الهندسة الكهربائية

تعمل محولات القدرة في ظل ظروف تشغيل معقدة للغاية مقارنة بمحولات التيار المتردد التقليدية، كما تخضع لفات صمامات المحولات لجهد مشترك بين التيار المتردد والتيار المستمر.

تطلب التطوير المستقبلي لأنظمة الجهد العالي (HV) وثورة "الشبكة الذكية" مادة عازلة موثوقة وفعالة مع ظروف تشغيل متقلبة وديناميكية، بحيث يقوم المحول المستخدم في النظام الكهربائي.

يعد المحول ثلاثي اللفات من المعدات الكهربائية الرئيسية في أنظمة الطاقة التي تزود الأحمال غير الخطية، كما يؤدي الاستخدام المتزايد للأحمال غير الخطية إلى حدوث تشوه توافقي.

يعد تشخيص أعطال معدات الطاقة الرئيسية مثل محول الطاقة جزءاً مهماً من أنظمة الطاقة لتشغيلها الآمن والاقتصادي، ومع زيادة بناء الشبكة الذكية، ستستمر معدات الطاقة في التطور.

تربط محولات (HVDC) واسعة النطاق مجموعات مزارع الرياح البحرية بالشبكة القارية، كما أن شبكة التيار المتردد الاصطناعية البحرية لديها خمول منخفض وتخميد منخفض.

تشكل محولات الطاقة الكبيرة مكونات باهظة الثمن وحيوية منقطعة النظير في أنظمة الطاقة الكهربائية، كذلك؛ فإن موثوقية محولات القدرة، والتي تعد من المعدات الأساسية الحاسمة.

تعد محولات القدرة أحد المكونات الرئيسية لأنظمة الطاقة، كما يعتبر التفريغ الجزئي (PDs)، والناتج عن تحسينات محلية غير طبيعية في المجال الكهربائي داخل خزان المحولات.

في العادة لا يتأثر نطاق التشغيل وحساسية الحماية عن بعد بشكل مباشر بوضع التشغيل لنظام نقل الطاقة الكهربائية، لذلك؛ فإنه يمكن أن تلبي الحماية عن بعد متطلبات أنظمة الطاقة الحديثة.

تعتبر درجة حرارة النقطة الساخنة (HST) في ملف المحولات ذات تأثير مهم على عمر تشغيل المحول وسعة التحميل، بحيث يمكن أن تؤدي المراقبة المستمرة للمحول (HST).

ستؤدي مراقبة حالة المحولات وتشخيص الأعطال في المراحل المبكرة إلى تقليل وقت التوقف عن العمل ونفقات الصيانة، وبالتالي ضمان موثوقية نظام الطاقة.

تعد محولات القدرة من أكثر قطع المعدات أهمية في أنظمة الطاقة الكهربائية وأكثرها تكلفة، لذلك من المحتم أن يكون لفشل محولات القدرة تأثير سلبي وخطير على مصدر الطاقة.

يتكون التنبؤ بالحمل قصير الأجل (STLF) عادةً من التنبؤ بالحمل لكل ساعة من يوم واحد إلى أسبوع واحد قبل ذلك. من الحقائق المعترف بها أن حمل المحولات هو عامل رئيسي في انهيار نظام العزل.

يتزايد تغلغل مصادر التوليد الموزع (DG) والسيارات الكهربائية (EVs) بسرعة في نظام الطاقة الحديث، كما يمثل استيعاب الحمل والتوليد الكهربائي الإضافي في المغذيات الحالية.

تحتوي أنظمة الكابلات على مجموعة واسعة من أوضاع التدهور المحتملة، بحيث يمكن أن تحدث الأعطال بسبب الجودة الرديئة أو التقادم للعزل أو الملحقات،

تتمتع تقنية التيار المستمر بالجهد العالي (HVDC) بإمكانية تطبيق رائعة في تكامل الشبكة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية ذات مدى ميغاواط. مع التطور السريع لأنظمة (HVDC).

