اختيار أمثل لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض في غرف التوزيع

ملخص: بناءً على تحليل أنواع وأهم خصائص معدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض في غرف التوزيع، يتناول هذا المقال المبادئ الأساسية لاختيار هذه المعدات. من وجهات نظر الموثوقية التقنية وسهولة التركيب والاقتصادية، يتم تحليل الإجراءات الأمثل لاختيار معدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض، مما يلعب دورًا معينًا في تحسين أدائها التقني والاقتصادي.

الكلمات المفتاحية: غرفة التوزيع؛ معدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض؛ التحسين؛ التكوين

0 مقدمة

مع الاستمرار في ارتفاع مستويات التنمية الاقتصادية، أصبحت الطاقة الكهربائية واحدة من المصادر الأساسية للطاقة في الإنتاج والحياة اليومية الحالية. لضمان الإنتاج والأنشطة اليومية العادية، يجب أن يكون كل جانب من جوانب إمداد الطاقة تحت السيطرة بشكل معقول لتعزيز استقرار وتوازن الشبكة الكهربائية. تمثل معدات التوزيع في غرفة التوزيع الرابط النهائي الذي يوصل الطاقة الكهربائية إلى المستخدمين النهائيين. ضمان استقرار ومرونة معدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض، وتحقيق اختيارها الأمثل، هي خطوات أساسية لضمان سلامة واستقرار الشبكة الكهربائية.

1 الأنواع الرئيسية والخصائص لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض في غرف التوزيع

قبل تحسين اختيار معدات التوزيع، من الضروري فهم أنواعها الرئيسية لتوفير أساس ملموس للاختيار.

1.1 معدات التوزيع ذات الجهد العالي

لا توجد معدات التوزيع ذات الجهد العالي كوحدات منفصلة داخل النظام الكهربائي. تتكون أساساً من عدة مكونات متصلة مثل معدات التحكم والمفاتيح ذات الجهد العالي ومعدات الرصد وأجهزة نقل الإشارات ومعدات الحماية، لتشكل نظامًا مركبًا متعدد الوظائف.

منذ الثمانينيات، تم تنفيذ إصلاحات تقنية لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي في الصين. مع تراكم تقنيات البحث والتطوير وخبرة التطبيق، تم تطبيق العديد من التقنيات الجديدة في تطويرها، مما أدى إلى ظهور العديد من المنتجات المتقدمة تقنياً مثل خزانة KYN28 وخزانة XGN15-12.

(1) خصائص التشغيل لخزانة KYN28

يتكون هذا النوع من الخزانات ذات الجهد العالي من جزأين رئيسيين: العربة (الجزء القابل للسحب) وجسم الخزانة. يتكون جسم الخزانة أساساً من الأقسام المعدنية المدلفنة، ويتم تقسيمه إلى أربع أقسام مستقلة: قسم الكابلات، قسم العربة، قسم حافلة الأمبير، وقسم الأجهزة. تنقسم العربات إلى أنواع مثل عربات دوائر الفصل، عربات القياس، وعربات PT. تشمل المكونات الكهربائية الرئيسية مفاتيح الفصل بالفراغ، مكثفات الجهد العالي، قضبان النحاس، المكونات العازلة، والمفاعلات ذات الجهد العالي. تشمل المكونات الكهربائية الثانوية المفاتيح الهوائية، الأزرار، المقاييس، أجهزة الحماية الشاملة، والأضواء المؤشرة. يستخدم وضع العربة القابلة للسحب في الوسط يمكنه من الدخول والخروج، مما يخلق نقطة انقطاع آمنة بين النظام الأساسي وأنظمة أخرى من الخزانة ذات الجهد العالي.

(2) خصائص التشغيل لخزانة XGN15-12

XGN15-12 هو منتج جديد من معدات التوزيع الكاملة ذات الجهد العالي التي تم تطويرها بناءً على المعايير الوطنية لمعدات التوزيع المعدنية المغلقة ذات الجهد البديل 35kV. يتميز ليس فقط بحجم صغير (فقط 60٪ من حجم معدات التوزيع العادية) ولكن أيضًا بموثوقية عالية للمفاتيح، أداء ممتاز، ووظيفة التحويل القسري. يمكن استخدامه في التطبيقات ذات الجهد المحدد من 3.5kV إلى 12kV والتيار المحدد من 630A إلى 3150A، ويحقق مستوى حماية IP2X. يمكن للمستخدمين اختيار بين الآليات الميكانيكية بالקפיץ أو الآليات الكهرومغناطيسية.

