ما هي المفاتيح الكهربائية؟

تعريف المفاتيح الكهربائية

ما هوالمفاتيح الكهربائية؟ تعد المفاتيح الكهربائية نظامًا مهمًا يضمن التوزيع الآمن والفعال للطاقة في مختلف الصناعات. إنها عبارة عن مجموعة من أدوات التحكم والأجهزة الموجودة في حاوية معدنية تعمل معًا لتنظيم أنظمة الطاقة وحمايتها وعزلها. تحتوي مجموعة المفاتيح الكهربائية على مكونات مختلفة مثل الصمامات والمفاتيح وموصلات الطاقة، وتعتبر قواطع الدائرة هي الأكثر شيوعًا، والتي تلعب دورًا حيويًا في منع الأعطال الكهربائية والحد من الأضرار التي تلحق بالنظام. من خلال التحكم في تدفق الطاقة، تساعد المفاتيح الكهربائية على تعزيز كفاءة استخدام الطاقة والسلامة في المنشآت. إنه عنصر أساسي في الصناعات التي تعاني من أعطال كهربائية متكررة أو تتطلب صيانة دورية للمعدات.

نطاق تطبيق المفاتيح الكهربائية مثل:

1. تركيبات الطاقة في المنازل والشركات

2. المباني التجارية مع التحكم في توزيع الطاقة

3. البيئات الصناعية مع إدارة أنظمة الطاقة

4. مرافق المرافق لتشغيل الشبكة والتحكم فيها

5. أنظمة تشغيل وتحكم المحركات والمولدات.

الأنواع المتعلقة بالمفاتيح الكهربائية

المفاتيح الكهربائية يمكن تصنيفها بناءً على عوامل مختلفة مثل مستوى الجهد والموقع ونوع المعدات. هناك طريقة أخرى لتصنيف المفاتيح الكهربائية وهي تجميعها وفقًا لنوع العزل المستخدم في مكوناتها، ونوع التيار، والمعايير الإضافية كما هو مفصل أدناه.

مصنفة حسب مستوى الجهد.

يتم تصنيف المفاتيح الكهربائية إلى الجهد المنخفض (LV)، والجهد المتوسط ​​(MV)، والجهد العالي (HV) على أساس مستوى الجهد. يشير هذا التصنيف إلى النوع المحدد من المفاتيح الكهربائية المناسبة لمختلف التركيبات أو التطبيقات، مع توفير مزيد من التفاصيل حول هذه الأنواع أدناه.

المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض

تعمل المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض عادةً عند مستويات أقل من 1000 فولت تيار متردد (وتصل إلى 1500 فولت تيار مستمر). يتم استخدامه بشكل شائع في السيناريوهات التي تتضمن أنظمة التحكم في المحركات، وتوزيع الطاقة على لوحة المفاتيح ذات الجهد المنخفض، والتطبيقات المماثلة. غالبًا ما تشتمل مكونات مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض على قواطع دوائر مصغرة (MCBs)، وقواطع دوائر مقولبة (MCCBs)، ومفاتيح كهربائية منخفضة الجهد، وغيرها.

مفاتيح الجهد المتوسط

يتم استخدام مجموعة المفاتيح الكهربائية المصممة لتطبيقات الجهد المتوسط، والتي يشار إليها عادةً باسم مجموعة المفاتيح الكهربائية MV، في الأنظمة الكهربائية حيث تقع مستويات الجهد بين 1 كيلو فولت و36 كيلو فولت. يلعب هذا النوع من المفاتيح الكهربائية، السائد في الأماكن السكنية والتجارية والصناعية، دورًا حاسمًا في تنظيم توزيع الطاقة، والأهم من ذلك، حماية الدوائر والمعدات. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​مفيدة في محطات الطاقة الشمسية.

مفاتيح الجهد العالي

تتطلب الأنظمة الكهربائية التي تعمل بجهد يتجاوز 36 كيلو فولت أجهزة تحويل متخصصة تُعرف باسم مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي (HV Switchgear). تُستخدم هذه الأنظمة بشكل شائع في تطبيقات المرافق، مثل المحطات الفرعية، حيث تشكل مستويات الجهد العالي خطرًا كبيرًا من ومضات القوس. للتخفيف من هذه المخاطر، يتم استخدام تقنيات مختلفة لمنع وإطفاء ومضات القوس.

