1. الخلفية والنطاق
يقدم هذا التقرير مراجعة منهجية لمتطلبات الجهد من الجانب الأولي (جانب الشبكة) لمحولات الحالة الصلبة (SSTs) - والتي يشار إليها أيضًا باسم محولات إلكترونيات القدرة (PETs) - في الأسواق العالمية خارج الصين.
التعريفات الأساسية:
-
الجهد الأولي / جانب الشبكة: مستوى توزيع الجهد المتوسط الذي يتصل به محول الحالة الصلبة. وهذا يمثل الأساس الأساسي لتصميم العزل، وعدد وحدات القدرة المتصلة على التوالي، واختيار مانعات الصواعق، والامتثال للتوافق الكهرومغناطيسي، واعتماد الاتصال بالشبكة.
-
الجهد المقنن (U): الجهد الاسمي للنظام (على سبيل المثال، 11 كيلو فولت، 13.8 كيلو فولت).
-
أعلى جهد للمعدات (Um): جهد المرجع لتصميم العزل، وعادة ما يكون أعلى بنسبة 10% إلى 20% من الجهد المقنن.
-
مستوى نبضة البرق الأساسية (BIL): قدرة تحمل العزل ضد جهود البرق الزائدة.
-
جهد تحمل تردد القدرة: جهد التحمل قصير المدة عند تردد القدرة، المطبق عبر العزل وعبر نقاط الفصل (الملامسات المفتوحة).
التعريف القياسي للجهد المتوسط:
-
نظام IEC (IEC 60038 / IEC 60076 / IEC 62271): يُعرّف الجهد المتوسط بأنه من 1 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت. يقسم المعيار IEC 60038 الإصدار 7.1 (2009 + AMD1:2021)، الجدول 3، أنظمة ثلاثية الطور من 1 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت إلى السلسلة الأولى (للاستخدام العام، 50/60 هرتز) والسلسلة الثانية (أمريكية شمالية، خاصة بـ 60 هرتز). تُصنف القيم الموجودة بين قوسين (مثل 15 كيلو فولت، 17.5 كيلو فولت) على أنها "غير مفضلة" ولا يوصى بها للأنظمة الجديدة.
-
نظام IEEE/ANSI (ANSI C84.1 / IEEE C57 / IEEE C37): يُعرّف الجهد المتوسط عمومًا بأنه أكبر من 1 كيلو فولت وأقل من 100 كيلو فولت، حيث تتراوح جهود التوزيع عادةً من 2.4 كيلو فولت إلى 34.5 كيلو فولت. تُصنف المعدات حسب فئة الجهد بدلاً من الجهد الاسمي لأغراض العزل.
مشهد تردد الشبكة:
-
تستخدم حوالي 70% من الدول/المناطق تردد 50 هرتز (الهيمنة لـ IEC).
-
تستخدم حوالي 30% تردد 60 هرتز (الهيمنة لـ IEEE، بما في ذلك أمريكا الشمالية وأمريكا اللاتينية وأجزاء من آسيا).
-
تعمل بعض الدول القليلة بنظام مزدوج 50/60 هرتز (اليابان، وبعض دول البحر الكاريبي).

سلسلة RW محولات الحالة الصلبة
2. مشهد الجهد الأولي العالمي – التغطية الكاملة للمستويات الـ 13
من خلال الجمع بين معايير IEC 60038 وANSI C84.1/IEEE، يمكن تلخيص جهود الشبكة الأولية متوسطة الجهد العالمية في 13 مستوى رئيسياً التالية. ولكي تحقق محولات الحالة الصلبة "تغطية عالمية كاملة"، يجب معالجة كل منصة عزل بشكل فردي.
المستوى 1: 3.3 كيلو فولت / 3.6 كيلو فولت (الحد الأدنى لـ IEC)
-
Um = 3.6 كيلو فولت، BIL ≈ 20–40 كيلو فولت.
-
التطبيقات: شبكات التوزيع الصناعي في بعض الدول، والتعدين، والمصانع الصناعية الكبيرة. يُصنف في IEC 60038 على أنه "غير موصى به لأنظمة التوزيع العامة الجديدة".
-
المناطق: المنشآت التاريخية في النمسا وبلجيكا ودول أوروبية أخرى؛ وأجزاء من أوروبا الشرقية والأنظمة المتأثرة بروسيا. الطلب على محولات الحالة الصلبة صغير؛ ويمكن استيعابه في منصة 7.2 كيلو فولت عبر التوافق التنازلي.
المستوى 2: 6.6 كيلو فولت / 7.2 كيلو فولت (فئة 7.2 كيلو فولت لـ IEC)
-
Um = 7.2 كيلو فولت، BIL = 60 كيلو فولت، تحمل تردد القدرة = 20 كيلو فولت.
-
التردد: التعايش بين 50/60 هرتز.
-
المناطق: اليابان (اليابان الشرقية أساساً)، كوريا الجنوبية (صناعي)، أستراليا، نيوزيلندا، أجزاء من أوروبا الشرقية (6 كيلو فولت روسي)، جنوب أفريقيا (تاريخي).
-
ملاحظة: في IEC 60038، يتوافق 6.6 كيلو فولت مع Um = 7.2 كيلو فولت وهو مستوى "للاستخدام العام".
المستوى 3: 10 كيلو فولت / 11 كيلو فولت (فئة 12 كيلو فولت لـ IEC)
-
Um = 12 كيلو فولت، BIL = 75 كيلو فولت، تحمل تردد القدرة = 28 كيلو فولت.
-
التردد: بشكل أساسي 50 هرتز.
