تصنيف وتقييم مؤشر الحالة لكابلات الطاقة المصنوعة من البولي إثيلين مشبع بالتشابك (XLPE) بجهد 34.5 كيلو فولت

لماذا يهم تقدم عمر الكابلات في الحياة اليومية

تعتمد المدن الحديثة على كابلات الطاقة ذات الجهد العالي المدفونة تحت الأرض لتوصيل الكهرباء بهدوء إلى المنازل والمستشفيات والصناعات. على مدى سنوات التشغيل في بيئات شديدة الحرارة ومطالِبة، يتآكل عازل البلاستيك داخل هذه الكابلات ببطء، مما يزيد من خطر انقطاع التيار والأعطال المكلفة. تنظر هذه الدراسة داخل كابلات XLPE حقيقية بجهد 34.5 كيلو فولت كانت قيد التشغيل لمدة 5 و10 سنوات، وتقترح «درجة صحة» عملية يمكن أن تساعد شركات الكهرباء على اتخاذ قرار متى يجب إجراء صيانة أو إصلاح أو استبدال أصولها قبل حدوث مشاكل.

نظرة داخل كابلات الطاقة المتقدمة في العمر

بدلاً من الاعتماد على اختبارات تقدم عمر صناعية قصيرة في المختبر، حصل الباحثون على مقاطع من كابلات XLPE كانت تعمل فعلاً لسنوات في منطقة ذات درجات حرارة عالية من شبكة الكهرباء السعودية. قارنوا عينات «صحية» و«معطوبة» بعد 5 و10 سنوات من الخدمة. باستخدام مجموعة من الأدوات المتقدمة — مجاهر إلكترونية، تصوير بالأشعة السينية، تحليل حراري، مطيافية تحت الحمراء، وانتثار الأشعة السينية — فحصوا كيف تتغير البنية الداخلية وكيمياء العازل مع الزمن. كما قاسوا مدى سهولة انهيار المادة تحت الجهد العالي ومدى مقاومتها للشد، مما أعطى صورة كاملة عن وضعها المجهرِي وأدائها في العالم الحقيقي.

كيف يتآكل المادي تدريجياً

أظهرت الصور التفصيلية أن العزل الصحي يحافظ على أسطح نسبياً ناعمة ومناطق داخلية مرتبة، بينما تطور القطع المعطوبة أخدودات وميكشقوق وفراغات صغيرة يمكن أن تعمل كنقاط بداية للفشل الكهربائي. أظهرت الاختبارات الحرارية أنه مع تقدم عمر الكابلات، تصبح المناطق البلورية المنظمة جيداً في البلاستيك أقل مثالية وأكثر امتزاجاً بمناطق لينة وغير منتظمة. أكدت قياسات حيود الأشعة السينية أن نوع البلورة الأساسي في البولي إثيلين لا يتغير، لكن مستوى انتظامها ينخفض تدريجياً، خاصة في العينات المعطوبة بعد 10 سنوات. معاً، ترسم هذه النتائج صورة لمادة يضعف «هيكلها الداخلي» تدريجياً بفعل الحرارة والإجهاد الكهربائي على المدى الطويل، حتى عندما يظل الأكسدة الكيميائية الظاهرة منخفضة بشكل مفاجئ.

ماذا يفعل التقدم في العمر للقوة الكهربائية والميكانيكية

تظهر عواقب هذا التلف البنيوي الهادئ بوضوح في اختبارات الأداء. عند تعريضها لجهد عالٍ متزايد، تميل عينات العزل الصحية إلى الانهيار عند مستويات أعلى وأكثر انتظاماً، في حين تتعرض العينات المعطوبة للفشل أبكر ومع تشتت أكبر. في المتوسط، تنخفض مقاومة الانهيار بنحو 14% بعد 5 سنوات وأكثر من 20% بعد 10 سنوات في أكثر القطع تدهوراً. يقل جهد التفريغ السطحي — وهو مقياس لمدى قدرة الكابل على تحمل التفريغ على سطحه الخارجي — بنحو النصف بين عينات صحية بعمر 5 سنوات وعينات معطوبة بعمر 10 سنوات. في الوقت نفسه، تكشف الاختبارات الميكانيكية أن المادة تصبح أقل صلابة وقابلية للتمدد: تنخفض قوة الشد من نحو 25 ميجا باسكال في العوازل الأصغر سناً والصحية إلى حوالي 18 ميجا باسكال في العينات المعطوبة بعد 10 سنوات، وينخفض الاستطالة قبل الكسر من ما يقرب من 1000% إلى أقل من 400%، مما يشير إلى هشاشة كبيرة.

تحويل قياسات كثيرة إلى درجة صحة واحدة

لتحويل مجموعة الاختبارات المعقدة هذه إلى أداة يمكن لمديري الأصول استخدامها فعلاً، وضع المؤلفون مؤشر صحة الكابل (CHI). يجمع هذا المؤشر خمسة مؤشرات رئيسية — مقاومة الانهيار، ثابت العزل، خسارة العازل، قوة الشد، والاستطالة عند الكسر — في درجة مئوية واحدة تتدرج من «ممتاز» إلى «تدهور شديد». بدلاً من الاعتماد على تقدير الخبراء لتحديد أهمية كل معلمة، طبقوا طريقتين رياضيتين معروفتين، هما طريقة الانتروبيا وطريقة CRITIC، اللتان تعطيان تلقائياً وزناً أعلى للقياسات التي تتباين بقوة بين العينات وتحمل معلومات فريدة. من خلال مزج هاتين الطريقتين، أنشأوا نظام وزن متكامل يجعل مؤشر CHI حساساً ومتوازناً عبر تقدم العمر الكهربائي والميكانيكي.

من بصيرة المختبر إلى صيانة شبكة أكثر ذكاءً

عند اختباره على 20 مقطعاً مختلفاً من الكابل، نجح مؤشر CHI المتكامل في مطابقة الحالة المعروفة فعلياً للكابلات، مفصلاً العينات الصحية، والمتقدمة معتدلاً في العمر، والمحرِضة للانتباه، والمتدهورة بشدة بدقة عالية. عملياً، يمكن لمثل هذا المؤشر أن يسمح لشركات الكهرباء بترتيب كابلاتها تحت الأرض حسب مستوى الخطر، وإعطاء أولوية لفحوصات والاستبدال، وتمديد عمر الأصول التي لا تزال سليمة بدلاً من استبدالها مبكراً. بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة هي أن الدراسة تُظهر كيف يمكن للفحص الدقيق لكابلات العالم الحقيقي، مقترناً بتحليل بيانات ذكي، تحويل مجموعة من القياسات الفنية إلى «درجة صحة» واضحة وقابلة للتنفيذ تساعد على إبقاء الإنارة أكثر موثوقية وبتكلفة فعّالة.

الاستشهاد: Salem, A.A., Hamanah, W.M., Al-Ameri, S.M. et al. Characterization and health index assessment of 34.5 kV cross-linked polyethylene (XLPE) power cables. Sci Rep 16, 12599 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41193-z

الكلمات المفتاحية: كابلات طاقة XLPE, تقدم عمر الكابل, مؤشر صحة العزل, موثوقية الجهد العالي, الصيانة المعتمدة على الحالة