1.2 معدات التوزيع ذات الجهد المنخفض

في سلسلة المنتجات لمعدات التوزيع ذات الجهد المنخفض، هناك أساساً فئتان: المنتجات المطورة بناءً على التقنيات الدولية التي حصلت على شهادات الجودة الدولية، والمنتجات الأجنبية. من بينها، السلسلة المطورة بناءً على التقنيات الدولية تشمل أساساً معدات التوزيع ذات الجهد المنخفض GCK، معدات التوزيع ذات الجهد المنخفض GCS، ولوحات التوزيع ذات الجهد المنخفض GGD. تتمثل المنتجات الأجنبية بشكل أساسي في خزانات التوزيع MNS التي تنتجها ABB سويسرا.

(1) خصائص التشغيل لخزانة GCS

خزانة GCS هي واحدة من أكثر سلاسل المنتجات شيوعاً لمعدات التوزيع ذات الجرف. تستخدم إطار 8MF المفتوح كإطار رئيسي لجسم الخزانة، مع وجود صفائح جانبية بها ثقوب برغي بمعامل 20mm/100mm وقطر داخلي 9.2mm [3]. تكون الأقسام الوظيفية المختلفة مستقلة ومفصولة، وتتضمن أساساً قسم وحدات الجرف، قسم الكابلات، وقسم حافلة الأمبير. يتم ترتيب قسم الكابلات بشكل مستقل، مما يسمح بدخول وإخراج الكابلات بسهولة من الأعلى أو الأسفل. يمكن لكل خزانة تغذية GCS أن تحتوي على 11 وحدة كاملة أو 22 وحدة نصفية، مما يعزز مرونة تركيبات الجرف. بالإضافة إلى ذلك، يتم تثبيت جهاز قفل ميكانيكي داخل وحدات الجرف تسهيل فصل وإغلاق وحدة الإخراج.

(2) خصائص التشغيل لخزانة MNS

هذا النوع من معدات التوزيع هو أيضاً نوع من معدات التوزيع القابلة للسحب ذات الجهد المنخفض. يستخدم غلاف مصنوع من الصفائح المعدنية المثنية، ويتم تقسيم المساحة الداخلية إلى ثلاثة أقسام أساسية: قسم حافلة الأمبير، قسم الكابلات، وقسم الوحدات (للجرف). بما أن قسم حافلة الأمبير يقع في الخلف، يمكن تكوينه كخزانة ثنائية الجانب. يتم استخدام أسلوب حافلة الأمبير المماثل لنوع GCS. ارتفاع وحدة الجرف هو 200mm، وهي مجهزة بجهاز قفل ميكانيكي.

2 المبادئ الأساسية لاختيار معدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض

في عملية اختيار معدات التوزيع، الشرط الأساسي هو ضمان أن الخزانات ذات الجهد العالي والمنخفض التي تم اختيارها تلبي احتياجات المشروع وتضمن موثوقية واستقرار تشغيل المعدات. في الوقت نفسه، يجب تحليل جوانب الأداء الأخرى المتعلقة بالمنتج، مثل بساطة التشغيل، لاختيار المعدات التي تكون سهلة التشغيل نسبياً، مما يحسن دقة التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري تحليل متطلبات تكلفة المشروع، تحديد الميزانية الدقيقة للمشروع، التحكم بشكل معقول في تكاليف البناء أثناء التنفيذ، والاستفادة الكاملة من المواد الخام والموارد لتحقيق السيطرة على التكلفة بشكل فعال.

2.1 مبدأ الموثوقية

عند اختيار نوع الخزانة ذات الجهد العالي، بناءً على التشغيل الفعلي لغرفة التوزيع، الهدف الأساسي هو ضمان سلامة وموثوقية المنتج. يجب النظر بشكل شامل في ظروف التشغيل الفعلية للخزانة ذات الجهد العالي لاختيار المنتجات ذات الموثوقية الأعلى.

2.2 مبدأ البساطة

حالياً، تستخدم معظم الخزانات ذات الجهد العالي أجهزة حماية تقليدية. بسبب التعقيد الكبير لهذه المعدات، فإن احتمالية حدوث الأعطال عالية نسبياً، مما يشكل تحديات كبيرة للتشغيل والصيانة اللاحقة. لذلك، خلال عملية الاختيار، بناءً على حالة الاستثمار في المشروع المحددة ومطالب التكوين الخاصة للمعدات، ووفقاً للمتطلبات الأساسية لموثوقية إمداد الطاقة، يجب اختيار المنتجات التي تضمن أن المكونات القابلة للسحب في خزانة العربة يمكن تركيبها مباشرة على العربة وتلبية مبادئ الصيانة السهلة والتبديل السهل.

