كيف يمكن لقاطع الدائرة الفراغية تحسين سلامة التبديل ذات الجهد المتوسط، والموثوقية، والتحكم في الشبكة؟

لماذا يحتاج تبديل الجهد المتوسط ​​إلى حماية متخصصة؟

تعمل الأنظمة الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​عند مستويات جهد تتطلب معدات تحويل وحماية منسقة بعناية. يجب ألا يحمل جهاز التبديل تيار الحمل العادي فحسب، بل يجب أيضًا أن يستجيب بشكل صحيح عندما تواجه الشبكة خطأ.

تقوم شبكات التوزيع الكهربائية بشكل روتيني بتوصيل المحولات والمحركات والمولدات والمغذيات الصناعية وخطوط المرافق ومصادر الطاقة المتجددة والأحمال الأخرى. في ظل الظروف العادية، يتدفق التيار بشكل مستمر من خلال الموصلات ومعدات التبديل. ومع ذلك، خلال دائرة كهربائية قصيرة، يمكن للتيار أن يزيد بشكل كبير ويولد إجهادًا حراريًا وكهروديناميكيًا كبيرًا.

يوفر قاطع الدائرة طريقة يمكن التحكم فيها لمقاطعة هذا التيار. يجب تنسيق تشغيلها مع مرحلات الحماية ومحولات التيار ومحولات الجهد ودوائر التحكم وفلسفة الحماية الشاملة للشبكة الكهربائية.

وسيلة المقاطعة مهمة بشكل خاص. تاريخيًا، استخدمت قواطع الدائرة عدة طرق للتحكم في القوس الذي يتشكل عند انفصال جهات الاتصال. تم استخدام الهواء والنفط والغازات المختلفة في أجيال مختلفة من المعدات. توفر تقنية الفراغ طريقة أخرى تتم فيها عملية مقاطعة القوس الأولية داخل قاطع فراغي مغلق.

ولذلك ينبغي النظر في وظيفة الكسارة على مستوى النظام. لا يمكن لتصنيف المقاطعة العالي أن يعوض إعداد الحماية غير الصحيح. لا يمكن للقاطع المصمم جيدًا أن يعوض عن عدم كفاية إنهاء الكابل. لا يمكن لوحدة التحكم المتطورة تصحيح آلية ميكانيكية لم تتم صيانتها بشكل صحيح.

تربط هندسة المفاتيح الكهربائية الجيدة بين هذه العناصر. يجب تحديد كل من القاطع، وقضيب التوصيل، والمغذي، ومرحل الحماية، ومحولات الأجهزة، وقوة التحكم، والأقفال الداخلية، والعلبة حول نفس النظام الكهربائي.

لماذا يختلف انقطاع الخطأ عن التبديل العادي

إن فتح الدائرة في ظل ظروف الحمل العادية ومسح الدائرة القصيرة ليسا عمليتين متكافئتين. أثناء حدوث خطأ، يمكن أن يكون التيار أكبر بكثير، وتكون الطاقة الكهربائية المرتبطة بالخطأ كبيرة.

لذلك يجب أن يكون القاطع قادرًا على قطع التيار عند الجهد وظروف النظام التي تم تصميمه من أجلها. ويجب أن تتم عملية المقاطعة أيضًا بسرعة كافية لحماية الأجهزة المتصلة والحفاظ على تنسيق الحماية المقصود.

وهذا يجعل تقنية المقاطعة قرارًا هندسيًا أساسيًا وليس ميزة منتج تجميلي.

ما هي المكونات الرئيسية للكسارة؟

يحتوي قاطع الجهد المتوسط ​​الحديث على عدة مجموعات وظيفية. يساهم كل منها إما في المسار الحالي، أو عملية الانقطاع، أو التشغيل الميكانيكي، أو نظام العزل، أو واجهة التحكم، أو هيكل التثبيت.

قاطع فراغ

يحتوي قاطع الفراغ على جهة الاتصال الثابتة، والاتصال المتحرك، وقضيب الاتصال، وعناصر التدريع الداخلية، والعلبة المغلقة. وهو الجزء المسؤول عن قطع التيار داخل بيئة الفراغ.

