لماذا تتفوق قواطع الدائرة ذات الفراغ 12 كيلوفولت على SF6/زيت/هواء: تحليل الحل الشامل

لماذا تتفوق مفاتيح الدائرة ذات الفراغ بـ 12 كيلوفولت على مفاتيح SF6/الزيت/الهواء: تحليل الحل الشامل

في توزيع الطاقة المتوسطة الجهد (MV)، وخاصة في معدات التحويل الداخلية بـ 12 كيلوفولت، ظهرت مفاتيح الدائرة ذات الفراغ (VCBs) كالتكنولوجيا الرئيسية، مما يتجاوز بشكل كبير بدائلها التاريخية مثل مفاتيح الدائرة SF₆ ومفاتيح الدائرة ذات الزيت الأدنى ومفاتيح الدائرة الهوائية. يقدم هذا التقرير مقارنة مفصلة لمفاتيح الدائرة ذات الفراغ الداخلية بـ 12 كيلوفولت مع هذه المنافسين، مع التركيز على مزاياها الأساسية.

​I. نظرة عامة على التقنيات المنافسة الرئيسية​

1. ​مفاتيح الدائرة SF₆
• ​المبدأ: يستخدم غاز سداسي فلوريد الكبريت (SF₆) لإطفاء القوس الكهربائي والعزل. يوفر SF₆ خصائص عازلة وملغية للقوس ممتازة.
• ​التطبيق: كانت مستخدمة على نطاق واسع في الأنظمة MV/HV، خاصة لتطبيقات عالية السعة أو الخارجية. ومع ذلك، فقد تم استبدال حصة السوق الخاصة بها في الأنظمة الداخلية بـ 12 كيلوفولت بشكل كبير بمفاتيح VCBs بسبب المخاوف البيئية والصيانة.
2. ​مفاتيح الدائرة ذات الزيت الأدنى
• ​المبدأ: يستخدم زيت المحولات كوسط لإطفاء القوس الكهربائي ولكنه يستخدم كمية أقل بكثير من الزيت مقارنة بالتصاميم الكبيرة السابقة.
• ​التطبيق: كانت تقنية رئيسية قبل VCBs. من أهم العيوب هي مخاطر الحريق والصيانة العالية والتلوث البيئي.
3. ​مفاتيح الدائرة الهوائية
• ​المبدأ: تعتمد على رياح الهواء المضغوط لإطفاء الأقواس الكهربائية.
• ​التطبيق: استخدمت في الأنظمة HV الأولى أو التطبيقات المتخصصة. بالنسبة للمقاطع الداخلية بـ 12 كيلوفولت، فإن مفاتيح الدائرة الهوائية أقل من VCBs في السعة الكهربائية والحجم والضوضاء.

​II. المزايا الأساسية لمفاتيح الدائرة ذات الفراغ الداخلية بـ 12 كيلوفولت​

تفوق VCBs المنافسين في ستة أبعاد أساسية:

