تقييم جودة الطاقة المبني على البيانات في النظام الكهربائي بالمستشفى
| منشأة | مستشفى جامعة لامبونج, إندونيسيا - مستشفى تعليمي جامعي كبير |
| نقطة القياس | لوحة التوزيع الرئيسية (MDP) - أربع مجموعات بيانات, قياسات كهربائية ذات معدل أخذ عينات مرتفع |
| المعايير المطبقة | IEEE 1159 (التعاريف) · اللجنة الانتخابية المستقلة 61000-4-30 (طرق القياس) · معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 519 (حدود الامتثال) |
| الجهد & تكرار | متوافق - مستقر, ضمن الحدود الاسمية كما هو متوقع من إمدادات المرافق |
| TDD الحالي | غير متوافق - تجاوز IEEE 519 حدود عدة مرات |
| نسبة عدم توازن الجهد | غير متوافق - تجاوز المستويات المسموح بها لفترات أطول مما يسمح به المعيار |
| معامل القدرة | متخلفة - يشير إلى فقدان الطاقة التفاعلية وانخفاض كفاءة التوزيع |
| السبب الجذري | الأحمال غير الخطية غير المنضبطة (SMPS, UPS, VFDs, معدات التصوير) على التوزيع الداخلي |
| النتيجة الرئيسية | كانت إمدادات المرافق نظيفة - حيث نشأت جميع مشكلات PQ داخل نظام التوزيع الخاص بالمستشفى |
01 السياق والخلفية
تعرض دراسة الحالة هذه نتائج واسعة النطاق, تم إجراء تقييم جودة الطاقة متعدد العوامل في مستشفى جامعة لامبونج في إندونيسيا - وهو مستشفى تعليمي كبير يقدم الخدمات السريرية والأكاديمية. دراسة ناما, ديسبا, توجيونو, والنبلاء (2025) يمثل واحدة من أول صارمة, تقييمات PQ المبنية على البيانات في أحد مرافق الرعاية الصحية الكبرى في إندونيسيا, سد فجوة في الأدبيات الإقليمية حيث تناولت معظم دراسات PQ السابقة معلمة واحدة فقط بدلاً من الطيف الكامل للاضطرابات.[1]
تعد المستشفيات الحديثة من بين بيئات جودة الطاقة الأكثر تطلبًا في أي قطاع. مزيج الحمل غير خطي إلى حد كبير في نفس الوقت - مصادر الطاقة في وضع التبديل (SMPS) في أجهزة الكمبيوتر والشاشات, Variable Frequency Drives (VFDs) في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)., أنظمة UPS, معدات التصوير التشخيصي بما في ذلك أجهزة التصوير المقطعي والتصوير بالرنين المغناطيسي - وهي حساسة للغاية, مع مراقبة المريض, دعم الحياة, وأدوات التشخيص المعرضة لتشويه الشكل الموجي, الجهد عدم الاتزان, وانقطاع التيار الكهربائي.[1]
الأحمال غير الخطية الأكثر تطلبًا هي التصوير التشخيصي, أنظمة UPS, الكوابح الإلكترونية - هي نفس المعدات التي تولد التشوه التوافقي الذي يهدد الأدوات السريرية الحساسة المتصلة بنفس نظام التوزيع. يعد المستشفى في نفس الوقت أهم مصدر لاضطراب PQ الداخلي وضحيته الأكثر ضعفًا.
تعتبر الدراسة ذات قيمة خاصة لأنها تطبق المعايير المعترف بها دوليا طوال الوقت: IEEE 1159 للتعاريف, IEC 61000-4-30 لطرق القياس, ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات 519 لتقييم الامتثال. وهذا يجعل النتائج قابلة للمقارنة مباشرة مع دراسات PQ في ولايات قضائية أخرى وذات صلة بالممارسات الهندسية في أمريكا الشمالية وأوروبا, ليس فقط للسياق الإندونيسي.
