الغرض والفرق بين قطب 10 كيلو فولت (قاطع، مفتاح الحمل، قاطع الدائرة، والفيوز)

يُستخدم المفتاح المُركّب على العمود الخارجي في خط التوزيع الهوائي بجهد 10 كيلو فولت في شبكات التوزيع في الضواحي والمناطق الريفية. وهو عبارة عن جهاز تحويل ميكانيكي لقطع وإغلاق وتيار حمل الخط وتيار الأعطال. تتكون قواطع الدائرة المثبتة على عمود الجهد المنخفض بشكل أساسي من جسم المفتاح + وحدة التغذية التلقائية (FTU). يتكون قاطع الدائرة الأساسي والثانوي المتكامل المثبت على عمود الجهد المنخفض عادةً من جسم المفتاح مع مستشعر + وحدة التغذية التلقائية (FTU).

1. تصنيف المفاتيح المثبتة على الأعمدة

وفقا لسعة الكسر:

أ. مفتاح عزل مثبت على عمود: لا يمكنه إغلاق أو قطع تيار الحمل الطبيعي، وله انقطاع واضح، ويُستخدم لعزل صيانة الخطوط.

ب. مفتاح الحمل المثبت على العمود: يمكنه الإغلاق، وحمل، وقطع تيار الحمل العادي (≤630 أمبير)، ويمكنه حمل تيار الخطأ ولكن لا يمكنه قطعه.

ج. قاطع الدائرة العلوي: يمكنه الإغلاق، والحمل، وقطع تيار الحمل العادي (≤630 أمبير) وتيار الخطأ في لوحة المفاتيح (≥20 كيلو أمبير).

د. فتيل القطب: يُستخدم لقطع تيار الدائرة القصيرة وحماية الخطوط

طريقة إطفاء القوس: إطفاء القوس الفراغي، إطفاء قوس SF6، إطفاء قوس الزيت (تم الاستبعاد)

طريقة العزل: عزل الهواء، عزل غاز SF6، عزل مركب، عزل الزيت (تم إزالته)

وفقًا لوحدة التحكم المجهزة، يتم تقسيمها إلى:

أ. مفتاح الحدود: محول تسلسل صفري مدمج، مزود بوظيفة حماية التسلسل الصفري، ومجهز بمفتاح حمل أو قاطع دائرة.

ب. مفتاح حمل الجهد: يمكن فتحه وإغلاقه تلقائيًا وفقًا لتغيرات الجهد في الخطوط على كلا الجانبين

ج. مفتاح الحمل المركزي: لا يمكنه فتح قاطع الدائرة الكهربائية بشكل نشط بسبب تيار الدائرة القصيرة.

غاز SF6 العازل هو غاز عديم اللون والرائحة، غير سام، وغير قابل للاشتعال، ويتميز بعزل كهربائي ممتاز وخصائص إطفاء ممتازة للقوس الكهربائي. كثافته تعادل خمسة أضعاف كثافة الهواء، وهو مقاوم للتسرب.

2. مفتاح عزل القطب

مفتاح عزل القطب، المعروف أيضًا بمفتاح سكين العزل، هو جهاز تحكم كهربائي بدون جهاز إطفاء قوس كهربائي. وظيفته الرئيسية هي عزل مصدر الطاقة لضمان الصيانة الآمنة للمعدات الكهربائية الأخرى. لذلك، لا يُسمح بتشغيل الأحمال. ومع ذلك، يُسمح، في ظروف معينة، بتوصيل أو فصل الدوائر منخفضة الطاقة. وهو الجهاز الكهربائي الأكثر استخدامًا بين مفاتيح الجهد العالي.

يمكن استخدام مفتاح العزل المثبت على عمود لصيانة انقطاع التيار الكهربائي، واكتشاف الأعطال، واختبار الكابلات، وإعادة بناء وضع تشغيل معدات الخطوط. يُمكّن فتح مفتاح العزل المثبت على عمود من عزل المعدات التي تحتاج إلى إصلاح عن خطوط التشغيل الأخرى، وإنشاء فجوة عزل موثوقة، وتزويد العمال بعلامة فصل مرئية وواضحة لضمان سلامة أعمال الصيانة أو الاختبار. يتميز مفتاح العزل المثبت على عمود بانخفاض تكلفته وبساطته ومتانته. يُستخدم عمومًا كمفتاح حدودي بين خط الهواء والمستخدم، وبين خط الكابل والخط الهوائي. كما يمكن تركيبه على أحد جانبي مفتاح حمل تلامس الخط أو كليهما لتسهيل اكتشاف الأعطال، واختبار الكابلات، وصيانة واستبدال مفاتيح حمل التلامس.

