حافلات التوزيع والموصلات في التثبيتات ذات الجهد العالي وفرع الجهد العالي
الحافلات والوصلات في التثبيتات الداخلية والخارجية
ما هي الحافلة الكهربائية؟
تعتبر الحافلة الكهربائية كوندكتورًا واحدًا أو مجموعة من الكوندكتورات التي تهدف إلى جمع الطاقة الكهربائية من المغذيات الواردة وتوزيعها على المغذيات الصادرة. وبشكل أساسي، تعمل كنقطة محورية مهمة حيث تتجمع التيارات من المغذيات الواردة والصادرة، مما يسمح بتجميع الطاقة الكهربائية في نقطة واحدة داخل النظام الكهربائي. تقوم هذه الوظيفة بجعل الحافلات مكونات أساسية تسهل تدفق وتوزيع الكهرباء بكفاءة في مختلف التجهيزات ذات الصلة بالطاقة.
الحافلات للتركيبات الخارجية
في التثبيتات ذات الجهد العالي (HV) والجهد الفائق العالي (EHV)، وكذلك في التثبيتات الخارجية ذات الجهد المتوسط (MV)، يتم استخدام الحافلات العارية والوصلات بشكل شائع. يمكن أن تكون الموصلات المستخدمة في هذه الحالات من نوعين رئيسيين: الأنبوبية أو الأسلاك المتعددة الخيوط.
تُدعم الحافلات الأنبوبية عادةً بواسطة عوازل عمودية، والتي تكون عادةً مصنوعة من السيراميك. تلعب هذه العوازل دورًا حيويًا في الحفاظ على العزل الكهربائي بين الحافلات والهيكل الداعم، مما يضمن العمل الآمن والسليم للنظام الكهربائي. من ناحية أخرى، يتم تثبيت الحافلات ذات الأسلاك المتعددة الخيوط باستخدام مثبتات النهاية، والتي تحافظ على ثبات الأسلاك وتحميها من أي حركة أو انفصال قد يعكر صفو الاتصال الكهربائي.
توفر الشكلان 1 و2 أمثلة مرئية توضح المفاهيم المذكورة أعلاه، وتظهر المظهر النموذجي والتثبيت للحافلات الخارجية ومكوناتها المرتبطة.
الحافلات لتثبيتات المحولات
تُصنع الحافلات المستخدمة في تثبيتات المحولات غالبًا من النحاس أو الألمنيوم أو سبائك الألمنيوم مثل سبائك Al-Mg-Si (الألمنيوم-المغنيسيوم-السيليكون). يتم اختيار هذه المواد لخصائصها الموصلة للتيار الكهربائي وخواصها الميكانيكية وكفاءتها الاقتصادية، مما يجعلها مناسبة للتوزيع الفعال للطاقة الكهربائية داخل أنظمة المحولات.
الخصائص الرئيسية للحافلات العارية
الأبعاد الفيزيائية: بالنسبة للموصلات الأنبوبية، يعتبر القطر معلمة حاسمة، بينما تعتبر المساحة المقطعية للأسلاك المتعددة الخيوط الأكثر أهمية. تؤثر هذه الأبعاد مباشرة على قدرة الحافلة على نقل التيار الكهربائي ومعايرة المقاومة الكهربائية. القطر الأكبر أو المساحة المقطعية الأكبر يسمحان بنقل تيارات أعلى مع خسائر أقل.
الخواص الميكانيكية: يجب أن تمتلك الحافلات العارية قوة ميكانيكية كافية لتحمل مختلف القوى التي تواجهها أثناء التشغيل. تشمل الخواص الميكانيكية الرئيسية القوة الشد (قدرة مقاومة التمدد)، والقوة الضاغطة (مقاومة الضغط)، والقوة الانحنائية (قدرة مقاومة قوى الانحناء)، والقوة المانعة للانحناء (مقاومة التشوه تحت الأحمال الضاغطة). بالإضافة إلى ذلك، فإن لحظات المقاومة وال quánertia are crucial for understanding how the busbar will respond to mechanical stresses, ensuring its structural integrity over time.
