تعريف ومكونات وتطبيقات المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز

الغاز المفاتيح المعزولة (GIS) عبارة عن معدات كهربائية تستخدم غازًا مثل سداسي فلوريد الكبريت (SF6) لعزل وحماية أجزاء مختلفة من نظام الطاقة. وهي تتألف من مقصورات محاطة بالمعدن تحتوي على قواطع دوائر، وفواصل، وقضبان ناقلة، ومحولات، ومفاتيح أرضية، ومانعات زيادة التيار، ومكونات أخرى. يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية في الغالب لأغراض الجهد المتوسط ​​والعالي، خاصة في الحالات التي تكون فيها المساحة محدودة وتكون الاعتمادية أمرًا بالغ الأهمية.

ستحدد هذه المقالة نظم المعلومات الجغرافية، بما في ذلك فوائدها وعيوبها واستخداماتها. بالإضافة إلى ذلك، سنقوم بمقارنة نظم المعلومات الجغرافية بنظام AIS، وهو الشكل التقليدي للمفاتيح الكهربائية التي تستخدم الهواء للعزل.

ما هي المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز؟

A الغاز المفاتيح المعزولةتتميز (GIS) بأنها مجموعة مفاتيح كهربائية مغلفة بالمعدن تستخدم غازًا، مثل SF6، كعزل أساسي بين الأجزاء النشطة والغطاء المعدني المؤرض. يوفر الغاز قوة عازلة فائقة، واستقرارًا حراريًا، وقدرات رائعة على إطفاء القوس.

المكونات الرئيسية لنظام المعلومات الجغرافية هي:

القواطع:تم تصميم هذه الأجهزة لقطع تدفق التيار الكهربائي في الدائرة عند ظهور مشكلة. إنهم يستخدمون إما الفراغ أو SF6 كوسيلة للانقطاع، ويتم اختيارهم بناءً على جهد الدائرة والغرض منها.

قطع الاتصال:هذه الأجهزة قادرة على عزل جزء معين من الدائرة عن بقية النظام، مما يسمح بإجراء الصيانة أو الاختبار دون تعطيل النظام بأكمله. إنهم يستخدمون SF6 كوسيط عازل ويمكن التحكم فيه إما يدويًا أو عن بعد.

قضبان الحافلات:تربط هذه الموصلات بين أقسام مختلفة من النظام الكهربائي، مثل المولدات والمحولات والمغذيات. إنها تستخدم SF6 للعزل ويتم إعدادها في تكوين ثلاثي المراحل.

محولات:يمكن لهذه الأجهزة تعديل مستوى جهد الدائرة الكهربائية، باستخدام SF6 كوسيط عازل. يمكن تصنيفها إما على أنها محولات طاقة أو محولات أجهزة، والتي تشمل محولات التيار أو محولات الجهد.

مفاتيح الأرض:تُستخدم هذه الأجهزة للسلامة والتأريض من خلال توصيل جزء من الدائرة بالأرض. إنهم يستخدمون SF6 كوسيط عازل ويمكن التحكم فيه إما يدويًا أو عن بعد.

مانعات الصواعق:تم تصميم هذه الأجهزة لحماية الدوائر من ارتفاع الجهد الناتج عن أحداث البرق أو التبديل. إنها تستخدم SF6 كمادة عازلة ويمكن تصنيفها إلى نوعين: مقاومات أكسيد المعدن (MOVs) أو فجوات الشرارة.

يتم وضع المكونات داخل غلاف معدني مملوء بغاز SF6 عند ضغط محدد. يتم تصنيف الغلاف إلى عدة أقسام محكمة الغلق، مفصولة بأقسام مانعة للغاز. وترتبط الأقسام بأنابيب وصمامات غاز تسهل تدفق الغاز وتنظيم الضغط.

تأتي العلبة مزودة بأجهزة استشعار وشاشات ومؤشرات وأجهزة إنذار وأجهزة تحكم لضمان الأداء الآمن والفعال لنظام المعلومات الجغرافية. اعتمادًا على الظروف البيئية واحتياجات التصميم، يمكن وضع العلبة في الداخل أو في الخارج.

كيف تعمل المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز؟

المبدأ الرئيسي لتشغيل نظم المعلومات الجغرافية هو استخدام غاز SF6 كعازل ومطفأة قوسية. يتمتع غاز SF6 بالعديد من المزايا مقارنة بالهواء كوسيلة عازلة.

