الطاقة الشمسية مقابل حصاد الطاقة عبر CT لمراقبة الخطوط الهوائية

تستمد وحدات حصاد الطاقة بمحولات التيار CT قدرة 1.5 W من موصل يحمل تيارًا مقداره 20 A، بينما توفر ألواح الطاقة الشمسية 6 W من أربع ساعات من ضوء الشمس. نظريًا، يعتمد أحدهما على خط الكهرباء والآخر على السماء. والسؤال الحقيقي لمهندس شركات المرافق عند تحديد مواصفات نظام مراقبة خطوط الكهرباء ليس أي المصدرين «أفضل» — بل ما هو نمط التعطل الذي يمكنكم تحمله.

يستعرض هذا المقال النهجين السائدين للتغذية بالطاقة لأجهزة مراقبة خطوط نقل الكهرباء الهوائية، بُعدًا تلو الآخر، لتتمكنوا من مواءمة ظروف التركيب والتشغيل في مشروعكم مع بنية الطاقة المناسبة.

معضلة ميزانية الطاقة

تحتاج كل حمولة لمراقبة خطوط نقل الكهرباء — سواء كانت تقيس تدلي الموصلات، أو درجة الحرارة، أو الاهتزاز، أو الترنح (galloping)، أو أحمال الجليد — إلى طاقة مستمرة في موقع يستحيل تمديد الكابلات إليه؛ حيث تقومون بتثبيت الأجهزة بمشبك على موصل حي مكهرب أو تركيبها على برج بارتفاع مئات الأقدام في الهواء.

ميزانية الطاقة لعقدة مراقبة نموذجية:

ليست هذه طاقة كبيرة، لكن يجب أن تتوفر على مدار 24/7 طوال 365 يومًا، خلال العواصف الجليدية، وموجات الحرارة، والليالي عديمة الرياح، وعند انخفاض تيار الموصل إلى ما يقارب الصفر خلال ساعات خارج الذروة.

تهيمن بنيتان على السوق: حصاد الطاقة بمحول التيار (CT) من الموصل نفسه، وألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على البرج أو على هيكل الجهاز.

حصاد الطاقة بمحولات التيار CT: المواصفات والحدود

تُثبت وحدة حصاد الطاقة بمحول التيار CT بمشبك حول الموصل وتستحث تيارًا من المجال المغناطيسي المتولد عن تدفق التيار في الخط. وتتناسب القدرة المتاحة طرديًا مع التيار الأولي المار في الموصل.

خرج الطاقة المحصودة مقابل تيار الخط

تقع العتبة الحرجة حول 5–20 A. فأقل من 5 A، تعجز معظم وحدات حصاد الطاقة بمحولات التيار CT عن تشغيل حمولة المراقبة دون تدوير تشغيلي عميق (الإرسال مرة كل 15–30 دقيقة بدلاً من كل 1–5 دقائق). وبناءً على اختبارات منتجاتنا، فإن تيارات أولية تتراوح بين 5–20 A توفر حوالي 1.5 W أو أكثر للدوائر اللاحقة — وهو ما يكفي للتشغيل المستمر مع وحدة 4G، وGPS، ومصفوفة أجهزة استشعار تعمل بدورات تشغيلية قياسية.

الحالات التي يتفوق فيها حصاد الطاقة بمحولات التيار CT

• خطوط النقل الرئيسية ذات الحمل المرتفع التي تحافظ على تيار يتجاوز 50 A في معظم الأوقات
• الأجهزة المثبتة على الموصلات حيث يستقر جهاز الاستشعار مباشرة على الخط (أجهزة مراقبة تدلي الموصلات، وأجهزة استشعار التصنيف الديناميكي لخطوط النقل)
• مواقع التركيب التي يكون فيها تركيب ألواح الطاقة الشمسية غير عملي (عدم وجود أسطح مستوية على البرج، أو تراكم الجليد الكثيف الذي يغطي الألواح)

