بالنسبة للمبتدئين في مجال الكهرباء، قد يكون فهم معدات التوزيع وتصنيفاتها المختلفة أمرًا صعبًا. فبينما تغطي مناهج الهندسة مفاهيم معدات التوزيع، غالبًا ما توجد فجوة بين التعليم الأكاديمي وتطبيقات الصناعة العملية. ومن واقع خبرتي، أود تقديم لمحة عامة موجزة عن معدات التوزيع وتصنيفاتها لسد هذه الفجوة.
يشير مصطلح "معدات التبديل" إلى المعدات المصممة لنقل التيارات الكهربائية وتوصيلها وقطعها في الظروف العادية وغير العادية. وهي تعزل الأجزاء المعطوبة من النظام الكهربائي لحماية الأرواح والممتلكات من أي أضرار محتملة.
يمكن تصنيف معدات التبديل بناءً على عدة معايير، بما في ذلك فئة الجهد، ونوع التثبيت، ووسيط العزل، وموضع الشبكة.
تُصنف معدات التوزيع الكهربائية عمومًا إلى ثلاث فئات بناءً على مستويات الجهد:
معدات التوزيع الكهربائية منخفضة الجهد (LV): تعمل بجهد أقل من 1 كيلو فولت، وتُستخدم عادةً في دوائر إلكترونيات الطاقة. ومن الأمثلة على ذلك وحدات الصمامات الكهربائية، والصمامات عالية السعة (HRC)، وقواطع الدائرة الهوائية (ACB)، وقواطع الدائرة المصغرة (MCB)، وقواطع الدائرة المصبوبة (MCCB).
معدات التوزيع الكهربائية متوسطة الجهد (MV): تغطي مستويات الجهد من 1 كيلو فولت إلى 33 كيلو فولت. تشمل الأنواع الشائعة قواطع الدائرة الزيتية السائبة (BOCB)، وقواطع الدائرة الزيتية الدنيا (MOCB)، وقواطع الدائرة سادس فلوريد الكبريت (SF6)، وقواطع الدائرة الفراغية (VCB)، وقواطع الدائرة الخالية من SF6.
معدات التبديل عالية الجهد (HV): تتراوح من 33 كيلو فولت إلى 220 كيلو فولت، مع تصنيفات إضافية:
الجهد الفائق (EHV): من 220 كيلو فولت إلى 760 كيلو فولت
الجهد الفائق (UHV): أعلى من 800 كيلو فولت
2. نوع التركيب
يمكن تصنيف معدات التبديل حسب مكان تركيبها:
معدات التبديل الداخلية: مُغلقة داخل بيئة مُتحكم بها، بتصنيفات حماية من الدخول (IP) تتراوح من IP1X إلى IP6X. تُصنف هذه المعدات أيضًا على النحو التالي:
معدات التبديل المُغلقة بالمعدن: مُغلقة بالكامل بصفائح معدنية تُحيط بأجهزة القطع الأولية والصمامات.
معدات التبديل المُغلفة بالمعدن: تصميم مُقسّم إلى أقسام منفصلة لقواطع الدائرة، والمُرحّلات، والعدادات، مما يُعزز السلامة.
أمثلة: العوازل الداخلية، وقواطع الدائرة المتغيرة (VCB)، والوحدات الرئيسية الحلقية (RMU).
المزايا: موثوقة، ومُدمجة، وسهلة الصيانة، وأقل تأثرًا بالعوامل البيئية.
القيود: تكلفة أولية أعلى.
مفاتيح التوزيع الخارجية: مصممة للتركيبات في الهواء الطلق مع حماية من العوامل البيئية مثل المطر والغبار. تُستخدم عادةً في تطبيقات الجهد العالي، والجهد العالي جدًا، والجهد الفائق.
أمثلة: ألواح VCB المغطاة بالبورسلين، والعوازل الخارجية، ووحدات التفريغ، ومحطات التوزيع الثانوية المدمجة (CSS).
المزايا: مناسبة لتوزيع الطاقة على نطاق واسع.
القيود: كبيرة الحجم، وتتطلب مساحة أكبر وصيانة أكبر.
3. وسط العزل
يمنع وسط العزل في مفاتيح التوزيع حدوث القوس الكهربائي غير المقصود، ويحدد حجمها وأدائها.
مفاتيح التوزيع المعزولة بالهواء (AIS): تستخدم الهواء الطبيعي كوسط عازل. على الرغم من فعاليتها من حيث التكلفة، إلا أنها تتطلب مساحة أكبر نظرًا لانخفاض قوة العزل الكهربائي للهواء.
مفاتيح التوزيع المعزولة بالزيت: تستخدم زيتًا عازلًا، مما يوفر قوة عزل كهربائي وخصائص تبريد أفضل، ولكنها تتطلب صيانة دورية.
معدات التوزيع المعزولة بالغاز: مُغلَّفة بعزل إيبوكسي، مما يجعلها مدمجة وصديقة للبيئة. ومع ذلك، قد تؤثر عيوب التصنيع على موثوقيتها.
معدات التوزيع المعزولة بالغاز (GIS): تستخدم غاز SF6 المضغوط لعزل فائق وتصميم مدمج. ومع ذلك، يُثير SF6 مخاوف بيئية كبيرة.
معدات التوزيع الخالية من SF6 (عزل الهواء الجاف الصديق للبيئة): تستخدم الهواء الجاف كبديل لـ SF6، مما يوفر مزايا GIS مع الحفاظ على البيئة.
مثال: جهاز Nuventura NU1 هو جهاز توزيع معزول بالغاز (GIS) معتمد من IEC، وخالٍ من SF6، ويعمل بجهد متوسط (حتى 36 كيلو فولت) للتوزيع الأساسي.
4. موقع الشبكة
يمكن أيضًا تصنيف معدات التوزيع بناءً على موقعها في شبكة توزيع الطاقة:
معدات التوزيع الأساسية: تتحمل تيارات أعطال أعلى (عادةً ما تزيد عن 20 كيلو أمبير)، وتُستخدم بالقرب من محولات الجهد العالي لتوفير حماية كاملة من الجهد والتيار. قواطع الدائرة هي أجهزة القطع الأساسية.
مثال: وحدة NU1 من شركة Nuventura، وهي وحدة توزيع رئيسية خالية من سادس فلوريد الكبريت (SF6) بجهد 36 كيلو فولت.
معدات التوزيع الثانوية: تعمل عند تيارات عطل منخفضة (أقل من 20 كيلو أمبير) وتيارات عادية (أقل من 630 أمبير)، وتقع عادةً بالقرب من محولات الجهد المنخفض. تشمل أجهزة القطع الرئيسية الصمامات، ومفاتيح فصل الأحمال، وقواطع الدائرة.
يُعد فهم تصنيفات معدات التبديل أمرًا أساسيًا لاختيار المعدات المناسبة لمختلف التطبيقات. ومع تطور معايير الصناعة، سيكون التحول إلى بدائل مستدامة وخالية من سادس فلوريد الكبريت أمرًا بالغ الأهمية لتقليل الأثر البيئي.