A محطة فرعية من النوع الصندوقي (المعروف أيضًا باسم محطة كهرباء جاهزة الصنع أو محطة فرعية مجمعة) هو نظام توزيع الطاقة المدمج والمُجمَّع في المصنع الذي يدمج:
- معدات التبديل الكهربائية عالية الجهد
- محول التوزيع
- معدات توزيع الجهد المنخفض
يتم ترتيب هذه المكونات وفقًا لمخطط توصيل محدد مسبقًا، وتُحاط داخل غلاف ذو هيكل فولاذي مغلق تمامًا مناسب لـ للاستخدام الداخلي أو الخارجي.
تجمع المحطة الفرعية من النوع الصندوقي بين استقبال الطاقة عالية الجهد، وتحويل الجهد، وتوزيع الطاقة منخفضة الجهد في وحدة واحدة. وقد صُمم الغلاف بحيث يكون مقاوم للرطوبة، مقاوم للصدأ، مقاوم للغبار، مقاوم للقوارض، مقاوم للحريق، مقاوم للسرقة، معزول حرارياً, ، و مغلق تمامًا, ، مع إمكانية التنقل الاختيارية.
بالمقارنة مع المحطات الفرعية التقليدية التي يتم بناؤها بطرق مدنية، تتميز المحطات الفرعية الصندوقية بما يلي: هيكل مدمج، وتركيب سريع، وتشغيل مغلق تمامًا, ، مما يجعلها حلاً عصريًّا يُستخدم على نطاق واسع في إنشاء وتجديد شبكات توزيع الطاقة في المناطق الحضرية.
مجالات تطبيق المحطات الفرعية من النوع الصندوقي
تُستخدم المحطات الفرعية من النوع الصندوقي على نطاق واسع في:
- الألغام
- المنشآت الصناعية والمصانع
- حقول النفط والغاز
- محطات طاقة الرياح والطاقة المتجددة
وهي تحل محل غرف التوزيع والمحطات الفرعية التقليدية المبنية بالحجارة، لتصبح حل متكامل لتوزيع الطاقة من الجيل الجديد.
تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:
- المجمعات السكنية
- محطات الكهرباء الفرعية العامة في المناطق الحضرية
- المناطق التجارية
- إمدادات الطاقة في مواقع البناء
سيناريوهات التثبيت النموذجية
1. مصدر طاقة إنارة الشوارع
كلاهما على الطراز الأوروبي و محطات التحويل الصندوقية من النوع الأمريكي تقدم مزايا كبيرة مقارنة بالمحطات الفرعية التقليدية في أنظمة إنارة الشوارع ذات الأحمال الصغيرة.
وتتميز بما يلي:
- تكلفة إنشاء أقل
- مظهر جذاب
- صناديق اختيارية بتصميم أفقي (خاصة محطات التحويل الصندوقية من النوع الأوروبي)
2. المتنزهات والمجمعات السكنية
في المتنزهات والمناطق السكنية، يجب أن تكون معدات الطاقة جمالية وموفرة للمساحة.
محطات التحويل من النوع الصندوقي:
- تشغل مساحة صغيرة جدًا
- يتميز بمظهر أنيق وعصري
- تنسجم تمامًا مع البيئة المحيطة
3. التطبيقات الصناعية والتعدينية
غالبًا ما تواجه المصانع والمناجم ما يلي:
- تضاريس معقدة
- تكاليف الوقت والبناء المرتفعة
تُعد المحطات الفرعية ذات التصميم الصندوقي خيارًا مثاليًّا للأسباب التالية:
- سهولة التركيب
- أعمال إنشائية محدودة في الموقع
- مستوى حماية عالٍ (عادةً IP33)
- تقليل مدة البناء وتكاليف العمالة
4. مصدر الطاقة المؤقت
غالبًا ما يتم نقل مواقع البناء، مما يتطلب معدات توزيع الطاقة القابلة للنقل والموثوقة.
