مفاتيح التبديل

ما هي مفاتيح التبديل؟

تتحمل الدوائر الكهربائية قدرة تحميل محددة مسبقًا بحسب تصميمها. ويجب تنظيمها لمنع التيار الزائد من التسبب في ارتفاع درجة حرارة الأسلاك وتحميل النظام فوق طاقته. يُعد النظام المُحمّل فوق طاقته خطرًا على السلامة، إذ يُمكن أن يُلحق الضرر بالمكونات الحيوية، بل وقد يتسبب في حرائق كهربائية. وُجدت لوحات التوزيع الكهربائية لتنظيم الأصول الكهربائية وضمان تشغيلها الآمن والفعال.

تشمل مكونات لوحة التوزيع الكهربائية مفاتيح الفصل الكهربائي، وقواطع الدائرة، والصمامات، ومانعات الصواعق التي تعمل على توصيل أو قطع التيارات الكهربائية المتدفقة. عند حدوث ارتفاع مفاجئ في التيار الكهربائي، تقوم لوحة التوزيع بقطع تدفق الطاقة وحماية الأنظمة الكهربائية من أضرار زيادة الحمل.

لماذا نحتاج إلى لوحات التبديل؟

صُممت لوحات التوزيع الكهربائية لحماية المعدات المتصلة بمصدر الطاقة من خطر التحميل الزائد. تحمي هذه اللوحات الآلات والأجهزة والمحركات والأنظمة الأخرى التي تحتوي على دوائر كهربائية، وذلك من خلال التحكم في تدفق التيار الكهربائي وتنظيمه.

تحمي لوحات التوزيع الكهربائية أيضًا فنيي الصيانة والإصلاح من الأذى بفصلهم عن الدوائر الكهربائية الموصولة بالتيار. ويعتمد فنيو الكهرباء وشركات المرافق على لوحات التوزيع لفصل التيار عن المعدات لإجراء اختبارات الدوائر الكهربائية بأمان، وتنفيذ مهام الصيانة، وإصلاح الأعطال في الدوائر المتصلة بها.

كيف تعمل مفاتيح التبديل؟

تمنع معدات التبديل الكهربائي حدوث التلف وانقطاعات الخدمة من خلال التحكم في تدفق الطاقة داخل النظام الكهربائي. فهي قادرة على عزل الدوائر المتأثرة مع توفير الطاقة في الوقت نفسه من مصادر متعددة إلى الحمل. عندما يؤدي ارتفاع مفاجئ في التيار الكهربائي أو عطل ما إلى تشغيل قاطع الدائرة داخل مجموعة التبديل الكهربائي، تقوم المكونات الداعمة بفصل التيار وتفريغه من الدائرة المحملة بشكل زائد مع الحفاظ على استمرار الخدمة للدوائر العاملة.

لوحات التوزيع مقابل معدات التوزيع
تؤدي لوحات التوزيع الكهربائية ومعدات التبديل وظائف مختلفة تمامًا. فهي تختلف في مكوناتها المادية، وجهدها الكهربائي، واستخداماتها، ومعايير السلامة الخاصة بها. لوحات التوزيع الكهربائية هي أجهزة ذات جهد منخفض تُستخدم في البيئات التجارية والصناعية لنقل الطاقة وإعادة توجيهها وتوزيعها على المحولات الفردية، وأنظمة التحكم، ولوحات الدوائر، والأحمال. أما معدات التبديل، فتنظم تدفق التيار الكهربائي لمنع ارتفاعات الطاقة الخطيرة.

أنواع مفاتيح التبديل
في أمريكا الشمالية، يتم تصنيف ثلاثة أنواع من معدات التبديل الكهربائية وفقًا لمعايير ANSI/IEEE و NEC 2014 للأنظمة الكهربائية التي توفر التيارات المترددة.

1. تُستخدم معدات التبديل الكهربائية ذات الجهد المنخفض للأنظمة التي تعمل بأقل من 1 كيلو فولت (kV).

2. تعمل معدات التبديل الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​بجهود تتراوح من 1 كيلو فولت إلى 75 كيلو فولت

3. تعمل معدات التبديل الكهربائية ذات الجهد العالي بجهود تتراوح من 75 كيلو فولت إلى حوالي 230 كيلو فولت.

يجب وضع معدات التبديل الكهربائية في حاوية مناسبة مصنفة وفقًا لمعايير NEMA عند استخدامها في الهواء الطلق لحمايتها من العبث والعوامل الجوية.

● مفاتيح كهربائية منخفضة الجهد
تحتوي معدات التبديل ذات الجهد المنخفض على مفاتيح، وقواطع دوائر ذات جهد منخفض، وقواطع دوائر تسرب أرضي، وقواطع دوائر مصغرة (MCBs)، وقواطع دوائر مصبوبة (MCCBs)، وصمامات ذات قدرة قطع عالية (HRC)، وعوازل كهربائية لتفريغ الحمل.

