كيف تعمل الشبكة الكهربائية

الأرضي والمحايد هما نوعان من التوصيلات المستخدمة في الدوائر الكهربائية، حيث يتم استخدامهما لأغراض مختلفة.

– التوصيل الأرضي (Ground): يستخدم لتوصيل الدائرة إلى الأرض وتحديداً للسلامة، حيث يوصل التوصيل الأرضي المعدن الذي يتعرض للتيار الكهربائي إذا حدث تسرب في الطاقة، وذلك لتفادي حدوث صعود للجهد الكهربائي الخطر إلى أية أجزاء معدنية في الدائرة، مما يساعد في حماية الأشخاص من التعرض لصدمات كهربائية خطيرة.

– التوصيل المحايد (Neutral): يستخدم كمسار لعودة التيار الكهربائي من الأحمال (الأجهزة الكهربائية) إلى مصدر التيار (خط التيار)، حيث يكون توصيل المحايد محمياً بواسطة قواطع الدائرة الكهربائية، ويقوم بدور أساسي في توزيع التيار الكهربائي بين الأجهزة وتحديد الجهد الكهربائي الذي يصل إلى الأجهزة. ويتم إدخال التوصيل المحايد في الشبكة الكهربائية من خلال مدخل الطاقة (المفتاح الرئيسي)، والذي يتم إيقافه أحياناً للصيانة أو لتجنب حدوث انفجارات بسبب انقطاع الطاقة الرئيسية.

تعمل الدائرة التحويلية على تحويل جهد التيار المتردد AC من قيمة إلى أخرى، وذلك لأن الأحمال الكهربائية تتطلب قيم مختلفة من الجهد، ولأن الشبكة الكهربائية قد تحتوي على مصادر كهربائية تعمل بجهد مختلف، ولذلك يتم استخدام الدوائر التحويلية لتحويل الجهد المتردد إلى القيم المناسبة للأحمال الكهربائية والمصادر الكهربائية. كما يتم استخدام الدوائر التحويلية في تحويل الجهد من مستوى عالي إلى مستوى منخفض والعكس، مثلما يحدث في الأنظمة الكهربائية لنقل الطاقة الكهربائية على مسافات بعيدة.

أنظمة مراقبة الدوائر الكهربائية هي نظم مصممة لرصد ومراقبة العمليات الكهربائية في شبكات الطاقة الكهربائية. تتضمن هذه الأنظمة تركيب أجهزة وحساسات كهربائية مثل قواطع الدائرة والمحولات والمفاتيح والمقاييس والمتحكمات الدقيقة، وتستخدم برمجيات خاصة لمراقبة وتحليل البيانات المتعلقة بالنظام الكهربائي.

يتم استخدام أنظمة مراقبة الدوائر الكهربائية في الصناعات الكبيرة والمرافق العامة والمباني الكبيرة والشبكات الكهربائية للمدن والمدن الذكية. وتتميز هذه الأنظمة بالقدرة على تحديد أي انحراف عن المستوى الإداري والتحكم التلقائي في حالة وجود خلل في الشبكة الكهربائية. كما أنها تعمل على تحسين الكفاءة الطاقوية وتقليل التلوث وخسائر الطاقة.

تقنية الفيمتو (الطاقة الشمسية المركزة) تعتبر مهمة جدا في مجال الطاقة لعدة أسباب:

1- تحقيق كفاءة عالية: تتيح تقنية الفيمتو تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء بطريقة فعالة وبهامش ربحية أفضل من نظام الطاقة الشمسية التقليدية.

2- توليد الكهرباء: تستخدم تقنية الفيمتو لتوليد الكهرباء بواسطة تركيز أشعة الشمس على مرايا أو عدسات كبيرة لتسخين سطح معين يسمى بالمستقبل الحراري.

3- توفير الطاقة: تقنية الفيمتو تستخدم لتوفير الطاقة الكهربائية في الأماكن النائية والمعزولة عن الشبكة الكهربائية الرئيسية.

4- تخفيض انبعاثات الكربون: يعتبر نظام الطاقة الشمسية المركزة بالفيمتو من البدائل المستدامة للوقود الأحفوري، وبالتالي يساهم في تخفيض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

5- استخدامها في الصناعات الكيميائية: يمكن استخدام التقنية في توليد حرارة عالية لعمليات الإنتاج في الصناعات الكيميائية والصناعات الإنشائية والتعدينية.

تعتمد أفضل مصادر الطاقة البديلة المستخدمة في الإلكترونيات على النوع المحدد من الإلكترونيات والتطبيق المستخدم. ومع ذلك، إليك بعض الأمثلة على مصادر الطاقة البديلة المتاحة:

1. الخلايا الشمسية: تستخدم الخلايا الشمسية لتوليد الطاقة من الشمس وتحويلها إلى طاقة كهربائية. تستخدم عادة في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الحاسبات الشخصية المحمولة والهواتف الذكية.