تعد دقة الأبعاد والبناء الداخلي أمرًا بالغ الأهمية لأن فجوة الاتصال والمحاذاة وضغط الاتصال والهندسة العازلة يجب أن تظل ضمن حدود التصميم المقصودة.

آلية التشغيل

تقوم آلية التشغيل بتحويل الطاقة الميكانيكية المخزنة أو الموردة إلى حركة اتصال. تُستخدم الآليات التي تعمل بالزنبرك على نطاق واسع في تطبيقات الجهد المتوسط، بينما تتوفر أنظمة التشغيل الكهرومغناطيسية في تصميمات معينة.

يجب أن تقوم الآلية بفتح وإغلاق القاطع بتوقيت وحركة ثابتين. كما يحتاج أيضًا إلى الحفاظ على قوة الاتصال المطلوبة في الوضع المغلق.

يدعم العزل

يدعم العزل المكونات النشطة المنفصلة ماديًا عن العلبة المؤرضة والهياكل المحيطة. كما أنها تساعد في الحفاظ على الخلوصات المطلوبة والاستقرار الميكانيكي.

المحطات والمسار الحالي

تقوم المحطات الأساسية بتوصيل القاطع بالشبكة الكهربائية العليا والمصب. يحدد تصميمها كيفية تفاعل القاطع مع أشرطة التوصيل، أو توصيلات الكابلات، أو مكونات المفاتيح الكهربائية الأخرى.

نظام الموقف والإشارة

في العديد من تركيبات المفاتيح الكهربائية، توضح المؤشرات الميكانيكية ما إذا كان القاطع مفتوحًا أم مغلقًا أم في موضع آخر محدد. يمكن أن يكون هذا مهمًا بشكل خاص للمعدات القابلة للسحب.

دوائر التحكم والمساعدة

تسمح جهات الاتصال المساعدة، وملفات الرحلة، وملفات الإغلاق، ومحركات المحركات، ومفاتيح الوضع، والدوائر الأخرى للقاطع بالتواصل مع معدات الحماية والتحكم.

التزامن الميكانيكي

تحتاج القواطع ثلاثية الطور إلى أن تعمل جهات الاتصال بطريقة منسقة. تقوم الآلية بنقل الحركة إلى الأقطاب الفردية بحيث تفتح الأطوار وتغلق ضمن علاقة التوقيت المطلوبة.

يمكن أن يؤثر الاختلاف المفرط في التوقيت على أداء التحويل، لذا يعد ضبط الآلية وفحصها جزءًا مهمًا من مراقبة الجودة والصيانة.

لماذا يهم تكامل المكونات

لا يمكن للقاطع عالي الجودة أن يعوض عن سوء محاذاة الآلية. لا يمكن للعزل القوي أن يعوض عن التوصيل الطرفي المصمم بشكل غير صحيح. لا يمكن للمرحل الدقيق أن يعوض عن أسلاك التحكم غير الكافية.

ولذلك يعتمد أداء الكسارة الموثوق به على تفاعل كل هذه المكونات.

ما أهمية قدرة الدائرة القصيرة وسرعة الانقطاع؟

يعد أداء الدائرة القصيرة أحد أهم المواصفات عند اختيار قواطع الدائرة ذات الجهد المتوسط. يمكن أن يولد الصدع تيارات كبيرة جدًا وقوى كهروميكانيكية عالية خلال فترة قصيرة.

تيار الدائرة القصيرة

يتم تحديد تيار العطل المتاح بواسطة الشبكة الكهربائية، بما في ذلك المولدات والمحولات والموصلات ومقاومة النظام. عادةً ما يحدد مهندس المفاتيح الكهربائية ذلك من خلال دراسة الدائرة القصيرة.

يجب أن يتمتع القاطع بقدرة انقطاع مناسبة لظروف الخطأ المحسوبة.

كسر الحالي

يجب أن يكون القاطع قادرًا على مقاطعة تيار الدائرة القصيرة المحدد عند جهد النظام المقدر. تحتاج عملية الانقطاع إلى الحفاظ على استعادة العزل الكهربائي بعد انطفاء التيار.

الصمود لفترة قصيرة

قد تتعرض مجموعات المفاتيح الكهربائية أيضًا لتيارات الأعطال أثناء قيام نظام الحماية بمسح الحدث. يجب أن يتحمل الهيكل الميكانيكي والحراري التيار المحدد طوال المدة المعمول بها.