3 اختيار الأمثل لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي والمنخفض في غرف التوزيع

3.1 اختيار الأمثل لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي

(1) ضمان موثوقية تشغيل الخزانات ذات الجهد العالي

عند اختيار معدات التوزيع ذات الجهد العالي، يجب إجراء تحقيق في الظروف المحددة للمعدات الكهربائية وإستثمارات المشروع. يجب تحليل متطلبات موثوقية الإمداد قبل القيام باختيار شامل. لضمان موثوقية الإمداد، يجب أن تكون مكونات التجميع القابلة للسحب في العربة قابلة للإزالة تمامًا على العربة والسماح بعملية بسيطة وقابلة للتبديل، مما يسهل الصيانة السريعة والسهلة للخزانة ذات الجهد العالي. ومع ذلك، عند استخدام خزانات العربة، تكون متطلبات جودة البناء المدني، خاصة مستوئ الأرض، أعلى. لتسهيل حركة العربة للداخل والخارج من الخزانة، يجب أن يكون سطح القضبان داخل الخزانة مستوٍ مع الأرض خارج الخزانة. يمكن استخدام وسادات مطاطية أثناء التعديل لتقليل تردد اهتزاز الخزانة وتحسين استقرار تشغيل الخزانة.

(2) عمليات تشغيل المعدات العملية

في السوق الصينية لمعدات التوزيع ذات الجهد العالي، تشكل الخزانات المستوردة حوالي 50٪ من حصة السوق، مقارنة بالمنتجات المحلية. من حيث الاستقرار التشغيلي وغيرها من الظروف ذات الصلة، تتمتع هاتان الفئتان من الخزانات بمزايا وعيوبهما الخاصة. في التطبيق العملي، يجب اختيار الخزانات بشكل معقول وفقًا للظروف الفعلية.

على الرغم من أن الخزانات المحلية ذات الجهد العالي تتمتع بمزايا مثل السعر المعتدل، والموثوقية العالية، والخدمة بعد البيع الشاملة، إلا أن حجمها غالبًا ما يكون كبيرًا، مما يتطلب مساحة تركيب كبيرة. عندما تكون المساحة المتاحة في غرفة التوزيع محدودة، يجب اختيار الخزانات المستوردة ذات الجهد العالي. نسبيًا، تتميز الخزانات المستوردة ذات الجهد العالي بترتيب مكوناتها المعقول، والحجم الصغير، والموثوقية العالية، بالإضافة إلى نطاق تطبيق واسع نسبيًا. ومع ذلك، فإن سعرها أعلى بكثير من المعدات المحلية، وقد لا تكون الدعم بعد البيع سريع الاستجابة. خلال عملية اختيار الأمثل، من الضروري التوفيق بين هذه المزايا والعوارض بشكل شامل.

(3) التشغيل والصيانة البسيطة

المتطلبات المنخفضة للصيانة والصيانة المبسطة هي اتجاهات مهمة للتطور المستقبلي لمعدات التوزيع. حالياً، تستخدم معظم الخزانات ذات الجهد العالي في الصين تقنية التحكم والحماية الكهربائية التقليدية. هذه التقنية لا تزيد فقط من احتمالية حدوث الأعطال، بل تزيد أيضًا من تعقيد المعدات، مما يؤدي إلى زيادة حجم العمل في الصيانة اللاحقة. بناءً على ذلك، يجب اختيار الخزانات المجهزة بأجهزة حماية ذكية متقدمة لتقليل حجم العمل في الصيانة وتخفيض تكاليف العمالة. من وجهة نظر اقتصادية، تعتبر الخزانات الذكية ذات الجهد العالي خيارًا جيدًا أثناء عملية الاختيار.

3.2 اختيار الأمثل لمعدات التوزيع ذات الجهد المنخفض

(1) تحديد المعالم التقنية لمعدات التوزيع ذات الجهد المنخفض بشكل معقول

قبل اختيار طراز الخزانة ذات الجهد المنخفض، يجب تحديد المعالم التقنية لها واختيارها وفقًا لهذه المعالم المحددة. على هذا الأساس، يجب توضيح الجهد المقنن، التيار المقنن، التردد المقنن، مساحة التثبيت، وغيرها من المعالم للخزانة ذات الجهد المنخفض. يجب تحليل المعالم مثل التحمل الحالي الذي يجب أن تتحمله الخزانة خلال الذروة في إمداد الطاقة والتيار الذروة للأمبير الرئيسي. بالإضافة إلى ذلك، يجب تأكيد نوع الوحدة الوظيفية، التيار المقنن الأقصى، وكود الحماية للغلاف (IP code) للخزانة التوزيع.

