הểu הפתיע של מחלקות מתח: חשיבותם סוגים ומשתמשים במערכות חשמל

מהו מחלקה של מתח?

• הגדרת מחלקה של מתח:מחלקות מתח (או רמות מתח) מתייחסות לסדרה של מתחים מוגדרים התקני המשמשים במערכות חשמל ואביזרים חשמליים. מתח מוגדר הוא המתח הנומינלי בו אביזר תוכנן לפעול בתנאים נורמליים; באופן בסיסי, מחלקה של מתח מגדירה את טווח המתח המכוון עבור מערכת או מכשיר.

• אנלוגיה לאביזרי צריכה:אביזרי בית (לדוגמה, מקררים, טלוויזיות) פועלים במתח נומינלי — בדרך כלל 220 וולט — ועשויים להשתבש או לסבול מפגיעות אם מוזנים במתח גבוה או נמוך באופן משמעותי. באופן דומה, על ציוד מערכות חשמל לפעול בתוך מחלקה של מתח מוגדרת כדי להבטיח ביצועים אמינים.

חשיבות מיון רמות מתח

• תקנון:מחלקות מתח מאוחדות מספקות מסגרת ברורה לעיצוב, ייצור ובניהול ציוד. מכשירים ממפעלים שונים שמתאימים למחלקה אחת של מתח יכולים לפעול יחד בצורה חלקה, מגבירים את התחלפותם ומפשטים את ניהול המערכת.

• יעילות:בחירה של רמות מתח מתאימות מפחיתה את איבודי ההעברה. עבור העברת כוח נתונה, מתחים גבוהים מפחיתים את הזרם, בכך מפחיתים את איבדי I²R במנגנונים ומגבירים את היעילות הכוללת מהייצור ועד לשימוש הסופי.

• בטיחות ואמינות:הפרדת מחלקות מתח ברורה מבטיחה שהדרישות החשמליות והצעדים ההגנתיים מתאימים ללחץ המתח, מונעים עומסים או קפיצים עקב מתחים לא מתאימים ומגן על אנשי צוות ואביזרים.

• קידום תהליך טכנולוגי:מפלס מתח מוגדר היטב מאפשר לרשת להתאים לדרישה הגוברת בכוח ולהתפתח עם טכנולוגיות חדשות (לדוגמה, ייצור מבוזר, רשתות חכמות). הם תומכים בשילוב מקורות אנרגיה מתחדשים, אחסון אנרגיה וערכות בקרה מתקדמות תוך שמירה על יציבות ועמידות.

מחלקות מתח נפוצות

• מתח בטיחות (≤36 וולט):משמש ביישומים קריטיים לבטיחות: 24 וולט עבור כלים חשמליים ניידים, 12 וולט עבור תאורה במכרות, ≤6 וולט עבור סקופים רפואיים. סביבות מיוחדות (לדוגמה, בריכות שחייה) משתמשות לעיתים ב-12 וולט; צעצועים לילדים משתמשים ב-≤6 וולט. יש לעמוד ב-GB/T 3805-2008, כולל טראנספורמטורים מבודדים לבטיחות, סוללות, בידוד כפול וזמן פעולה של תאורה חירום של 72 שעות.

• מתח נמוך (220 וולט/380 וולט):מייצר רשת הפצה נמוכה מתח בת שלושה פאזה וארבעה חוטים (220 וולט בין פאזה לניטרל, 380 וולט בין פאזה לפאזה) עם סובלנות של ±7% לפי GB/T 12325. אירופה משתמשת ב-230/400 וולט; יפן משתמשת ב-100/200 וולט. הגנה כוללת RCDs של 30 mA, מנתקי עומס קצר/קיצור (קיבולת ניתוק ≥6 kA) ו-TN-S ארדו (חוט PE מבודד, 저ومة אדמה ≤4 Ω).

• מתח בינוני (10 kV–35 kV):10 kV נפוץ לחילוק עירוני (קיבולת זרם של כבל ~300 A/km); 35 kV לחיוויים פרוורי/תעשייתיים. IEEE 1547 מגביל את חיבור הייצור המפוזר ל-≤35 kV, דורש תקנון מתח של ±10% עבור תחנות אנרגיה שמש.

• מתח גבוה (110 kV–220 kV):כלכלי להעברת כוח גדול: 110 kV מטפל ב-50–100 MW (לדוגמה, עם מוליכים LGJ-240); 220 kV מטפל ב-200–500 MW. טרנספורמציות תחנת 220 kV טיפוסיות בעלות דירוג של 180 MVA עם עמידות קצר-مدار של 12%–14%.

• מתח גבוה מאוד ומתח גבוה ביותר (≥330 kV):קווי 500 kV AC מובילים באופן טבעי ~1000 MW; ±800 kV DC מטפל עד 8000 MW (עם 6×720 mm² מוליכים). קווי 1000 kV AC UHV מכתינים איבודים של <0.8‰ לק"מ.

בסיס לקביעת רמות מתח

• תקנים לאומיים:המפלסים של מתח בסין נובעים מ-GB/T 156-2017 ("מתחים תקניים") ו-GB/T 156-2007, התואמים ל-IEC 60038 אך מותאמים לצרכים מקומיים של רשת AC בת 50 Hz.

• מרחק העברה:מתחים גבוהים יותר מתאימים למרחקים ארוכים יותר: 0.4 kV להפצה מקומית קצרה (<0.6 km); 1000 kV AC להעברה אולטרה-ארוכה (800–1500 km).

• הכרעות טכניות:מעבר למתחים גבוהים יותר דורש להתמודד עם אתגרים של בידוד, קירור וחומרים. ציוד UHV משתמש במדחפים מיוחדים וניהול תרמי לתפעול בטוח ויציב, עם מחקרי ופיתוח מתמשכים שמעודדים הרחבת מחלקות מתח.