خفض فاقد الطاقة عبر مراقبة التفريغ الجزئي المستمر
في مجال توزيع الطاقة الحديثة، يتمثل أحد أهم التحديات في تقليل خسائر الطاقة إلى الحد الأدنى. تستكشف هذه المقالة أنواع الفاقد في أنظمة التوزيع الكهربائية، وتسلط الضوء على أهمية مراقبة التفريغ الجزئي، وتبحث في دور مركبات القياس في ممارسات الصيانة التقليدية.
ما هي الأنواع الأساسية لفاقد الطاقة؟
يمكن تصنيف خسائر الطاقة في شبكات التوزيع إلى ثلاثة أنواع أساسية:
- خسائر الجول: تحدث بسبب مقاومة الموصلات، مما يؤدي إلى تبديد الحرارة. يمكن تقليل هذه الخسائر عن طريق تحسين تدفق الطاقة داخل الشبكة، مثل إعادة تشكيل خطوط التوزيع لتقليل تبديد الطاقة المرتبطة بالمقاومة.
- الخسائر الناجمة عن تفريغات كورونا: تحدث تفريغات كورونا، وهي نوع من التفريغ الجزئي، في المجالات الكهربائية غير المنتظمة. وتساهم عوامل مثل انحناء الموصل أو الملوثات السطحية أو تراكم الجليد في حدوثها. وتؤدي هذه التفريغات إلى تسرب الشحنة، مما يتسبب في فقد الطاقة الذي قد يصل في ظروف معينة إلى 150% من مستويات الفقد المعتادة.
- خسائر التسرب، والتي تنشأ من تدفق التيار على طول العوازل الملوثة، مثل تلك المغطاة بالغبار أو الجليد. ويصاحب هذه التيارات تفريغ جزئي للتيار، مما يؤدي إلى تدهور العزل وزيادة الفقد عن طريق إنشاء مسارات موصلة على طول سطح العازل.
كيف يمكن مراقبة التفريغات الجزئية للتعامل مع فقدان الطاقة؟
يتيح تركيب مستشعرات التفريغ الجزئي بالقرب من معدات الطاقة، مثل المحطات الفرعية أو المحولات، المراقبة المستمرة لهذه الظواهر. ويوفر هذا النهج العديد من الفوائد الرئيسية:
- منع الأزمات: تشير التفريغات الجزئية إلى تدهور العزل، مما يسمح بإجراء الصيانة في الوقت المناسب وتقليل مخاطر تعطل المعدات.
- تحسين الفاقد: يتيح تحديد المناطق ذات نشاط التفريغ العالي إمكانية إجراء ترقيات مستهدفة، مثل استخدام موصلات شبه معزولة تخفف من خسائر الهالة.
- التخطيط الفعال للصيانة: يمكن أن تحل مراقبة العزل في الوقت الحقيقي محل طرق الفحص التقليدية، مثل الفحص الدوري باستخدام مركبات اختبار الكابلات.
الفحص التقليدي باستخدام مركبات اختبار الكابلات: هل هو جيد؟
قبل ظهور أنظمة المراقبة المستمرة، كانت فرق الصيانة تعتمد بشكل كبير على مركبات اختبار الكابلات لتقييم حالة العزل في المعدات الكهربائية. وعادة ما تكون هذه المركبات مجهزة بأجهزة قياس الجهد العالي وتعمل كمختبرات تشخيص متنقلة. ومن الناحية العملية، ينطوي تشغيل هذه المركبات على تحديات لوجستية كبيرة.
يمكن للمركبة إجراء خمس عمليات تفتيش في المتوسط يوميًا، وغالبًا ما تغطي مناطق جغرافية كبيرة. على سبيل المثال، تقوم E.ON بتشغيل 19,623 محطة فرعية في الجمهورية التشيكية، مما يتطلب حوالي 4000 عملية تفتيش سنوية، أو حوالي 20 عملية تفتيش في اليوم في جميع المناطق.
يجب أن تقطع المركبات رحلات ذهاباً وإياباً إلى مختلف المحطات الفرعية، مما يزيد من استهلاك الوقود والتكاليف التشغيلية. وغالباً ما تقع هذه المحطات الفرعية في المناطق الحضرية والريفية على حد سواء، حيث تتطلب المواقع الريفية مسافات سفر أطول. وهذا يؤثر على كفاءة الصيانة التقليدية ويبرز فوائد اعتماد أنظمة المراقبة المستمرة.
يبلغ متوسط مسافة السفر لتفتيش واحد للمحطات في منطقة جنوب بوهيميا، مع نقطة البداية في تشيسكي بوديوفيتشي، 36,8 كيلومترًا. لاحظ أنه طوال الرحلة بأكملها، يتم تشغيل المعدات الموجودة على متن المركبات بواسطة المحرك، مما يساهم في زيادة استهلاك الطاقة.
