Obniżenie strat energii monitorowaniem wyładowań niezupełnych

W nowoczesnej dystrybucji energii jednym z najważniejszych wyzwań jest minimalizacja strat energii. W tym artykule omówiono rodzaje strat w systemach dystrybucji energii elektrycznej, podkreślono znaczenie monitorowania wyładowań niezupełnych i przeanalizowano rolę pojazdów pomiarowych w tradycyjnych praktykach konserwacyjnych.

Jakie są podstawowe rodzaje strat energii?

Straty energii w sieciach dystrybucyjnych można podzielić na trzy podstawowe typy:

• Straty Joule: Występują z powodu rezystancji przewodników, prowadząc do rozpraszania ciepła. Straty te można zmniejszyć poprzez optymalizację przepływu energii w sieci, np. rekonfigurację linii dystrybucyjnych w celu zminimalizowania rozpraszania energii związanego z rezystancją.
• Straty spowodowane wyładowaniami koronowymi: Wyładowania koronowe, rodzaj wyładowań niezupełnych, występują w niejednorodnych polach elektrycznych. Czynniki takie jak krzywizna przewodnika, zanieczyszczenia powierzchni lub nagromadzenie lodu przyczyniają się do ich występowania. Wyładowania te prowadzą do wycieku ładunku, powodując straty energii, które w pewnych warunkach mogą osiągnąć 150% typowych poziomów strat.
• Straty upływu, które powstają w wyniku przepływu prądu wzdłuż zanieczyszczonych izolatorów, takich jak te pokryte kurzem lub lodem. Prądom tym towarzyszą wyładowania niezupełne, które degradują izolację i zwiększają straty poprzez tworzenie ścieżek przewodzących wzdłuż powierzchni izolatora.

W jaki sposób monitorowanie wyładowań niezupełnych może poradzić sobie ze stratami energii?

Instalacja czujników wyładowań niezupełnych w pobliżu urządzeń energetycznych, takich jak podstacje lub transformatory, umożliwia ciągłe monitorowanie tych zjawisk. Takie podejście zapewnia kilka kluczowych korzyści:

• Zapobieganie kryzysom: Wyładowania niezupełne wskazują na degradację izolacji, umożliwiając terminową konserwację i zmniejszając ryzyko awarii sprzętu.
• Optymalizacja strat: Identyfikacja obszarów o wysokiej aktywności wyładowań umożliwia ukierunkowane modernizacje, takie jak stosowanie półizolowanych przewodów, które ograniczają straty wyładowań koronowych.
• Efektywne planowanie konserwacji: Monitorowanie izolacji w czasie rzeczywistym może zastąpić tradycyjne metody inspekcji, takie jak okresowe testy za pomocą pojazdów do testowania kabli.

Tradycyjna inspekcja za pomocą pojazdów do testowania kabli: czy jest dobra?

Przed pojawieniem się systemów ciągłego monitorowania, zespoły konserwacyjne polegały w dużej mierze na pojazdach do testowania kabli w celu oceny stanu izolacji urządzeń elektrycznych. Pojazdy te są zazwyczaj wyposażone w urządzenia pomiarowe wysokiego napięcia i służą jako mobilne laboratoria diagnostyczne. W praktyce eksploatacja tych pojazdów wiąże się ze znacznymi wyzwaniami logistycznymi.

Pojazd może przeprowadzić średnio pięć kontroli dziennie, często obejmując duże obszary geograficzne. Przykładowo, E.ON obsługuje 19 623 podstacje w Czechach, co wymaga około 4 000 rocznych inspekcji, czyli około 20 inspekcji dziennie we wszystkich regionach.

Pojazdy muszą podróżować w obie strony do różnych podstacji, co zwiększa zużycie paliwa i koszty operacyjne. Podstacje te są często zlokalizowane zarówno na obszarach miejskich, jak i wiejskich, przy czym lokalizacje wiejskie wymagają dłuższych podróży. Wpływa to na wydajność tradycyjnej konserwacji i podkreśla korzyści płynące z zastosowania systemów ciągłego monitorowania.

Średnia odległość przejazdu dla jednej kontroli stacji w regionie południowoczeskim, z punktem początkowym w Czeskich Budziejowicach, wynosi 36,8 km. Należy zauważyć, że podczas całej podróży urządzenia pokładowe pojazdów są zasilane przez silnik, co dodatkowo przyczynia się do zużycia energii.

Pogoda: kolejny czynnik znacząco wpływający na straty energii

Badania wskazują, że pogoda ma znaczący wpływ na występowanie wyładowań niezupełnych. Podczas gdy średnie wartości strat są często oparte na danych meteorologicznych, warunki lokalne – takie jak częste mgły, mróz w regionach górskich lub pył przemysłowy w pobliżu fabryk – mogą prowadzić do wyższych rzeczywistych strat.

Poniższe tabele przedstawiają całkowite straty techniczne w morawskiej części systemu przesyłowego, w oparciu o aktualną pogodę:

---

Jakie są ekonomiczne zalety monitorowania wyładowań niezupełnych?

Wdrożenie systemów monitorowania wyładowań niezupełnych oferuje znaczne korzyści finansowe i operacyjne:

1. Niższe koszty konserwacji: Zautomatyzowane systemy monitorowania zmniejszają potrzebę przeprowadzania pracochłonnych kontroli za pomocą pojazdów pomiarowych.
2. Zwiększone bezpieczeństwo operacyjne: Wczesne wykrywanie problemów minimalizuje ryzyko awarii, które mogą prowadzić do kosztownych napraw i zagrożeń bezpieczeństwa, takich jak pożary.
3. Świadome decyzje inwestycyjne: Dane dotyczące strat mogą pomóc w przyjęciu zaawansowanych technologii, takich jak izolowane przewody w obszarach o wysokich stratach.

Studium przypadku: Analiza strat energii w Republice Czeskiej

Dostawca energii E.ON obsługuje ponad 19 600 podstacji w Czechach i przeprowadza około 4000 inspekcji rocznie przy użyciu pojazdów testowych. Każdy pojazd przeprowadza pięć inspekcji dziennie, obejmujących urządzenia rozmieszczone w dużych regionach. Pojazdy muszą podróżować w obie strony do każdej podstacji, a średnie odległości podróży różnią się w zależności od czynników regionalnych. Dodatkowo, urządzenia pokładowe wymagają zasilania silnikiem, co zwiększa koszty operacyjne.

Podobnie spółka ČEZ Distribuce odnotowała w 2019 r. średnie straty na liniach wysokiego napięcia w wysokości 41 kWh/km. Około 20% z nich przypisano wyładowaniom koronowym. Wdrażając monitorowanie w czasie rzeczywistym i modernizując infrastrukturę, takie straty można znacznie zmniejszyć.

Wnioski

Przyjęcie ciągłego monitorowania wyładowań niezupełnych stanowi duży krok naprzód w poprawie wydajności i bezpieczeństwa systemów energetycznych. Technologia ta nie tylko minimalizuje straty, ale także usprawnia planowanie konserwacji i decyzje inwestycyjne. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na zrównoważoną energię, wdrażanie takich innowacji będzie miało zasadnicze znaczenie dla sprostania przyszłym wyzwaniom.

Czy chcesz zminimalizować straty energii?