المناطق: قلب المملكة المتحدة وأنظمة الكومنولث البريطاني/الاستعمارية السابقة؛ واحدة من أكثر المستويات استخداماً على مستوى العالم - الهند، أستراليا، نيوزيلندا، جنوب أفريقيا، مصر، كينيا، نيجيريا، الإمارات العربية المتحدة (ديوا/أدك)، قطر، الكويت، عمان، بنغلاديش، نيبال، ماليزيا، سريلانكا، إلخ.
-
ملاحظة: يسرد المعيار IEC 60038 كلاً من 10 كيلوفولت (النظام الأوروبي القاري الأقدم) و11 كيلوفولت (النظام البريطاني). تم تصميم المعدات بشكل موحد لمنصة Um = 12 كيلوفولت / BIL = 75 كيلوفولت.
المستوى 4: 12.47 كيلوفولت / 13.2 كيلوفولت / 13.8 كيلوفولت (فئة IEEE 15 كيلوفولت)
-
Um ≈ 15 كيلوفولت، BIL = 95 كيلوفولت (110 كيلوفولت اختياري في بعض الحالات)، تحمل تردد الطاقة ≈ 36 كيلوفولت.
-
التردد: 60 هرتز.
-
المناطق: العمود الفقري المطلق لأمريكا الشمالية (الولايات المتحدة، كندا)، يغطي >60% من حمل الجهد المتوسط في الولايات المتحدة؛ أمريكا اللاتينية (البرازيل، المكسيك، الأرجنتين، تشيلي)؛ الفلبين.
-
ملاحظة: تنتمي جميع قيم 12.47 / 13.2 / 13.8 كيلوفولت إلى نفس "فئة العزل 15 كيلوفولت" بموجب معيار ANSI C84.1. يتم اختيار العوازل، وموانع الصواعق، والكابلات حسب الفئة، وليس حسب الجهد الاسمي. هذه قاعدة عالمية في توزيع أمريكا الشمالية.
المستوى 5: 15 كيلوفولت (نظام IEC، قيمة غير مفضلة) - [إضافة رئيسية]
-
Um = 17.5 كيلوفولت، BIL = 95 كيلوفولت، تحمل تردد الطاقة = 38 كيلوفولت (تصنيف الكابل: 8.7/15 كيلوفولت).
-
التردد: 50 هرتز.
-
المرجع القياسي: في السلسلة الأولى من المعيار IEC 60038، يتم عرض (17.5) — (15) بين قوسين كقيمة "غير مفضلة"، لكنها تظل جهداً معترفاً به.
-
مناطق التطبيق الأساسية - شرق أفريقيا (القرن الأفريقي):
-
إثيوبيا: يتكون العمود الفقري لتوزيع الجهد المتوسط من مستويين مزدوجين هما 15 كيلوفولت و33 كيلوفولت. يتم تغذية شبكة التوزيع بواسطة محولات خفض 132/33 كيلوفولت، و132/15 كيلوفولت، و45/15 كيلوفولت. بدأت شركة الكهرباء الإثيوبية (EEP) في الاستبدال الجماعي لمفاتيح التوزيع بجهد 15 كيلوفولت و33 كيلوفولت في محطات فرعية متعددة (مثل هارامايا 2، تشيلينكو 2، ووليسو، إلخ، بجهد 132/33/15 كيلوفولت). تعمل غالبية خطوط التغذية في أديس أبابا بجهد 15 كيلوفولت.
-
كينيا: تشمل الشبكات التاريخية 15 كيلوفولت إلى جانب أنظمة 11/33 كيلوفولت.
-
تنزانيا، أوغندا، وأعضاء آخرون في مجتمع شرق أفريقيا: توجد بعض تطبيقات 15 كيلوفولت بسبب تنسيق الشبكة الإقليمية.
-
تركيا: يشمل الجهد المتوسط 15 كيلوفولت (إلى جانب 6.3 / 11 / 20 / 34.5 كيلوفولت).
-
شمال أفريقيا / الشرق الأوسط: تعمل بعض الأنظمة القديمة الموروثة في دول فردية بجهد 15 كيلوفولت.
-
⚠️ تحذير تصميم حاسم (فخ شائع لمصدري SST):
-
يتميز IEC 15 كيلوفولت بـ Um = 17.5 كيلوفولت، في حين أن فئة IEEE 13.8 كيلوفولت "15 كيلوفولت" تتميز بـ Um ≈ 15 كيلوفولت. على الرغم من أن كلاهما يمتلك BIL = 95 كيلوفولت، إلا أن أقصى جهد للمعدات يختلف.
-
يجب حساب الجهد المتبقي لموانع الصواعق، ومسافات الزحف، وموازنة جهد وحدة الطاقة، وعزل الكابلات يجب حسابه لـ 17.5 كيلوفولت.
-
لا تستخدم منصة أجهزة IEEE 15 كيلوفولت لتطبيقات IEC 15 كيلوفولت - سيكون هامش العزل غير كافٍ، مما يؤدي إلى مخاطر انهيار على المدى الطويل. وعلى العكس من ذلك، فإن استخدام منصة IEC 17.5 كيلوفولت في أمريكا الشمالية يؤدي إلى تكاليف مفرطة.
-
لذلك، يجب معاملة IEC 15 كيلوفولت (Um = 17.5 كيلوفولت) وفئة IEEE 15 كيلوفولت (Um ≈ 15 كيلوفولت) كمنصتي عزل مستقلتين تماماً.
المستوى 6: 20 كيلوفولت / 24 كيلوفولت (فئة IEC 24 كيلوفولت)
-
Um = 24 كيلوفولت، BIL = 125 كيلوفولت، تحمل تردد الطاقة = 50 كيلوفولت.
-
التردد: في الغالب 50 هرتز.
