تلعب الماكينات المتزامنة دورًا حيويًا في مجال هندسة الكهرباء في توليد وتوزيع الطاقة. تعمل هذه الماكينات بسرعة ثابتة متزامنة مع شبكة الطاقة، وتخضع لظواهر مختلفة، منها مفهوم "قوة التسارع". تستكشف هذه المقالة مفهوم قوة التسارع وأهميته، لا سيما في سياق الدوائر القصيرة بالقرب من أطراف الماكينة المتزامنة.
ما هي قوة التسارع؟
تشير قوة التسارع إلى الطاقة الكهربائية الزائدة التي تولدها الماكينة المتزامنة والتي لا يمكن نقلها إلى الحمل بسبب عطل، مثل الدائرة القصيرة. تتجلى هذه الطاقة الزائدة كعزم يدور على الدوار، مما يؤدي إلى تسارعه. تُعرف قوة التسارع، المشار إليها بـ Pacc، بفرق الطاقة الميكانيكية المدخلة إلى الماكينة (Pm) والطاقة الكهربائية المخرجة (Pe):
Pacc = Pm - Pe
الدوائر القصيرة وقوة التسارع:
عندما يحدث دائرة قصيرة بالقرب من أطراف الماكينة المتزامنة، تنخفض الطاقة الكهربائية المخرجة (Pe) بشكل كبير، وغالبًا ما تصل إلى الصفر. يؤدي هذا الانخفاض المفاجئ في الحمل الكهربائي إلى اختلال كبير، حيث تفوق الطاقة الميكانيكية المدخلة (Pm) الطاقة الكهربائية المخرجة. يتجلى هذا الفرق في الطاقة كقوة تسارع.
عواقب قوة التسارع:
تؤدي قوة التسارع إلى تسارع دوار الماكينة المتزامنة، مما يؤدي إلى زيادة في زاوية الدوار (θ). تعد هذه الزيادة في زاوية الدوار معلمة حاسمة لأنها يمكن أن تؤدي إلى العديد من العواقب غير المرغوب فيها:
التخفيف من قوة التسارع:
لتخفيف آثار قوة التسارع، يتم استخدام تقنيات مختلفة في أنظمة الماكينات المتزامنة، بما في ذلك:
الاستنتاج:
يُعد فهم مفهوم قوة التسارع أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل الآمن والموثوق به للماكينات المتزامنة. يجب معالجة العواقب المحتملة للدائرة القصيرة، على وجه الخصوص الطاقة الزائدة التي لا يمكن نقلها إلى الحمل، من خلال تدابير حماية مناسبة واستراتيجيات تحكم. من خلال تنفيذ هذه الضمانات، يمكن للمهندسين تخفيف المخاطر المرتبطة بقوة التسارع بشكل فعال وضمان استمرارية استقرار ونزاهة أنظمة الطاقة الكهربائية.
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. What is the primary cause of accelerating power in a synchronous machine?
(a) A sudden increase in load demand (b) A fault condition like a short circuit (c) An increase in mechanical power input (d) A decrease in the speed of the rotor
(b) A fault condition like a short circuit
2. How is accelerating power calculated?
(a) Pacc = Pe - Pm (b) Pacc = Pm + Pe (c) Pacc = Pm - Pe (d) Pacc = Pe / Pm
(c) Pacc = Pm - Pe
3. What is a major consequence of accelerating power?
(a) Increased efficiency of the machine (b) Loss of synchronism with the grid (c) Reduced voltage fluctuations (d) Increased electrical power output
(b) Loss of synchronism with the grid
4. Which device is specifically designed to limit the excitation current during a short circuit?
(a) Protective relay (b) Automatic voltage regulator (AVR) (c) Under-excitation limiter (d) Speed governor
(c) Under-excitation limiter
5. How do protective relays help mitigate accelerating power?
(a) By increasing the mechanical power input (b) By stabilizing the grid voltage (c) By isolating the faulty part of the system (d) By adjusting the excitation current
(c) By isolating the faulty part of the system
Scenario: A 100 MW synchronous generator is operating at its rated capacity when a short circuit occurs near its terminals. The mechanical power input to the generator remains constant at 100 MW. The electrical power output drops to 20 MW during the fault.
Task:
1. **Accelerating power calculation:** Pacc = Pm - Pe = 100 MW - 20 MW = 80 MW 2. **Effect on rotor:** The 80 MW accelerating power will create a significant torque on the rotor, causing it to accelerate. This increase in rotor speed will lead to a larger rotor angle, potentially causing the generator to lose synchronism with the grid. 3. **Mitigating measures:** * **Protective Relays:** These devices will detect the short circuit and quickly isolate the faulty portion of the system, effectively reducing the accelerating power. * **Under-excitation Limiters:** By limiting the excitation current, the accelerating power can be reduced, preventing excessive rotor acceleration and the risk of losing synchronism.
Comments