(2) تحسين متطلبات الوظائف للمكونات في الخزانات ذات الجهد المنخفض

خلال عملية اختيار الأمثل لمعدات التوزيع ذات الجهد المنخفض، يجب إجراء تحليل لمتطلبات المكونات، والتي تشمل أساساً طريقة التثبيت، الوحدات الوظيفية للخزانة، سهولة التثبيت، درجة حرارة التشغيل المحيطة، وأبعاد الخزانة. في الوقت نفسه، يجب الانتباه إلى اختيار المفاتيح، لضمان أن المفتاح الرئيسي لديه وظائف مثل الذاكرة، حماية التسرب الأرضي، الإنذار، إشارة العطل، وثلاث مراحل من الحماية (LSI). يجب أن يدعم أيضًا عمليات التحويل المختلفة مثل التحويل الاختياري للمنطقة، ويسعى لتحقيق التجزئة الوظيفية للمكونات المختلفة.

3.3 اختيار الأمثل لمكونات الحماية في الخزانات التوزيع

يجب أن تكون الخزانة التوزيع المناسبة قادرة على التكيف مع بيئات الاستخدام المختلفة ولديها قدرات حماية وظيفية متناسبة. عادةً ما تستخدم الخزانات ذات الجهد العالي والمنخفض مصافي أو مفاتيح كمكون حماية. عندما يتجاوز التيار قيمة محددة، يذوب مصاف الحماية بسبب التسخين، أو ينقطع المفتاح، مما يؤدي إلى قطع الدائرة وحماية نظام التوزيع. يمكن اختيار مكونات الحماية بشكل أمثل من منظورات مختلفة.

(1) من منظور التكلفة

من منظور تكلفة المكونات، سعر مصافي الحماية في السوق منخفض، بينما يمكن أن يكون سعر مفاتيح الدائرة المغلقة (MCCBs) أو مفاتيح الدائرة المصغرة (MCBs) عدة مرات إلى عشرات المرات أعلى من سعر المصافي. إذا كان الميزانية الكلية للمشروع منخفضة، يمكن اختيار المصافي كمكون حماية.

(2) من منظور سهولة الصيانة

عند حدوث عطل قصير الدائرة يؤدي إلى انقطاع، قد تتعرض نقاط التلامس في MCB/MCCB للتلف. مع مرور الوقت، يمكن أن يؤدي ذلك إلى فشل المفتاح في العمل بشكل صحيح. لذلك، بعد حدوث انقطاع بسبب المصاف، يجب استبدال المصاف فوراً لضمان استعادة وظيفة الحماية. بعد انقطاع MCB/MCCB بسبب العطل القصير، يُنصح بالتفتيش، وقد يكون الاستبدال ضروريًا إذا كان هناك تلف.

(3) من منظور متطلبات حماية الدائرة

نظرًا لأن المصاف لديها حساسية منخفضة نسبيًا للفائض في الخط، فإنها تستخدم عادةً فقط لحماية العطل القصير، باستثناء الدوائر الكهربائية الشائعة. في المقابل، تتميز MCBs/MCCBs بحساسية عالية للفائض والتيار الزائد. عند حماية الدوائر مثل حلقات التسخين، والمقابس الكهربائية، ودوائر التحكم، يجب استخدام MCBs/MCCBs كمكونات حماية.

4 الخاتمة

مع زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية في الإنتاج والحياة اليومية، أصبح الاقتصاد والاستقرار في إمداد الطاقة أهدافًا مهمة لتحسين أنظمة التوزيع. تمثل معدات التوزيع في غرفة التوزيع الرابط النهائي الذي يوصل الطاقة إلى المستخدمين النهائيين، ويتم استخدامها بكميات كبيرة. لضمان تلبية احتياجات الكهرباء للإنتاج والحياة اليومية وتحقيق الفوائد الاقتصادية في بناء الخزانات في غرفة التوزيع، يجب تحسين خطة اختيار معدات التوزيع من منظورين تقني واقتصادي، لضمان تحقيق الموثوقية التقنية والاقتصادية في الوقت نفسه.