توفر المحطات الفرعية من النوع الصندوقي ما يلي:
- قدرة ممتازة على الحركة
- قدرة تحميل كافية
- حل موثوق به لتلبية احتياجات الطاقة المؤقتة
تصميم المحطات الفرعية من النوع الصندوقي
1. تكوين جانب الجهد العالي
- وفقًا لطريقة التوصيل الأولية، تنقسم المحطات الفرعية الصندوقية إلى:
- نوع المحطة (خط وارد واحد، بدون حلقة)
- نوع وحدة الدائرة الرئيسية (RMU) (خطوط واردة/صادرة متعددة، مثل خط واحد وارد وخطين صادرين أو خطين واردين وخط واحد صادر)
- على جانب الجهد العالي من محطات التحويل الصندوقية من النوع الأوروبي, ، وقد تستخدم وسائل الحماية ما يلي:
- قواطع الدائرة الكهربائية، أو
- مجموعة مكونة من مفتاح التحميل + المصهر
بالنسبة للمحطات الفرعية ذات السعة ≤ 800 كيلو فولت أمبير ومتطلبات الحماية الأقل، فإن مجموعة مكونة من مفتاح تحميل وصمامات يُستخدم عادةً لخفض التكلفة.
- مفاتيح التحميل عالية الجهد التي تُستخدم عادةً في محطات التحويل الصندوقية من النوع الأوروبي هي مفاتيح التحميل FLN-12 SF₆.
2. التعويض التلقائي للطاقة التفاعلية
وفقًا للمعايير الحالية، تُحدد سعة تعويض الطاقة التفاعلية عادةً عند 30% من سعة المحول.
ومع ذلك، مع انتشار استخدام الأحمال الحثية مثل:
- مكيفات الهواء
- الغسالات
- الثلاجات
- المصابيح الموفرة للطاقة
نسبة التعويض تبلغ 40%–60% من سعة المحول, ، مقسمة إلى 10 خطوات للتحكم الآلي, ، يُوصى بذلك.
على الرغم من أن هذا يؤدي إلى زيادة طفيفة في التكلفة، إلا أن التحسن في معامل القدرة وكفاءة الطاقة وهذا أمر مهم.
3. تكوين خطوط التغذية الصادرة ذات الجهد المنخفض
يتم تحديد عدد خطوط التغذية الصادرة ذات الجهد المنخفض بناءً على:
- توزيع الأحمال في منطقة التزويد
- الدوائر الاحتياطية المخصصة (عادةً ما تتراوح بين 1 و3 مغذيات احتياطية)
يتم اختيار تصنيفات قواطع الدائرة وفقًا لـ تيار الحمل المحسوب.
يتطلب الإعداد الصحيح معرفة دقيقة بحمل كل مغذي لضمان تشغيل آمن وموثوق.
اعتبارات التركيب في الأماكن المفتوحة
- يجب أن تكون موصلات التأريض النحاس, ، بمساحة مقطع عرضي ما لا يقل عن 30 مم² لضمان موثوقية الحماية من الصواعق.
- يجب أن تتمتع شبكة التأريض بتغطية وعمق كافيين، ويفضل أن تكون مدفونة على عمق متر واحد على الأقل تحت الأرض, ، مع إضافة أقطاب تأريض رأسية لتقليل المقاومة.
- يجب تجنب تعريض مواقع التركيب للاهتزازات الشديدة والصدمات والتداخل الكهرومغناطيسي، مع الحفاظ على مسافات آمنة لدخول الكابلات.
- قم بتركيب المحطة الفرعية على سطح جاف وجيد التهوية ومستوٍ, ، على ألا يتجاوز الميل 5°.
- تجنب المناطق التي تحتوي على مواد متفجرة أو غازات وسوائل تآكلية.
- تتطلب المحطات الفرعية من النوع الصندوقي ما يلي: لا يوجد موظفون في الموقع, ، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل وتقليل المساحة المطلوبة إلى الحد الأدنى.
