قم بتنزيل كتالوج منتجاتنا لعام 2025 للحصول على رسومات تفصيلية ومعايير تقنية لجميع مكونات المفاتيح الكهربائية.
احصل على الكتالوج قم بتنزيل كتالوج منتجاتنا لعام 2025 للحصول على رسومات تفصيلية ومعايير تقنية لجميع مكونات المفاتيح الكهربائية.
احصل على الكتالوج
بالنسبة للمهندسين الذين يراجعون مخطط الخط الواحد (SLD) لمشروع توزيع ثانوي، هناك نقطة قرار متكررة تطرأ: أين نرسم الخط الفاصل بين مفتاح قطع الحمل (LBS) وقاطع الدائرة الفراغي (VCB)؟
بصريًا، غالبًا ما تبدو متطابقة في جدول اللوحة، وعادةً ما تظهر جنبًا إلى جنب مع غيرها مكونات المفاتيح الكهربائية. ومع ذلك، فإن سوء التطبيق هنا ليس مجرد خطأ لغوي؛ بل هو خطر كبير. إن الإفراط في تحديد VCBs يؤدي إلى تضخم تكاليف المشروع دون داعٍ (غالبًا بنسبة 300%)، في حين أن عدم تحديد LBS في دور إزالة الأعطال يضر بالامتثال لمعايير السلامة ويمكن أن يؤدي إلى فشل كارثي.
هذا التمييز أساسي لتوزيع الجهد المتوسط (MV):
يتجاوز هذا المقال التعريفات الأساسية ليستكشف الواقع الهندسي لنظام SF6 LBS: فيزياءه الداخلية، ولماذا يظل المعيار القياسي لوحدات Ring Main Units (RMUs)، وكيفية تطبيقه بشكل صحيح في ظل IEC 62271 المعايير.
An مفتاح قطع الحمل SF6 هو جهاز تبديل ميكانيكي قادر على توليد التيار الكهربائي ونقله وقطعه في ظل ظروف الدائرة العادية. والأهم من ذلك، أنه محدد بدقة من قبل IEC 62271-103, ، كما يجب أن تكون قادرة على صنع في حالة حدوث ماس كهربائي (إغلاق على عطل) بأمان، على الرغم من أنه لا يمكنه كسر ذلك الخطأ.
غالبًا ما تربك المصطلحات المهندسين المبتدئين. دعونا نوضح القدرات الأساسية الثلاث:
من الأهمية بمكان فهم القيود الميكانيكية: لا يمكن لـ LBS قطع الدائرة القصيرة. سرعة التلامس وطاقة إخماد القوس الكهربائي غير كافية للتعامل مع كيلو أمبيرات سيناريو العطل. ستؤدي محاولة فتح LBS أثناء العطل إلى اندفاع حراري وانفجار المفاتيح الكهربائية.
هذا هو السبب في أن وحدات LBS في مغذيات المحولات تقترن دائمًا بـ صمامات HRC. توفر الصمامات إزالة الأعطال، بينما يتولى المفتاح العمليات اليدوية.
مرجع خارجي: للتعمق أكثر في تعريفات المفاتيح الكهربائية، راجع IEC Electropedia (المفردات الكهربائية الدولية) للحصول على المصطلحات القياسية المتعلقة بـ “قاطعات التبديل”.
لماذا ما زلنا نعتمد على سداسي فلوريد الكبريت (SF6) على الرغم من التدقيق البيئي الشديد؟ لأنه من الناحية الفيزيائية، يعتبر هذا الوسيط غير قابل للتعطيل تقريبًا كوسيط انقطاع للمفاتيح الكهربائية المدمجة مقارنة بالهواء أو الزيت.
SF6 هو غاز “كهربي”. وهذا يعني أن جزيئاته لها قابلية عالية للارتباط بالإلكترونات الحرة. عندما يتشكل قوس كهربائي (وهو في الأساس تيار من الإلكترونات)، تلتقط جزيئات SF6 هذه الإلكترونات الحرة لتشكل أيونات سالبة ثقيلة:
SF6 + e– → SF6–
هذه الأيونات الثقيلة أقل حركة بكثير من الإلكترونات الحرة، مما يقلل بشكل كبير من توصيلية بلازما القوس. هذه العملية “تجوّع” القوس بشكل فعال من مساره التوصيلي.