2. الطاقة المائية: تستخدم الطاقة المائية لتوليد الكهرباء باستخدام الحركة الميكانيكية للمياه. يمكن استخدامها في الأجهزة التي تعمل بالبطارية ولكنها ليست عملية بالنسبة للأجهزة الكبيرة.

3. الطاقة الحرارية: تستخدم الطاقة الحرارية لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام الحرارة المستخرجة من مصادر مثل الشمس أو الأوتار. تستخدم عادة في الأجهزة الصغيرة.

4. الطاقة الخضراء: هي الطاقة المستخرجة من مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والشمس والماء والنفايات البلدية. يستخدم هذا النوع من الطاقة عادة في الأجهزة التي تفتقر إلى قوة الشبكة الكهربائية المستقرة وتعتمد على الشحن بالطاقة الشمسية أو الرياح.

5. البطاريات القابلة لإعادة الشحن: تتوفر البطاريات القابلة لإعادة الشحن بأحجام مختلفة لتلبية احتياجات الأجهزة المختلفة. يمكن استخدامها لتشغيل أجهزة مختلفة بسرعة عالية.

تعتبر الشبكة الكهربائية من أهم العناصر في الصناعة، حيث توفر الطاقة اللازمة لتشغيل المعدات والآلات الصناعية. وتزود الشبكة الكهربائية المصانع والمنشآت الصناعية بالكهرباء التي تحتاجها لتشغيل العمليات الإنتاجية والتحكم في الآلات، وتوفر الطاقة اللازمة لتشغيل أنظمة الإنارة وتهوية المباني.

وبالإضافة إلى ذلك، تساعد الشبكة الكهربائية في تحسين كفاءة الإنتاج وتقليل التكاليف، كما تحسن من مستوى الأمان والسلامة في المنشآت الصناعية، حيث يتم توفير إمدادات كهربائية ثابتة ومستمرة للمعدات والآلات، مما يقلل من خطر حدوث الأعطال والتوقفات غير المتوقعة. وتساعد الشبكة الكهربائية أيضًا في تحسين جودة الإنتاج وزيادة الإنتاجية بشكل عام.

يؤدي الانحراف المغناطيسي إلى تداخل وعدم انتظام في تدفق الطاقة الكهربائية في الشبكات الكهربائية، مما يمكن أن يؤدي إلى تدهور الأداء واستقرارية النظام. ويمكن أن يزيد الانحراف المغناطيسي الضغط على أنظمة الشبكات الكهربائية ويؤدي إلى تحميل الأسلاك والمحولات بشكل زائد، مما يؤدي إلى تعطل الأجهزة وفشلها وحتى انهيار الشبكة الكهربائية بالكامل في الحالات الأكثر خطورة. وعلاوة على ذلك، قد يؤدي الانحراف المغناطيسي إلى توليد تيارات ضارة تذهب في الجهاز أو الـــELV (النظام المتحكم في الإضاءة) وتؤدي إلى تخريب المعدات الكهربائية والإلكترونية في مناطق مختلفة.

الشبكة الكهربائية الخطية هي نظام كهربائي يتألف من مولدات وموصلات وحوامل ومحولات ومحطات توزيع وحركات مؤرضة وأحمال كهربائية وغيرها من المكونات. تتميز هذه الشبكة بأنها تتبع قوانين الرياضيات الخطية ، مما يسمح بتحليلها وتصميمها باستخدام النظرية الرياضية الخطية. وكلما كانت الشبكة الكهربائية أكثر خطية ، كان من الأسهل التحكم فيها وتشغيلها وتصميمها.

الحصص في الشبكة الكهربائية هي مدة زمنية محددة تتراوح عادة بين 15 و 60 دقيقة، وتستخدم لتقسيم الأحمال الكهربائية على المستهلكين في الشبكة. وتعني الحصة أن المستهلك يحصل على تيار كهربائي لفترة محددة من الزمن، وبعد انتهاء الحصة يمكن أن يتم توزيع الطاقة الكهربائية على المستهلكين الآخرين في الشبكة. وتستخدم الحصص في الشبكة الكهربائية لتجنب حدوث انقطاعات في التيار الكهربائي وتحسين توزيع الأحمال على المستهلكين.

– توفر الشبكة الكهربائية توزيعاً موحداً ومنتظماً للكهرباء لجميع المناطق المتصلة بالشبكة.
– تحسّن الشبكة الكهربائية من جودة التغذية المستمرة وتستطيع تلبية الاحتياجات الكهربائية في الوقت المطلوب.
– تقلّل فوائد الاعتماد على مصادر الطاقة الأخرى التي قد تكون غير موثوقة أو ذات تكاليف مرتفعة.
– تقلل من تكاليف التوزيع الفردي للكهرباء وتوفر للعملاء توزيعاً أكثر فعالية واعتمادية.
– تسهل على المؤسسات والشركات تشغيل أجهزتها وأتمتة عملياتها.
– تحافظ على البيئة وتقلل من انبعاثات الغازات الضارة.