-
المناطق: التوزيع القياسي الأوروبي في البر الرئيسي - ألمانيا، فرنسا، هولندا، بلجيكا، النمسا، سويسرا، الدنمارك، النرويج، السويد، فنلندا، إسبانيا، البرتغال، إيطاليا؛ وأيضاً أجزاء من أمريكا اللاتينية (البرازيل لديها توزيع مختلط بجهد 20 كيلوفولت).
-
ملاحظة: يسرد المعيار IEC 60038 كلاً من 20 كيلوفولت و24 كيلوفولت (20 كيلوفولت كجهد مقنن، و24 كيلوفولت كـ Um). تم تصميم المعدات بشكل موحد لـ Um = 24 كيلوفولت / BIL = 125 كيلوفولت. تستخدم فرنسا كلاً من 20 كيلوفولت و33 كيلوفولت.
المستوى 7: 22 كيلوفولت (المعيار الفعلي الإقليمي)
-
Um = 24 كيلوفولت، BIL = 125 كيلوفولت، تحمل تردد الطاقة = 50 كيلوفولت.
-
التردد: 50 هرتز.
-
المناطق: إندونيسيا، تايلاند، فيتنام (دول جنوب شرق آسيا ذات نظام IEC)؛ تشمل كوريا الجنوبية أيضاً 22 كيلوفولت (جهد التوزيع القياسي لشركة KEPCO هو 22,900 فولت، أي 22.9 كيلوفولت، 60 هرتز)؛ يستخدم غرب اليابان 22 كيلوفولت.
⚠️ تذكير هام: 22 كيلوفولت ليست ضمن التسلسل المفضل لـ IEC 60038؛ بل هي جهد انحراف تشغيلي إقليمي. ومع ذلك، يجب تصميم المعدات لـ Um = 24 كيلوفولت، BIL = 125 كيلوفولت. سيؤدي عدم التطابق إلى فشل اختبارات البرق/الاندفاع في الموقع في جنوب شرق آسيا. يشير IEC 60038 إلى أن 22.9 كيلوفولت (مع Um = 24.2 أو 25.8 كيلوفولت) يُستخدم في "بعض البلدان"—مشيراً تحديداً إلى كوريا الجنوبية.

سلسلة RW محول الحالة الصلبة الهجين للتيار المتردد والتيار المستمر
المستوى 8: 24.94 كيلوفولت / 26.4 كيلوفولت (فئة IEEE 25 كيلوفولت)
-
Um = 27 كيلوفولت، BIL = 125 كيلوفولت (150 كيلوفولت اختياري)، تحمل تردد الطاقة ≈ 50 كيلوفولت.
-
التردد: 60 هرتز.
-
المناطق: أمريكا الشمالية (ضواحي الولايات المتحدة، مغذيات ريفية طويلة ذات حمل خفيف، تتوافق مع 24.94 كيلوفولت GrdY/14.4 كيلوفولت)؛ أجزاء من أمريكا اللاتينية.
-
ملاحظة: تُصنف ضمن "فئة 25 كيلوفولت" بموجب ANSI C84.1. مستويات العزل قريبة من IEC 24 كيلوفولت، لكن تفاوتات جهد النظام تختلف.
المستوى 9: 30 كيلوفولت / 33 كيلوفولت (فئة IEC 36 كيلوفولت)
-
Um = 36 كيلوفولت، BIL = 170 كيلوفولت، تحمل تردد الطاقة = 70 كيلوفولت.
-
التردد: 50 هرتز.
-
المناطق: بر المملكة المتحدة (توزيع أولي 33 كيلوفولت)، الهند (33 كيلوفولت جهد عالي)، جنوب أفريقيا (Eskom)، مصر، كينيا، نيجيريا ودول أفريقية أخرى، أستراليا، نيوزيلندا (33 كيلوفولت)، الخليج العربي في الشرق الأوسط (الإمارات، المملكة العربية السعودية، قطر، إلخ)، إثيوبيا (33 كيلوفولت بجانب 15 كيلوفولت كشبكة أساسية).
-
ملاحظة: يسرد IEC 60038 30 كيلوفولت و33 كيلوفولت بالتوازي؛ وكلاهما مصمم لـ Um = 36 كيلوفولت / BIL = 170 كيلوفولت. تصنف بعض الدول الأفريقية 33 كيلوفولت على أنها "جهد عالي" لأغراض التعريفات.
المستوى 10: 34.5 كيلوفولت (فئة IEEE 35 كيلوفولت)
-
Um = 38 كيلوفولت (أو فئة 36 كيلوفولت)، BIL = 200 كيلوفولت (150 كيلوفولت اختياري)، تحمل تردد الطاقة = 80 كيلوفولت.
-
التردد: 60 هرتز.
-
المناطق: أمريكا الشمالية (الولايات المتحدة، كندا – مغذيات ريفية طويلة، ربط طاقة متجددة)، البرازيل، المكسيك، دول أمريكا اللاتينية الأخرى (توزيع ثانوي/نقل فرعي)، الفلبين (34.5 كيلوفولت).
-
ملاحظة: تُصنف ضمن "فئة 35 كيلوفولت" بموجب ANSI C84.1. هذا هو الجهد السائد لربط محطات الطاقة المتجددة في أمريكا الشمالية.
المستوى 11: 35 كيلوفولت (IEC، بعض البلدان)
-
Um = 40.5 كيلوفولت، BIL = 200 كيلوفولت (145 كيلوفولت كطبقة أدنى في بعض الحالات).
-
التردد: 50 هرتز.
-
المناطق: فرنسا، أجزاء من شمال أوروبا، شرق أوروبا، الأنظمة المتأثرة بروسيا، فيتنام (35 كيلوفولت)، أجزاء من أمريكا الجنوبية.