يتميز SF6 بخاصية فريدة تتمثل في ارتفاع موصلية الحرارة عند درجات حرارة تفكك القوس الكهربائي (حوالي 2000 كلفن - 3000 كلفن). وهذا يسمح له بنقل الحرارة بعيدًا عن منطقة التلامس بكفاءة أكبر بكثير من الهواء. هذا التبريد السريع ضروري لـ استعادة العزل الكهربائي—ضمان أن الفجوة تستعيد قوتها العازلة بسرعة أكبر من سرعة ارتفاع الجهد عبرها (جهد الاستعادة العابر) عندما يصل تيار التيار المتردد إلى “الصفر”.
على عكس النفط، الذي يتحلل إلى رواسب كربونية، أو الهواء، الذي يشكل الأوزون، فإن غاز SF6 يعيد الترابط بعد إطفاء القوس الكهربائي.
SF6 ↔ S + 6F
بمجرد أن يبرد القوس الكهربائي، تعود ذرات الكبريت والفلور إلى الاندماج مجددًا لتشكل SF6 مستقرًا. تسمح خاصية “الشفاء الذاتي” هذه لنظام LBS مغلق بإعادة العمل لأكثر من 20 عامًا دون الحاجة إلى إعادة تعبئة الغاز.
إذا كان قاطع الدائرة الكهربائية الفراغي (VCB) يمكنها التعامل مع الأحمال والأعطال على حد سواء، فلماذا لا يتم استخدامها على نطاق واسع؟ الجواب يكمن في بنية الشبكة وكفاءة الإنفاق الرأسمالي (CAPEX).
عادةً ما يستخدم التوزيع الثانوي بنية حلقة لضمان التكرار. في وحدة الحلقة الرئيسية (RMU) القياسية، قد ترى تكوين “CCF”: مفتاحان للكابلات ومفتاح واحد للصمامات.
المساحة هي العملة في البنية التحتية الحضرية. تتطلب مجموعة VCB القياسية آليات تشغيل ضخمة (محركات شحن زنبركية) وزجاجات فراغية.
يستفيد نظام SF6 LBS من قوة العزل الكهربائي العالية للغاز (2.5 ضعف قوة العزل الكهربائي للهواء)، مما يسمح بتقليل المسافات بين المراحل إلى الحد الأدنى. وهذا يتيح إنشاء أنظمة مدمجة. مفاتيح كهربائية معزولة بالغاز (GIS) يمكن تركيبها داخل محطات فرعية ضيقة على الأرصفة أو أبراج توربينات الرياح — وهي أماكن لا يمكن تركيب المفاتيح الكهربائية التقليدية المعزولة بالهواء فيها.
كيف يقوم المفتاح فعليًا بإطفاء القوس الكهربائي؟ لا يتعلق الأمر فقط بفتح نقاط التلامس، بل يتعلق بديناميكيات السوائل داخل خزان الغاز.
هذا هو التصميم الميكانيكي الأكثر شيوعًا لقطع الحمل.
تُستخدم هذه الطريقة في التطبيقات الثقيلة أو في علامات تجارية معينة (مثل المجموعات القديمة من Schneider Electric)، وتستخدم طاقة القوس نفسه.
لقد فرضت معايير السلامة الحديثة (IEC 62271-200) بشكل فعال قاطع ثلاثي المواقف في المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز. وهذا يحل محل النهج القديم المتمثل في استخدام مفاتيح منفصلة للعزل والتأريض، والذي كان يعتمد بشكل كبير على أقفال مفاتيح معقدة لمنع الأخطاء.
يتم دمج المواقف الثلاثة ميكانيكياً في عمود واحد أو مجموعة متشابكة:
التشابك الميكانيكي يجعل من المستحيل فعليًا الانتقال من ON مباشرة إلى الأرض. يجب أن تمر عبر إيقاف التشغيل. هذه السلامة الجوهرية تمنع حدوث “الخطأ البشري” المتمثل في تأريض خط كهربائي مشحون، وهو أحد الأسباب الرئيسية للحوادث الكهربائية في المفاتيح الكهربائية القديمة.
المكون ذو الصلة: للحصول على مواصفات تفصيلية حول التأريض الآمن، راجع مفاتيح التأريض HV الداخلية (سلسلة JN15) والتي غالبًا ما يتم دمجها في الإصدارات المعزولة بالهواء من هذه الألواح.
أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام من الناحية التقنية في LBS هو كيفية محاكاته لقاطع الدائرة الكهربائية عند إقرانه بالصمامات. ويخضع ذلك لـ IEC 62271-105.