ذروة الصمود

تنتج قيمة الذروة لتيار العطل قوى كهروديناميكية على الموصلات والمكونات الهيكلية. يجب أن يأخذ التصميم الميكانيكي في الاعتبار هذه الضغوط.

توقيت الانقطاع

يتضمن التسلسل الإجمالي لإزالة الأخطاء عدة مراحل: اكتشاف الأخطاء، وقرار الترحيل، وإرسال إشارة الرحلة، وحركة آلية التشغيل، وفصل الاتصال، وانقطاع القوس، واستعادة الشبكة.

الكسارة لا تعمل بشكل مستقل. يعتمد وقت التطهير الكامل على المرحل ودوائر التحكم وملف الرحلة والآلية الميكانيكية وحركة الاتصال والنظام الكهربائي.

لماذا مقاطعة الوسائط مهمة؟

يحدد وسيط المقاطعة كيفية تصرف القوس أثناء فصل الاتصال. توفر تقنية التفريغ بيئة محكمة الغلق وتستخدم هندسة الاتصال والسلوك المادي لتحقيق الانقطاع.

يمكن أن يسمح هذا بأبعاد قاطعة مدمجة وغرفة مقاطعة بسيطة نسبيًا عند مقارنتها ببعض تقنيات المقاطعة القديمة.

ومع ذلك، فإن التصنيف النهائي للكسارة لا يزال يعتمد على التصميم الكامل. لا تعني تقنية التفريغ أن كل قاطع تفريغ يمكنه مقاطعة أي تيار عطل تعسفي.

وبالتالي فإن النهج الفني الصحيح هو البدء بمستوى خطأ النظام المحسوب ثم التحقق من قدرة القاطع على المقاطعة والصمود بموجب المعيار المعمول به.

ما هو الفرق بين التصاميم الداخلية والخارجية؟

يمكن للقواطع الداخلية والخارجية استخدام نفس مبدأ الانقطاع الأساسي مع وجود متطلبات ميكانيكية وبيئية مختلفة تمامًا.

قواطع داخلية

عادةً ما يتم تركيب القواطع الداخلية داخل خزانات المفاتيح الكهربائية أو الغرف الكهربائية. قد تكون البيئة المحيطة بها أكثر تحكمًا، مما يسمح بالعزل المدمج وترتيبات الضميمة.

غالبًا ما تظهر التصميمات الداخلية كوحدات قابلة للسحب أو تركيبات ثابتة داخل المفاتيح الكهربائية المكسوة بالمعدن. يعتمد الترتيب الدقيق على بنية اللوحة.

قواطع خارجية

يجب أن تتحمل المعدات الخارجية المطر والرطوبة وتغيرات درجات الحرارة وأشعة الشمس والتلوث والغبار والرياح والضغوط البيئية الأخرى.

وبالتالي، تتطلب المنتجات الخارجية إحكام إغلاق مناسب، وعزلًا خارجيًا، واختيار المواد، وحماية السطح، وآليات مقاومة للطقس.

العزل المركب

قد تستخدم القواطع الخارجية مواد عازلة مركبة مثل مطاط السيليكون أو المكونات القائمة على الإيبوكسي اعتمادًا على بنية المنتج. يمكن لهذه المواد أن تدعم أداء العزل في ظل الظروف البيئية المتغيرة عندما يتم تصميمها بشكل صحيح.

المنشآت المثبتة على القطب

تم تصميم بعض قواطع التوزيع الخارجية لتركيب القطب. يمكن لهذا التكوين تبسيط التكامل في شبكات التوزيع العامة والسماح لجهاز التبديل بشغل مساحة صغيرة نسبيًا.

تركيبات المحطات الفرعية

يمكن تركيب قواطع المحطات الفرعية على الهياكل أو داخل مجموعات المفاتيح الكهربائية الخارجية. يجب تنسيق اتصالها بقضبان التوصيل، ومحولات التيار، ومحولات الجهد، ومانعات الصواعق، وأنظمة التأريض.