لا يمكن تشغيل مفتاح العزل مع حمل مُصنّف أو حمل كبير، ولا يمكنه فصل وتوصيل تيار الحمل وتيار القصر. عادةً، عند إمداد الطاقة، يُغلق مفتاح العزل أولًا، ثم يُغلق قاطع الدائرة أو مفتاح الحمل؛ وعند انقطاع التيار، يُفصل قاطع الدائرة أو مفتاح الحمل أولًا، ثم يُفصل مفتاح العزل.

يتحمل مفتاح العزل تيار التشغيل وتيار القصر بكفاءة، ولكنه لا يستطيع فصل تيار الحمل. يمكنه فتح وإغلاق محول عدم التحميل بتيار إثارة لا يتجاوز 2 أمبير، وخط عدم التحميل بتيار سعة لا يتجاوز 5 أمبير. لا يتجاوز تيار الاستقرار الديناميكي لمفتاح العزل عادةً 40 كيلو أمبير، ويجب مراعاة المعايرة عند الاختيار. يبلغ عمر تشغيل مفتاح العزل حوالي 2000 ضعف.

3. مفتاح الحمل المثبت على العمود

مفتاح الحمل المُثبَّت على عمود هو جهاز تحكم مُزوَّد بآلية إطفاء قوس بسيطة، تُمكِّن من فتح وإغلاق الدائرة الكهربائية مع الحمل. يُمكنه تشغيل وإيقاف تيار حمل مُحدَّد وتيار حمل زائد مُحدَّد، ولكنه لا يستطيع فصل تيار القصر الكهربائي. يجب استخدامه على التوالي مع مُصهر عالي الجهد لقطع تيار القصر الكهربائي بمساعدة المُصهر.

مفتاح الحمل هو جهاز تبديل بين مفتاح العزل وقاطع الدائرة، ويستخدم بشكل أساسي لتقسيم الخطوط وعزل الأعطال.

يتضمن مفتاح الحمل بشكل أساسي مفاتيح حمل تعمل بالغاز، ومفاتيح حمل تعمل بالفراغ، ومفاتيح حمل SF6. يستخدم مفتاح الحمل المولد للغاز فتحة مصنوعة من مواد صلبة لتوليد كمية كبيرة من الغاز تحت تأثير القوس الكهربائي، مما يُنتج إطفاءً بنفخ الغاز. بفضل بنيته البسيطة وتكلفته المنخفضة، انتشر استخدامه وشاع استخدامه على نطاق واسع. تتشابه مفاتيح حمل الفراغ وSF6 في المظهر والمعايير مع قواطع الدائرة الكهربائية الخاصة بهما. يكمن الفرق في أن مفتاح الحمل غير مزود بمانع ماس كهربائي واقٍ، وبالتالي لا يمكنه قطع تيار القصر، ولكنه يتحمل تيار القصر ويغلقه. يتميز بعمر افتراضي طويل، وعدم الحاجة إلى صيانة. يتجاوز العمر الميكانيكي وأوقات قطع التيار المقننة 10,000 مرة، مما يجعله مناسبًا للتشغيل المتكرر.

مفاتيح الحمل المثبتة على عمود شائعة الاستخدام في العمل، عادةً ما تستخدم مفاتيح حمل مفرغة مثبتة على عمود. يعتمد مفتاح الحمل المفراغي على إطفاء قوس الفراغ، وعزل SF6، وصندوق مشترك ثلاثي الطور، وآلية تشغيل كهرومغناطيسية VSP5 أو زنبركية. يمكن تركيب محول تيار مدمج، ومخرج كابل أو طرف، وفاصل عزل مدمج، أو تركيب معلق أو ثابت. كما هو موضح في الشكل أدناه:

بالإضافة إلى ذلك، يُعد استخدام سائل مفتاح الحمل SF6 المُثبَّت على عمود أمرًا شائعًا. يعتمد مفتاح الحمل SF6 على إطفاء قوس SF6، وعزل SF6، وصندوق مشترك ثلاثي الطور، ويمكن دمج محول التيار، ومخرج الكابل أو الطرف، ويمكن تجهيز الجانب الخارجي بجهاز عزل، سواءً كان التثبيت معلقًا أو ثابتًا. كما هو موضح في الشكل أدناه:

4. قاطع الدائرة المثبت على العمود

قاطع الدائرة هو جهاز تبديل يمكنه إغلاق التيار ونقله وفصله في ظروف الدائرة العادية، ويمكنه إغلاقه ونقله وفصله في ظروف الدائرة غير العادية خلال فترة زمنية محددة. تُستخدم قواطع الدائرة لتوزيع الطاقة الكهربائية، وتشغيل المحركات غير المتزامنة بشكل غير منتظم، وحماية خطوط الكهرباء والمحركات، وغيرها، وقطع الدائرة تلقائيًا عند زيادة الحمل أو قصر الدائرة أو انخفاض الجهد بشكل كبير. وظيفتها تعادل الجمع بين مفاتيح الصمامات ومرحلات الحماية من ارتفاع درجة الحرارة.