مع تطور الشبكة الذكية، تم طرح متطلبات أعلى لموثوقية التشغيل وتقنية مراقبة الحالة للمحولات الكهربائية، وكما تشير الأبحاث إلى أن لف المحول سيكون تشوهاً شديداً.

في نظام الطاقة الكهربائية، يلعب المحول دوراً مهماً للغاية في تحويل الطاقة وتوزيعها، وحتى الآن، يقترب عدد كبير من محولات الطاقة أثناء الخدمة تقريباً من عمرها الافتراضي.

عندما يكون محول الطاقة في حالة انقطاع وفي عمليات اختبار مختلفة؛ فإن كثافة التدفق المغناطيسي الداخلي في قلب الحديد لا تنخفض إلى الصفر.

تتمتع الأجهزة ذات السعة العالية مثل المكثفات الفائقة أو المكثفات الهجينة بكثافة طاقة عالية وعمر دورة مقارنة بتقنية البطارية، كما تعد تقنية (Supercapacitor) مرشحاً ممتازاً لمحركات الدفع الهجينة.

بالعادة تحدد النقطة الأكثر سخونة في لف المحولات الكهربائية، والتي يشار إليها عادةً باسم النقطة الساخنة، والتي تتسم بقابلية التحميل وعمر المحول الطويل.

يتطلب تقدير صحة المحولات مراقبة حرارية لعزل اللف عن طريق تتبع الأنشطة الأولية، كما أن هذه العيوب الأولية في المحولات ترتفع تدريجياً مع مرور الوقت وإذا لم يتم اتخاذ الإجراءات اللازمة.

تعد خصائص الإثارة وفقدان المحولات من المؤشرات المهمة لتقييم أدائها، ونظراً لخصائص المواد المغناطيسية المعقدة في قلب المحول؛ فإنه من الصعب بناء النموذج الأساسي وحساب الخسارة الأساسية.

أظهرت العديد من دراسات أنظمة القدرة، مثل معامل تدفق الطاقة (PF) وتدفق الطاقة الأمثل (OPF) أو تقدير الحالة (SE)، تكون ضرورية اليوم لضمان نطاق السلامة الأمثل في تشغيل الشبكات الحديثة.

كانت أنظمة التيار المستمر ذات الجهد المتوسط ​​(MV) ذات اتجاهات بحثية جديدة، وفي الوقت الحاضر في أنظمة (MVDC)، يعد توزيع التيار المباشر أحد العناصر الرئيسية.

تتمتع آلات التردد المحول (SRM) بهيكل بسيط وقوي ومنخفض التكلفة بسبب عدم وجود مغناطيس ولف دوار، كما تعتبر (SRMs) مرشحاً تنافسياً لتطبيقات النقل والكهربة،

تعد تقنية التوليد المقاومة للخطأ مهمة للغاية للتطبيقات عالية الموثوقية، مثل الفضاء الحرج للسلامة أو توربينات الرياح البحرية، كما وقد حظيت الآلات التي تتحمل الأخطاء باهتمام واسع.

تكتسب السيارة الكهربائية (EV) شعبية بسبب المخاوف البيئية وتحفز البحث المتعلق بها، كما يتم إيلاء اهتمام خاص لعملية الشحن، حيث يمكن أيضاً استخدام الطاقة المخزنة في بطارية (EV).

على الصعيد العالمي، ازداد استخدام المحرك الكهربائي كعنصر قيادة والذي يستهلك (40-50٪) من إجمالي استهلاك الكهرباء، كما يمثل (TIM) حوالي (70٪) من استهلاك الكهرباء.

مع الخصائص الفائقة والتوافر التجاري، تجد الأجهزة ذات فجوة النطاق العريض (WBG) تطبيقاتها تدريجياً، وذلك بالمقارنة مع نظائر السيليكون (Si)،

هناك العديد من تقنيات مراقبة حالة محولات الطاقة مثل تحليل استجابة التردد الكهربائي وتحليل التفريغ الجزئي وتحليل الغاز المذاب (DGA)، والتي تم توظيفها في تحديد حالة محولات الطاقة.