العوامل البيئية

يمكن أن تؤثر درجة الحرارة والارتفاع والتلوث والرطوبة والتعرض للملح والأشعة فوق البنفسجية على اختيار المعدات.

على سبيل المثال، يمكن أن يؤثر الارتفاع العالي على أداء العزل الكهربائي لعزل الهواء، في حين أن التلوث الشديد يمكن أن يؤثر على الأسطح العازلة الخارجية. يمكن أن تزيد البيئات الساحلية من التعرض للتآكل، خاصة حول الهياكل المعدنية والوصلات.

داخليًا لا يعني عدم الحاجة إلى الصيانة

المعدات الداخلية محمية من الطقس المباشر، ولكن الغبار والتكثيف ودوران درجة الحرارة والتآكل الميكانيكي لا يزال من الممكن أن يؤثر على الآلية والتوصيلات الكهربائية.

ولذلك ينبغي تقييم حماية البيئة بشكل واقعي بدلاً من افتراض أن المعدات الداخلية تعمل في ظروف مثالية.

كيف يعمل الكسارة مع مرحلات الحماية وأجهزة الاستشعار؟

نادراً ما يعمل قاطع الدائرة الكهربائية بمفرده. عادةً ما يتم تنسيق إجراءات الرحلة والإغلاق مع نظام حماية يقيس الظروف الكهربائية ويحدد متى يلزم إجراء التبديل.

المحولات الحالية

توفر محولات التيار معلومات تيار متدرجة لمرحلات الحماية والعدادات. يجب أن تتوافق نسبها وخصائص دقتها مع نظام الحماية.

يشكل المحول الحالي والكسارة جزءًا من نفس سلسلة إزالة الأخطاء. إذا كان تكوين CT أو الأسلاك غير صحيح، فقد لا يتلقى المرحل الإشارة المتوقعة.

محولات الجهد

يمكن لمحولات الجهد توفير معلومات الجهد للحماية والقياس والمزامنة والتحكم. اعتمادًا على وظيفة الحماية، يمكن للمرحل استخدام الجهد مع التيار لتحديد الحالة الكهربائية للشبكة.

مرحلات الحماية

تقوم مرحلات الحماية بتقييم القياسات الكهربائية بشكل مستمر. اعتمادًا على التطبيق، يمكن أن تشمل الوظائف التيار الزائد، أو خطأ الأرض، أو الجهد المنخفض، أو الجهد الزائد، أو حماية الاتجاه، أو حماية المحرك، أو حماية المحولات، أو وظائف متخصصة أخرى.

دائرة الرحلة

عندما يحدد المرحل أن الكسارة يجب أن تفتح، فإنه يرسل أمر رحلة عبر دائرة التحكم. يقوم ملف الرحلة بتشغيل الآلية، التي تقوم بعد ذلك بفصل جهات الاتصال.

السيطرة على الإغلاق

يتم التحكم في الإغلاق أيضًا. قد يشتمل النظام على أدوات تحكم إغلاق محلية وعن بعد، وأقفال كهربائية، ووظائف المزامنة، والإشارات المسموح بها.

المتشابكة

يعد التشابك ميزة أمان مهمة. يمكن أن تمنع عمليات التعشيق الميكانيكية أو الكهربائية إجراءات محددة عندما يكون الجهاز في حالة غير مناسبة.

على سبيل المثال، قد لا يُسمح للكسارة القابلة للسحب بالتنقل بين المواضع أثناء إغلاقها. قد يتم منع مفتاح التأريض من العمل أثناء تنشيط الدائرة الأولية، اعتمادًا على بنية النظام.

المراقبة عن بعد

تستخدم التركيبات الكهربائية الحديثة بشكل متزايد الاتصالات الرقمية لمراقبة موضع الكسارة وحالة الرحلة وحالة الآلية والمعلمات الأخرى.

يمكن للمعلومات عن بعد أن تحسن الوعي التشغيلي، لكن المراقبة الرقمية لا تحل محل إجراءات السلامة المحلية الصحيحة. لا تزال فرق الصيانة بحاجة إلى ممارسات محددة للعزل والتحقق والتأريض والعمل.

