مساهمة المفاتيح الذكية في كفاءة الشبكة الكهربائية

ما هو دور المفاتيح الذكية في كفاءة الشبكة الكهربائية؟

ينمو قطاع الطاقة في مختلف بلدان العالم بوتيرة صحية مدعومة بمبادرات سياسية مختلفة من قبل الحكومات، وقد نمت قدرة التوليد بمعدل يزيد عن 10 في المائة على مدى السنوات الخمس الماضية، وفي حين شهدت شبكة النقل والتوزيع نمواً معتدلاً بنحو 5 في المائة، بحيث ترجم ذلك إلى زيادة الطلب على معدات “أنظمة الطاقة القوية” مثل المفاتيح الكهربائية في الدولة.

كما أن هناك مجموعة المفاتيح الكهربائية عبارة عن مجموعة من المكونات مثل المفاتيح والصمامات وقواطع الدائرة التي تُستخدم للتحكم في الآلات الكهربائية وحمايتها وعزلها لتمكين “الإمداد المستمر” والموثوق بالكهرباء، بحيث يساعد استخدام المفاتيح الكهربائية في الحماية من حالات الحمل الزائد أو ماس كهربائي أو فشل العزل وما إلى ذلك.

كما أن حماية نظام القدرة الكهربائية هو غصن من هندسة الطاقة الكهربائية وهو مصمم لمراقبة نظام الطاقة باستمرار لضمان أقصى استمرارية للإمداد الكهربائي دون إتلاف المعدات، وذلك نظراً لأن تطورات نظام الطاقة تغير هيكلها.

لذلك؛ فإن حماية نظام الطاقة تصبح حيوية للغاية، بحيث يجب أن يضمن “تصميم المفاتيح الكهربائية” أنها ستكون قادرة على اكتشاف الظروف غير الطبيعية أو غير المرغوب فيها ثم رحلة الدائرة لفصل المنطقة المصابة دون التأثير على المناطق الأخرى غير المرغوب فيها.

تصنيف الأنواع المختلفة من المفاتيح الكهربائية:

يمكن تصنيف الأنواع المختلفة من المفاتيح الكهربائية على أساس قدرتها على التحمل (أو فئة الجهد) والوسيط المستخدم لمقاطعة التيار وتصنيف المقاطعة (وهو أقصى تيار دائرة قصر يمكن للجهاز مقاطعته بأمان) والبناء نوع وطريقة التشغيل و”نوع التيار” ووفقاً لنوع البناء.

كما يتم تصنيف المفاتيح الكهربائية على أنها داخلية، خارجية، صناعية، أمامية حية، جبهة مسدودة، مفتوحة، مغلقة معدنية، مغطاة بالمعدن، مقاومة للقوس الكهربائي وما إلى ذلك، وفيما يتعلق بطريقة التشغيل؛ تكون المفاتيح الكهربائية إما يدوياً تعمل أو تعمل بمحرك طاقة مخزنة أو تعمل بملف لولبي، وفي الوقت نفسه اعتماداً على نوع التيار؛ فإنه يعمل إما على التيار المتردد أو التيار المباشر.

تتوفر مجموعة المفاتيح في مستويات “الجهد المنخفض والمتوسط والعالي”، كما يتم تصنيف المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض بشكل عام حتى 1 كيلو فولت وتخدم المباني ونظام توزيع الطاقة والصناعات، حيث يشمل هذا الجزء قواطع الدائرة (قواطع الدائرة المصبوبة وقواطع الدائرة المصغرة) والمفاتيح والصمامات ذات السعة العالية للتمزق وأجهزة التيار المتبقي والمقاولين والمرحلات.

كما تتميز مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط بتصنيفات من 1 كيلو فولت إلى 75 كيلو فولت وتتضمن أنواع مختلفة من قواطع الدائرة مثل قواطع دوائر الهواء والحد الأدنى من قواطع دارة الزيت وقواطع الدائرة الفراغية، كما تتميز مجموعة “المفاتيح الكهربائية” ذات الجهد العالي بتصنيفات تزيد عن 75 كيلو فولت وتتضمن قواطع دائرة (SF6) ومجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز.

وكذلك “المفاتيح الكهربائية الهجينة” وموانع الإضاءة والعوازل المركبة، بالإضافة إلى ذلك، وبناءً على الوسيط المستخدم لمقاطعة التيار؛ فإنه يتم تصنيف المفاتيح الكهربائية إما على أنها مفتاح عازل بسيط في الهواء الطلق أو يمكن عزلها بواسطة بعض المواد الأخرى مثل الزيت والفراغ.

تشغيل الشبكة الكهربائية اعتماداً على المفاتيح الذكية:

لحظة تشغيل الشبكة الكهربائية الذكية؛ فإنه يُفضل تشغيل “المفاتيح الآلية” بواسطة التشغيل التقليدي المتعارف عليه، وخاصةً في المحطات الفرعية ذات التقنيات الكهربائية التقليدية، بحيث تكون جميع الإشارات وعناصر التحكم والتشابك سلكية ويتم الاحتفاظ بالسجلات يدوياً في مدونه.

لذلك، يتطلب الأمر الكثير من العمل والجهود لإجراء مقارنات للتحليل وحل المشكلات، كما تعد المحطة الفرعية الآلية، حيث تتم جميع العمليات تلقائياً، وذلك أكثر كفاءة وتتطلب قوة بشرية أقل، وتقليدياً؛ فإنه تم استحداث “الوحدات الطرفية” البعيدة في (Substations) كحلقة وصل بين مجموعة المفاتيح ومركز التحكم.

كما تحتوي بعض هذه الوحدات الطرفية البعيدة على ميزات استشعار، ولكن لم تكن هناك محطة فرعية أو أتمتة على مستوى المنطقة، ومع ذلك؛ فإنه يتم الآن استبدال المزيد من الوحدات الطرفية بعيدة المدى أو استكمالها بأجهزة ومعدات كهربائية ذكية متخصصة قادرة على حماية وقياسات متعددة في تشغيل الشبكة الذكية.

ومن الناحية التاريخية؛ فقد كانت المفاتيح الكهربائية المعزولة “بالهواء” هي الأكثر استخداماً في الهند على سبيل المثال، وذلك بسبب السعر المنخفض، وومع ذلك؛ فإن المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز تكتسب شعبية الآن وتبرز باعتبارها التكنولوجيا المفضلة في الهند، وخاصة في قطاع النقل.

كما أن هيكلها المضغوط والمغلف يجعلها مثالية للمناطق ذات المساحة المحدودة، وهذا النوع من المفاتيح الكهربائية مناسب أيضاً للاستخدام في المواقع ذات الظروف الجوية القاسية (درجات الحرارة المرتفعة والارتفاعات العالية) وفي البيئات الصناعية.

كما أن التطورات الجديدة في صناعة المفاتيح الكهربائية هي المفاتيح الكهربائية الفراغية والمفاتيح الكهربائية الهجينة والمفاتيح الذكية، كما أن التبديل الفراغي المستخدم على نطاق واسع في نطاق الجهد المتوسط​​، بحيث يظهر أيضاً كبديل في تطبيقات الجهد العالي.