-
ملاحظة: هذا هو الحد الأعلى للسلسلة الأولى من IEC 60038. على الرغم من قربه رقمياً من 34.5 كيلوفولت الخاصة بـ IEEE، إلا أن العزل (Um = 40.5 مقابل 38 كيلوفولت) والتردد (50 مقابل 60 هرتز) يختلفان. يجب تكييف محولات الحالة الصلبة بشكل منفصل.
المستوى 12: 45 كيلوفولت / 66 كيلوفولت (الانتقال بين التوزيع والنقل)
-
Um = 52 كيلوفولت / 72.5 كيلوفولت، BIL ≈ 250 كيلوفولت / 325 كيلوفولت على التوالي.
-
المناطق: إثيوبيا (45 كيلوفولت، 66 كيلوفولت نقل فرعي)، المملكة المتحدة (66 كيلوفولت)، جنوب أفريقيا (66 كيلوفولت)، نيوزيلندا (66 كيلوفولت)، أمريكا الشمالية (69 كيلوفولت).
-
ملاحظة: تقترب هذه من الحد الفاصل بين الجهد المتوسط والجهد العالي. إذا تم تطبيق محولات الحالة الصلبة هنا، يجب أن يتبع التصميم فئة 72.5 كيلوفولت. يركز هذا التقرير بشكل أساسي على الجهود حتى 38 كيلوفولت.
المستوى 13: سلك واحد مع العودة الأرضية (SWER) – حالة خاصة
-
الجدول 7 من IEC 60038: يتوافق Um = 24 كيلوفولت مع جهود نظام تبلغ 13.9 كيلوفولت / مقنن 12.7 كيلوفولت؛ يتوافق Um = 36 كيلوفولت مع 20.8 كيلوفولت / 19.1 كيلوفولت. يُستخدم بشكل أساسي في المناطق النائية من أستراليا ونيوزيلندا (12.7 كيلوفولت / 19.1 كيلوفولت SWER).
-
تطبيقات محولات الحالة الصلبة محدودة، لكن العزل لا يزال يرتكز على فئتي 24 كيلوفولت / 36 كيلوفولت.
3. التقسيم حسب النظام القياسي
3.1 النظام القياسي IEC (السلسلة الأولى، 50 هرتز في الغالب)
تسلسل الجهد المقنن المفضل للسلسلة الأولى من IEC 60038 (1–35 كيلوفولت):
3.3 — 6.6 — 11 — (15) — 22 — 33 — (35) kV
تسلسل Um المقابل:
3.6 — 7.2 — 12 — (17.5) — 24 — 36 — (40.5) kV
التجمعات الإقليمية:
-
أوروبا القارية (نظام 20/24 كيلو فولت): ألمانيا، فرنسا، هولندا، دول الشمال، إلخ. العزل: Um = 24 كيلو فولت / BIL = 125 كيلو فولت.
-
نظام المملكة المتحدة ودول الكومنولث (تسلسل 11/33 كيلو فولت): المملكة المتحدة، الهند، أستراليا/نيوزيلندا، جنوب أفريقيا، الشرق الأوسط، معظم جنوب شرق آسيا. يتوافق مع Um = 12 كيلو فولت (BIL 75) و Um = 36 كيلو فولت (BIL 170).
-
جنوب شرق آسيا 22 كيلو فولت مختلط: إندونيسيا، تايلاند، فيتنام – مرتكزة على منصة Um = 24 كيلو فولت.
-
نظام شرق أفريقيا 15 كيلو فولت (التركيز الرئيسي): إثيوبيا (العمود الفقري 15+33 كيلو فولت)، كينيا، تنزانيا، إلخ. يعمل 15 كيلو فولت كمنصة مستقلة عند Um = 17.5 كيلو فولت / BIL = 95 كيلو فولت. هذا هو التطبيق الواقعي الأكثر أهمية لقيمة 15 كيلو فولت غير المفضلة من IEC على مستوى العالم.

سلسلة RW محول الحالة الصلبة SST 40.5 كيلو فولت
3.2 نظام المعيار IEEE/ANSI (السلسلة II / C84.1، 60 هرتز)
تشتق جهود أمريكا الشمالية من تسلسل 120 فولت × √3 (2.4 → 4.16 → 12.47 → 13.8 → 24.94 → 34.5 كيلو فولت)، وهو يختلف جوهرياً عن الأساس الأوروبي 220 فولت (3.3/6.6/11 كيلو فولت).
فئة العزل (فئة الجهد) وفقاً لـ ANSI C84.1 + IEEE C57.12.00:
-
فئة 5 كيلو فولت: تغطي 4.16 كيلو فولت، Um ≈ 4.76 كيلو فولت، BIL = 60 كيلو فولت.
-
فئة 15 كيلو فولت: تغطي 12.47 / 13.2 / 13.8 كيلو فولت، Um ≈ 15 كيلو فولت، BIL = 95 كيلو فولت (110 كيلو فولت اختياري).
-
فئة 25 كيلو فولت: تغطي 24.94 كيلو فولت، Um = 27 كيلو فولت، BIL = 125 كيلو فولت (150 كيلو فولت اختياري).
-
فئة 35 كيلو فولت: تغطي 34.5 كيلو فولت، Um = 38 كيلو فولت، BIL = 200 كيلو فولت (150 كيلو فولت اختياري).
المناطق الرئيسية:
-
نواة أمريكا الشمالية (13.8 كيلو فولت + 34.5 كيلو فولت): الولايات المتحدة، كندا.
-
أمريكا اللاتينية (13.8/34.5 كيلو فولت): البرازيل، المكسيك، الأرجنتين، تشيلي، إلخ.
-
آسيا والمحيط الهادئ 60 هرتز (نظام IEEE): الفلبين (13.8/23/34.5 كيلو فولت)، كوريا الجنوبية (22.9/34.5 كيلو فولت، 60 هرتز)، المملكة العربية السعودية (أجزاء عند 13.8 كيلو فولت، 60 هرتز للنفط/الغاز/البلديات).
