التردد و علاقته بالتغير في للأحمال ، و طرق التحكم فيه

التردد و علاقته بالتغير في للأحمال:-
التردد هو المؤشر الحقيقي بين طلبية الحمل load demand و الطاقة المزودة power supplied و يدل ثبات الجهد على وجدود اتزان بينهما و إستقرار في الشبكة .
التغير البسيط في التردد شيء طبيعي و مقبول إذا كان في مدى صغير . إذا زاد ذلك المدى الصغير فيمكن التحكم فيه اوتوماتيكيا بواسطة ال Governor
أما إذا مدى التغير أكثر من ذلك فربما نصل إلى مرحلة فصل بعض الأحمال او ما يعرف ب Load shedding
إذا زاد مدى التغير جدا فربما نصل الى إلى مرحلة الفصل التام للمولدات نفسها و هو ما يؤدي إلى حدوث الإظلام التام Blackout
كيف يمكننا أن تتحكم في تغير التردد هذا ؟
يمكننا التحكم في التغير في التردد بإستخدام المنظم Governor .
المنظم Governor :- هو عبارة عن مكون من مكونات اي نظام كهربي متصل بالشبكة الموحدة و دوره أن يحافظ على تردد المولد متساويا مع تردد الشبكة.
المنظم ليس له شكل ثابت و لكنه دائما يظهر في المحطة مع الجزء المسؤل عن إدارة التربية .
في المحطة البخارية يكون المنظم عبارة عن صمامValve للتحكم في كمية البخار .
في المحطة الغازية يكون المنظم عبارة عن بوابات للتحكم في غرف الإحتراق .
في المحطات الهيدروليكية فيمثل المنظم ببوابات التحكم في المياه ، و لكن يتطلب منه قوة كبيرة جدا للتحكم في هذه البوابات .
انواع المنظم Governor :-
1/ النوع الميكانيكي :- اقدم الأنواع و لم يعد مستخدما
2/ النوع الكهربي :- يتم التحكم عن طريق إستخدام السرفوموتور و ذلك لإستجابته العالية و هو المستخدم بكثرة الآن .
3/ النوع الإلكتروني :- يتميز بالدقة العالية و لكنه غير عملي نظرا لأنه يوجد هبوط و صعود للحمل .
طريقة عمل المنظم Governor في المحطات البخارية :-
يقوم بدور المتحكم في السرعة ، عن طريق المقارنة بين اشارتين ، الإشارة الأولى تتناسب مع سرعة المولد ، و الإشارة الثانية تتناسب مع تردد الشبكة الموحدة .
1/ اذا كانت إشارة المولد متساوية تماما مع إشارة الشبكة الموحدة فالمنظم ليس له حاجه
2/ في حالة زيادة تردد المولد عن تردد الشبكة فإن المنظم يقوم بتضييق فتحة صمامات البخار ، لترجع السرعة إلى السرعة التزامنية ، و بالتالي يتساوى التردد مع تردد الشبكة .
3/ في حالة نقصان تردد المولد عن تردد الشبكة ، فإن المنظم يقوم بتوسيع فتحات صمامات البخار لترجع السرعة لطبيعتها و تتساوى مع تردد الشبكة .

