اقرأ في هذا المقال
أهمية تحديد الخطأ الكهربائي المسبب لحرائق الغابات
يبدأ التخفيف من حدة حرائق الغابات بسابقة من البنية التحتية لنظام الطاقة عالية الجودة وتتم صيانتها جيداً، وبمرور الوقت يمكن أن تتعب عناصر الحاملة في أنظمة التوزيع بسبب حمل الرياح لفترات طويلة مما يتسبب في انقطاع الأسلاك أو ارتخاء المعدات أو فشل الموصل الكهربائي، وكذلك الفحص الشامل والتكهنات والاستبدالات والترقيات الإضافية لمكونات نظام التوزيع الكهربائي.
كما يمكن تقليل معدلات حدوث الأعطال الكارثية بشكل كبير، بحيث تشمل الاستراتيجيات الرئيسية لمنع الأخطاء التصلب الهيكلي وإدارة الأصول والتفتيش واستخدام أنظمة الحماية المتقدمة وإدارة الغطاء النباتي، والتي ستتم مناقشتها في الأقسام التالية.
كما تعتبر طريقة التصلب الإنشائي احدى طرق التصميم والهندسة المطبقة لمنع حدوث أعطال في أنظمة التوزيع، وذلك من خلال تقييم الاحتياجات الهيكلية لخطوط الطاقة في المناطق المزروعة بكثافة، بحيث تختار المرافق المواد التي تمت ترقيتها وتصميمات الأعمدة التي تعمل بشكل فعال على تقوية خطوط الطاقة وتقليل احتمالية حدوث الأعطال.
كما وجدت دراسة أجراها معهد أبحاث الطاقة الكهربائية أن استبدال الأعمدة الخشبية بالفولاذ أو الألياف الزجاجية قد لا يكون الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتقوية هياكل خطوط الطاقة، وبدلاً من ذلك؛ فإنه يمكن للمرافق البحث عن أعمدة خشبية بمحيط علوي أعلى لقوة ميكانيكية أكبر، غالباً ما يُنظر إلى فشل خط التوزيع على أنه فشل “أضعف رابط”.
كما أن الطريق الثانية هي فحص الأصول وتتبعها، بحيث تم إنشاء العديد من أنظمة التوزيع في الولايات المتحدة منذ أكثر من (30) عاماً ولا تزال تعاني من التعب حتى يومنا هذا، كما وتجدر الإشارة إلى أن العمر المتوقع للبنية التحتية للتوزيع يتراوح بين (40 و 50) عاماً تقريباً، وبالتالي؛ فإن العديد من هذه الأصول قد شهدت ظروفاً معاكسة خلال حياتها، والتي تؤثر على معدل التدهور.
أنظمة الحماية والتحليلات المتقدمة للشكل الموجي
في حين أن عمليات الفحص البصري لمغذيات التوزيع قد تسمح لدوريات الخطوط بتحديد المشكلات الواضحة (على سبيل المثال، العناصر المكسورة وتداخل الغطاء النباتي)؛ فقد لا تكون العديد من المشكلات مرئية للعين المجردة أو قد لا تحدث في وقت التفتيش، وعلى سبيل المثال قد تكون الأقواس صغيرة جداً بحيث لا تكون مرئية لأطقم الدوريات.
كما وقد تستمر الأقواس المؤقتة لبضعة أجزاء من الثانية فقط أو قد يحدث الانحناء بشكل غير متكرر، مما يجعل اكتشاف هذه الأحداث شبه مستحيل عن طريق الفحص البصري، في حين أن الأحداث الصغيرة قد لا تؤدي إلى فشل ذريع أو اشتعال حريق هائل؛ فإنها بمرور الوقت تؤدي إلى تدهور المعدات وتزيد من احتمال حدوث فشل ذريع في المستقبل.
لذلك؛ فإن عدم احتمالية هذه الأحداث يسلط الضوء على الحاجة إلى أنظمة حماية متقدمة لاكتشاف الأعطال في أنظمة التوزيع، كما تستخدم تحليلات الشكل الموجي المتقدمة، مثل تلك المقدمة، كذلك تقنيات النمذجة المتقدمة لاكتشاف السلوك غير الطبيعي في أنظمة التوزيع، حيث إن أنظمة الإنذار الحديثة قادرة ليس فقط على الكشف عن أسباب الخطأ.
وباستخدام تحليلات الشكل الموجي المتقدمة؛ فإنه يمكن لمالكي الأصول والمشغلين تحديد المشكلات الصغيرة في أنظمة التوزيع وإصلاحها قبل أن تؤدي إلى فشل ذريع، بحيث يمكن استخدام تقنيات مماثلة للتعرف على أخطاء المعاوقة العالية الناتجة عن تداخل الغطاء النباتي أو الموصل الساقط.