التيار المقنن: يشير التيار المقنن للحافلة إلى أكبر تيار مستمر يمكنها نقله بأمان دون تسخين زائد أو تدهور في أدائها. يتم تحديد هذا القيمة بناءً على عوامل مثل خصائص المادة والمساحة المقطعية والظروف التشغيلية المحيطة. اختيار حافلة ذات تيار مقنن مناسب ضروري لمنع التسخين الزائد والفشل المحتمل في النظام الكهربائي.
من المهم ملاحظة أن الحافلات العارية غير مغلفة، وبالتالي لا ينطبق مفهوم الجهد المقنن عليها بنفس الطريقة التي تنطبق بها على الموصلات المغلفة. عند ربط الحافلات بمآخذ المعدات، يجب استخدام وصلات متخصصة. هذه الوصلات، كما هو موضح في الشكل 3، تضمن اتصالًا كهربائيًا آمنًا ومنخفض المقاومة، مما يسهل نقل الطاقة الكهربائية بشكل موثوق بين الحافلات والمكونات الأخرى لنظام المحولات.
ربط الحافلات وأنظمة الحافلات المعزولة
ربط الحافلات
عند الحديث عن إنشاء اتصالات بين الحافلات، فإن اختيار الوصلات أمر حاسم ويعتمد على مواد الحافلات المرتبطة. بالنسبة للاتصالات النحاسية-النحاسية، يتم استخدام وصلات البرونز عادةً. توفر هذه الوصلات توصيلًا كهربائيًا ممتازًا وقوة ميكانيكية، مما يضمن اتصالًا موثوقًا به. بالنسبة للاتصالات الألمنيوم-الألمنيوم، تعتبر وصلات سبائك الألمنيوم الخيار الأمثل. تم تصميمها خصيصًا لتتناسب مع خصائص حافلات الألمنيوم، مما يوفر اتصالًا آمنًا واستقرارًا مع تقليل خطر التآكل.
في حالة الاتصالات النحاسية-الألمنيوم، تعتبر الوصلات ثنائية المعدن ضرورية. استخدام هذه الوصلات ضروري لمنع التآكل الذي يمكن أن يحدث بسبب التأثير الكهروكيماوي عندما يأتي معدنان مختلفان في اتصال بوجود كهربائي (مثل الرطوبة في الهواء). يمكن أن يؤدي التفاعل الكهروكيماوي بين النحاس والألمنيوم إلى تدهور الاتصال مع مرور الوقت، مما قد يتسبب في فشل كهربائي. تم تصميم الوصلات ثنائية المعدن لتخفيف هذه المشكلة، مما يضمن اتصالًا طويل الأمد وموثوقًا به بين حافلات النحاس والألمنيوم.
الحافلات المعزولة وأنظمة الأنابيب
في التثبيتات الداخلية ذات الجهد المتوسط (MV) والجهد المنخفض (LV)، حيث تشارك تيارات عالية والمساحة محدودة، يتم استخدام الحافلات المعزولة وأنظمة الأنابيب بشكل شائع. في هذه الإعدادات، يتم وضع الحافلات داخل أغطية معدنية، والتي تخدم غرضين مزدوجين هما توفير الحماية الميكانيكية والعزل الكهربائي. توفر هذه الأغطية حماية للحافلات من الأضرار الجسدية، مثل الاصطدامات العرضية أو الاتصال بالأجسام الأجنبية، وتحمي أيضًا من الصدمات الكهربائية عن طريق عزل الموصلات الحية من البيئة المحيطة.
ومع ذلك، يأتي هذا الغلاف بتنازل. وجود الغلاف يقلل من تبديد الحرارة للحافلات. يحد من تدفق الهواء المبرد حول الحافلات ويقلل من خسائر الإشعاع، وهي مهمة لتبدد الحرارة الناتجة عن تدفق التيار. نتيجة لذلك، تكون تصنيفات التيار للحافلات داخل الأغطية غالبًا أقل بشكل كبير مقارنة بالحافلات المعرضة للهواء الحر.
لمعالجة هذه المشكلة وتقليل انخفاض قدرة نقل التيار، يمكن استخدام أغطية مهوية. يتم تصميم هذه الأغطية بفتحات أو منافذ تسمح بتدفق الهواء بشكل أفضل، مما يساعد على تبديد الحرارة بشكل أكثر كفاءة. هذا يساعد على الحفاظ على تصنيفات تيار أعلى بينما لا يزال يوفر الحماية الميكانيكية والعزل اللازمين.