لماذا نستخدم نظام ال50 أو 60 هيرتز ، بدلا من ترددات اعلى قيمة ...؟

اولا يجب علينا معرفة التردد :-
 التردد هو عبارة عن عدد الدورات أو اللفات في الثانية الواحدة
50هيرتز بتعني ان المولد يحتاج ل 50 دورة في الثانية ليولد موجة ، أما 60 هيرتز فالمولد يحتاج ل 60 دورة في الثانية ليولد موجة .
هنالك بعض الأسباب التي أدت إلى إستخدام هذه القيم تحديدا ، و عدم إستخدام ترددات اعلى في أنظمة القوى الكهربية .
و يمكن فهم هذه الأساب بالنظر إلى المعادلة التالية :-
60\(f=(Ns*P حيث Ns سرعة عمود الدوران ، P عدد الأقطاب . اذا اردنا رفع التردد الى 250 هيرتز مثلا فلدينا طريقان لتحقيق ذلك ، اما بزيادة السرعة أو بزيادة عدد الأقطاب ، لتناسب التردد طرديا معهما
١/ اذا افترضنا زيادة سرعة عمود الدوران Ns ، هذا يعني اننا سنحتاج لطاقة أكبر لزيادة السرعة لنفس كمية الكهرباء المتولدة ، كذا سنحتاج لتصميم اقوى لعمود الدوران لتحمل القوة الناتجة من السرعة العالية .
٢/زيادة عدة الأقطاب في المولد ، بزيادته سيزيد حجم المولد بشكل كبير .
هذا يعني أن الطريقان غير مجديان
ناهيك عن تأثير كفاءة النقل بإستخدام ترددات عالية حيث سيؤدي ذلك إلى ازدياد الفقد و إنخفاض الكفاءة و الجهد ، لأن القيم المعاوقات في خطوط النقل ستزيد (قيم المعاوقات تتناسب طرديا مع التردد) و بالتالي سيزيد هبوط الجهد voltage drop =I*Z
و كذلك سيوثر على إزدياد تأثير ظاهرتي :-
Skin effect , Corona

لذلك استقرت معظم الدول على تردد 50 أو 60 هيرتز .
الولايات المتحدة تعمل على تردد 60 هيرتز
اوروبا و دول افريقيا و منها السودان تستخدم تردد 50 هيرتز
و يوجد بعض الدول كاليابان و السعودية بها النظامين

كيف يحدث ال Blackout

من الأخطار التي تهدد الشبكة الكهربائية ما يسمى بالإظلام التام أو الBlackout ، و تمثل حالة فشل الشبكة في الحفاظ على ثبات الجهد و التردد مما يؤدي إلى خروج كل وحدات التوليد من الخدمة و من ثم إنقطاع الكهرباء عن كل الأحمال .
و الشبكة الكهربية كما نعلم مكونة من محطات توليد متصلة ببعضها البعض لتغذي للأحمال الكهربية ، لكن الشيء الغريب فيها أنه لا يوجد عنصر واحد من عناصر الشبكة الكهربية يمكنه أن يخزن الطاقة ، و بالتالي ففترة تخزين الكهرباء هي صفر  ، بمعنى أن الطاقة المولد مستنفذه لحظيا ، مع ملاحظة أن سرعة مرور الكهرباء من المصدر إلى الحمل هي سرعة الضوء ، اي ان كل شيء يتم لحظيا .
و لابد من إستمرار التوازن بين الطلب و التوليد : فهناك طلب من ملايين المستهلكين الذين لديهم أحمال تحتاج إلى قدرة فعالة( p(MW ، و أحمال أخرى تحتاج إلى قدرة غير فعالة( Q (MVAR و في نفس اللحظة مطلوب من محطات التوليد توفير هذه الطلبات لحظيا . إذن فهو نظام شديد التعقيد ، بمجرد أن يختل هذا التوازن تسقط المنظومة كلها و يحدث الإظلام التام .
و لنفترض على سبيل المثال أنه في وقت الزروة ، حيث الشبكة تعمل على أقصى قدرة توليد ممكنة ، ثم لسبب ما حدث عطل في محطة من محطات التوليد فتوقفت و خرجت من الخدمة فجائيا . فعندما تخرج هذه الوحدة يجب على الوحدات الأخرى أن تعمل و بسرعة على توفير الطاقة اللازمة لتعويض النقص الناشيء عن خروج تلك المحطة ، و لكننا في وقت الذروة كل الوحدات تعمل بأقصى قدرة و لا تستطيع أن تتحمل أي زيادة في الأحمال ، و عندما يبدأ زيادة في تحميل المولدات (over load) فتلجأ نظم حماية هذه الوحدات إلى إخراجها من الشبكة حتى لا يحترق المولد فيزداد الوضع تعقيدا ، و قد تتوالى عمليات الخروج حتى نصل الى الBlackout ، و هذا أحد سيناريوهات حدوث الBlackout .