الحالات التي يفشل فيها حصاد الطاقة بمحولات التيار CT

• خطوط التوزيع ذات الأحمال المتغيرة — خط التغذية الذي ينخفض تياره إلى 2 A عند الساعة 3 صباحًا يحرم وحدة الحصاد من الطاقة
• التباين الموسمي في الأحمال — الخط الذي يحمل 80 A صيفًا و8 A شتاءً يسبب عجزًا في الطاقة لعدة أشهر متتالية
• مراقبة خطوط الإنشاءات الجديدة — قد لا تحمل الخطوط الخاضعة للتشغيل التجريبي أي تيار لأسابيع بينما تكون أجهزة المراقبة مثبتة بالفعل
• المشروعات التي تتطلب موثوقية تشغيلية بديلة صارمة — إذا انقطع الخط، ستفقدون العنصر الخاضع للمراقبة والطاقة اللازمة لإرسال التقارير معًا

تلك النقطة الأخيرة هي الأكثر تجاهلاً من جانب شركات المرافق أثناء عمليات الشراء. فالنظام المعتمد على محولات التيار CT وحدها يمتلك نقطة فشل فردية وحيدة: تيار الموصل نفسه. وتتدهور موثوقية حصاد الطاقة بشكل غير خطي عندما يقل التيار الأولي عن 5 A، مع انخفاض حاد في الخرج أثناء ظروف الحمل المنخفض.

التغذية بالطاقة الشمسية: المواصفات والحدود

يقوم لوح الطاقة الشمسية الكهروضوئي المثبت على هيكل البرج أو المدمج في علبة جهاز المراقبة بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية بمعزل تام عن حالة موصل الكهرباء.

خرج الطاقة الشمسية مقابل الظروف الجوية

يوفر مدخل طاقة شمسية اسمي بقدرة 6 W مع كفاءة وحدة تبلغ نحو 22% — وهي نموذجية للخلايا أحادية البلورة المستخدمة في هذه التطبيقات — طاقة يومية كافية في معظم الظروف المناخية لتشغيل حمولة المراقبة وشحن بطارية الدعم الاحتياطية.

الاستقلالية الذاتية للبطارية هي المواصفة الفعلية الأهم

لا تشكل قدرة اللوح أهمية كبرى إذا عجزت البطارية عن تحمل الحمل خلال فترات غياب الشمس. وهنا يتجلى فارق التصميم الهندسي بين منصات المراقبة الاحترافية والأنظمة التجريبية الأولية.

تستخدم منصة طاقة الخطوط الهوائية JK لدينا حزمة بطاريات ليثيوم أيون بقدرة 7.4V / 10Ah — أي ما يقارب 3 أيام من الاستقلالية الذاتية عند الحمل النموذجي، وهو ما يكفي لتغطية فترات الغيوم الممتدة في معظم مناطق التشغيل. وللخطوط المعرضة لتشكل الجليد، نقوم بتصنيع جهاز المراقبة GB «Ice Sprite» ببطارية أكبر سعة 9.6V / 14Ah مع نظام حصاد طاقة مزدوج (الحث بالتيار المتردد AC من الموصل بالإضافة إلى لوح شمسي)، لأن مناطق مراقبة الجليد هي تحديدًا المواقع التي يتراجع فيها أداء كل من الطاقة الشمسية ومحولات التيار CT في وقت واحد.

الحالات التي تتفوق فيها التغذية بالطاقة الشمسية

• أي جهاز مثبت على البرج مع تعرض جزئي على الأقل للسماء
• خطوط التوزيع منخفضة التيار التي لا يمكن الاعتماد فيها على حصاد الطاقة بمحولات التيار CT
• بنى الطاقة ذات الموثوقية البديلة (الطاقة الشمسية كمصدر أساسي، مع محول التيار CT كمصدر تكميلي)
• تركيبات ما قبل التشغيل التجريبي — تعمل الألواح قبل توصيل التيار بالخط

التحديات التي تواجه التغذية بالطاقة الشمسية

• مناطق تراكم الجليد والثلوج الكثيفة دون توفر وسائل تنظيف ذاتي
• ممرات الغابات الكثيفة التي تقلل ضوء الشمس الفعلي إلى 1–2 ساعة يوميًا
• الأجهزة المثبتة بمشبك على الموصلات ذات المساحة السطحية المحدودة لتركيب الألواح

مقارنة مباشرة وجهاً لوجه

لا يوجد خيار واحد يتفوق في جميع المعايير، وهذا هو جوهر المسألة؛ فالخيار الصحيح يعتمد على المعايير التشغيلية المحددة لخطوطكم.

