LTB و DTB و GIS: مقایسه قطع کننده های مدار با فشار بالا

معناه الأساسي للكاشف الكهربائي ذو الجهد العالي، ببساطة، هو أنه في الظروف الطبيعية، يستخدم لفتح (قطع، فصل) وإغلاق (ربط، إعادة ربط) الدوائر والخطوط أو الأحمال المحددة - مثل تلك المتصلة بالمحولات أو مجموعات المكثفات. عند حدوث عطل في النظام الكهربائي، تُنشِّط أجهزة الحماية الكاشف الكهربائي لقطع التيار الحمل أو تيار القصر، مما يضمن التشغيل الآمن للنظام الكهربائي.

كاشف كهربائي ذو جهد عالي هو نوع من أجهزة التحويل ذات الجهد العالي - ويسمى أيضاً "مفتاح الجهد العالي" - وهو أحد القطع الرئيسية للمعدات في محطة التحويل. ومع ذلك، بسبب متطلبات السلامة الصارمة لمحطات التحويل ذات الجهد العالي، لا يمكن عموماً للعاملين دخول محطة التحويل للوصول الفعلي إلى هذه الأجهزة. في الحياة اليومية، يرى الشخص عادة خطوط النقل ذات الجهد العالي من بعيد ونادراً ما يحصل على فرصة لمشاهدة أو لمس مثل هذه المفاتيح.

إذن، كيف يبدو كاشف كهربائي ذو جهد عالي؟ سنتحدث اليوم بشكل موجز عن التصنيفات الشائعة وأنواع الهياكل لكواشف الكهرباء. على عكس المفاتيح ذات الجهد المنخفض التي نواجهها في الحياة اليومية والتي تستخدم عادة الهواء فقط كوسط لإخماد القوس الكهربائي، فإن كواشف الكهرباء ذات الجهد العالي تتطلب أداءً عالياً للغاية من حيث العزل وإخماد القوس، وبالتالي تحتاج إلى وسط إخماد خاص للقوس الكهربائي لضمان السلامة الكهربائية وسلامة العزل وإخماد القوس بكفاءة. (لمزيد من التفاصيل حول الوسط العازل، يرجى الرجوع إلى مقالاتنا القادمة.)

هناك طريقتان أساسيتان لتصنيف كواشف الكهرباء ذات الجهد العالي:

1. التصنيف حسب الوسط المستخدم لإخماد القوس الكهربائي:

(1) كواشف كهربائية زيتية: مقسمة إلى أنواع الزيت الكمي والزيت الأدنى. في كلا النوعين، يتم فتح وإغلاق اللقطات داخل الزيت، باستخدام زيت المحول كوسط لإخماد القوس الكهربائي. بسبب الأداء المحدود، تم تقليص استخدام هذه الأنواع بشكل كبير.

(2) كواشف كهربائية غازية SF₆ أو صديقة للبيئة: تستخدم سداسي فلوريد الكبريت (SF₆) أو غازات أخرى صديقة للبيئة كوسط للعزل وإخماد القوس الكهربائي.

(3) كواشف كهربائية فراغية: يتم فتح وإغلاق اللقطات في الفراغ، حيث يحدث إخماد القوس تحت ظروف الفراغ.

(4) كواشف كهربائية صلبة: تستخدم مواد صلبة لإخماد القوس تتحلل تحت درجة الحرارة العالية للقوس، مما ينتج عنه غاز لإطفاء القوس.

(5) كواشف كهربائية مضغوطة بالهواء: تستخدم الهواء المضغوط بضغط عالٍ لتفجير القوس.

(6) كواشف كهربائية مغناطيسية: تستخدم مجالاً مغناطيسياً في الهواء لتحريك القوس إلى قناة القوس، حيث يتم اتساعه وتبريده وإطفاؤه.

في الوقت الحالي، تستخدم كواشف الكهرباء ذات الجهد العالي بشكل أساسي الغازات - مثل SF₆ أو بدائل صديقة للبيئة - كوسط للعزل وإخماد القوس الكهربائي. في نطاق الجهد المتوسط، تهيمن كواشف الكهرباء الفراغية على السوق. وقد تم توسيع تقنية الفراغ حتى مستويات الجهد 66 كيلوفولت و110 كيلوفولت، حيث تم تطوير ونشر كواشف كهربائية فراغية.

