يحدث ارتفاع وانخفاض الجهد الكهربائي بسبب عدة عوامل، منها مشكلات شبكة الكهرباء، وزيادة الأحمال، وعمليات الفصل والتوصيل، وأعطال الأسلاك والتوصيلات. وقد يكون تغير الجهد مؤقتًا لثوانٍ أو أجزاء من الثانية، أو مستمرًا لفترة طويلة.
يمكن أن يؤدي ارتفاع الجهد إلى تلف الأجهزة وإجهاد العزل الكهربائي. أما انخفاض الجهد فقد يسبب ضعف أداء الأجهزة وزيادة سخونة المحركات. لذلك، يساعد تحديد السبب بدقة على اختيار الحل المناسب.
ما هو ارتفاع الجهد الكهربائي؟
ارتفاع الجهد الكهربائي (Overvoltage) هو تجاوز الجهد للقيمة الطبيعية أو المسموح بها للنظام لفترة معينة. وقد يكون الارتفاع لحظيًا بسبب صاعقة أو عملية فصل، أو مستمرًا بسبب مشكلات في الشبكة أو المحولات.
وتنقسم أسباب ارتفاع الجهد إلى أسباب خارجية وأسباب داخلية.
أسباب ارتفاع الجهد الكهربائي
1. الصواعق
تُعد الصواعق من أهم أسباب ارتفاع الجهد المفاجئ. فقد تؤدي الصاعقة المباشرة أو القريبة من خطوط الكهرباء إلى توليد ارتفاعات جهد عالية جدًا.
وتحدث هذه الارتفاعات خلال فترة قصيرة جدًا، وقد تصل مدتها إلى أجزاء من المليون من الثانية. لذلك، يمكن أن تسبب تلفًا للعزل والمعدات الكهربائية.
2. عمليات الفصل والتوصيل
يمكن أن تؤدي عمليات تشغيل وفصل الأحمال إلى ارتفاعات مؤقتة في الجهد.
ويظهر ذلك عند فصل أو توصيل:
- المحركات الكهربائية.
- المحولات.
- بنوك المكثفات.
- الأحمال الحثية.
- قواطع الدائرة الكهربائية.
وتُعرف هذه الظاهرة باسم ارتفاعات الجهد الناتجة عن الفصل والتوصيل (Switching Surges).
3. فقدان الأحمال الكبيرة فجأة
عند فصل حمل كهربائي كبير بشكل مفاجئ، قد يرتفع الجهد في جزء من الشبكة.
وتظهر هذه المشكلة بشكل أكبر في خطوط النقل الطويلة. كما يمكن أن يساهم تأثير فيرانتي (Ferranti Effect) في ارتفاع الجهد عند انخفاض الحمل على بعض خطوط النقل.
4. الأعطال الأرضية وأعطال العزل
يمكن أن تسبب الأعطال الأرضية ارتفاعًا في الجهد على الأطوار السليمة، خصوصًا في الأنظمة غير المؤرضة أو التي تعاني من ضعف التأريض.
كما يمكن للأعطال المتقطعة والقوس الكهربائي أن تؤدي إلى ارتفاعات مؤقتة في الجهد.
5. الرنين الكهربائي
يحدث الرنين (Resonance) عندما تتفاعل العناصر الحثية والسعوية في النظام بطريقة تؤدي إلى ارتفاع الجهد.
ومن الحالات المهمة الرنين الحديدي (Ferroresonance)، والذي قد يحدث بين المحولات والسعات الكهربائية. وقد يؤدي إلى ارتفاعات خطيرة في الجهد إذا لم تتم حماية النظام بشكل مناسب.
6. انقطاع أو فقدان المحايد
يُعد فقدان المحايد من الأسباب المهمة لارتفاع الجهد، خصوصًا في الأنظمة متعددة الأطوار.
عند انقطاع المحايد، قد يحدث عدم اتزان في الجهود. نتيجة لذلك، يمكن أن يرتفع الجهد على بعض الأحمال إلى مستويات خطيرة، وقد يقترب في بعض الحالات من جهد خط إلى خط.
7. خلل منظم الجهد
يمكن أن يؤدي تعطل منظم الجهد (Voltage Regulator) أو ضبطه بشكل غير صحيح إلى ارتفاع الجهد عن المستوى المطلوب.
كما يمكن أن تحدث المشكلة بسبب إعداد غير صحيح لمغير نقاط توصيل المحول (Tap Changer).
8. انخفاض تحميل الشبكة
قد يرتفع جهد الشبكة عندما ينخفض الطلب على الطاقة بشكل كبير.
وتظهر هذه الحالة بشكل خاص في بعض شبكات التوزيع والنقل التي تحتوي على خطوط طويلة، حيث يمكن أن يرتفع الجهد عند انخفاض الأحمال.