02 منهجية القياس
نقطة القياس والأجهزة
تم أخذ القياسات في لوحة التوزيع الرئيسية (MDP) – النقطة الأساسية لتوزيع الإمدادات داخل المستشفى, أسفل مدخل خدمة المرافق وأعلى مغذيات التحميل الفردية. تم الحصول على أربع مجموعات بيانات باستخدام معدات القياس الكهربائية ذات معدل أخذ العينات العالي. تلتقط نقطة القياس هذه السلوك الإجمالي لجميع أحمال المستشفى كما يمكن رؤيتها من نقطة الإمداد الرئيسية, وهو الموقع الأكثر تمثيلاً لتقييم بيئة PQ الداخلية الشاملة.[1]
المعلمات المقاسة
تم حساب معلمات جودة الطاقة التالية بشكل منهجي من بيانات الشكل الموجي المسجلة:
- ثلاث مراحل الجهد والتيار - مقادير RMS وأشكال الموجة لجميع المراحل الثلاث
- تردد — الانحراف عن الاسمية 50 هرتز
- معامل القدرة - نسبة القوة الحقيقية إلى القوة الظاهرة, مع التصنيف البادئ/المتخلف
- نسبة عدم توازن الجهد (ثلج) - نسبة مكونات جهد التسلسل السلبي إلى مكونات جهد التسلسل الموجب وفقًا لتعريف المكونات المتناظرة التي تحددها اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC).
- التشوه التوافقي الكلي للجهد (ثد-V) و حالي (ثد-أنا)
- إجمالي الطلب على تشويه (TDD) - معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). 519 مقياس الامتثال للتشويه الحالي, يشار إلى ذروة تحميل الطلب الحالي
THD-I هي نسبة التيار التوافقي إلى التيار الأساسي اللحظي - يمكن أن تظهر عالية للغاية في ظل ظروف الحمل الخفيف عندما يكون التيار الأساسي صغيرًا. يقوم TDD بتطبيع التيار التوافقي إلى تيار حمل الطلب الأقصى للنظام (أناال), مما يوفر مقياسًا ثابتًا يعكس العبء الفعلي على الشبكة بغض النظر عن مستوى التحميل. IEEE 519 يحدد حدود TDD, لا حدود THD-I, على وجه التحديد لأن TDD هي الكمية التي تحدد تشويه الجهد الذي يراه جميع العملاء على نفس المصدر.[2]
تمت ملاحظة النمط التشغيلي
كشفت مجموعة البيانات عن وجود علاقة إيجابية قوية بين الحمل الكهربائي والجدول التشغيلي للمبنى. حدثت ذروة الأحمال الحالية باستمرار في أيام الأسبوع بين 06:30 و 17:30 (من الاثنين إلى الجمعة), مع انخفاض ملحوظ في عطلات نهاية الأسبوع. هذا النمط مهم لتقييم PQ: التشوه التوافقي, الجهد عدم الاتزان, وعامل الطاقة يختلف باختلاف تكوين الحمل, ولن يلتقط قياس لقطة واحدة النطاق الكامل للظروف التي يواجهها نظام التوزيع.[1]
03 النتائج الرئيسية
ملخص تقييم الامتثال
| المعلمة | معيار / حد | النتيجة الملحوظة | الامتثال |
|---|---|---|---|
| جهد الإمداد - الحجم | ضمن الحدود الاسمية | مستقر - يعني ضمن النطاق الاسمي | متوافق |
| تردد | 50 هرتز ± التسامح | مستقر - يتوافق مع إمدادات المرافق الجيدة | متوافق |
| نسبة عدم توازن الجهد (ثلج) | في 50160: ≥ 2% إلى 95% من الاسبوع | تجاوز المستوى المسموح به لفترات تتجاوز الحد المسموح به للمعيار | غير متوافق |
| TDD الحالي | IEEE 519: الحد يعتمد على أناSC/أناال نسبة | تجاوز IEEE 519 حدود عدة مرات | غير متوافق |