يمكن تهيئة هذه المعدات للاستخدام الداخلي أو الخارجي، وقد تكون مصممة للعمل بجهد يتراوح بين 208 و240 و480 و600 فولت وصولاً إلى 1000 فولت. وتستخدم المنشآت الصناعية والبلدية والتجارية عادةً مفاتيح الجهد المنخفض لتنظيم توصيل الطاقة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والإضاءة وغيرها من أنظمة المباني.

● مفاتيح كهربائية متوسطة الجهد
تستخدم لوحات التوزيع الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​عوازل زيتية أو غازية أو فراغية وقواطع دوائر لقطع تدفق التيار في حالة حدوث ارتفاع مفاجئ في الطاقة أو عطل في النظام. تحمي العوازل المكونات داخل معدات التبديل الكهربائية وتبردها، بينما يفصل قاطع الدائرة نقاط التلامس في الدائرة لتفريغ الشرارة الكهربائية.

تُصنّف الأنظمة الداخلية والخارجية عادةً بجهد 5 كيلوفولت، و12 كيلوفولت، و15 كيلوفولت، و35 كيلوفولت، وصولاً إلى 75 كيلوفولت، للدلالة على أقصى جهد يمكنها خدمته. تُستخدم معدات التبديل الكهربائي هذه على نطاق واسع في محطات التوليد ومحطات التحويل الفرعية. كما تُستخدم للتحكم في المحركات، ودوائر التغذية، والمولدات في المنشآت الصناعية والتجارية.

● مفاتيح كهربائية عالية الجهد
تتحكم مفاتيح التبديل عالية الجهد في أنظمة الطاقة التي تعمل بحد أدنى 75 كيلو فولت. تستخدم معدات التبديل الكهربائية هذه فواصل التيار، ومفاتيح التأريض، وآليات التبديل عالية التيار، والصمامات، وقواطع الدائرة للتحكم في التيار وتنظيمه وتعطيله وعزله وتفريغه.

نظراً لأن أي عطل كهربائي قد يُسبب شرارة كهربائية قوية للغاية، فإن معدات التبديل الكهربائية ذات الجهد العالي تحتاج إلى العمل باستمرار وبكفاءة عالية. تُعد هذه المعدات حيوية للعمليات التي تشهد معدلاً مرتفعاً من الأعطال الكهربائية وتحتاج إلى فصل التيار الكهربائي عن المعدات بشكل دوري. وهي شائعة الاستخدام في أنظمة نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية الكبيرة، وفي المنشآت التجارية والصناعية.

أنواع عزل لوحات المفاتيح الكهربائية
مع اختلاف الفولتية، يمكن أن تستخدم لوحات التوزيع الكهربائية أنواعًا مختلفة من العزل لحماية الأجهزة الكهربائية من الأعطال. وتستخدم صناديق لوحات التوزيع الكهربائية الأنواع التالية من العزل.

● معدات التبديل الكهربائي المعزولة بالغاز
تستخدم لوحات التوزيع المعزولة بالغاز (GIS) قواطع دوائر كهربائية تعمل بغاز سادس فلوريد الكبريت المضغوط (SF6) لعزل الموصلات والوصلات وإخماد تيار القوس الكهربائي الناتج عن الأعطال الكهربائية. يُعد ثاني أكسيد الكربون (CO2) بديلاً صديقاً للبيئة لغاز SF6، حيث يُمكن أن يُساهم استبدال SF6 بـ CO2 في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بمقدار 10 أطنان خلال دورة حياة المعدات.

● معدات التبديل الكهربائي المعزولة بالهواء
تستخدم مفاتيح العزل الهوائي (AIS) قواطع الدائرة التي تستخدم الهواء المضغوط أو القوة المغناطيسية لإطالة القوس الكهربائي حتى يفرغ نفسه.

● معدات التبديل الكهربائي المعزولة بالزيت
تعمل مفاتيح التبديل المعزولة بالزيت على تبخير الزيت المعدني على طول مسار القوس الكهربائي الذي يتشكل عند انفصال نقاط التلامس الحاملة للتيار، وتحيطه بفقاعة من غاز الهيدروجين تعمل على تفريغ التيار ومنع القوس الكهربائي من إعادة الاشتعال.

● معدات التبديل الكهربائي المعزولة بالفراغ
تعمل مفاتيح التبديل المعزولة بالفراغ على التخلص من الجزيئات التي قد تتأين بفعل التيار الكهربائي. وسيتم تمديد أي قوس كهربائي وتفريغه حتى مع ارتفاع الجهد.

تركيب لوحات التوزيع الكهربائية
يجب على العمال المرخصين تركيب جميع معدات التبديل الكهربائية وفقًا لقوانين السلامة المعمول بها، وإرشادات البناء، وتعليمات الشركة المصنعة. ويضمن التركيب الصحيح موثوقية تشغيلية مثالية.