⚠️ تذكير هام: "فئة 15 كيلو فولت" في أمريكا الشمالية هي مفهوم فئة العزل، حيث تشترك 12.47/13.2/13.8 كيلو فولت في نفس منصة العزل. يجب عدم الخلط بينها وبين IEC 15 كيلو فولت (Um = 17.5 كيلو فولت).
3.3 الحالات المختلطة والخاصة
-
اليابان (التعايش 50/60 هرتز – الانقسام الترددي الوحيد شرق-غرب في العالم):
-
شرق اليابان (طوكيو، هوكايدو، إلخ، 50 هرتز): 6.6 كيلو فولت أولي، مع 22 كيلو فولت في وسط طوكيو وللمستخدمين الكبار (يتطلب SST منصة 22 كيلو فولت).
-
غرب اليابان (كانساي، كيوشو، إلخ، 60 هرتز): 22 كيلو فولت أولي.
-
نطاق الجهد المتوسط: من 6.6 كيلو فولت إلى 66 كيلو فولت؛ العمود الفقري للتوزيع حوالي 740,000 كم. مترابطة عبر 4 محطات محول تردد HVDC.
-
استراتيجية SST: تتطلب منصات 7.2 كيلو فولت و 24 كيلو فولت + تبديل برامج ثابتة بتردد مزدوج 50/60 هرتز.
-
كوريا الجنوبية (60 هرتز، هجين جهد IEC + تردد IEEE):
-
جهد التوزيع القياسي: 22,900 فولت (22.9 كيلو فولت)؛ يحتوي أيضاً على 6.6 كيلو فولت و 34.5 كيلو فولت.
-
يُصنف 22.9 كيلو فولت تحت IEC على أنه قريب من فئة 24 كيلو فولت (Um = 24.2/25.8 كيلو فولت)، BIL = 125 كيلو فولت.
-
استراتيجية SST: منصة 24 كيلو فولت + 60 هرتز؛ يجب الامتثال للمواصفات الفنية للاتصال بشبكة KEPCO (خاصة منع التجزير، التوافقيات، حقن التيار المستمر <0.5%، معامل القدرة >90%).
-
جنوب أفريقيا، أستراليا: اسمياً IEC، ولكن لديها جهود متعددة متعايشة (11/22/33 كيلو فولت)، وأستراليا لديها 12.7/19.1 كيلو فولت SWER.
4. العزل الأولي لـ SST ورسم خرائط المعلمات الرئيسية
تستخدم محولات الحالة الصلبة تحويل إلكتروني للطاقة (تيار متردد-تيار مستمر-تيار متردد + محول عزل عالي التردد). يجب أن يحقق تنسيق العزل الأساسي كلا المتطلبين: (أ) معايير جهد التحمل من جانب الشبكة، و (ب) الجهد الزائد عند إيقاف تشغيل وحدات IGBT/MOSFET/SiC الداخلية وتوازن الجهد.
التعيين الرئيسي للعزل:
| System Voltage |
Um |
BIL |
Power-Frequency Withstand |
Frequency / System |
| 3.3 kV |
3.6 kV |
≈40 kV |
≈10 kV |
IEC |
| 6.6 / 7.2 kV |
7.2 kV |
60 kV |
20 kV |
IEC (50/60 Hz) |
| 10 / 11 kV |
12 kV |
75 kV |
28 kV |
IEC (50 Hz) |
| 12.47 / 13.2 / 13.8 kV |
≈15 kV |
95 kV |
36 kV |
IEEE 15 kV Class (60 Hz) |
| IEC 15 kV |
17.5 kV |
95 kV |
38 kV |
IEC 50 Hz – East Africa (Ethiopia, etc.) ⚠️ Independent |
| 20 / 22 / 24 kV |
24 kV |
125 kV |
50 kV |
IEC 24 kV Class (50 Hz) |
| 24.94 kV (IEEE 25 kV Class) |
27 kV |
125–150 kV |
≈50 kV |
IEEE (60 Hz) |
| 30 / 33 kV |
36 kV |
170 kV |
70 kV |
IEC (50 Hz) |
| 34.5 / 35 kV |
38 / 40.5 kV |
200 kV (145 kV opt.) |
80 kV |
IEEE / IEC (60/50 Hz) |
نطاق السعة:
-
محولات SST النموذجية لتوزيع الجهد المتوسط: 100 kVA – 10 MVA
-
محطات الطاقة المتجددة / التخزين الصناعي: حتى 20 MVA
-
الدخول في نطاق "محولات الطاقة": >63 MVA
مخرجات الجانب الثانوي:
-
أنظمة IEC: 400/230 V (ثلاثي الطور بأربعة أسلاك)، مجموعة المتجهات Dyn11 هي السائدة.
-
أنظمة IEEE: 480Y/277 V, 208Y/120 V, 600Y/347 V, 240/480 V (أحادي الطور).

RW محول SST DC ذو الحالة الصلبة
5. مرجع سريع لجهد الشبكة الأولية العالمي (حسب مجموعة السوق)
أوروبا (IEC، 50 هرتز)
-
ألمانيا / غرب أوروبا: 20 kV، Um=24 kV / BIL=125 kV؛ يتطلب كفاءة الطاقة EN 50588، VDE/TÜV، CE.
-
فرنسا / جنوب أوروبا: 20 kV (بعضها 33 kV)، Um=24/36 kV؛ معايير NF.
-
المملكة المتحدة / أيرلندا: 11 / 33 kV (بالإضافة إلى 66 kV)، Um=12/36 kV؛ يتطلب معايير ENA/DNO (مثل UK PN).
-
دول الشمال: 20 kV، Um=24 kV؛ تصميم مقاوم للبرد والتآكل.