يقدم الشكل 4 مثالًا توضيحيًا للحافلة المعزولة، يظهر الهيكل والمظهر النموذجي لهذه الأنظمة ويبرز كيفية دمج الغلاف مع الحافلات لتلبية متطلبات التثبيتات الكهربائية الداخلية.
الحافلات المعزولة وأنظمة الأنابيب
الحافلات المعزولة
تتكون الحافلات المعزولة عادةً من قضبان مسطحة من النحاس أو الألمنيوم. يمكن أن يختلف عدد القضبان لكل مرحلة، اعتمادًا على حجم التيار الذي تحتاج إلى نقله. في هذا الإعداد، يتم تغليف كل مرحلة أو قطب بشكل منفصل داخل غلاف مُرَّض. يتم ربط نهايات هذا الغلاف بواسطة قضيب مصمم لتحمل التيار الكامل للقص القصير.
الوظيفة الأساسية للغلاف هي منع حدوث تيارات قص بين المراحل. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر ميزة مهمة تتعلق بالمجالات المغناطيسية. عندما يتدفق التيار عبر الموصلات، يولد مجالات مغناطيسية قوية. ومع ذلك، يتم إثارة تيار مساوٍ ومعاكس في الغلاف أو الغلاف، والذي يلغي تقريبًا هذه المجالات المغناطيسية. يساعد هذا الإلغاء للمجالات المغناطيسية على تقليل التداخل الكهرومغناطيسي وتخفيض القدرة على حدوث تأثيرات غير مرغوب فيها على المعدات الكهربائية والإلكترونية المجاورة.
تشمل المواد العازلة الشائعة الاستخدام للحافلات المعزولة الهواء والفلوريد الستيكي (SF6). يعتبر الهواء خيارًا متاحًا بسهولة واقتصاديًا، بينما يقدم الفلوريد الستيكي خصائص عازلة متفوقة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مستويات أعلى من العزل والأداء الكهربائي.
أنظمة الأنابيب
في التثبيتات ذات الجهد المنخفض (LV)، تعد أنظمة الأنابيب طريقة فعالة من حيث التكلفة لتوزيع الطاقة الكهربائية، وكذلك لتزويد الطاقة لمعدات متعددة وتسهيل الاتصالات بين اللوحات الكهربائية أو بين اللوحة الكهربائية والمتحول. كما هو موضح في الشكل 5، توفر أنظمة الأنابيب طريقة منظمة وفعالة لنقل الموصلات الكهربائية، مما يحميها من الأضرار الجسدية ويقوم بتبسيط تثبيت وصيانة الأنظمة الكهربائية.
أنظمة الأنابيب: الخصائص والمزايا
تتألف أنظمة الأنابيب من قضبان موصلة مسطحة مجمعة مسبقًا (بما في ذلك الموصلات للمرحلتين والمحايدة) محاطة بغلاف معدني واحد. يوفر هذا التصميم نهجًا منظمًا ومتناسقًا لتوزيع الطاقة الكهربائية.
في أنظمة الأنابيب المغذية، يتم تحقيق استخراج الطاقة من أنابيب الحافلات من خلال استخدام وحدات الاستخراج. يتم توصيل هذه الوحدات في مواقع محددة مسبقًا على طول أنابيب الحافلات. تمكن هذه الوحدات من إزالة الطاقة بشكل آمن ومتحكم فيه من النظام، عادةً عبر أجهزة حماية مناسبة مثل مفاتيح الدائرة أو المصاعد. يضمن هذا الإعداد أن يتم توزيع الطاقة الكهربائية بدقة على الأحمال المختلفة حسب الحاجة.
تقدم أنظمة الأنابيب العديد من المزايا المهمة مقارنة بأنظمة الكابل التقليدية:
التكلفة والسهولة في التثبيت: تعتبر أنظمة الأنابيب أكثر اقتصادية في التنفيذ وأبسط في التثبيت، خاصة عند التعامل مع التطبيقات ذات التيار العالي. في مثل هذه السيناريوهات، غالباً ما يتطلب الحصول على التصنيفات اللازمة للتيار باستخدام الكابلات ذات النواة الواحدة استخدام عدة كابلات لتلبية مواصفات الانخفاض في الجهد والانخفاض في الجهد. وهذا ليس فقط يزيد من تعقيد وتكلفة تركيب الكابلات، ولكنه يزيد أيضاً من خطر التسخين بين الكابلات، مما قد يؤدي إلى قصر الدائرة. في المقابل، توفر أنظمة الأنابيب حلًا أكثر كفاءة وموثوقية لتوزيع الطاقة الكهربائية ذات التيار العالي.