9. أنظمة الطاقة الشمسية
يمكن أن يؤدي تصدير الطاقة من أنظمة الطاقة الشمسية إلى شبكة ضعيفة إلى ارتفاع الجهد محليًا.
وتظهر المشكلة بشكل أكبر عندما تكون قدرة النظام الشمسي كبيرة مقارنة بقدرة الشبكة أو عندما تكون مسافة الكابل بين النظام ونقطة الربط طويلة.
مقال ذو صلة: أنواع الحمايات المستخدمة في الأنظمة الشمسية
ما هو انخفاض الجهد الكهربائي؟
انخفاض الجهد الكهربائي (Undervoltage) هو انخفاض الجهد عن القيمة الطبيعية أو المطلوبة لتشغيل المعدات بكفاءة.
ويحدث انخفاض الجهد غالبًا بسبب زيادة الأحمال أو ارتفاع مقاومة وممانعة شبكة التغذية. وقد يظهر بشكل مستمر أو يحدث فقط عند تشغيل أحمال كبيرة.
مقال ذو صلة: حساب هبوط الجهد في الكابلات
أسباب انخفاض الجهد الكهربائي
1. زيادة الأحمال على شبكة الكهرباء
تُعد زيادة الأحمال من أكثر أسباب انخفاض الجهد شيوعًا.
فعند ارتفاع الطلب على الكهرباء، خاصة خلال فترات الذروة، يزداد التيار في المغذيات والمحولات. ونتيجة لذلك، يزداد هبوط الجهد.
وتظهر هذه المشكلة بوضوح عند تشغيل عدد كبير من أجهزة تكييف الهواء في الوقت نفسه.
2. زيادة تحميل المحول
إذا تجاوز الحمل قدرة محول التوزيع، فقد ينخفض الجهد على الأحمال المتصلة به.
لذلك، قد تحتاج الشبكة إلى محول ذي قدرة أكبر أو إلى إعادة توزيع الأحمال.
3. طول كابلات وخطوط التغذية
كلما زاد طول الكابل، زادت الممانعة التي يواجهها التيار.
وبالتالي، يزداد هبوط الجهد، خصوصًا عند استخدام كابل ذي مقطع صغير مع حمل مرتفع.
4. صغر مقطع السلك
يؤدي استخدام موصل ذي مقطع غير مناسب إلى زيادة مقاومة الدائرة.
وعند مرور تيار مرتفع، يزداد هبوط الجهد على السلك. لذلك، يجب اختيار مقطع الكابل وفقًا للتيار وطول المسار وطريقة التركيب ودرجة الحرارة.
5. التوصيلات المفكوكة أو التالفة
قد تسبب التوصيلات الضعيفة أو المفكوكة ارتفاع المقاومة في نقطة التوصيل.
وبالتالي، قد يظهر انخفاض في الجهد عند تشغيل الحمل. كما يمكن أن تسبب هذه التوصيلات سخونة موضعية، لذلك يجب فحصها ومعالجتها بواسطة شخص مؤهل.
6. تقادم الأسلاك أو تآكلها
يمكن أن تؤدي الأسلاك القديمة أو التالفة والتوصيلات المتآكلة إلى زيادة مقاومة الدائرة.
وتزداد المشكلة عندما تكون الأحمال الكهربائية مرتفعة.
7. تيار الإقلاع للمحركات
تحتاج المحركات الكهربائية إلى تيار مرتفع عند بدء التشغيل.
وقد يؤدي هذا التيار إلى انخفاض مؤقت في الجهد، خصوصًا إذا كانت الشبكة ضعيفة أو كان المحرك كبيرًا مقارنة بقدرة مصدر التغذية.
8. انخفاض معامل القدرة
يؤدي انخفاض معامل القدرة (Power Factor) إلى زيادة التيار المطلوب لنقل القدرة نفسها.
ومع زيادة التيار، يزداد هبوط الجهد في الكابلات والمحولات والمغذيات. لذلك، يمكن أن يساعد تحسين معامل القدرة في تقليل هبوط الجهد في بعض الأنظمة.
مقال ذو صلة: ما هو معامل القدرة (PF)؟
9. عدم اتزان الأحمال ثلاثية الطور
عندما لا تكون الأحمال موزعة بشكل متساوٍ بين الأطوار، يحدث عدم اتزان في النظام.
وقد يؤدي ذلك إلى اختلاف الجهد بين الأطوار وزيادة التيار في بعض الموصلات.
10. أعطال المحولات ومنظمات الجهد
يمكن أن يؤدي عطل المحول أو منظم الجهد أو ضبط نقاط توصيل المحول بشكل غير صحيح إلى انخفاض الجهد.
كما يمكن أن تؤدي زيادة تحميل المولد أو وجود مشكلة في منظم الجهد إلى انخفاض جهد الخرج.