آسيا والمحيط الهادئ · IEC (50 هرتز)
-
الهند: 11 / 22 / 33 kV؛ BIL 75/125/170 kV؛ شهادة BIS + كفاءة تصنيف النجوم.
-
إندونيسيا: 20 / 30 / 33 kV (تشمل مناطق 22 kV)، مصممة لـ Um=24 kV؛ مواصفات مناقصات PLN.
-
تايلاند: 22 / 33 kV، 50 هرتز؛ معايير PEA/MEA.
-
فيتنام: 22 / 35 kV، 50 هرتز (IEC ما بعد الإصلاح)؛ معايير EVN.
-
ماليزيا / سنغافورة: 11 / 22 / 33 kV؛ 50 هرتز.
-
أستراليا / نيوزيلندا: 11 / 22 / 33 kV (أستراليا لديها أيضاً 12.7/19.1 kV SWER)؛ AS/NZS 60076.
الشرق الأوسط · أفريقيا (غالباً IEC، 50 هرتز)
-
الخليج (الإمارات، قطر، الكويت، عمان، البحرين): 11 / 33 kV؛ معايير محلية مثل DEWA/ADDC/SEC وغيرها + تصميم مقاوم لدرجات الحرارة العالية والعواصف الرملية.
-
المملكة العربية السعودية: جزء 13.8 kV (60 هرتز، نفط/غاز/بلدي) + 33 kV (تعايش 50/60 هرتز).
-
جنوب أفريقيا: 11 / 22 / 33 kV؛ معايير Eskom/NRS 029.
-
مصر: 11 / 22 / 33 kV؛ مشتريات حكومية بالجملة.
-
كينيا / نيجيريا (شرق/غرب أفريقيا): 11 / 33 kV؛ كينيا لديها تطبيقات 15 kV.
-
إثيوبيا (التركيز الرئيسي): 15 kV + 33 kV العمود الفقري (بالإضافة إلى نقل فرعي 45/66 kV)؛ مواصفات EEP/EEU، مشاريع ممولة من البنك الدولي (مثل PRIME-1) مع امتثال صارم لـ FAT و IEC 60076؛ تصحيح العزل لهضبة عالية الارتفاع (أكثر من 2000 متر).
أمريكا الشمالية (IEEE، 60 هرتز)
-
الولايات المتحدة: 13.8 kV (فئة 15 kV، السائدة) + 34.5 kV (فئة 35 kV)؛ كفاءة إلزامية DOE 2016 (10 CFR 431) + UL/cUL + NEMA 3R + IEEE 693 للزلازل + NESC. يجب أن تتكيف محولات SST مع تكوينات موصلات الكوع المثبتة على الأرض/الميت الأمامي ZGS (IEEE C57.12.34).
-
كندا: نفس الولايات المتحدة، 12.47/13.8/34.5 kV؛ شهادة CSA (سلسلة C227).
أمريكا اللاتينية (IEEE، 60 هرتز)
آسيا والمحيط الهادئ · IEEE / مختلط (60 هرتز)
كوريا الجنوبية: 22.9 كيلوفولت (فئة 24 كيلوفولت) + 34.5 كيلوفولت، 60 هرتز؛ KS C IEC 60076 + رموز شبكة التوليد الموزع من KEPCO (مكافحة الجزر، التوافقيات، حقن التيار المستمر <0.5%، معامل القدرة >90%).
-
الفلبين: 13.8 / 23 / 34.5 كيلوفولت، 60 هرتز.
-
اليابان: 6.6 كيلوفولت (الشرق · 50 هرتز) / 22 كيلوفولت (الغرب · 60 هرتز)؛ JEC 3550 + توافق التردد المزدوج.
6. مخاطر التصدير الرئيسية للمحولات ذات الحالة الصلبة (ستة مخاطر رئيسية + إثيوبيا/خاص 15 كيلوفولت)
المخاطر 1: 50 هرتز مقابل 60 هرتز – غير قابلة للتبديل المباشر.
-
استخدام محول بتردد 60 هرتز على شبكة بتردد 50 هرتز يزيد من كثافة التدفق في القلب بنسبة ~20%، مما يسبب ارتفاعاً حاداً في الفقدان بدون حمل، وارتفاع درجة الحرارة، والضوضاء.
-
على الرغم من أن المحولات ذات الحالة الصلبة الإلكترونية البحتة تفتقر إلى قلب حديدي بتردد الشبكة، إلا أنه يجب إعادة حساب محاثات المرشح، ومراوح التبريد، وإعدادات الحماية، وعرض نطاقات PLL وفقاً للتردد.
-
يجب أن تنص لوحات الاسم بوضوح على: 50 هرتز / 60 هرتز / 50-60 هرتز تردد مزدوج.
المخاطر 2: IEC 15 كيلوفولت مقابل فئة IEEE 15 كيلوفولت – الفرق في Um (حرج).
-
كلاهما يمتلك BIL = 95 كيلوفولت، ولكن IEC 15 كيلوفولت Um = 17.5 كيلوفولت، بينما فئة IEEE 15 كيلوفولت Um ≈ 15 كيلوفولت.
-
بالنسبة لإثيوبيا وشرق أفريقيا وأسواق IEC 15 كيلوفولت الأخرى، يجب تطوير منصة Um = 17.5 كيلوفولت مخصصة بشكل مستقل. يجب حساب مانعات الصواعق، ومسافات الزحف، وموازنة جهد الوحدة لـ 17.5 كيلوفولت.
-
لا تستخدم "منصة 15 كيلوفولت" واحدة لجميع التطبيقات.
المخاطر 3: يجب تصميم 22 كيلوفولت لفئة 24 كيلوفولت (Um=24 كيلوفولت / BIL=125 كيلوفولت).