| معامل القدرة | من الناحية المثالية ≥ 0.90 المتخلفة | متأخر إلى حد ما - يشير إلى فقدان الطاقة التفاعلية | هامشي |
| نقطة القياس: لوحة التوزيع الرئيسية (MDP). المعايير: IEEE 1159 / IEC 61000-4-30 / IEEE 519. مصدر: ناما وآخرون.. (2025).[1] | |||
التشويه التوافقي — المشكلة المهيمنة
وكان التشويه التوافقي الحالي هو النتيجة الأكثر أهمية. تجاوز TDD في MDP IEEE 519 القيم الموصى بها بهامش كبير. وهذا يتوافق مع مزيج الحمل في المستشفى الحديث: SMPS في أجهزة الكمبيوتر, المراقبين, وإضاءة LED; أنظمة UPS; VFDs في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).; ومعدات التصوير التشخيصي عالية الطاقة - كلها أحمال غير خطية تضخ تيارات توافقية في نظام التوزيع الداخلي. تستشهد الأدبيات بحالة واحدة تم الإبلاغ عنها حيث أنتجت آلة التصوير الشعاعي وحدها THD حاليًا يتجاوز 100%.[1]
ثالث, التاسع, والخامس عشر والتيارات التوافقية (ثلاثي - مضاعفات فردية 3) هي كميات التسلسل الصفري. في نظام ثلاثي الطور يقومون بإضافة حسابيا في الموصل المحايد بدلا من الإلغاء. مستشفى ذو كثافة عالية من أحمال SMPS أحادية الطور - أجهزة الكمبيوتر, المراقبين, مصادر الطاقة LED - يمكن أن تنتج تيارات محايدة تتجاوز بشكل كبير تيار موصل الطور. موصل محايد الحجم في 100% سعة الطور - الإعداد الافتراضي القديم - أقل من الحجم المناسب لهذه الحالة وسوف ترتفع درجة حرارتها بصمت دون تعطيل أي جهاز يعمل بالتيار الزائد. يعد هذا خطرًا للحريق بالإضافة إلى مشكلة PQ.
عدم توازن الجهد
تجاوز عدم توازن الجهد المستويات المسموح بها لفترات تتجاوز ما يسمح به المعيار. في المستشفى, وهذا أمر مهم بشكل خاص بسبب أحمال المحركات ثلاثية الطور - ضواغط التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)., المشجعين, المضخات - حساسة لجهد التسلسل السلبي. عدم توازن الجهد 2% يمكن أن ينتج عدم توازن تيار الجزء الدوار بمقدار 6-10 أضعاف عامل عدم توازن الجهد, مع التدفئة الإضافية المقابلة وشيخوخة العزل المتسارعة. ترتبط موثوقية التدفئة والتهوية وتكييف الهواء بشكل مباشر براحة المريض ومكافحة العدوى - وهي نتيجة تمتد إلى ما هو أبعد من مجال الهندسة الكهربائية.
معامل القدرة
يشير عامل الطاقة المتأخر إلى أن نظام التوزيع يوفر طاقة تفاعلية للأحمال الحثية - في الغالب أحمال المحركات وأنظمة UPS - دون تعويض تفاعلي محلي. يزيد عامل القدرة المتأخر من التيار الظاهري في موصلات التوزيع والمحولات لتلبية طلب حقيقي معين على الطاقة, زيادة خسائر I²R وتقليل القدرة الفعالة لنظام التوزيع.
04 تحليل السبب الجذري
وكانت الأداة المساعدة ليست هي المشكلة
كانت قياسات الجهد والتردد في MDP مستقرة وضمن الحدود الاسمية - بما يتوافق مع إمدادات المرافق المنظمة جيدًا. كانت مشاكل PQ التي تمت ملاحظتها ذات أصل داخلي بالكامل: الناتجة عن الأحمال غير الخطية الخاصة بالمستشفى, يتم تداولها من خلال ممانعات التوزيع الداخلية الخاصة بالمستشفى, والتأثير على المعدات الحساسة الخاصة بالمستشفى. قدمت الأداة إمدادات نظيفة. أدت الأحمال الداخلية للمستشفى إلى تدهورها.