ما هي الأخطاء الشائعة في الاختيار والتثبيت التي يجب تجنبها؟

يمكن إرجاع العديد من مشكلات الكسارة إلى المواصفات غير المكتملة أو افتراضات التثبيت. تحدث الأخطاء الأكثر أهمية عندما يتعامل المهندسون مع القاطع باعتباره مكونًا معزولًا بدلاً من كونه جزءًا من نظام الحماية والتوزيع الكامل.

• الاختيار فقط عن طريق الجهد:يجب أيضًا أن يتطابق التيار المقدر وقدرة الخطأ والعزل وآلية التشغيل والبيئة.
• تجاهل حسابات الدائرة القصيرة:يجب تحديد تيار العطل المتوفر قبل الانتهاء من تصنيف الكسارة.
• تجاهل تنسيق الحماية:يجب أن تدعم إعدادات الترحيل وأداء الكسارة الانتقائية المطلوبة.
• التقليل من مساحة الكابل:يمكن أن تؤثر نهايات الكابلات وأنصاف أقطار الانحناء على الترتيب العملي لمجموعة المفاتيح الكهربائية.
• تطل على التحكم في الجهد:تتطلب الرحلات والدوائر المغلقة قوة مساعدة مناسبة.
• تجاهل التداخلات:يجب التحقق من تسلسلات التشغيل مقارنة ببنية المفاتيح الكهربائية الكاملة.
• تخطي تخطيط الصيانة:لا تزال الآلية والمحطات الطرفية ودوائر التحكم والمفاتيح الكهربائية المحيطة بها بحاجة إلى الفحص.
• استخدام وثائق غير كاملة:يجب أن تصف الرسومات ومخططات الأسلاك وبيانات اللوحة وسجلات الاختبار نفس التكوين.

مشكلة "أعلى تصنيف هو الأفضل دائمًا".

لا يعد التصنيف الأعلى هو الاختيار الهندسي الصحيح تلقائيًا. لا يزال القاطع بحاجة إلى ملاءمة مجموعة المفاتيح الكهربائية المادية وترتيب الكابلات ونظام الحماية وجهد التحكم وبيئة التثبيت.

يجب أن يعتمد الاختيار على المتطلبات المحسوبة وهوامش التصميم المعمول بها.

مشكلة "الفراغ يعني عدم الحاجة إلى الصيانة".

إن قاطع الفراغ مغلق، لكن القاطع يحتوي على مكونات ميكانيكية وكهربائية يمكن أن تتعرض للتآكل. تظل النوابض، والمحامل، والروابط، والمفاتيح المساعدة، ودوائر الرحلات، والمحطات الطرفية، وموصلات التحكم جميعها نقاط صيانة ذات صلة.

مشكلة "نفس الكسارة في كل مكان".

تمثل الغرفة الصناعية الداخلية النظيفة والمحطة الفرعية الساحلية الخارجية بيئتين مختلفتين تمامًا. لا ينبغي افتراض أن نفس البناء المادي يناسب كليهما تلقائيًا.

مشكلة "التثبيت لاحقًا".

يجب مراعاة تركيب القواطع، ونهايات الكابلات، وأسلاك التحكم، والأقفال المتداخلة، وأبعاد العلبة أثناء تصميم المفاتيح الكهربائية. قد يكون تعديل هذه التفاصيل بعد التصنيع أمرًا صعبًا.

مشكلة "المستند مرة واحدة".

يجب أن تنعكس التغييرات التي يتم إجراؤها أثناء المشروع بشكل متسق في الرسم التخطيطي ذو السطر الواحد، ورسومات اللوحات، ومخططات الأسلاك، وإعدادات الحماية، وقائمة المواد، ومستندات التشغيل.

ما الذي يجب أن تتضمنه المواصفات الفنية الاحترافية؟

يجب أن توفر المواصفات المهنية للمهندسين وفرق الشراء معلومات كافية لتحديد الكسارة الصحيحة قبل أن تصل المعدات إلى مرحلة التصنيع أو التثبيت.

ابدأ بالمخطط ذو الخط الواحد

يحدد الرسم البياني ذو الخط الواحد مكان وجود القاطع في الشبكة الكهربائية. يُظهر المغذيات والمحولات والمحركات والمولدات وقضبان التوصيل الواردة والصادرة ومناطق الحماية والعناصر الرئيسية الأخرى.

