المحولات الكهربائية

يعد أداء عاكس تشكيل الشبكة الكهربائية، والذي يدمج مزارع الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو طاقة الرياح مع الشبكة حالياً موضوعاً ذا اهتمام واسع، كما يعد التحكم في المزامن أحد تقنيات محول تشكيل الشبكة.

مع زيادة الطاقة المثبتة من مصادر التوليد الموزعة (DGS)؛ ظهرت العديد من المشكلات بعد استخدام الهياكل والهياكل الجديدة، بحيث يجب تطوير وحدات تحكم عالية المستوى للتشغيل الآمن.

اكتسبت الموائع العازلة القائمة على شعبية واسعة للتطبيقات في أجهزة الجهد العالي، كما خضعت الإسترات الاصطناعية والطبيعية للبحث لعقود في مقابل الزيوت المعدنية العازلة حول العالم.

في بعض الأحيان؛ فإنه يصبح من الضروري جداً توصيل أكثر من محول واحد بالتوازي، على سبيل المثال لتوفير الحمل الزائد لتصنيف المحولات الموجودة ضمن نطاق الخدمة على الشبكة الكهربائية.

قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المفرط والقصر الشديد للغاية وأعطال في الزيت وضربات البرق إلى نشوب حريق في المحولات، لذلك؛ فإن حرائق المحولات نادرة ولكن تأثيرها كبير.

أصبحت المحركات الكهربائية المتغيرة السرعة عالية الطاقة (VSD) بمثابة العمود الفقري للعديد من الصناعات وتطبيقات الطاقة المتجددة، كما أنه تم تقديم المحولات متعددة المستويات.

في الأنظمة الإلكترونية الحديثة، يتم استخدام محول تيار مستمر منخفض الطاقة على نطاق واسع لخفض جهد الناقل لوحدات التحكم وأجهزة الاستشعار وأنواع كثيرة من الدوائر على الرقاقة.

تعد محولات مصدر الجهد متعدد المستويات بمثابة طوبولوجيا مثالية لتطبيقات الطاقة العالية ذات الجهد العالي حيث يمكنها بسهولة تردد تحويل مكافئ.

في الآونة الأخيرة، يتم تعزيز (DC Microgrids) باستمرار لتلبية الحاجة إلى زيادة الطلب المستمر على الطاقة ولقد وجدت مصادر الطاقة المتجددة مثل الخلايا الكهروضوئية.

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.

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

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).

تعتبر إدارة الأصول أكثر أهمية الآن من أي وقت مضى للصناعات، وفي الواقع تركز إدارة المرافق وجميع مهندسي الصناعة والأنظمة بشكل أكبر هذه الأيام على التقييم التنبئي الذكي.

تقدر أعمار تصميم المحولات بحوالي 45 عاماً للإرسال وحوالي 60 عاماً لمحولات التوزيع، وذلك مع فهم عزل المحولات جيداً لتدهور الخدمة ومعرفة بدء تشغيل مجموعات كبيرة من المحولات في الستينيات.

تعد محولات القدرة الكهربائية مكونات مهمة لخطوط التوزيع والنقل لأنظمة شبكة الطاقة، وذلك من أجل التشغيل المستقر والمتوازن للمحولات الكهربائية،

بالمقارنة مع نقل الطاقة بالتيار المستمر؛ فإن توزيع الطاقة بالتيار المستمر يجذب اهتمام الباحثين تدريجياً في السنوات الأخيرة، ولا تزال العديد من المفاهيم في "المرحلة الاستكشافية".

تعد المحولات عموماً أغلى الأصول في نظام التوزيع الكهربائي، كما تعد كفاءة استخدامها العالية أمراً مهماً من أجل الحصول على عائد منطقي على الاستثمارات،

أدى النمو السريع للصناعة بأكملها والاهتمام الأخير بالتنمية المستدامة إلى زيادة متطلبات إمدادات الطاقة الكهربائية والطلب على محولات الجهد العالي (HV)،

في العادة يتم استخدام كاشف قائم على حلقة مغلقة التردد لتقدير سرعة الدوران وموضع الزاوية لعمود دوار آلة كهربائية، بحيث يتكون نظام القياس من خلال مصفوفات من المغناطيس الدائم.

في العقود الأخيرة، أصبحت الطاقة المتجددة جزءاً مهماً من مجال "توليد الطاقة" ككل، وفي أي نظام للطاقة المتجددة؛ فإنها تشكل محولات الطاقة الكهربائية الجزء المهيمن.

تظهر زيادة الطلب على الطاقة وتشجيع توليد الطاقة المتجددة أهمية التوليد الموزع (DG)، بحيث تعتبر الخلايا الكهروضوئية (PV) مصدراً للتوليد الموزع، حيث إن دمج وحدة (PV-DG) في الشبكة له تأثير كبير.

يتكون الإعداد المرجعي لمعايرة النظام لأنظمة قياس خسارة المحولات الصناعية (TLM) من ثلاثة مكونات رئيسية، مثل مقسم جهد ومحول تيار ومقياس طاقة، كما ويجب ألا تزيد إزاحات الطور عن (10 μrad).

أدى الانخفاض المستمر في تكلفة توليد الطاقة الكهروضوئية إلى تعزيز النمو السريع للمنشآت الكهروضوئية، لذلك من المتوقع أن تكون الطاقة الشمسية إحدى الطاقات المهيمنة في المستقبل.

باعتبارها المعدات الرئيسية لتوصيل القدرة الكهربائية؛ فإن سلامة المحولات الكهربائية واستقرارها مهمان لموثوقية نظام الطاقة، وفي الوقت نفسه وكتنفيذ واسع النطاق للألواح الكهروضوئية.

يعد التنبؤ بالحمل مهماً لتشغيل نظام الطاقة والتحكم فيه وتحديداً في إرسال التوليد الكهربائي وتكامل التوليد الموزع والتحكم في القدرة التفاعلية.

وأخيراً يتمتع مستشعر (EFPI) بالألياف الضوئية بهيكل كوارتز نقي بأداء عزل جيد ويمكن وضعه في أعماق معدات كهربائية عالية الجهد لاكتشاف الإشارات فوق الصوتية من التفريغ الجزئي.

في الوقت الحاضر  ليس من السهل على مشغلي نظام التوزيع تشغيل نظام دون الالتفات إلى التشوه التوافقي، والذي يعتبر من أهم مشكلات جودة الطاقة (PQ).

تعتبر محولات القدرة الكهربائية أجزاء حيوية في نظام الطاقة الكهربائية، كذلك التوليد أو النقل أو التوزيع. تستخدم المحولات "المغمورة بالزيت" على نطاق واسع في هذه الأنظمة.