القوة الميكانيكية وكفاءة التثبيت: تتميز بقوة ميكانيكية فائقة على مسافات طويلة مع الحاجة الدنيا للأوتاد. هذه الخاصية تقلل بشكل كبير من أوقات التثبيت، حيث يحتاج إلى أقل عدد من الأوتاد والمشابك مقارنة بخطوط الكابل. كما تضمن قوة أنظمة الأنابيب المتينة المزيد من المتانة والموثوقية أثناء التشغيل.
حفظ المساحة والتصميم المبسط: تلغي أنظمة الأنابيب الحاجة لخطوط كابل متعددة مع الأجزاء المعدنية الداعمة المرتبطة بها، مما يبسط البنية الكهربائية العامة. هذا التبسيط ليس فقط يوفر المساحة، ولكنه يجعل النظام أسهل في الإدارة والصيانة.
تقليل متطلبات التوصيل: تتطلب مساحة أقل للتوصيل داخل اللوحات الكهربائية. هذه ميزة حاسمة، خاصة في تصاميم اللوحات الكهربائية حيث يكون المساحة محدودة، مما يسمح بترتيبات لوحات كهربائية أكثر كفاءة و компактностью.
إلغاء الحاجة إلى مشابك الكابل: بما أن أنظمة الأنابيب مجمعة مسبقًا ولا تتطلب ربط الكابلات على الموقع، يتم إلغاء الحاجة إلى مشابك الكابل المتخصصة. هذا ليس فقط يقلل من تكاليف العمالة، ولكنه يقلل أيضًا من احتمالية الأخطاء المرتبطة بربط الكابلات، مما يعزز الجودة والموثوقية الإجمالية للتركيب الكهربائي.
المرنة في توزيع الطاقة: توفر منافذ الاستخراج المتعددة مرونة للتكيف مع التغيرات في متطلبات الطاقة بعد التركيب الأولي، وذلك ضمن تصنيف أنابيب الحافلات. تسمح هذه الميزة بإعادة تكوين النظام الكهربائي بسهولة لتلبية الأحمال الجديدة أو تغييرات في متطلبات الأحمال، مما يجعل أنظمة الأنابيب مرنة للغاية لتلبية الاحتياجات الكهربائية المتغيرة.
سهولة إعادة التوضع والتوسع: عملية إعادة توضع منافذ التوزيع بسيطة مع أنظمة الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توسيع النظام بسهولة مع زيادة متطلبات الطاقة لمرافق معينة، مما يوفر حلًا قابلًا للتوسع لتوزيع الطاقة.
الجاذبية الجمالية: في المناطق التي يكون النظام الكهربائي مرئيًا، توفر أنظمة الأنابيب مظهرًا جماليًا مميزًا مقارنة بحزم الكابلات. تصميمها الأنيق والمتناسق يمكن أن يعزز الجاذبية البصرية للداخلية في المباني التجارية والفضاءات العامة، مما يجعلها خيارًا مفضلًا في هذه الأماكن.
قابلية إعادة الاستخدام: يمكن فك أنظمة الأنابيب وإعادة استخدامها في مناطق أخرى، مما يوفر حلًا اقتصاديًا للمواقع التي تخضع للتجديد أو التوسع. هذه القابلية لإعادة الاستخدام لا تقلل فقط من النفايات ولكنها توفر أيضًا توفيراً كبيرًا في تكاليف المواد والتثبيت.
مقاومة النار المحسنة: توفر مقاومة أفضل لنشر النار مقارنة بأنظمة الكابل التقليدية. يساعد الغلاف المعدني لأنظمة الأنابيب على احتواء النار ومنع انتشارها عبر النظام الكهربائي، مما يساهم في تحسين السلامة من الحرائق في المباني.