1. ​إطفاء القوس الكهربائي وموثوقية أعلى​
• ​الانقطاع بالفراغ: يعتبر الفراغ الوسط العازل المثالي. يحدث انقراض القوس الكهربائي بكفاءة عند الصفر الحالي في المقاطع المختومة، مع استعادة عازلة سريعة. وهذا يضمن موثوقية عالية، خاصة للعمليات المتكررة.
• ​لا يوجد خطر إعادة الإشعال: على عكس SF₆ أو الزيت، فإن الانقطاع بالفراغ يقضي تقريباً على خطر إعادة الإشعال.
• ​سعة قطع عالية: تغطي مفاتيح VCBs الحديثة بـ 12 كيلوفولت نطاقاً واسعاً من التيار القصير المعين (Isc)، من 20 كيلو أمبير إلى 50 كيلو أمبير+ (مثل ZN63/VBY-12: 40 كيلو أمبير؛ VS1-12: 50 كيلو أمبير)، مما يتوافق مع مفاتيح الدائرة SF₆ ويتجاوز مفاتيح الدائرة الزيتية والهوائية.
• ​حياة كهربائية طويلة: تحتمل 30-50 عملية قطع كاملة للتيار القصير (مثل VT19-12، VS1-12)، وتلبية متطلبات الفئة E2 وتتفوق على مفاتيح الدائرة الزيتية.
2. ​تفوق بيئي وأمان​
• ​صفر انبعاثات غازات الدفيئة: تستخدم VCBs الفراغ بدلاً من SF₆ - وهو غاز دفيئة قوي بعامل تأثير دفيئة حوالي 23,500 مرة CO₂ - مما يزيل التحديات التنظيمية والتخلص منها.
• ​لا يوجد خطر الحريق: على عكس مفاتيح الدائرة الزيتية، فإن المقاطع الفراغية لا تشكل أي مخاطر للحريق أو الانفجار.
• ​عمل غير سام: لا ينتج عنها أي منتجات جانبية سامة أثناء الانقطاع (على عكس تحلل SF₆).
3. ​صيانة محدودة وطول العمر​
• ​تصميم "دون صيانة": المقاطع الفراغية المغلقة لا تتطلب أي صيانة داخلية خلال فترة حياتها (عادة ما تتوافق مع متانة آلية). هذا يختلف تماماً عن مفاتيح الدائرة SF₆ (مراقبة الغاز/تجديد الغاز) ومفاتيح الدائرة الزيتية (تغيير الزيت).
• ​حياة ميكانيكية عالية: الآليات التي تعمل بالربيع تحقق 10,000-30,000 عملية (فئة M2)، مما يقلل من الصيانة الميكانيكية.
• ​عزل صلب: تقنيات مثل الأعمدة المغلفة بالإبوكسي (مثل VS1-12) تزيد من مقاومة الغبار والرطوبة والتبلور.
4. ​تصميم مدمج ومرونة​
• ​مساحة صغيرة: المقاطع الفراغية المدمجة والآليات المحسنة تمكن من تصميمات فعالة في المساحة.
• ​تنوع التركيب: الآليات التشغيلية المتكاملة تدعم التكوينات الثابتة أو القابلة للسحب (مثل KYN28A-12/GZS1، XGN).
• ​التجميعية: تبسيط التجميع واستبدال المكونات.
5. ​الفصل المتقدم والكفاءة الاقتصادية​
• ​تيار القطع المنخفض: يقلل من زيادة الجهد أثناء قطع التيار الاستقرائي.
• ​فصل سعة C2: احتمال إعادة الإشعال منخفض جداً للبنوك السعة.
• ​تكلفة ملكية منخفضة: بينما قد تكون التكاليف الأولية متساوية مع مفاتيح الدائرة SF₆، فإن VCBs توفر تكاليف أدنى على مدى الحياة بسبب الصيانة المحدودة وعدم وجود رسوم التعامل مع SF₆ وتقليل الرسوم التأمينية (لا يوجد خطر الحريق) وطول الخدمة.
6. ​المتانة البيئية​
• تعمل بشكل موثوق في الظروف القياسية (-15 درجة مئوية إلى +40 درجة مئوية، ≤1,000 متر ارتفاع). النسخ ذات العزل الصلب تحتمل البيئات القاسية (مثل الرطوبة العالية والتلوث).

​III. ملخص المقارنة​

جدول: مفتاح الدائرة ذات الفراغ الداخلي بـ 12 كيلوفولت مقابل المنافسين الرئيسيين

​IV. الخاتمة​

لمفاتيح الدائرة ذات الفراغ (VCBs) في توزيع الطاقة الداخلية بـ 12 كيلوفولت، تعتبر التكنولوجيا المفضلة بلا منازع. تفوقها في إطفاء القوس الكهربائي، وموثوقيتها غير المسبوقة، وتشغيلها دون صيانة، والأمان البيئي (لا يوجد مخاطر SF₆/زيت/حريق)، والتصميم المدمج وكفاءة التكلفة على مدى الحياة، قد أسهمت في ترسيخ سيادتها في البنية التحتية الكهربائية الحديثة.