11. أعطال شبكة الكهرباء
قد تسبب الأعطال أو حالات القصر في شبكة الكهرباء انخفاضًا مؤقتًا في الجهد.
وتُعرف هذه الحالة غالبًا باسم هبوط الجهد (Voltage Sag)، وقد تستمر لفترة قصيرة قبل أن تعود الشبكة إلى وضعها الطبيعي.
ما الفرق بين ارتفاع الجهد وانخفاضه؟
| المقارنة | ارتفاع الجهد | انخفاض الجهد |
|---|---|---|
| التعريف | تجاوز الجهد للقيمة الطبيعية | انخفاض الجهد عن القيمة الطبيعية |
| الأسباب الشائعة | الصواعق، الفصل والتوصيل، فقدان المحايد | زيادة الأحمال، ضعف التغذية، هبوط الجهد |
| التأثير على الأجهزة | إجهاد العزل وتلف المكونات | ضعف الأداء وارتفاع تيار بعض الأحمال |
| تأثيره على المحركات | قد يسبب تشبعًا وزيادة التيار | قد يؤدي إلى زيادة التيار وارتفاع الحرارة |
| المدة | مؤقت أو مستمر | مؤقت أو مستمر |
| الحماية | أجهزة الحماية من زيادة الجهد ومنظمات الجهد | منظمات الجهد وتحسين شبكة التغذية |
لماذا ينخفض الجهد عند تشغيل المكيف؟
إذا كان الجهد طبيعيًا قبل تشغيل المكيف ثم ينخفض مباشرة بعد تشغيله، فقد تكون المشكلة مرتبطة بارتفاع تيار الحمل أو ضعف دائرة التغذية.
ومن الأسباب المحتملة:
- مقطع كابل غير مناسب.
- طول كابل التغذية.
- توصيلات مفكوكة.
- دائرة كهربائية محملة بأجهزة كثيرة.
- ضعف مصدر التغذية.
- مشكلة في المحول أو شبكة الكهرباء.
- تيار إقلاع مرتفع للمكيف أو الضاغط.
لذلك، يجب قياس الجهد قبل تشغيل المكيف وبعد تشغيله لمعرفة مقدار الانخفاض.
كيف أعرف سبب ارتفاع أو انخفاض الجهد؟
يمكن تحديد السبب من خلال مجموعة من القياسات والفحوصات، منها:
- قياس الجهد دون حمل.
- قياس الجهد أثناء تشغيل الأحمال.
- مقارنة الجهد عند لوحة التوزيع مع الجهد عند نقطة الحمل.
- فحص التوصيلات والقواطع والكوابل.
- فحص الأحمال الكبيرة عند بدء تشغيلها.
- مقارنة الجهد بين الأطوار في النظام ثلاثي الطور.
- مراقبة الجهد خلال أوقات مختلفة من اليوم.
- استخدام جهاز تحليل جودة الطاقة عند وجود مشكلة متقطعة.
إذا كان الجهد طبيعيًا عند اللوحة وينخفض بشكل واضح عند نقطة الحمل، فقد تكون المشكلة في الكابل أو التوصيلات الداخلية.
أما إذا كان الجهد منخفضًا عند نقطة دخول التغذية إلى المبنى، فقد تكون المشكلة في مصدر التغذية أو شبكة الكهرباء.
كيف يمكن معالجة ارتفاع وانخفاض الجهد الكهربائي؟
يعتمد الحل على السبب الأساسي للمشكلة. ومن الحلول المستخدمة:
- تركيب أجهزة الحماية من زيادة الجهد (SPDs) المناسبة.
- استخدام منظمات أو مثبتات الجهد عند الحاجة.
- التأكد من سلامة المحايد والتأريض.
- استخدام مقطع كابل مناسب للحمل وطول المسار.
- إصلاح التوصيلات المفكوكة أو المتآكلة.
- توزيع الأحمال بشكل مناسب على الأطوار.
- تحسين معامل القدرة عند الحاجة.
- ضبط نقاط توصيل المحولات بشكل صحيح.
- معالجة الأحمال الزائدة على المحولات والمغذيات.
- تحسين شبكة التغذية عند وجود هبوط جهد مستمر.
- التنسيق مع شركة الكهرباء عند وجود مشكلة في مصدر التغذية.
مهم: لا يكفي تركيب مثبت جهد أو منظم جهد دون معرفة سبب المشكلة. يجب أولًا قياس الجهد وتحديد مصدر الخلل.
ما تأثير ارتفاع وانخفاض الجهد على الأجهزة الكهربائية؟
يمكن أن يؤثر تغير الجهد بشكل مباشر في المعدات الكهربائية.