هذه هي النتيجة المركزية, وهو يتوافق مع إحصائية Fluke الميدانية المذكورة في دراسة حالة IPQDF 01: غالبية مشاكل PQ في مرافق الرعاية الصحية تنشأ داخل المنشأة. تعتبر حدود الامتثال لمقياس المرافق هي المكان الخطأ للبحث عن مصدر مشاكل المعدات الداخلية.
تركيز الحمل غير الخطي
تتمتع المستشفيات الحديثة بكثافة عالية بشكل استثنائي من الأحمال غير الخطية لكل وحدة مساحة أرضية مقارنة بأنواع المباني الأخرى. مراقبة كل مريض, كل وحدة تحكم في مضخة التسريب, كل محطة عمل الكمبيوتر, كل وحدة إنارة LED, وكل نظام UPS هو مصدر تيار توافقي. على عكس المنشآت الصناعية التي تتركز فيها الأحمال غير الخطية في مناطق إنتاج محددة, يتم توزيع الأحمال غير الخطية في المستشفى في جميع أنحاء كل جناح, كل ممر, كل مكتب إداري, وكل غرفة تشخيصية - متصلة بنفس نظام التوزيع مثل المعدات السريرية الأكثر حساسية.
العلاقة القوية بين مشاكل PQ وساعات العمل (ذروة أيام الأسبوع 06:30-17:30) يخبر المهندس بالضبط ما الذي يجب البحث عنه: المصادر التوافقية هي المعدات التي يتم تشغيلها خلال ساعات العمل السريرية – التصوير التشخيصي, مراقبة المريض, أحمال الجناح الجراحي. يؤكد التخفيض في عطلة نهاية الأسبوع أن البيئة التوافقية الأساسية من الأحمال المستمرة (تبريد, إضاءة الطوارئ, أنظمة الأمن) يمكن التحكم فيه; إنه الحمل السريري الذي يدفع MDP إلى IEEE 519 حد TDD.
05 توصيات
حدد مؤلفو الدراسة تدابير التخفيف التالية كأولويات:[1]
- الترشيح التوافقي النشط (مؤسسة الحرمين) — الإلغاء التكيفي للتيارات التوافقية عند MDP أو عند مغذيات الأحمال الفردية. يتكيف AHF مع تركيبة الحمل المتغيرة طوال اليوم السريري, مما يجعلها مناسبة تمامًا للبيئة التوافقية المتغيرة للمستشفى
- معادلة التحميل عبر المراحل - إعادة التوزيع المنهجي للأحمال أحادية الطور بين المراحل الثلاث لتقليل اختلال الجهد عند MDP
- تعويض الطاقة التفاعلية — بنك مكثف محلي أو تعويض تفاعلي نشط لتحسين معامل القدرة وتقليل خسائر الموصل
- مراجعة حجم الموصل المحايد — تقييم التحميل الثلاثي التوافقي المحايد عبر نظام التوزيع, مع تكبير الحجم عند الاقتضاء
- المراقبة المستمرة القائمة على إنترنت الأشياء — نظام مراقبة PQ في الوقت الفعلي في MDP وفي لوحات التوزيع الفرعية الرئيسية, توفير إنذار مبكر لتطور المشاكل التوافقية قبل حدوث عطل في المعدات
يلتقط مسح PQ لمرة واحدة لقطة. تتغير بيئة PQ في المستشفى مع كل نوبة عمل, كل موسم, وكل إضافة المعدات. إن العلاقة بين الجدول التشغيلي والتحميل التوافقي الموضح في هذه الدراسة تدعم بقوة المراقبة الدائمة في MDP - وليس المسح الدوري. تكلفة نظام المراقبة هي جزء بسيط من تكلفة فشل جهاز تشخيصي واحد بسبب خلل التحكم الناتج عن التوافقيات.
06 منظور جودة الطاقة
هذه الدراسة عبارة عن عرض توضيحي لمفارقة الامتثال الموضحة في النظرة العامة الفنية لـ IPQDF حول جودة الطاقة. كان إمداد المرافق متوافقًا. IEEE 519 في PCC لن تظهر أي خطأ. لكن داخل المستشفى, كان TDD يتجاوز IEEE 519 حدود بفارق كبير, كان عدم توازن الجهد خارج المواصفات, وكان عامل الطاقة متخلفًا، وهي جميعها ظروف تهدد بشكل مباشر موثوقية المعدات السريرية وسلامة نظام التوزيع.