2. التصنيف حسب موقع التركيب:

نوع داخلي ونوع خارجي.

بالإضافة إلى ذلك، بناءً على طريقة العزل بالنسبة للأرض، يمكن تصنيف كواشف الكهرباء ذات الجهد العالي إلى ثلاثة أنواع هيكلية:

1) كاشف كهربائي ذو خزان حي (LTB):
يُعرف أيضاً بـ LTB. بتعريفه، هو كاشف كهربائي يكون فيه الغرفة المقاطعة محاطة بغلاف معزول عن الأرض. هيكلياً، يتميز بتصميم عازل عمودي. تكون الغرفة المقاطعة في حالة عالية الجهد، محاطة بعازل من السيراميك أو المواد المركبة، ومعزولة عن الأرض عبر عوازل داعمة.

المزايا الرئيسية: يمكن تحقيق تصنيفات جهد أعلى عن طريق ربط وحدات المقاطعة المتعددة في سلسلة وزيادة ارتفاع العوازل الداعمة. كما أنه يعتبر منخفض التكلفة نسبياً.

تتكون المعدات المستندة إلى LTB من معدات التحويل المعزولة بالهواء (AIS)، وتعتبر محطات التحويل المبنية باستخدام AIS محطات AIS. هذه تقدم استثماراً منخفضاً وصيانة بسيطة ولكنها تتطلب مساحات كبيرة وأعمال صيانة متكررة. وهي مناسبة للمناطق الريفية أو الجبلية حيث تكون المساحة وفيرة والظروف البيئية مواتية والميزانيات محدودة.

2) كاشف كهربائي ذو خزان ميت (DTB):
يُختصر أيضاً بـ DTB. يعرف بأنه كاشف كهربائي يكون فيه الغرفة المقاطعة محاطة بخزان معدني مرتبط بالأرض. يتم توجيه المسار الموصل عبر مخارج.

بشكل أساسي، الفرق الجوهري بين LTB و DTB يكمن في التأريض: في DTB، يكون الخزان في حالة الجهد الأرضي.

تشمل المزايا قدرة تكامل المحولات الحالية (CTs) مباشرة على المخارج، الهيكل المدمج، تقليل المساحة بشكل كبير مقارنة بـ LTB، مقاومة أفضل للبيئة (مناسبة للظروف القاسية)، ومركز ثقل أقل - مما يؤدي إلى أداء زلزالي أفضل. العيب الرئيسي هو التكلفة العالية.

تُعرف معدات التحويل المستندة إلى DTB باسم معدات التحويل الهجينة المعزولة بالغاز (HGIS)، وتعتبر المحطة الناتجة محطة HGIS.

3) الهيكل المغلق تماماً المدمج - معدات التحويل المعزولة بالغاز والمغلقة بالمعادن، يُشار إليها عادة باسم GIS (Gas-Insulated Switchgear) في التطبيقات ذات الجهد العالي. هذا المصطلح يشمل بشكل عام مثل هذه المعدات. قد يُطلق على مكون الكاشف الكهربائي نفسه أيضاً اسم GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

على الرغم من تشابهه مع DTB في أن الغرفة المقاطعة محاطة، فإن GIS يختلف في أنه يدمج ليس فقط الكاشف الكهربائي بل أيضاً مكونات محطة التحويل الأساسية الأخرى - بما في ذلك الفواصل والمحولات الأرضية والمحولات القياسية ومثبطات الصدمات والحافلات - جميعها محاطة بغلاف معدني مرتبط بالأرض ممتلئ بالغاز الضاغط SF₆ (أو غاز عازل بديل). يتم الاتصال بالخطوط الخارجية العلوية عبر المخارج أو الأقسام الغازية المخصصة.

تعتبر محطات التحويل المبنية بهذه الطريقة محطات GIS (أو محطات التحويل المعزولة بالغاز وفقًا لمعايير IEE-Business). تعتبر GIS مثالية للمناطق الحضرية حيث تكون الأرض باهظة الثمن، أو للمرافق الحيوية مثل محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة أو محطات الطاقة النووية التي تتطلب موثوقية فائقة.

حتى الآن، يجب أن تكون الاختلافات بين أنواع كواشف الكهرباء ذات الجهد العالي - LTB و DTB و GCB - والتكوينات المرتبطة بها لمحطات التحويل - AIS و HGIS و GIS - واضحة.