تأثير ارتفاع الجهد
قد يؤدي ارتفاع الجهد إلى:
- تلف المكونات الإلكترونية.
- إجهاد العزل الكهربائي.
- تقليل عمر الأجهزة.
- ارتفاع حرارة بعض المعدات.
- تلف المصابيح ومصادر الطاقة الإلكترونية.
- زيادة خطر حدوث أعطال كهربائية.
تأثير انخفاض الجهد
قد يؤدي انخفاض الجهد إلى:
- ضعف أداء الأجهزة.
- خفوت الإضاءة.
- توقف بعض الأجهزة عن العمل.
- ارتفاع تيار بعض المحركات.
- ارتفاع درجة حرارة المحركات.
- انخفاض كفاءة المعدات.
- تكرار فصل أجهزة الحماية.
هل ارتفاع الجهد أخطر من انخفاضه؟
لا يمكن اعتبار أحدهما أخطر في جميع الحالات.
يعتمد مستوى الخطورة على قيمة الجهد، ومدة المشكلة، ونوع الجهاز، وطبيعة الحمل.
فالارتفاع الكبير في الجهد قد يتسبب في تلف العزل والمكونات الإلكترونية. وفي المقابل، قد يؤدي انخفاض الجهد إلى ارتفاع تيار المحركات وزيادة حرارتها.
لذلك، يجب التعامل مع كلتا الحالتين بجدية.
متى تحتاج إلى فني كهربائي؟
يُنصح بالاستعانة بفني أو مهندس كهربائي مؤهل إذا كان الجهد:
- يتغير بشكل كبير ومتكرر.
- يرتفع أو ينخفض عند تشغيل أجهزة معينة.
- يسبب تلف الأجهزة الكهربائية.
- يسبب سخونة في المقابس أو التوصيلات.
- يسبب فصل القواطع بشكل متكرر.
- يختلف بشكل واضح بين الأطوار.
- يترافق مع رائحة احتراق أو أصوات غير طبيعية.
ولا تحاول العمل داخل لوحة التوزيع أو على دوائر مكشوفة إذا لم تكن مؤهلًا لذلك، لأن أعطال الجهد قد تسبب الصعق الكهربائي أو الحريق.
الأسئلة الشائعة
من الأسباب المحتملة وجود مشكلة في المحايد، أو خلل في منظم الجهد، أو إعداد غير صحيح للمحول، أو انخفاض تحميل الشبكة، أو ارتفاع الجهد من مصدر التغذية.
تشمل الأسباب زيادة الأحمال، وصغر مقطع الأسلاك، وطول الكابلات، والتوصيلات المفكوكة، وضعف مصدر التغذية، أو زيادة تحميل المحول.
قد يحدث ذلك بسبب تيار بدء التشغيل، أو ضعف شبكة التغذية، أو صغر مقطع الكابل، أو طول مسار الكابل، أو وجود توصيلات ضعيفة.
نعم. قد يؤدي انخفاض الجهد إلى ضعف أداء بعض الأجهزة، كما يمكن أن يسبب ارتفاع التيار وارتفاع الحرارة في المحركات، خصوصًا عند استمرار انخفاض الجهد.
نعم. يمكن أن يؤدي ارتفاع الجهد إلى إجهاد المكونات والعزل الكهربائي، وقد يتسبب في تلف بعض الأجهزة، خصوصًا الأجهزة الإلكترونية الحساسة.
إذا كان الجهد منخفضًا أو مرتفعًا عند نقطة دخول التغذية إلى المبنى، فقد تكون المشكلة من مصدر التغذية أو شبكة الكهرباء. أما إذا كان الجهد طبيعيًا عند نقطة الدخول ويتغير داخل المبنى، فقد تكون المشكلة في الأسلاك أو الأحمال أو التوصيلات الداخلية.
الخلاصة
تختلف أسباب ارتفاع وانخفاض الجهد الكهربائي حسب طبيعة النظام ومصدر التغذية والأحمال المتصلة به. فقد ينتج ارتفاع الجهد عن الصواعق أو عمليات الفصل والتوصيل أو فقدان المحايد، بينما يحدث انخفاض الجهد غالبًا بسبب زيادة الأحمال أو هبوط الجهد في الكابلات أو ضعف مصدر التغذية.
لذلك، لا يمكن تحديد السبب بدقة اعتمادًا على الملاحظة فقط. ويُفضل قياس الجهد دون حمل وتحت الحمل وفحص الأسلاك والتوصيلات والمعدات. وفي الحالات المعقدة، يمكن استخدام جهاز تحليل جودة الطاقة لتحديد سبب المشكلة ومدتها.
تشخيص السبب أولًا هو الخطوة الأهم لاختيار الحل الكهربائي المناسب.
المصادر: citel، electrical-engineering-portal، شنايدر إلكتريك