مصنفة حسب موقع التثبيت

يمكن تصنيف المفاتيح الكهربائية على أنها خارجية، أو داخلية، أو تحت الأرض، اعتمادًا على مكان وجودها. يتم تركيب المفاتيح الكهربائية الخارجية بشكل شائع في المحطات الفرعية، ومحطات الطاقة، أو على طول خطوط توزيع الطاقة، في حين يتم استخدام المفاتيح الكهربائية الداخلية عادةً في الهياكل السكنية والتجارية والصناعية.

المفاتيح الكهربائية في الهواء الطلق

نظرًا لوضعها، يتم تصميم المفاتيح الكهربائية الخارجية عادةً لتحمل الظروف القاسية للبيئات الخارجية، مثل الغبار والأمطار والعناصر الأخرى. غالبية المفاتيح الكهربائية الخارجية معزولة بالهواء وتعمل عادةً بجهود عالية تتجاوز 66 كيلو فولت.

المفاتيح الكهربائية الداخلية

يتم وضع المفاتيح الكهربائية الداخلية داخل المباني، عادةً في غرفة المفاتيح الكهربائية المخصصة، وعلى هذا النحو، فهي محمية من الظروف الجوية القاسية التي تتعرض لها المفاتيح الكهربائية الخارجية. تتنوع خيارات العزل لمجموعات المفاتيح الكهربائية الداخلية وتعتمد على متطلبات السلامة المحددة وعوامل أخرى، مع خيارات تتراوح بين الهواء والنفط والغاز. غالبًا ما يتم تركيب حلول المفاتيح الكهربائية المدمجة تحت الأرض، مما يؤدي إلى تحرير المساحة أعلاه لاستخدامات أخرى. وهذا مفيد بشكل خاص في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية حيث تكون المساحة محدودة. بالإضافة إلى ذلك، تعد المفاتيح الكهربائية الموجودة تحت الأرض خيارًا عمليًا للمناطق الحساسة بيئيًا حيث لا يمكن تركيبها فوق الأرض.

مصنفة حسب التيار

تستخدم الأنظمة الكهربائية إما التيار المتردد (AC) أو التيار المباشر (DC)، ويحدد نوع التيار المستخدم تصميم أجهزة التبديل المستخدمة. ونتيجة لذلك، يمكن تصنيف مجموعة المفاتيح الكهربائية على أنها إما مجموعة مفاتيح كهربائية تعمل بالتيار المتردد أو مجموعة مفاتيح كهربائية تعمل بالتيار المستمر، اعتمادًا على نوع التيار الذي تتعامل معه.

مفاتيح التيار المتردد

تم تصميم المفاتيح الكهربائية للتيار المتردد للاستخدام في الأنظمة التي تعمل بالتيار المتردد. وهذا أمر شائع في أنظمة الطاقة، فضلا عن مختلف البيئات الصناعية والتجارية. يمكن تصنيف مجموعة المفاتيح الكهربائية للتيار المتردد على أنها مجموعة مفاتيح كهربائية أحادية الطور أو ثلاثية الطور.

مفاتيح العاصمة

تم إنشاء مجموعة المفاتيح الكهربائية DC خصيصًا للأنظمة الكهربائية التي تنقل التيار المباشر. يتم استخدامه في الغالب في قطاعات النقل مثل كهربة السكك الحديدية وفي بعض أنظمة توزيع الطاقة التي تعمل بالتيار المستمر.

التصنيف حسب المواد العازلة

يمكن أن تستخدم المفاتيح الكهربائية للأغراض الكهربائية تقنيات عزل مختلفة، مثل الهواء أو الغاز أو الزيت أو الفراغ. من الضروري اختيار العزل المناسب بناءً على حالة الاستخدام المحددة، حيث أن كل طريقة لها إيجابيات وسلبيات. تعرف على المزيد حول خيارات العزل هذه للمفاتيح الكهربائية أدناه.

المفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء

المفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء، المعروف أيضًا باسم AIS، يستخدم الهواء كعزل. يُستخدم هذا النوع من المفاتيح الكهربائية بشكل شائع في المواقف التي تتطلب جهدًا كهربائيًا عاليًا، حيث يتطلب معدات ذات حجم كبير. تشمل عيوب المفاتيح الكهربائية المعزولة بالهواء قابليتها للتأثر بالعناصر الخارجية مثل الغبار والرطوبة وتقلبات درجات الحرارة.