◆　يتمتع بقوة عازلة أعلى من الهواء، مما يعني أنه يمكنه تحمل الفولتية العالية دون انقطاع.

◆　يحتوي على وزن جزيئي أقل من الهواء، مما يعني أنه يتمتع بموصلية حرارية أعلى ويمكنه تبديد الحرارة بشكل أكثر كفاءة.

◆　يحتوي على سالبية كهربية أعلى من الهواء، مما يعني أنه يمكنه التقاط الإلكترونات الحرة بشكل أكثر فعالية وتقليل التأين في القوس.

هذه الخصائص تجعل غاز SF6 مثاليًا لتطبيقات نظم المعلومات الجغرافية، حيث تكون المساحة محدودة والموثوقية ضرورية.

يمكن شرح تشغيل نظام المعلومات الجغرافية باستخدام مثال لقاطع دائرة ثلاثي الطور. في ظل الظروف العادية، يتم إغلاق نقاط اتصال قاطع الدائرة، ويتدفق التيار من خلالها. عند حدوث خلل في الدائرة، مثل قصر الدائرة أو الحمل الزائد، تنفصل نقاط الاتصال ويحدث قوس بينها.

يتكون القوس من غاز متأين يوصل الكهرباء. يولد القوس حرارة وضغطًا يمكن أن يؤدي إلى إتلاف نقاط الاتصال والمكونات الأخرى. ولمنع ذلك، يجب إطفاء القوس في أسرع وقت ممكن.

تتضمن عملية انقراض القوس في نظم المعلومات الجغرافية آليتين: الانقطاع الحراري والانقطاع العازل.

الانقطاع الحراري:تعتمد هذه العملية على خفض درجة حرارة القوس الكهربائي عن طريق نقل الحرارة إلى الغاز القريب. عندما يصبح القوس أكثر برودة، تزداد مقاومته، مما يؤدي إلى انخفاض التيار حتى يصل إلى الصفر عند نقطة عبور التيار الطبيعي صفر. عندما يحدث هذا، يتم إخماد القوس.

انقطاع العزل الكهربائي:يعتمد هذا النظام على تعزيز قدرة الغاز على مقاومة الانهيار الكهربائي من خلال القضاء على الجزيئات المتأينة الموجودة في مسار القوس الكهربائي. عندما يتوقف القوس، يدخل غاز SF6 إلى الفضاء ويلتقط الإلكترونات غير المرتبطة، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات بدون شحنة لا يمكنها حمل تيار كهربائي. تعود قدرة الغاز على مقاومة الانهيار بسرعة إلى وضعها الطبيعي، مما يمنع القوس من إعادة الاشتعال.

بعد انطفاء القوس، تغلق نقاط الاتصال مرة أخرى، وتتم استعادة الدائرة. يقوم نظام إدارة الغاز بمراقبة ضغط غاز SF6 والتحكم فيه ويضمن أيضًا جودة الغاز واكتشاف التسرب.

تطبيقات المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز.

يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية على نطاق واسع في مختلف التطبيقات نظرًا لصغر حجمها وموثوقيتها ومتطلبات الصيانة المنخفضة. بعض التطبيقات الشائعة لنظم المعلومات الجغرافية هي:

المناطق الحضرية أو الصناعية:تعتبر نظم المعلومات الجغرافية مثالية للمناطق الحضرية أو الصناعية حيث تكون المساحة نادرة ومستويات التلوث مرتفعة. يمكن تركيب نظم المعلومات الجغرافية في الداخل أو الخارج، على الأسطح أو تحت الأرض أو المنصات البحرية، دون التأثير على البيئة أو الجماليات.

توليد ونقل الطاقة:يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية لربط محطات الطاقة بالشبكة، وكذلك لنقل وتوزيع الطاقة عبر مسافات طويلة وعبر مستويات الجهد المختلفة. يمكن لنظم المعلومات الجغرافية التعامل مع التيارات والفولتية العالية، فضلاً عن توفير وظائف الحماية والتحكم لأنظمة الطاقة.