قواطع الدائرة المثبتة على الأعمدة هي قواطع الدائرة المثبتة والمُشغّلة على الأعمدة، والمعروفة باسم "الحراس". وهي نوع من أجهزة التبديل التي يمكنها قطع أو توصيل الخطوط في الظروف العادية، وعند حدوث عطل في الدائرة القصيرة في الخط، يمكن تبديل الخط المعطل يدويًا أو تلقائيًا من خلال تشغيل أو عمل أجهزة حماية المرحلات. يتمثل الفرق الرئيسي بين قواطع الدائرة ومفاتيح الحمل في إمكانية استخدامها لفصل تيارات الدائرة القصيرة. تُستخدم قواطع الدائرة المثبتة على الأعمدة بشكل رئيسي للتبديل المجزأ والتحكم وحماية أقسام خطوط التوزيع، ويمكنها فتح وإغلاق تيارات الدائرة القصيرة.

وفقًا لوسط إطفاء القوس المستخدم، يمكن تقسيم قواطع الدائرة المثبتة على العمود إلى قواطع دائرة زيتية (تم التخلص منها بشكل أساسي)، وقواطع دائرة سداسي فلوريد الكبريت (SF6)، وقواطع دائرة فراغية.

في الماضي، استُخدمت قواطع دوائر سداسي فلوريد الكبريت (SF6) وقواطع الدوائر الفراغية على نطاق واسع في مشاريع شبكات التوزيع. أما الآن، فتستخدم قواطع الدوائر في خطوط التوزيع بشكل رئيسي قواطع دوائر فراغية ذكية خارجية عالية الجهد تعمل بالتيار المتردد. تتميز قواطع الدوائر الفراغية الذكية بوظائف الكشف عن الأعطال، والتحكم في الحماية، والاتصال. تُركّب عادةً عند نقطة تحديد المسؤولية في خطوط الكهرباء الهوائية بجهد 10 كيلو فولت، مما يتيح الإزالة التلقائية، والتأريض أحادي الطور، والعزل التلقائي لأعطال الدائرة القصيرة. تُعد هذه المنتجات مثالية لتحويل خطوط التوزيع وبناء أتمتة شبكات التوزيع.

يمكن تشغيل قواطع الدائرة الفراغية الذكية يدويًا، أو كهربائيًا، أو عن بُعد، أو عن طريق جهاز الاستقبال. يتكون قاطع الدائرة من ثلاثة أجزاء: الهيكل الرئيسي، وآلية التشغيل، ووحدة التحكم (بمفتاح عزل مدمج). يمكن ضبط قاطع الدائرة بحيث يكون محول تيار الحماية (CT)، ومحول تيار التسلسل الصفري (ZCT)، ومحول الجهد (u) ككاشف لوحدة التحكم حسب الحاجة.

تُصنف قواطع الدائرة الفراغية إلى قواطع دائرة فراغية معزولة بغاز SF6 وقواطع دائرة فراغية معزولة بالهواء، وذلك وفقًا لمادة العزل. تستخدم قواطع الدائرة الفراغية المعزولة بغاز SF6 إطفاء قوس الفراغ، وعزل SF6، وصندوقًا مشتركًا ثلاثي الأطوار، وآلية تشغيل زنبركية، ويمكن دمج محول التيار، ومخرج كابل أو طرف، وجهاز عزل اختياري خارجي، وتركيب معلق أو ثابت. كما هو موضح في الشكل أدناه:

5. فتيل التسرب

يُعدّ الصمام الكهربائي المنقطع، المعروف باسم "لينك"، مفتاح الحماية من قصر الدائرة الأكثر استخدامًا في خطوط التوزيع الفرعية بجهد 10 كيلو فولت ومحولات التوزيع. يتميز بخصائص اقتصادية، وسهولة تشغيل، وتكيف قوي مع البيئة الخارجية، وغيرها، ويُستخدم على نطاق واسع في خطوط التوزيع ومحولات التوزيع بجهد 10 كيلو فولت لأغراض الحماية، وعمليات تبديل وقطع المعدات.

