها تأثير كبير في تغيير الجهد في الشبكة الكهربائية. عند غلق أو فتح القاطع، يمكن أن يحدث ارتفاع مفاجئ في الجهد بسبب تفاعل الدوائر الكهربائية مع التغير المفاجئ في الفولطية والتيارات.
- عند فتح القاطع، يمكن أن يحدث ارتفاع سريع في الجهد نتيجة لتوقف التيار فجأة، مما يؤدي إلى حدوث قوس كهربائي عند نقاط الاتصال.
- عند غلق القاطع، قد يؤدي إلى زيادة مفاجئة في التيار مما يسبب أيضًا ارتفاع الجهد بسبب زيادة الحمولة المفاجئة على الخطوط.
لحل هذه المشكلة، تم تطوير تقنيات مقاومات الاغلاق، التي تستخدم لتقليل التيار الذي يمر عند غلق القاطع، وبالتالي تقليل تأثير ارتفاع الجهد. هذه المقاومات تساعد في تقليل القوس الكهربائي الناتج عن فتح وغلق القواطع، مما يساهم في تقليل الارتفاع المفاجئ للجهد.
3. الأعطال في الشبكة
من أهم الأسباب التي تؤدي إلى ارتفاع الجهد في خطوط النقل الهوائية هو حدوث الأعطال في الشبكة، وخاصة الأعطال الأرضية. في حالة حدوث عطل أرضي، مثل التلامس بين أحد الأطوار والأرض، يحدث هبوط في الجهد في ذلك الخط المعطل قد يصل إلى قيمة قريبة من الصفر. لكن في نفس الوقت، ترتفع قيم الجهد في الخطوط الأخرى المجاورة.
هذا الارتفاع في الجهد يحدث بسبب التحريض المتبادل بين الخطوط، الناتج عن المفاعلة السعوية والتحريضية بين الخطوط. عندما يحدث عطل أرضي، تؤدي المفاعلة السعوية بين الأسلاك إلى انتقال بعض الطاقة إلى الخطوط الأخرى مما يسبب ارتفاع الجهد في هذه الخطوط.
كيفية معالجة هذه الظواهر
- تقنية مقاومات الإغلاق: تعمل هذه التقنية على تقليل التيار في حالة فتح أو غلق القواطع، مما يقلل من الارتفاع المفاجئ للجهد ويحد من تأثيره على الشبكة.
- تقنية التوقيت الصفر: تعتمد هذه الطريقة على فصل الخطوط عند النقطة الصفرية للجهد (أي عندما يمر التيار عبر نقطة الصفر). هذا التوقيت يساعد في تقليل الارتفاع المفاجئ للجهد الناتج عن عملية الفصل، حيث يتم قطع التيار في النقطة التي يكون فيها الجهد صفرًا، مما يقلل من إمكانية حدوث ارتفاعات مفاجئة.
مثال على ارتفاع الجهد الناتج عن العطل الأرضي
في صورة توضح حالة ارتفاع الجهد في خط نقل هوائي بجهد 400 ك فولت نتيجة لعطل أرضي في أحد الأطوار. عند حدوث العطل الأرضي في أحد الخطوط، ينخفض الجهد في الخط المعطل إلى قيمة قريبة من الصفر. بينما يرتفع الجهد في الخطوط الأخرى المتصلة بنفس الشبكة نتيجة للتحريض المتبادل، ويعتمد هذا الارتفاع على المفاعلة السعوية والتحريضية للخطوط ومسافة العطل عن الخطوط الأخرى.
خلاصة
ارتفاع الجهد في خطوط النقل الهوائية هو ظاهرة تحدث نتيجة لعدة عوامل مثل الصواعق و فتح وغلق القواطع الآلية و الأعطال الأرضية. وللتعامل مع هذه الظواهر، تم تطوير تقنيات مثل مقاومات الإغلاق و التوقيت الصفر لضبط الجهد وتقليل تأثيره على الشبكة.