البنية الهجينة: لماذا تعتمد معظم المشروعات الكبرى على كلا المصدرين

يتجه التوجه العام في منصات المراقبة المخصصة لشركات المرافق نحو بنى الطاقة الهجينة التي تجمع بين حصاد محولات التيار CT والطاقة الشمسية. وتحقق بنى الطاقة الهجينة ثنائية المصدر المصممة بإتقان مستويات جاهزية تشغيلية مرتفعة للغاية في البنية التحتية للشبكات البعيدة، متفوقة بفارق شاسع على بنى المصدر الواحد.

المنطق الهندسي هنا مباشر:

1. حصاد محولات التيار CT يغطي الفترات الليلية والأيام الغائمة طالما كان الخط محملًا بالتيار
2. الطاقة الشمسية تغطي فترات التيار المنخفض ومراحل ما قبل التشغيل التجريبي، وتعمل كمصدر بديل عند انخفاض تيار الخط
3. البطارية تسد الفجوات عند تراجع أداء كلا المصدرين معًا

تدمج منصة طاقة الخطوط الهوائية JK لدينا بين حصاد الطاقة بمحولات التيار CT من الموصل، ولوح شمسي منحنٍ متوافق مع شكل العلبة، ونظام داخلي لإدارة البطارية، ومخارج DC منظمة لتغذية حمولة المراقبة. وتُثبت الوحدة عبر أدوات تثبيت بمشبك دون الحاجة لإجراء أي تعديلات على الموصل أو البرج، مع إمكانية التركيب على الخطوط الحية المكهربة باستخدام عصي العزل القياسية (hot-stick).

يعني هذا النهج الهجين استمرار النظام في إرسال البيانات بدقة حتى في الظروف الأكثر حرجًا التي تحتاجون فيها إلى بيانات المراقبة: العواصف، وظروف تشكل الجليد، وأعطال الخطوط.

إطار اتخاذ القرار: أي بنية تلائم ظروف مشروعكم

لا تبدأوا بسؤال «طاقة شمسية أم محولات CT؟»، بل ابدأوا بفحص معايير خطوطكم.

اختاروا الاعتماد على محولات التيار CT كمصدر أساسي (مع دعم شمسي) عندما:

• يظل الحد الأدنى لتيار الخط أعلى من 20 A على مدار العام
• تكون الأجهزة المطلوبة مثبتة على الموصلات مباشرة (أجهزة استشعار تدلي الموصلات، وأجهزة التصنيف الديناميكي لخطوط النقل DLR)
• تكون أسطح تركيب الألواح غير متوفرة أو معرضة لتراكم الجليد
• يتطلب المشروع حدًا أدنى من الوزن على الموصل ويكون جهاز الاستشعار مثبتًا بالفعل بمشبك

اختاروا الاعتماد على الطاقة الشمسية كمصدر أساسي (مع محولات CT كمصدر تكميلي) عندما:

• يكون تيار الخط متغيرًا أو ينخفض إلى ما دون 10 A خلال ساعات خارج الذروة
• يُثبت الجهاز على هيكل البرج وليس على الموصل نفسه
• يكون التركيب والتشغيل جاريين قبل إطلاق التيار في الخط
• تكون مراقبة الأعطال من بين متطلبات المشروع (الحاجة لتغذية الطاقة عند تعطل الخط)

اختاروا الاعتماد على الطاقة الشمسية وحدها عندما:

• لا تتوفر إمكانية حصاد الطاقة بمحولات التيار CT (خطوط ذات تيار منخفض للغاية، أو خطوط تيار مستمر DC)
• يكون التثبيت مقصورًا على البرج دون إمكانية الوصول إلى الموصل
• تكون حمولة المراقبة منخفضة الاستهلاك (تقنية LoRa، بمتوسط أقل من 0.5 W)

على سبيل المثال، يعمل جهاز WD لمراقبة ترنح الموصلات لدينا بالطاقة الشمسية وحدها مع بطارية بقدرة 3.7V / 6Ah وتقنية LoRa اللاسلكية؛ نظرًا لأن أجهزة مراقبة الترنح تُركب على البرج وليس على الموصل، كما أن الاستهلاك الضئيل لتقنية LoRa يجعل إضافة حصاد محولات التيار CT عبئًا غير مبرر.

قائمة التحقق لورقة المواصفات الفنية قبل تقديم الطلب

قبل اعتماد أي بنية طاقة، يرجى التأكد من المعايير التالية مع مورد أنظمة المراقبة لديكم:

• الحد الأدنى والأقصى لتيار الموصل (النطاق السنوي الكامل، وليس قيمة الذروة فقط)
• المساحة المتاحة لتركيب لوح الطاقة الشمسية (الأبعاد، والاتجاه)
• ميزانية الطاقة المطلوبة لحمولة المراقبة (المتوسط والذروة)
• متطلبات الاستقلالية الذاتية للبطارية (كم عدد الأيام التي يجب أن يصمدها الجهاز دون أي توليد للطاقة؟)
• معدل تكرار ومدة تشكل الجليد أو تراكم الثلوج في موقع التركيب
• استهلاك الطاقة لبروتوكول الاتصال (LoRa مقابل 4G مقابل الاتصال بالأقمار الصناعية — إذ يصل الفارق إلى 10 أضعاف)
• ما إذا كان التركيب على الخطوط الحية المكهربة مطلوبًا (مما يؤثر على اختيار أدوات وهياكل التثبيت)

إذا عجز المورد عن الإجابة على هذه الأسئلة بأرقام محددة، فهذا مؤشر خطر؛ فالتغذية بالطاقة هي نمط الفشل الأكثر شيوعًا في مراقبة الخطوط الهوائية — لذا احرصوا على ضبطها بدقة قبل الانشغال بدقة أجهزة الاستشعار أو تحليلات البيانات.

الخطوات التالية

راجعوا بيانات مسح خطوطكم، وحددوا الحد الأدنى لتيار الموصل على مدار عام كامل — الحد الأدنى الفعلي وليس المتوسط. فإذا كان يتجاوز 20 A بثقة، فإن النظام الهجين المعتمد أساسًا على محولات التيار CT سيكون خيارًا مثاليًا. أما إذا كان ينخفض إلى ما دون 10 A لأي فترة ممتدة، فستحتاجون إلى الطاقة الشمسية كمصدر أساسي.

بعد ذلك، أرسلوا لنا معايير خطوطكم — نطاق تيار الموصل، وقيود التركيب على البرج، وحمولة المراقبة المستهدفة. نحن نوفر منصة طاقة الخطوط الهوائية JK بتشكيلات قابلة للتخصيص تجمع بين محول التيار CT + الطاقة الشمسية + البطارية، تحديدًا لأنه لا يوجد موقعا تركيب يتطابقان في ظروف الطاقة. سنؤكد لكم مدى التوافق ونوصي ببنية الطاقة المناسبة قبل اعتمادكم لأي معدات.

وإذا كنتم لا تزالون في مرحلة التقييم الأولية، فإن تشكيلة الألواح الشمسية الصغيرة لدينا تتضمن ألواحًا بقدرات تتراوح بين 0.1 W و25 W — ويُستخدم الكثير منها في تطبيقات مراقبة خطوط الكهرباء. وفي حال الحاجة إلى أشكال غير قياسية أو أسطح منحنية، يمكن لخدمتنا في توفير ألواح شمسية حسب الطلب مواءمة الأبعاد الهندسية للوح مع علبة جهازكم بدقة.