من خلفية هندسة المرافق, النتيجة ليست مفاجئة. يعرف مهندسو المرافق أن PCC هي حدود تعاقدية ومترولوجية, ليست حدود حماية للمعدات الداخلية للعميل. يصبح الإمداد النظيف عند العداد إمدادًا مشوهًا داخل المنشأة لحظة تنشيط الأحمال غير الخطية الخاصة بالمنشأة. تعتمد درجة التشويه على المعاوقة الداخلية لنظام التوزيع, على عكس شبكة المرافق, غير مصمم لاستيعاب التيارات التوافقية الكبيرة دون تشويه الجهد.
تمثل هذه الدراسة من إندونيسيا نتيجة تتكرر عبر تقييم PQ لمرافق الرعاية الصحية في سلسلة دراسات الحالة IPQDF: توفر الأداة إمدادات نظيفة; المستشفى يحطها داخليا. إن الاستجابة الهندسية لا تتمثل في المطالبة بجودة أفضل لإمدادات المرافق، بل تتمثل في إجراء تدقيق داخلي لـ EMC, قم بالقياس عند أطراف المعدات وليس عند مدخل الخدمة, ومعالجة المصادر التوافقية وأوجه القصور في نظام التوزيع التي لم يتم تصميم معايير المنفعة للتحكم فيها على الإطلاق. تعد عمليات تدقيق EMC داخل المنشأة ذات قيمة. ويكون الاسترداد سريعًا - خاصة في مجال الرعاية الصحية, حيث يمكن أن تؤدي تكلفة فشل أداة التشخيص أو حريق موصل محايد إلى تقزيم تكلفة التدقيق والتخفيف مجتمعة.
المراجع
- اسم فوردا المستمر, ديكبرايد ديسبا, توجيونو, النبيل. “التقييم المبني على البيانات لجودة الطاقة في الأنظمة الكهربائية بالمستشفيات: دراسة حالة جامعة لامبونج, أندونيسيا.” المجلة الدولية للهندسة الكهربائية والإلكترونية, طيران. 12, لا. 12, ص. 104-116, 2025. دوى: 10.14445/23488379/إيجي-V12I12P108. الوصول المفتوح تحت CC BY-NC-ND 4.0.
- IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 519-2022. معيار IEEE للتحكم التوافقي في أنظمة الطاقة الكهربائية. IEEE, نيويورك, NY, 2022.
- IEEE الأمراض المنقولة جنسيا 1159-2019. الممارسة الموصى بها من IEEE لمراقبة جودة الطاقة الكهربائية. IEEE, نيويورك, NY, 2019.
- IEC 61000-4-30:2015+AMD1:2021. التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) - جزء 4-30: أساليب قياس جودة الطاقة. IEC, جنيف.
تعتمد دراسة الحالة هذه على مقالة بحثية مفتوحة الوصول منشورة تحت CC BY-NC-ND 4.0:
اسم GF, ديسبا د, توجيونو, نوبل س. “التقييم المبني على البيانات لجودة الطاقة في الأنظمة الكهربائية بالمستشفيات: دراسة حالة جامعة لامبونج, أندونيسيا.” المجلة الدولية للهندسة الكهربائية والإلكترونية, 12(12), 104-116, 2025.
دوى: 10.14445/23488379/إيجي-V12I12P108 · اقرأ المقال الأصلي →
يتم تقديم دراسة الحالة هذه في شكل ملخص وتعليق للأغراض التعليمية بموجب شروط الوصول المفتوح للمنشور الأصلي (CC BY-NC-ND 4.0). قسم منظور PQ (قسم 6) يمثل التعليق التحريري لـ IPQDF بقلم دينيس روست, ماجستير. (مُطبَّق), عين المهندس. (متقاعد.). لا تدعي IPQDF تأليف البحث الأصلي.