المخاطر 4: الحواجز الهيكلية وكفاءة الطاقة في أمريكا الشمالية.
-
الهيكل: IEEE C57.12.34 dead-front + loadbreak elbows ضرورية للتوزيع تحت الأرض.
-
الكفاءة: DOE 2016 (10 CFR 431) إلزامي لدخول السوق الأمريكية.
-
الشهادة: UL/cUL، CSA، NEMA 3R، IEEE 693 للزلازل.
المخاطر 5: الشهادات الإلزامية الخاصة بكل دولة.
-
الاتحاد الأوروبي: CE + EN 50588؛ الولايات المتحدة: UL/DOE؛ الهند: BIS/Star؛ كوريا الجنوبية: KS/KEPCO؛ أستراليا: AS/NZS؛ إثيوبيا: قبول EEP + متطلبات FAT من البنك الدولي.
-
يجب دمج الشهادات خلال مرحلة البحث والتطوير - وليس تركيبها بأثر رجعي قبل الشحن.
المخاطر 6: وسط العزل، التبريد، والحماية البيئية.
تركيز خاص: نقاط سوق شرق أفريقيا (إثيوبيا)
-
الجهد: 15 كيلوفولت + 33 كيلوفولت عمود فقري مزدوج؛ شبكة توزيع شعاعية ذات موثوقية منخفضة نسبياً (SAIDI/SAIFI مرتفع). توفر المحولات ذات الحالة الصلبة قيمة حقيقية لاستعادة الخدمة وقدرات مكافحة الجزر.
-
البيئة: ارتفاع عالٍ، تقلبات كبيرة في درجات الحرارة - يجب زيادة هوامش العزل والتبريد.
-
المشاريع: ممولة في الغالب من البنك الدولي / بنك التنمية الأفريقي، مع مواصفات فنية صارمة، ومتطلبات المحتوى المحلي، وFAT بحضور شهود.
-
الفرص: توسيع شبكة التوزيع (على سبيل المثال، مشاريع CEEC، EEP MV) + دمج الطاقة المتجددة (طاقة الرياح/الطاقة الشمسية، على سبيل المثال، Assela Wind، Jimma) + المناطق الصناعية. يمكن للمحولات ذات الحالة الصلبة الدخول في سيناريوهات عالية القيمة مثل "أتمتة التوزيع + التخزين + الشبكات الصغيرة".
7. توصيات التصميم الشامل (استراتيجية منصة الجهد الأولي للمحولات ذات الحالة الصلبة)
لتحقيق تغطية عالمية (خارج الصين) للجهد الأولي، يجب أن تكون أجهزة المحولات ذات الحالة الصلبة موحدة على منصتين على طول بعدين: (Um/BIL) + التردد (50/60 هرتز).
يوصى بـ 8 منصات عزل أساسية:
منصات IEC · 50 هرتز:
-
فئة 7.2 كيلوفولت – تغطي 6.6 كيلوفولت (شرق اليابان، الصناعة في كوريا الجنوبية، أستراليا/نيوزيلندا، شرق أوروبا).
فئة 12 كيلوفولت – تغطي 10/11 كيلوفولت (النظام البريطاني عالمياً – أكبر سوق إقليمي واحد).
-
فئة 17.5 كيلوفولت – تغطي IEC 15 كيلوفولت (إثيوبيا، شرق أفريقيا، تركيا، إلخ). منصة مستقلة – لا تدمج مع فئة IEEE 15 كيلوفولت.
-
فئة 24 كيلوفولت – تغطي 20/22/24 كيلوفولت (أوروبا + جنوب شرق آسيا 22 كيلوفولت + كوريا الجنوبية 22.9 كيلوفولت).
-
فئة 36 كيلوفولت – تغطي 30/33 كيلوفولت (نقل فرعي بالنظام البريطاني، الهند، أفريقيا، الشرق الأوسط، إثيوبيا 33 كيلوفولت).
منصات IEEE · 60 هرتز:
-
فئة 15 كيلوفولت – تغطي 12.47/13.2/13.8 كيلوفولت (التيار السائد في أمريكا الشمالية، أمريكا اللاتينية، الفلبين).
-
فئة 27 كيلوفولت – تغطي 24.94 كيلوفولت (الضواحي/الريف في أمريكا الشمالية).
-
فئة 38/40.5 كيلوفولت – تغطي 34.5 كيلوفولت (الطاقة المتجددة في أمريكا الشمالية) + 35 كيلوفولت (IEC أوروبا الشرقية/فيتنام).
تقييم التغطية: تغطي هذه المنصات الثمانية تقريباً >95% من متطلبات الجهد المتوسط الأساسية العالمية (باستثناء الصين).
التكيفات مزدوجة التردد والخاصة:
-
اليابان: منصات 7.2 كيلوفولت + 24 كيلوفولت + تبديل برامج ثابتة بتردد مزدوج 50/60 هرتز.
-
كوريا الجنوبية: منصة 24 كيلوفولت (لـ 22.9 كيلوفولت) + 60 هرتز.
-
الارتفاعات العالية / درجات الحرارة العالية: تتطلب مشاريع إثيوبيا والشرق الأوسط تصحيح الارتفاع على Um وهوامش تبريد متزايدة على المنصة القابلة للتطبيق.
مبادئ التوحيد القياسي للمنصات:
-
وحدات الطاقة (SiC MOSFET / IGBT) وحدات فرعية مصممة بمضاعف مشترك؛ يتم ضبط العدد التسلسلي ليناسب فئات الجهد المختلفة.
-
يتم اختيار مانعات الصواعق، والعوازل الطرفية، ونهايات الكابلات بشكل مستقل لكل فئة Um/BIL – يُحظر تماماً إعادة الاستخدام عبر الفئات.