تكامل الطاقة المتجددة:يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية لدمج مصادر الطاقة المتجددة، مثل مزارع الرياح أو محطات الطاقة الشمسية، في الشبكة. يمكن لنظم المعلومات الجغرافية توفير اتصالات مرنة وموثوقة، بالإضافة إلى تنظيم الجهد والتردد لتوليد الطاقة بشكل متقطع.

السكك الحديدية والمترو:يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية لتزويد السكك الحديدية والمترو بالطاقة، وكذلك للتحكم في أنظمتها الكهربائية وحمايتها. يمكن لنظم المعلومات الجغرافية تقليل الخسائر وتحسين الكفاءة، فضلاً عن توفير السلامة والموثوقية للركاب والمشغلين.

مراكز البيانات والمصانع:يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية لتزويد مراكز البيانات والمصانع بالطاقة، حيث تعد الطاقة عالية الجودة وغير المنقطعة ضرورية لتشغيلها. يمكن أن توفر نظم المعلومات الجغرافية توافرًا عاليًا وتكرارًا وتحملًا للخطأ، فضلاً عن تقليل التداخل الكهرومغناطيسي والتوافقيات.

مقارنة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز مع المفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء.

الغاز المفاتيح المعزولة تتمتع (GIS) بالعديد من المزايا مقارنة بمجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء (AIS)، وهو النوع التقليدي من المفاتيح الكهربائية التي تستخدم الهواء كوسيط عازل. بعض مزايا نظم المعلومات الجغرافية هي:

توفير المساحة:يمكن لأنظمة المعلومات الجغرافية المكانية (GIS) تقليل المتطلبات المكانية للمحطة الفرعية بشكل كبير، مما يؤدي إلى تقليص بصمتها بنسبة تصل إلى 90% عند مقارنتها بمجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء (AIS). يمكن تحقيق هذا التخفيض الملحوظ نظرًا لأنه يمكن وضع نظم المعلومات الجغرافية داخل مبنى واحد أو متعدد الطوابق أو دفنها تحت الأرض، مما يلغي الحاجة إلى منطقة مفتوحة واسعة تتطلبها عادةً أنظمة AIS للتركيب والصيانة.

أمان:يمكن لتقنية نظام المعلومات الجغرافية (GIS) تحسين أمن الموظفين والمعدات بشكل كبير من خلال القضاء على المخاطر المرتبطة بالأجزاء الحية ومخاطر وميض القوس الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، يقلل نظام المعلومات الجغرافية من احتمالية نشوب حريق أو انفجار أو تلوث بيئي، لأنه يحتوي على غاز SF6 في حاوية آمنة مانعة للتسرب.

مصداقية:يمكن لنظام المعلومات الجغرافية (GIS) تعزيز موثوقية مصدر الطاقة عن طريق تقليل عدد المكونات المنقولة والوصلات التي يمكن أن تتدهور أو تتعطل. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع نظم المعلومات الجغرافية بعمر أطول مقارنة بنظام التعريف التلقائي (AIS) لأنها أقل عرضة للتأثيرات البيئية مثل الرطوبة أو الغبار أو التآكل أو التلوث.

صيانة:يمكن أن يؤدي استخدام نظم المعلومات الجغرافية إلى خفض نفقات الصيانة وتقليل وقت التوقف عن العمل لأنه يحتاج إلى صيانة وفحوصات منتظمة أقل مقارنة بنظام AIS. تم تجهيز نظم المعلومات الجغرافية بقدرات التشخيص الذاتي التي يمكنها تحديد المشكلات وإخطار المشغلين قبل تفاقمها.

ومع ذلك، فإن نظم المعلومات الجغرافية لديها عيوب مقارنة بنظام AIS، خاصة من حيث التكلفة. تعد نظم المعلومات الجغرافية أغلى من نظام AIS من حيث التكاليف الأولية ونفقات التشغيل المستمرة. ويرجع ذلك إلى الحاجة إلى تكنولوجيا ومواد أكثر تقدمًا، إلى جانب معايير الجودة وعمليات الاختبار الأكثر صرامة.

تعقيد:يُظهر نظام المعلومات الجغرافية مستوى أعلى من التعقيد في تصميمه وتنفيذه مقارنة بنظام AIS بسبب الحاجة إلى زيادة التنسيق والتكامل بين المكونات والأنظمة المختلفة، بما في ذلك إدارة الغاز والحماية والتحكم والاتصالات وغيرها.