الطقس: عامل آخر يؤثر بشكل كبير على خسائر الطاقة
تشير الأبحاث إلى أن الطقس يؤثر بشكل كبير على حدوث التصريفات الجزئية. وفي حين أن متوسط قيم الخسائر غالبًا ما يستند إلى بيانات الأرصاد الجوية، فإن الظروف المحلية – مثل الضباب المتكرر أو الصقيع في المناطق الجبلية أو الغبار الصناعي بالقرب من المصانع – يمكن أن تؤدي إلى خسائر فعلية أعلى.
يوضح الجدول التالي إجمالي الفقد الفني في الجزء المورافي من نظام النقل، بناءً على الطقس الحالي:
| حالة الطقس | خسائر كورونا (ميغاواط) | النسبة المئوية لخسائر الهالة على إجمالي الخسائر الفنية لـ 10 ميجاوات (دقيقة) | النسبة المئوية لخسائر كورونا على إجمالي الخسائر الفنية لـ 25 ميجاوات (بحد أقصى) |
| Clear | 0,4213 | 4,213 % | 2,8 % |
| Snow | 1,3516 | 13,516 % | 5,4 % |
| Rain | 5,1031 | 51,03 % * | 20,41 % * |
| فروست | 15,2045 | 152,04 % * | 60,81 % * |
| حالة الطقس | خسائر كورونا (ميغاواط) | النسبة المئوية لخسائر الهالة على إجمالي الخسائر الفنية لـ 15 ميجاوات (دقيقة) | النسبة المئوية لخسائر كورونا على إجمالي الخسائر الفنية لـ 57 ميجاوات (بحد أقصى) |
| Clear | 1,6108 | 10,73 % | 2,8 % |
| Snow | 5,5197 | 36,79 % | 5,4 % |
| Rain | 19,823 | 132,15 % * | 34,77 % |
| فروست | 63,012 | 420,00 % * | 110,54 % * |
ما هي المزايا الاقتصادية لمراقبة التفريغ الجزئي؟
يوفر تنفيذ أنظمة مراقبة التفريغ الجزئي فوائد مالية وتشغيلية كبيرة:
- انخفاض تكاليف الصيانة: تقلل أنظمة المراقبة الآلية من الحاجة إلى عمليات الفحص التي تتطلب عمالة كثيفة باستخدام مركبات القياس.
- تعزيز السلامة التشغيلية: يقلل الاكتشاف المبكر للمشكلات من مخاطر الأعطال، والتي يمكن أن تؤدي إلى إصلاحات مكلفة ومخاطر السلامة مثل الحرائق.
- قرارات استثمارية مستنيرة: يمكن لبيانات الخسارة أن توجه اعتماد التقنيات المتقدمة، مثل الموصلات المعزولة في المناطق ذات الخسارة العالية.
دراسة حالة: تحليل فقدان الطاقة في الجمهورية التشيكية
تدير شركة E.ON مزود الطاقة أكثر من 19,600 محطة فرعية في جمهورية التشيك وتجري ما يقرب من 4000 عملية تفتيش سنويًا باستخدام مركبات الاختبار. وتقوم كل مركبة بإجراء خمس عمليات فحص يوميًا تغطي المعدات الموزعة على مناطق كبيرة. يجب أن تقطع المركبات رحلات ذهاباً وإياباً إلى كل محطة فرعية، مع اختلاف متوسط مسافات السفر بناءً على العوامل الإقليمية. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد المعدات الموجودة على متن المركبة على المحرك للحصول على الطاقة، مما يزيد من التكاليف التشغيلية.
وبالمثل، أبلغت شركة ČEZ Distribuce عن متوسط خسائر قدره 41 كيلو وات/كم على خطوط الجهد العالي في عام 2019. ويعزى ما يقرب من 20% من هذه الخسائر إلى تفريغات الهالة. ومن خلال تنفيذ المراقبة في الوقت الفعلي وتحديث البنية التحتية، يمكن تقليل هذه الخسائر بشكل كبير.
الخاتمة
يمثل اعتماد مراقبة التفريغ الجزئي المستمر خطوة كبيرة إلى الأمام في تحسين كفاءة وسلامة أنظمة الطاقة. فهذه التكنولوجيا لا تقلل من الخسائر فحسب، بل تعزز أيضًا تخطيط الصيانة وقرارات الاستثمار. ومع تزايد الطلب على الطاقة المستدامة، سيكون تطبيق مثل هذه الابتكارات ضروريًا لمواجهة التحديات المستقبلية.