مساهمة إدارة الغطاء النباتي في منع الحرائق
تمثل إدارة الغطاء النباتي إحدى المهام الأكثر تكلفة والأكثر صعوبة للتخفيف من حرائق الغابات، وتاريخياً تم تنفيذ إدارة الغطاء النباتي وفقاً لجداول زمنية ثابتة للمناطق التي قد تحتاج أو لا تحتاج إلى التشذيب، ومع ذلك؛ فإن التطورات في التصوير الجوي (على سبيل المثال، الطائرات بدون طيار، LIDAR).
لذلك تمكن المرافق من التعرف على المناطق التي تحتاج إلى التشذيب ونمذجة مواقع الشجرة بكفاءة والارتفاعات والقرب التقريبي من موصلات التوزيع لتعزيز الوعي بالموقف وإجراء تشذيب أكثر كفاءة يعتمد على الظروف، ونتيجة لذلك أصبحت المرافق قادرة على إرسال أطقم إدارة الغطاء النباتي بكفاءة أكبر على طول ممرات التوزيع الخاصة بهم لاستهداف المناطق عالية الخطورة.
على الرغم من أن الممارسة الشائعة في الولايات المتحدة تسمح لشركات المرافق بقص ما يصل إلى (12) قدماً أو أكثر، وذلك من الخلوص من خطوط التوزيع الكهربائية، إلا أن دراسات الحالة تظهر أن الأشجار من مسافة تصل إلى (100)، بحيث قدم من الموصلات الكهربائية النشطة يمكن أن تسبب ضرراً عبر الحطام المحمول جواً.
طرق قمع القوس الكهربائي ومنع الاشتعال
على الرغم من أنه يمكن اتخاذ العديد من التقنيات السابقة لتقليل عدد الأعطال في أنظمة توزيع الطاقة العلوية، إلا أنه لا يمكن منع الأعطال تماماً، لذلك من الضروري التحقيق في الطرق التي تقلل من احتمالية الاشتعال في حالة حدوث عطل في النظام. تم التحقيق في طريقتين في هذا القسم:
قمع خطأ القوس الكهربائي: تعتبر مدة القوس لها ارتباط كبير مع احتمال الاشتعال المستمر من خطوط الكهرباء، كما يزداد احتمال الاشتعال المستمر لأسرة الوقود المحيطة بشكل كبير على مدار أجزاء من الألف من الثانية إذا استمر القوس، وبالتالي؛ فإن أي طريقة لتقليل مدة أو إزالة الانحناء في الخطوط تمثل عاملاً رئيسياً في تشغيل الشبكة المقاومة للحرائق في الهشيم.
حماية المرحلات الكهربائية الحساسة: تتمثل إحدى الطرق المباشرة لتقليل مدة القوس في تعثر الأعطال بسرعة أكبر مع الحماية الحالية للتيار الكهربائي الزائد للوقت، كما يحدث التعثر في أنظمة التوزيع بواسطة قواطع التيار الكهربائي والصمامات التي يمكن أن توجد في جميع أنحاء دائرة التوزيع، بحيث يتم تنسيق قواطع التيار الكهربائي والصمامات لاكتشاف الأعطال في اتجاه مجرى النهر ورحلها مع ترك شبكة المنبع نشطة.
ووفقاً للعديد من إحصاءات الصناعة؛ فإن (60-70٪) من العيوب في أنظمة التوزيع هي ذاتية التصفية.، لذلك إذا تم مسح المسار الخارجي إلى الأرض وعندما يتم تنظيفه؛ فإنه يمكن إعادة تنشيط الخطوط باستخدام أجهزة إعادة الإغلاق التلقائية، ومع ذلك في الحالات التي لا تُزال فيها الأعطال ذاتياً يمكن أن تتسبب محاولة إعادة تنشيط خطوط التوزيع في حدوث حدث قوس ثانٍ، ومن المرجح أن يؤدي إلى اشتعال مستدام مقارنةً بالخطأ الأولي.
وبالنسبة الى التأريض الرنان، تختلف ممارسة التأريض المحايد للنظام حول العالم، كما ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على المستويات الحالية للخطأ، وفي الأنظمة المحايدة المعزولة تقوم أنظمة التأريض الرنانة (مثل Peterson Coils) بتحويل الفولتية على المرحلة المعيبة أثناء حدوث عطل بحيث يتم إطفاء الأقواس في غضون مللي ثانية.
إجراء العملية الاستباقية: بينما تعمل شركات المرافق العامة على ضمان التشغيل الآمن لخطوط الطاقة الخاصة بها؛ فمن المحتمل ألا تقضي جهودها على فرص اشتعال حرائق الغابات في المستقبل المنظور، وبالتالي هناك حاجة إلى حلول تشغيلية يمكن تنفيذها على الأنظمة كما هي موجودة اليوم، بحيث تمنع استراتيجيات التشغيل الاستباقية، مثل إلغاء التنشيط الاستباقي وإعادة تكوين الشبكة، وكذلك الاشتعال على خطوط الطاقة عن طريق إلغاء تنشيط الخطوط قبل حدوث عطل أو حريق كارثي.