الأعطال الكهربائية الشائعة وحلولها
1. ارتفاع درجة الحرارة
قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة لفترات طويلة إلى:
- تقادم العزل
- الوصلات غير المحكمة
- مخاطر حدوث ماس كهربائي أو اندلاع حريق
وتشمل الحلول ما يلي:
- التنظيف الداخلي المنتظم
- المراقبة المستمرة لدرجة الحرارة
- أنظمة الإنذار المبكر بارتفاع غير طبيعي في درجات الحرارة
2. أعطال مبدل التوصيلات تحت الحمل (OLTC)
تعد أعطال OLTC نادرة، لكنها قد تحدث بسبب:
- البلى الميكانيكي على المدى الطويل
- ضعف قوة المكونات
- جودة تصنيع رديئة
يُعدّ تطبيق رقابة صارمة على الجودة أثناء الإنتاج والتركيب أمرًا ضروريًا لضمان الموثوقية.
3. انطلاق مفتاح الجهد المنخفض
تشمل الأسباب الشائعة ما يلي:
- أعطال قضبان التوصيل
- التشغيل الخاطئ لجهاز التعثر أو خلل في تشغيل جهاز الحماية
عند حدوث التعثر:
- فحص حماية الجانب ذي الجهد المنخفض للمحول
- تحقق من وجود حمل زائد أو قصر في الدائرة أو أعطال في الخط
- التحقق من إعدادات الحماية وسلامة الأسلاك
إجراءات فحص أعطال التشغيل
- قد يحدث انقطاع التيار عن المحول في الحالات التالية:
- قاطع التيار الخاص بالمحول الرئيسي
- أجهزة قطع الخطوط
يتم تحديد الأسباب الجذرية من خلال تحليل بيانات الرصد.
- يجب على موظفي الصيانة ما يلي:
- الوصول إلى الموقع في الموعد المحدد
- افحصها بحثًا عن أي أضرار ظاهرة
- افحص القواطع الكهربائية، وملفات كبت القوس الكهربائي، وآليات تخزين الطاقة
- بالنسبة للتشغيل التلقائي من جانب الجهد المنخفض:
- تحقق أولاً من حماية المحول
- ثم افحص خطوط التغذية والكابلات الصادرة
- لا تُجرِ عملية الاستعادة إلا بعد إزالة العطل
تدابير الوقاية من الحرائق والانفجارات
- تجنب التشغيل تحت الحمل الزائد لفترات طويلة، خاصةً في المعدات القديمة.
- بالنسبة للمحولات المغمورة بالزيت، يجب إجراء اختبارات دورية لأداء العزل الكهربائي لزيت المحول.
- راقب درجة حرارة المحول باستمرار لمنع ارتفاع درجة حرارة القلب بشكل مفرط.
- تأكد من جودة التلامس بين الموصلات، وقم بإصلاح التوصيلات المفكوكة على الفور.
- يجب تركيب مانعات الصواعق على المفاتيح الكهربائية عالية الجهد والمحولات ولوحات الجهد المنخفض للحماية من الصواعق.
- يجب تضمين التهوية الكافية ومراوح العادم في التصميم، مع أنظمة مراقبة تلقائية لدرجة الحرارة من أجل التحكم الفعال في الحرارة.
الخلاصة
عادةً ما يتم تركيب المحطات الفرعية من النوع الصندوقي في الهواء الطلق وتعمل غير خاضع للرعاية على مدار السنة, ، ولا تتطلب سوى إجراء عمليات فحص دورية.
تشمل أعمال الصيانة ما يلي: مستوى عالٍ من المخاطر والتعقيد, ، لا سيما أثناء عمليات الفحص التي تُجرى تحت الجهد الكهربائي.
لضمان التشغيل الآمن والمستقر:
- الصيانة الدورية أمر ضروري
- يجب تعزيز التدريب على السلامة لموظفي التشغيل والصيانة
تعد الصيانة والإدارة السليمتان عاملاً أساسياً في التشغيل الموثوق به على المدى الطويل للمحطات الفرعية ذات التصميم الصندوقي.