الغاز المفاتيح المعزولة

الغاز المفاتيح المعزولة(GIS) هو حل عالي الكفاءة يستخدم غازًا، مثل سداسي فلوريد الكبريت (SF6)، كمواد عازلة. يتم اعتماد نظم المعلومات الجغرافية على نطاق واسع في التطبيقات ذات الجهد العالي نظرًا لتصميمها المدمج وقوة العزل الكهربائية العالية ومتطلبات الصيانة المنخفضة، مما يغرس الثقة في أدائها. تُعرف مجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالزيت التي تستخدم الزيت كعامل عازل باسم مجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة (OIS). يتمتع OIS بفوائد ملحوظة، بما في ذلك قدرات التبريد الفعالة للقوس الكهربائي والقدرة على عزل نقاط الاتصال. ومع ذلك، فمن المهم أن نلاحظ أن النفط مادة قابلة للاشتعال. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي عملية التبريد القوسي إلى إنتاج جزيئات الكربون في الزيت، مما قد يقلل من خصائصه العازلة مع مرور الوقت. مجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالفراغ في غياب الجزيئات، لا يمكن توصيل الكهرباء، مما يجعل المكانس الكهربائية عازلًا ممتازًا. هذه الخاصية تجعل المفاتيح الكهربائية المعزولة بالفراغ مثالية لتطبيقات الجهد العالي. من خلال استخدام الفراغ كوسيط عازل، توفر هذه المفاتيح الكهربائية عزلًا فائقًا، وتشغيلًا خاليًا من الضوضاء، وتصميمًا مدمجًا، بالإضافة إلى التخلص من مخاطر الحرائق.

التصنيف حسب التصميم

يمكن أيضًا تصنيف المفاتيح الكهربائية بناءً على تصميمها، الذي يشمل بنيتها ووظيفتها. يمكن أن يشمل ذلك المفاتيح الكهربائية المعيارية والموجودة في خزائن قابلة للإزالة، أو التصميمات غير القابلة للسحب والتي يتم تثبيتها في مكانها. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون التصميم عبارة عن حاوية معدنية، أو كسوة معدنية، أو هيكل مثبت على الوسادة.

المفاتيح الكهربائية المغلقة المعدنية

مجموعة المفاتيح الكهربائية المغلفة بالمعدن هي نوع من المفاتيح الكهربائية التي تستخدم غلافًا معدنيًا لحماية الأجزاء الكهربائية من الظروف الخارجية. يشيع استخدام هذه المعدات في البيئات الصناعية. يعد التأريض المناسب أمرًا ضروريًا للسلامة عند استخدام المفاتيح الكهربائية المغلقة بالمعدن.

المفاتيح الكهربائية المكسوة بالمعدن

تستخدم المفاتيح الكهربائية المغطاة بالمعدن، على غرار المفاتيح الكهربائية المغطاة بالمعدن، أغطية معدنية إضافية لأجزائها أو مكوناتها. يؤدي هذا إلى إنشاء تصميم معياري للمفاتيح الكهربائية مع مقصورات معزولة وقابلة للإزالة يتم تأريضها بشكل فردي.

المفاتيح الكهربائية المثبتة على الوسادة

تُعرف مجموعة المفاتيح الكهربائية المثبتة على لوحة أو منصة، والتي غالبًا ما تكون مصنوعة من الخرسانة أو الألياف الزجاجية، باسم مجموعة المفاتيح الكهربائية المثبتة على الوسادة. يتم تطبيقه الأساسي في إعدادات المرافق، بما في ذلك توزيع الطاقة والمحطات الفرعية تحت الأرض.

المفاتيح الكهربائية الذكية

إذا كنت مهتمًا بالتعرف على مزايا المفاتيح الكهربائية المتطورة، فأنت في المكان الصحيح. لنبدأ بتحديد ما نعنيه بالمفاتيح الكهربائية "الذكية". إنه نوع حديث من المفاتيح الكهربائية التي تتضمن أنظمة تحكم محوسبة، مما يميزها عن النماذج التقليدية. عند مقارنتها بالمفاتيح الكهربائية القياسية، توفر المفاتيح الكهربائية الذكية عددًا من المزايا التي تجعلها خيارًا جذابًا للعديد من التطبيقات.