يُركّب مصهر انقطاع التيار الكهربائي على الخط الفرعي لخط توزيع 10 كيلو فولت، مما يُقلّل من نطاق انقطاع التيار الكهربائي. ونظرًا لوجود نقطة فصل واضحة لمصهر انقطاع التيار الكهربائي عالي الجهد، فإنه يعمل كمفتاح عزل، مما يُهيئ بيئة عمل آمنة لخطوط ومعدات قسم الصيانة، ويزيد من شعور موظفي الصيانة بالأمان. يُركّب على محول التوزيع، ويُمكن استخدامه كحماية رئيسية لمحول التوزيع، مما أدى إلى انتشاره في خطوط ومحولات التوزيع 10 كيلو فولت.

يمكن تركيب المصهر على جانب مصدر الطاقة لمفتاح الحمل أو على جانب استقبال الطاقة. عند عدم الحاجة إلى استبدال المصهر بشكل متكرر، يُفضّل استخدام المصهر كمفتاح عازل لعزل الجهد المطبق على مصهر تحديد التيار.

تشتمل مكونات المصهر المتساقط بشكل أساسي على العازل، ومقعد الدعم السفلي، وجهة الاتصال المتحركة السفلية، وجهة الاتصال الساكنة السفلية، ولوحة التثبيت، وجهة الاتصال الساكنة العلوية، ومنقار البط، وجهة الاتصال المتحركة العلوية، وأنبوب المصهر، وما إلى ذلك.

6. الاختلافات بين مفاتيح القطب

الاختلافات الرئيسية هي كما يلي:

لا يحتوي مفتاح العزل على جهاز إطفاء قوس كهربائي، لذا فهو مناسب فقط لقطع التيار الكهربائي بدون حمل، ولا يمكنه قطع تيار الحمل وتيار القصر الكهربائي. لذلك، لا يمكن تشغيل مفتاح العزل بأمان إلا عند فصل الدائرة بشكل آمن، ويُمنع منعًا باتًا تشغيله مع وجود حمل لتجنب حوادث السلامة.

لأن مفتاح الحمل مزود بجهاز إطفاء القوس الكهربائي، يتمتع بقدرة معينة على إطفاء القوس، لكنها ليست بقوة قاطع الدائرة. يمكنه فصل وتوصيل تيار العمل العادي. في حالة حدوث قصر كهربائي، يتحمل تيار القصر بصمت. في حالة فصله يدويًا أو كهربائيًا في هذه الحالة، قد ينفجر. لذلك، يُستخدم مفتاح الحمل عادةً مع مصهر تحديد التيار (مفتاح الحمل + المصهر ليسا تكوينًا قياسيًا، ويمكن استخدامه أيضًا بدون مصهر). يفصل المصهر الدائرة في حالة الحمل الزائد أو القصر الكهربائي. لتوفير التكاليف، يمكن استبدال قاطع الدائرة بمفتاح الحمل + المصهر.

يتميز قاطع الدائرة بقدرة عالية على إطفاء القوس الكهربائي، ويمكنه فصل وتوصيل تيارات العمل العادية، بالإضافة إلى تيارات الأعطال. يتم تحقيق وظيفة الحماية لقاطع الدائرة بواسطة جهاز حماية التتابع. لا يحتوي قاطع الدائرة عالي الجهد على أي من أجهزة الفصل الحراري، أو الفصل المغناطيسي، أو فصل الجهد المنخفض، أو غيرها من أجهزة قاطع الدائرة منخفض الجهد. يتم تحديد وجود عطل في الخط بواسطة جهاز حماية التتابع، ولا يقوم قاطع الدائرة إلا بفصله وفقًا لتعليمات جهاز الحماية. بما أن مفتاح الحمل وسكين العزل لا يستطيعان فصل تيار الأعطال، فلا حاجة لإرسال تعليمات إليهما عند تعطل الخط. قاطع الدائرة مفتاح ذو قدرة عالية على إطفاء القوس الكهربائي، ويجب استخدامه مع جهاز حماية التتابع.

ومن خلال ذلك يمكننا التوصل إلى الاستنتاجات التالية:

مفتاح العزل - يُستخدم فقط لفصل وتوصيل تيار عدم التحميل في النظام، وهو نقطة الفصل الواضحة لنظام الأسلاك الرئيسي، مما يُؤدي إلى فصل النظام أثناء الصيانة. الطرازات الشائعة: GW9، HGW9، GW4، GW5، إلخ.

مفتاح الحمل - يمكنه فصل وتوصيل تيار الحمل الطبيعي للنظام، لكنه لا يستطيع فصل تيار العطل. الطرازات الشائعة: FZW32

قاطع الدائرة - بالإضافة إلى فصل وتوصيل تيار الحمل الطبيعي للنظام، يمكنه أيضًا فصل وتوصيل تيار الأعطال وتيار قصر الدائرة في النظام. الموديلات الشائعة الاستخدام: ZW32، ZW20، ZW7، ZW8، LW3، إلخ.