يجب تطوير مواصفات الكسارة من هذا السياق الكهربائي.

تحديد موقف الكسارة

يجب أن توضح المواصفات ما إذا كان القاطع ثابتًا أو قابلاً للسحب وتصف الموقع ذي الصلة ومتطلبات التشابك.

تحديد الاتصالات الأساسية

تعتبر هندسة الاتصال ذات أهمية خاصة لتكامل المفاتيح الكهربائية. يجب أن يتوافق تباعد شريط التوصيل، وإنهاء الكابل، واتجاه المحطة، وترتيب الطور مع تصميم اللوحة.

تحديد الوظائف المساعدة

يجب أن يتم إدراج جهات الاتصال المساعدة، وملفات الرحلة، وملفات الإغلاق، وإطلاقات الجهد المنخفض، ومشغلي المحركات، والمؤشرات الميكانيكية، وواجهات التحكم عن بعد بشكل واضح حيثما أمكن ذلك.

تحديد متطلبات الحماية

يجب أن تحدد مواصفات الحماية وظائف المرحل المطلوبة، ونسب CT، ومدخلات الجهد حيثما أمكن، ومنطق الرحلة، والتشابك، وواجهات الاتصال.

تحديد المتطلبات البيئية

يجب أن يحدد المشروع ما إذا كان الكسارة ستعمل في الداخل أو في الخارج وتوفير معلومات ذات صلة بدرجة الحرارة والارتفاع والرطوبة والتلوث والزلازل والتآكل حيثما أمكن ذلك.

تحديد متطلبات الاختبار

يجب أن تحدد الوثيقة الفنية المعايير المعمول بها، والاختبارات الروتينية، وتوقعات اختبار النوع، ومتطلبات الفحص، وإجراءات التشغيل.

1. تعريف النظام الكهربائي:تحديد الجهد والتردد وتكوين الشبكة وترتيب التأريض.
2. حساب حالات خطأ النظام:تحديد تيار الدائرة القصيرة المتاح في موقع القاطع.
3. تعريف الحمل المستمر:تحديد ظروف التشغيل الحالية والمتوقعة.
4. اختر بنية المقاطعة:تأكد من تقنية التفريغ وتكوين الكسارة المناسب.
5. تعريف آلية التشغيل:حدد ترتيب الزنبرك أو الكهرومغناطيسي المطلوب وتسلسل التشغيل.
6. تعريف الحماية:تنسيق CT، ومدخلات الجهد، والمرحلات، ودوائر الرحلة، والتشابك.
7. تعريف التثبيت المادي:تأكد من البناء الثابت أو القابل للسحب والمحطات والأبعاد وواجهات الكابلات.
8. مراجعة شروط الموقع:تأكد من درجة الحرارة والرطوبة والارتفاع والتلوث والتآكل والتعرض البيئي.
9. تعريف الاختبار:قم بتأكيد الاختبارات الروتينية والنوعية والمصنعية والموقعية والتشغيلية المعمول بها.
10. وثائق التحكم:تأكد من أن جميع الرسومات والإعدادات والمواصفات والشهادات تصف نفس التكوين النهائي.

ما الذي يجب على المشترين طلبه قبل الموافقة؟

• رسم الترتيب العام:تأكد من الأبعاد الإجمالية والتركيب والمواضع الطرفية وتصاريح الخدمة.
• التخطيطي الكهربائي:التأكد من دوائر الرحلة والإغلاق والمساعدة والتعشيق والتحكم.
• بيانات اللوحة:التحقق من الجهد والتيار والتردد وسعة المقاطعة والخصائص المقدرة ذات الصلة.
• واجهة الحماية:التحقق من واجهات CT وVT والمرحل والرحلة والاتصالات.
• وثائق الاختبار:تأكد من نطاق السجلات الروتينية واختبار النوع المطبقة على التصميم المقدم.
• معلومات التثبيت:التأكد من متطلبات الرفع والنقل والتوصيل والتشغيل والصيانة.

المواصفات الفنية التفصيلية تقلل من الغموض بين فرق الهندسة والشراء والتصنيع والتكليف والصيانة. كما أنه يساعد على منع التغييرات المتأخرة الناتجة عن فقدان معلومات الواجهة.