-
يجب أن تكون أنظمة التحكم والحماية (الاتصال بالشبكة، منع التكوين الجزيري، التوافقيات، حقن التيار المستمر) قابلة للتكوين عبر البرمجيات، مما يتيح لمنصة أجهزة واحدة التكيف مع رموز شبكات وطنية متعددة.
8. الخلاصة
-
واقع المعايير المزدوجة: يهيمن على توزيع الجهد المتوسط عالمياً أنظمة IEC (50 هرتز) وIEEE (60 هرتز)، مع تتابعات جهد مختلفة جوهرياً (قاعدة 220 فولت مقابل قاعدة 120 فولت). يجب أن تتبنى محولات الحالة الصلبة (SSTs) استراتيجية منصات عزل متعددة + تردد مزدوج؛ حيث يستحيل التعيين البسيط.
-
22 كيلوفولت / 22.9 كيلوفولت: هذه معايير فعلية إقليمية (جنوب شرق آسيا، كوريا الجنوبية) ولكن يجب تصميم المعدات وفقاً لفئة IEC 24 كيلوفولت (Um=24 كيلوفولت، BIL=125 كيلوفولت). هذا تفصيل حاسم لقبول موقع المشروع.
-
IEC 15 كيلوفولت هي طبقة رئيسية مقدرة بأقل من قيمتها: مع Um = 17.5 كيلوفولت، BIL = 95 كيلوفولت، 50 هرتز، فإن أكبر تطبيق لها في العالم الحقيقي هو في شرق أفريقيا (العمود الفقري لإثيوبيا 15+33 كيلوفولت، كينيا، إلخ). على الرغم من أنها تشترك في نفس BIL مع فئة IEEE 15 كيلوفولت، إلا أن Um يختلف. يجب على محولات الحالة الصلبة (SSTs) إنشاء منصة عزل مستقلة لها. لا توجد "منصة 15 كيلوفولت واحدة تناسب الجميع". يقدم هذا التقرير IEC 15 كيلوفولت وفئة IEEE 15 كيلوفولت كمسارين متوازيين ومستقلين – وهو تصحيح جوهري مقارنة بقوائم الجهد العامة.
-
فئة 15 كيلوفولت في أمريكا الشمالية (13.8 كيلوفولت إلخ): أكبر قطاع فردي للجهد المتوسط تحت IEEE، ولكنه مفهوم فئة العزل وغير متوافق مع IEC 15 كيلوفولت. يتطلب الدخول إلى السوق الأمريكي أيضاً الامتثال الهيكلي (موصلات ZGS/الكوع)، والكفاءة (DOE 2016)، والشهادات (UL/cUL).
-
اختلافات التردد (50/60 هرتز): لا يمكن تبديل المعدات بحرية. يجب أن تحدد لوحات البيانات التردد أو تدعم قدرة التكيف مع التردد المزدوج. اليابان وكوريا الجنوبية هما سوقان مختلطان نموذجيان يتطلبان تكيفاً مخصصاً.
-
لوائح الكفاءة والشهادات: تعتبر أوامر كفاءة الطاقة الوطنية (DOE 2016، EN 50588، BIS Star، KS، AS/NZS) والشهادات الإلزامية حواجز غير مرئية. يجب التخطيط لها خلال مراحل البحث والتطوير المبكرة، وليس تركيبها بأثر رجعي قبل الشحن.
-
فرصة السوق الناشئة: تقدم شرق أفريقيا (خاصة إثيوبيا، كينيا) نقطة دخول عالية القيمة لمحولات الحالة الصلبة (SSTs) التي تجمع بين أتمتة التوزيع + التخزين + الشبكات المصغرة، مدفوعة بتوسيع الشبكة، ودمج الطاقة المتجددة، والمناطق الصناعية. ومع ذلك، يلزم اهتمام خاص بتصحيح عزل الارتفاعات العالية، وحماية الغبار في درجات الحرارة العالية، والمحتوى المحلي، والامتثال لمعايير البنك الدولي/FAT.
الملحق: المعايير الرئيسية والوثائق المرجعية
-
IEC 60038:2009+AMD1:2021 – جهود IEC القياسية، الجدول 3 (السلسلة I / II، بما في ذلك 17.5/15، 24/22، 36/33، 40.5/35، إلخ.)
-
سلسلة IEC 60076 – محولات الطاقة (الجزء 1: عام، الجزء 3: مستويات العزل، الجزء 5: تحمل الدائرة القصيرة)
IEC 62271-200 – معدات التبديل المغلقة بالمعدن للتيار المتردد للجهد المقنن >1 كيلو فولت حتى 52 كيلو فولت
-
ANSI C84.1 – أنظمة ومعدات الطاقة الكهربائية – تصنيفات الجهد (60 هرتز) (2020، R2025)
-
IEEE C57.12.00 – المتطلبات العامة لمحولات التوزيع والطاقة والتنظيم المغمورة بالسوائل
-
IEEE C57.12.34 – محولات التوزيع ثلاثية الطور المركبة على منصات
-
IEEE C57.12.90 – إجراءات الاختبار
-
أكواد الشبكة الوطنية: EEP/EEU (إثيوبيا)، KPLC/KETRACO (كينيا)، KEPCO (كوريا الجنوبية) كود شبكة التوليد الموزع، CEA/BIS (الهند)، ANEEL/INMETRO (البرازيل)، AS/NZS (أستراليا/نيوزيلندا)، EN 50588 (أوروبا)، DOE 10 CFR 431 (الولايات المتحدة)
-
دلائل التردد والجهد العالمية (PDH Online، Cambridge EPRG توزيع الطاقة الكهربائية في العالم، وثائق إرشادية كهربائية وطنية متنوعة)
تم التحرير من:Echo