تتضمن مجموعة المفاتيح الكهربائية الذكية جميع الميزات القياسية الموجودة في مجموعة المفاتيح الكهربائية التقليدية، إلى جانب إمكانيات إضافية مثل المراقبة عن بعد، والحماية، والاتصالات، والتحكم.

المكون المركزي للنظام هو وحدة التحكم الذكية، التي تقوم بجمع البيانات من شبكة التوزيع من خلال تقنيات مختلفة. وهذا يتيح المراقبة في الوقت الحقيقي وأتمتة المفاتيح الكهربائية.

يمكن أن يؤدي تنفيذ المفاتيح الكهربائية الذكية إلى تعزيز موثوقية واتساق إمدادات الطاقة بشكل كبير، وتعزيز المزايا الاقتصادية للشركات، وتقديم ضمان تكنولوجي حيوي للتشغيل الآمن والموثوق لشبكة الطاقة.

مبدأ عمل المفاتيح الكهربائية ووظيفتها

هل تعرف كيف تعمل المفاتيح الكهربائية؟ بعد أن فهمنا مفهومه، من المهم فهم كيفية عمله للحصول على فهم أفضل لهذا الجهاز الكهربائي. لذلك، دعونا نتعمق في عملها. على الرغم من أنها توفر التحكم اليدوي، إلا أن ميزتها الأساسية تكمن في قدرتها على التشغيل التلقائي.

على سبيل المثال، يقوم قاطع الدائرة تلقائيًا بقطع مصدر الطاقة عن الدائرة عندما يستشعر الحمل الزائد، وبالتالي حماية الدائرة من الضرر الناجم عن التيار الزائد. وبالمثل، يقوم مفتاح الفصل بقطع تدفق الكهرباء من مصدر الطاقة على الفور عندما يحدد وجود خلل، وبالتالي حماية الدائرة من التلف المحتمل.

تلعب المفاتيح الكهربائية دورًا حيويًا في حماية الأنظمة الكهربائية وضمان التشغيل الآمن والموثوق للمعدات الكهربائية. في حالة حدوث عطل كهربائي، تبدأ مجموعة المفاتيح الكهربائية في العمل، مما يؤدي إلى عزل الدائرة المتضررة ومنع تلف المعدات المحيطة. وهذا لا يحمي المعدات من الضرر فحسب، بل يضمن أيضًا سلامة الأشخاص الذين يعملون في المنطقة المجاورة. ولكن هذا ليس كل شيء - السحر الحقيقي لـ

تكمن مجموعة المفاتيح الكهربائية في قدرتها على فصل الدائرة المعيبة فقط بشكل انتقائي، وترك الدوائر المتبقية قيد التشغيل. وهذا يعني أنه يمكن الاستمرار في توصيل الطاقة إلى الأحمال الأخرى داخل النظام، مما يقلل من حالات الانقطاع ويضمن إمكانية استمرار العمليات الحيوية دون انقطاع.

إن دور المفاتيح الكهربائية في نظام الطاقة متعدد الأوجه وحاسم. إنه ينظم تدفق الكهرباء، ويحمي من الأحمال الزائدة، ويحمي المعدات من الزيادات المفاجئة، مما يجعله مكونًا حيويًا في البنية التحتية الكهربائية. وفيما يلي ملخص لوظائفها الرئيسية:

* يتحكم في تدفق الكهرباء

* يحمي من الأحمال الزائدة

* عزل المعدات من طفرات الطاقة

في جوهرها، تضمن المفاتيح الكهربائية التشغيل الموثوق والآمن للأنظمة الكهربائية، مما يجعلها عنصرًا لا غنى عنه في عالم توزيع الطاقة ونقلها.

حماية الأنظمة الكهربائية

تلعب المفاتيح الكهربائية دورًا حاسمًا في ضمان سلامة المعدات الكهربائية وطول عمرها عن طريق حمايتها من الأضرار الناجمة عن التحميل الزائد أو الدوائر القصيرة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمجموعة المفاتيح الكهربائية تنظيم الأحمال الكهربائية القوية، مثل المحركات، من خلال تسهيل تشغيلها الآمن ومنع أي مخاطر محتملة.