التوفر:قد لا يكون الوصول إلى نظم المعلومات الجغرافية دائمًا بنفس سهولة الوصول إلى نظام AIS، خاصة في المواقف التي يحدث فيها خطأ داخل حجرة ما، مما يؤثر على العديد من المكونات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن نظم المعلومات الجغرافية تتطلب عادةً قدرًا أكبر من الوقت والموارد لتحديد الخطأ وتصحيحه مقارنة بنظام AIS. ونتيجة لذلك، فإن القرار بشأن اختيار نظام المعلومات الجغرافية أو نظام المعلومات الآلي يعتمد على مجموعة من العوامل، بما في ذلك ظروف الموقع والمتطلبات الفنية والاعتبارات الاقتصادية والتفضيلات الفردية.

أنواع ونماذج المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز.

هناك أنواع ونماذج مختلفة من المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز المتاحة من مختلف الشركات المصنعة. بعض الأنواع الشائعة هي:

المرحلة المعزولة نظم المعلومات الجغرافية:في هذا النوع، يتم تجميع كل مرحلة من مراحل الدائرة بشكل منفصل في مقصورتها. يتطلب هذا النوع مساحة أكبر من الأنواع الأخرى من نظم المعلومات الجغرافية، ولكنه يمنع حدوث أخطاء من مرحلة إلى أخرى.

نظم المعلومات الجغرافية المتكاملة ثلاثية المراحل:في هذا النوع، يتم تجميع المراحل الثلاث للدائرة في حجرة واحدة. هذا النوع يقلل من متطلبات المساحة بمقدار الثلث مقارنة بالمرحلة المعزولة GIS.

نظم المعلومات الجغرافية الهجينة:في هذا النوع، يتم استخدام مزيج من الطور المعزول والعناصر ثلاثية الطور. يوفر هذا النوع التوازن بين توفير المساحة ومنع الأخطاء.

نظم المعلومات الجغرافية المدمجة:في هذا النوع، يتم تغليف أكثر من عنصر وظيفي في حجرة واحدة. على سبيل المثال، يمكن دمج قاطع الدائرة، وفاصل الاتصال، ومحول التيار في وحدة واحدة. هذا النوع يقلل من متطلبات المساحة بشكل أكبر مقارنة بالأنواع الأخرى من نظم المعلومات الجغرافية.

نظام متكامل للغاية (HIS):في هذا النوع، يتم تغليف جميع معدات المحطات الفرعية معًا في حاوية واحدة. يوفر هذا النوع حلاً كاملاً لمحطة فرعية خارجية في وحدة واحدة، مما يلغي الحاجة إلى التوصيلات الخارجية ويقلل وقت التثبيت.

خاتمة.

الغاز المفاتيح المعزولةهو نوع من المعدات الكهربائية التي تستخدم الغاز، مثل SF6، باعتباره العزل الأساسي ووسيلة إطفاء القوس. وتتكون من حجرات معدنية مغلقة تحتوي على مكونات مختلفة لنظام الطاقة، مثل قواطع الدائرة، وفواصل التوصيل، وقضبان التوصيل، والمحولات، والمفاتيح الأرضية، ومانعات الصواعق، وما إلى ذلك.

تتمتع نظم المعلومات الجغرافية بالعديد من المزايا مقارنة بالمفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء، مثل توفير المساحة والسلامة والموثوقية وانخفاض الصيانة. ومع ذلك، فإن نظم المعلومات الجغرافية لها أيضًا بعض العيوب، مثل التكلفة العالية والتعقيد وقلة التوفر في بعض الحالات.

تُستخدم نظم المعلومات الجغرافية على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة، مثل المناطق الحضرية أو الصناعية، وتوليد الطاقة ونقلها، وتكامل الطاقة المتجددة، والسكك الحديدية والمترو، ومراكز البيانات، والمصانع. اعتمادا على مستوى الجهد ومتطلبات التصميم، تتوفر أنواع ونماذج مختلفة من نظم المعلومات الجغرافية من مختلف الشركات المصنعة.

نظم المعلومات الجغرافية هي تقنية حديثة ومتقدمة يمكنها توفير حلول فعالة وموثوقة لأنظمة الطاقة. ومع ذلك، من المهم فهم خصائصها ومزاياها وعيوبها وتطبيقاتها قبل اختيار نوع المفاتيح الكهربائية لمشروع معين.