في “مجموعة المفاتيح والفتائل”، آلية LBS ليست يدوية فحسب؛ بل إنها مزودة بنابض فتح يعمل بالطاقة المخزنة ويمكن تشغيله عن بُعد.
تسلسل العملية:
لماذا هذا مهم؟ إذا انفجر مصهر واحد فقط وظل المفتاح مغلقًا، فسيعمل المحرك أو المحول على مرحلتين (“أحادي الطور”)، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وتعطل الجهاز. يضمن وصلة المضرب أن يؤدي تشغيل المصهر إلى عزل كامل.
لأجل مصنع قواطع الدائرة الكهربائية الفراغية, ، فإن VCB هو المنتج الرئيسي. ولكن بالنسبة لمخطط الشبكات، فهو أداة محددة لمشكلة محددة.
| المعلمة | مفتاح قطع الحمل SF6 (LBS) | قاطع الدائرة الكهربائية الفراغي (VCB) |
|---|---|---|
| الوظيفة الأساسية | إدارة الأحمال والعزل | انقطاع الأعطال والحماية |
| إزالة الأعطال | لا (يجب استخدام مصاهر HRC) | نعم (حتى 40 كيلو أمبير+) |
| تغيير الحياة | معتدل (فئة IEC E3، ~100 عملية تحميل كامل) | عالية (فئة IEC E2/C2، ~10,000 عملية تحميل كامل) |
| تعقيد التحكم | بسيط (آلية زنبركية) | مركب (مرحلات، محولات تيار، طاقة إضافية) |
| أساس التكلفة | منخفض (التكلفة الأساسية) | مرتفع (3 إلى 4 أضعاف تكلفة LBS) |
| الدور النموذجي | كابلات RMU الحلقية، التقسيم اليدوي | المغذيات الرئيسية، المولدات الحيوية |
SF6 هو غاز دفيئة قوي (GWP يبلغ 23,500). تدفع اللوائح الجديدة (مثل لائحة الاتحاد الأوروبي بشأن غازات التبريد) إلى التخلص التدريجي من SF6 في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط. البدائل:
في ظل التحولات التي تشهدها الصناعة، لا يزال SF6 مهيمنًا في البنية التحتية والأسواق الحالية حيث يمثل الحجم الصغير القيد الرئيسي.
س 1: هل يمكنني تشغيل SF6 LBS إذا كان ضغط الغاز منخفضًا؟ بالتأكيد لا. تعتمد قدرة إخماد القوس على كثافة الغاز. إذا أشار مقياس الضغط إلى انخفاض الضغط (عادةً ما يكون في المنطقة الحمراء)، فيجب أن تمنع الأقفال الميكانيكية التشغيل. قد يؤدي التشغيل القسري في هذه الحالة إلى حدوث اندلاع ناري وانفجار الخزان.
السؤال 2: كيف يمكنني اختبار نظام SF6 LBS المثبت؟ على عكس VCBs، لا يمكنك بسهولة اختبار مقاومة التلامس لوحدة مغلقة. تتضمن الصيانة بشكل أساسي ما يلي:
السؤال 3: هل يمكن أن يقطع LBS تيار مجموعة المكثفات؟ تواجه وحدات LBS القياسية صعوبات مع التيارات السعوية (الخطوط أو مجموعات المكثفات) بسبب مخاطر إعادة التشغيل. يجب تحديد مفتاح تم اختباره لـ IEC 62271-103 الفئة C1 أو C2 إذا كنت تنوي تبديل الكابلات غير المحملة أو مجموعات المكثفات بشكل متكرر.
ال مفتاح قطع الحمل SF6 لا يزال العمود الفقري للتوزيع الثانوي ليس لأنه الجهاز الأقوى، بل لأنه الأكثر ملاءمة. فهو يوفر التوازن الأمثل بين السلامة والحجم الصغير والتكلفة للغالبية العظمى من عقد التبديل في الشبكة.
يعتمد تصميم الشبكة الناجح على استخدام VCBs لحماية الأصول الثقيلة ووحدات LBS لإدارة التدفق. يؤدي الخلط بين الاثنين إلى تضخم الميزانيات أو المساس بالسلامة.
دليل تقني متعمق يستكشف خصائص عزل غاز SF6 وآليات إخماد القوس الكهربائي ومقارنة نقدية بين LBS و VCB لشبكات الجهد المتوسط.
تنزيل دليل SF6 LBS
