تقييم وتحليل خصائص الحمل للمحولات التوزيعية

التحليل العميق والاعتبارات الرئيسية لتقييم خصائص الحمل

يعتبر تقييم خصائص الحمل أساساً في تصميم محولات التوزيع، حيث يؤثر مباشرة على اختيار السعة وتوزيع الخسائر وتحكم درجة الحرارة والعائد التشغيلي. يجب أن يتم التقييم عبر ثلاثة أبعاد: نوع الحمل والديناميكيات الزمنية والتداخل البيئي، مع إنشاء نموذج متطور بناءً على ظروف التشغيل الفعلية.

1. التحليل المفصل لأنواع الأحمال

• التصنيف والخصائص

• أحمال السكن: تهيمن عليها الإضاءة والأجهزة المنزلية، مع منحنى حمل يومي يظهر قمتين (صباحية ومسائية) ومعامل حمل سنوي منخفض (حوالي 30% إلى 40%).

• أحمال الصناعة: تنقسم إلى مستمرة (مثل مصانع الصلب) ومتقطعة (مثل التشكيل) وأحمال الصدمة (مثل الأفران الكهربائية)، مما يتطلب الانتباه إلى التوافقيات والتقلبات الجهدية والتيارات الأولية.

• أحمال التجارة: مثل المراكز التجارية ومراكز البيانات، والتي تتميز بالتغيرات الموسمية (مثل التكييف في الصيف) والخصائص غير الخطية (مثل أجهزة الطاقة الاحتياطية والمعدلات الترددية).

• نمذجة الحمل

• استخدام نماذج الدوائر المكافئة أو بيانات القياس المناسبة لتقدير عامل القوة (PF) ومحتوى التوافقيات (مثل THDi) والتقلبات في معدل الحمل.

2. التحليل الديناميكي عبر الأبعاد الزمنية

• منحنى الحمل اليومي

• مشتق من الرصد الميداني أو المنحنيات القياسية (مثل IEEE)، مما يسلط الضوء على فترات الذروة والفترات الهادئة ومدتها.

• مثال: يكشف منحنى اليومي لمنطقة صناعية عن قمتين من الساعة 10:00 إلى 12:00 والساعة 18:00 إلى 20:00، مع معدلات حمل ليلا أقل من 20%.

• منحنى الحمل السنوي

• يأخذ بعين الاعتبار التغيرات الموسمية (مثل التبريد الصيفي والتدفئة الشتوية) ويتنبأ بنمو الحمل المستقبلي باستخدام البيانات التاريخية.

• المقاييس الرئيسية: ساعات الاستخدام السنوية القصوى للحمل (Tmax) ومعامل الحمل (LF) ومعامل الحمل (LF%).

3. التداخل البيئي وتقييم الارتباط

• تأثير درجة الحرارة

• يزيد كل 10 درجات مئوية في درجة حرارة البيئة من سعة المحول المحددة بنسبة حوالي 5% (بناءً على نماذج الشيخوخة الحرارية)، مما يتطلب التحقق من قدرة التحميل الزائد.

• تأثير الارتفاع

• يزيد كل 300 متر في الارتفاع من قوة العزل بنسبة حوالي 1%، مما يتطلب تعديلات في تصميم العزل أو خفض السعة.

• شدة التلوث

• تصنف وفقًا لـ IEC 60815 (مثل التلوث الخفيف والثقيل)، مما يؤثر على اختيار الأعمدة والعوازل والمسافة الانزلاقية.

4. طرق وأدوات التقييم

• النهج القائم على القياس

• يجمع بيانات الحمل الحقيقية عبر العدادات الذكية والرسامات، تليها التحليل الإحصائي (مثل توزيع معدل الحمل، الطيف التوافقي).

• النهج القائم على المحاكاة

• يستخدم برامج مثل ETAP أو DIgSILENT لنمذجة الأنظمة الكهربائية تحت سيناريوهات مختلفة.

• الصيغ التجريبية

• مثل صيغة معامل الحمل في IEC 60076 لتقدير سعة المحول بسرعة.

5. تطبيق نتائج التقييم

• اختيار السعة

• يحدد سعة المحول بناءً على معدل الحمل (مثل هامش التصميم 80%) وقدرة التحميل الزائد (مثل 1.5× التيار المعين لمدة ساعتين).

• توزيع الخسائر

• خسائر الحديد (PFe) مستقلة عن الحمل، بينما تتزايد خسائر النحاس (PCu) مع مربع الحمل، مما يتطلب التوازن بين خسائر عدم الحمل وخسائر الحمل.

• تحكم في ارتفاع درجة الحرارة

• يحسب درجات حرارة النقاط الساخنة للملفات بناءً على خصائص الحمل للتأكد من الامتثال لدرجات الحرارة الحرارية لمادة العزل (مثل الفئة A ≤105°C).

الخاتمة

يجب أن يقوم تقييم خصائص الحمل بتضمين نوع الحمل والديناميكيات الزمنية والتداخل البيئي باستخدام الطرق القائمة على القياس والمحاكاة والصيغ التجريبية لإنشاء نموذج متطور. تؤثر النتائج بشكل مباشر على اختيار السعة وتوزيع الخسائر والموثوقية التشغيلية، مما يشكل أساس تصميم محولات التوزيع.

• التحليل الاقتصادي

• يقارن عوائد الاستثمار لسعتين مختلفتين عبر تقييم تكلفة دورة الحياة (LCC).