حماية البشر 

يعد ضمان سلامة الأفراد أولوية قصوى في مجال المفاتيح الكهربائية والحماية. تلعب المعدات دورًا حاسمًا في خلق ظروف عمل آمنة للموظفين. على سبيل المثال، تقوم قواطع الدائرة بفصل الدوائر تلقائيًا عند اكتشاف الحمل الزائد، مما يقلل من خطر إلحاق الضرر بالأفراد الموجودين على مقربة من الدائرة.

يحتاج المصنعون إلى التأكد من الاهتمام بجوانب معينة أثناء عمليات تصميم وتصنيع المفاتيح الكهربائية حتى تعمل الأجهزة بفعالية. وتشمل هذه الجوانب:

◆ تمكين الإدارة اليدوية الدقيقة،

◆ الحفاظ على الاعتمادية الاستثنائية،

◆ وظيفة المفاتيح الكهربائية السريعة،

◆ القدرة على تحديد وعزل الدوائر المعيبة بدقة.

ما هي المكونات المضمنة في مجموعة المفاتيح الكهربائية؟

فئتان من المكونات في مجموعة المفاتيح الكهربائية.

الأجزاء الموصلة للكهرباء مثل المفاتيح وقواطع الدائرة والصمامات ومانعات الصواعق هي المسؤولة عن حمل أو إيقاف تدفق الطاقة الكهربائية. تقوم آليات التحكم، مثل لوحات التحكم، ومحولات التيار، والمحولات المحتملة، ومرحلات الحماية، والدوائر ذات الصلة، بالإشراف على الأجزاء الموصلة للطاقة وتنظيمها وحمايتها.

المزيد من المحتوى حول مجموعة المفاتيح الكهربائية الفرق بين مجموعة المفاتيح الكهربائية ولوحات المفاتيح الكهربائية غالبًا ما يتم الخلط بين مجموعة المفاتيح الكهربائية ولوحات المفاتيح الكهربائية على أنها هي نفسها، ولكنها في الواقع تخدم أغراضًا مختلفة. تعد Switchgear مسؤولة عن حماية تدفق الطاقة وإدارته، ويمكن فصلها عن مصدر الطاقة في حالة حدوث خطأ. في المقابل، تُستخدم لوحات المفاتيح في المقام الأول لتوزيع الطاقة إلى وجهات مختلفة، عادةً في البيئات التجارية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم المفاتيح الكهربائية ولوحات المفاتيح الكهربائية لإدارة مستويات الجهد المختلفة. إن مجموعة المفاتيح الكهربائية قادرة على التعامل مع الفولتية العالية التي تصل إلى 350 كيلوفولت، في حين أن لوحات المفاتيح الكهربائية ليست مخصصة عادةً لإدارة أكثر من 600 فولت.

طرق إطالة عمر المفاتيح الكهربائية

المتانةالمفاتيح الكهربائيةيمكن أن تختلف بناءً على كيفية استخدامها ومكان تواجدها. ومع ذلك، هناك طرق لإطالة عمر هذه المعدات الكهربائية بشكل كبير. تتضمن هذه الطرق إجراء صيانة روتينية، وتقليل مخاطر ومضات القوس الكهربائي، واستبدال قواطع الدائرة حسب الحاجة، واستخدام أجهزة الاستشعار للمراقبة المستمرة. توفر شنايدر إلكتريك مجموعة مختارة من منتجات المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض والمتوسط ​​عالية الجودة للمساعدة في تحسين استخدام الطاقة.

باختصار، تعد المفاتيح الكهربائية مكونًا لا غنى عنه في الأنظمة الكهربائية، حيث تحمي الأشخاص والمعدات. تساعد قدرتها على فصل أو عزل الدوائر والمعدات أثناء الأعطال الكهربائية أو فترات الصيانة على منع الإصابات والأضرار. يغطي نطاق مجموعة المفاتيح الكهربائية العديد من الأجهزة الكهربائية، بما في ذلك قواطع الدائرة والعوازل والصمامات والمفاتيح الكهربائية، ويمكنها التعامل مع نطاق واسع من مستويات الجهد، من المنخفض إلى العالي.