1. مقدمة

تُعد المفاتيح الكهربائية متوسطة الجهد (MV Switchgear) عناصر أساسية في أنظمة نقل وتوزيع الطاقة، حيث توفر الحماية والتحكم للشبكات الكهربائية. يتم تصميم هذه المفاتيح واختبارها وفقًا للمعايير الدولية، وعلى رأسها المعيار IEC 62271-200، لضمان موثوقية عالية وسلامة قصوى طوال فترة التشغيل.
تُجرى على هذه المعدات اختبارات نوعية وروتينية لتقييم أدائها الميكانيكي والعازل والحراري، وهو ما يضمن سجلًا تشغيليًا آمنًا وطويل الأمد.

---

2. القوس الكهربائي الداخلي: الأسباب والآثار

على الرغم من التطور المستمر في تصميم المفاتيح الكهربائية، يظل احتمال حدوث قوس كهربائي داخلي قائمًا. ويُقصد به تفريغ كهربائي عالي الطاقة داخل حجرة المفاتيح، ينتج عنه حرارة وضغط شديدان.
أهم الأسباب:

• أخطاء التشغيل أو الصيانة.
• الجهود الزائدة الناتجة عن الصواعق أو عمليات التبديل.
• انهيار المواد العازلة الصلبة (نهايات الكابلات، محولات التيار والجهد).
• الإجهاد الزائد على القواطع أو الفيوزات.

النتائج:
يسبب القوس تسخين الغاز العازل وزيادة الضغط داخل الحجرة، مما يؤدي إلى تمدد الغازات عبر أجهزة تخفيف الضغط. هذه الظاهرة قد تعرض الأفراد في غرفة المفاتيح للخطر، وتُلحق أضرارًا جسيمة بالمعدات والمبنى. كما يشكل الضغط الديناميكي خطرًا ميكانيكيًا على الهياكل والجدران، مما يستدعي تصميم أنظمة تهوية وتخفيف ضغط فعالة.

3. تدابير السلامة ومتطلبات المعيار

يركز المعيار IEC 62271-200 على حماية الأفراد من مخاطر الغازات الساخنة والإشعاع وتفتت الغلاف. ولتحقيق ذلك يشترط:

• اجتياز اختبار القوس الكهربائي الداخلي (IAC Test) كاختبار نوعي إلزامي.
• استيفاء معايير قبول صارمة، مثل عدم فتح الأبواب أو اشتعال المؤشرات أثناء الاختبار.

تُحدد الحماية من خلال فئة القوس الكهربائي الداخلي (IAC Class) التي تأخذ في الاعتبار:

• الضغط الزائد وتأثيره على الأغطية والأبواب.
• التأثيرات الحرارية للغازات والجسيمات المتوهجة.

4. تطور المعيار IEC 62271-200

• الإصدار الأول (2003): حل محل المعيار IEC 60298 (1990) وأدخل مفاهيم جديدة مثل فئات القوس الكهربائي الداخلي.
• الإصدار الثاني (2006–2009): أُعد بواسطة اللجنة الفرعية SC17C، بهدف تحسين طرق الاختبار ورفع مستوى السلامة.

التغيير الأبرز تمثل في إدخال تعريفات وتصنيفات جديدة، وإعطاء أولوية أكبر لحماية الأفراد.

5. الجوانب الفنية لاختبار IAC

5.1. فئات إمكانية الوصول

• A: للموظفين المصرح لهم.
• B: للجمهور العام.
• C: للمفاتيح المثبتة على الأعمدة في مواقع غير قابلة للوصول.
  كما يُحدد الغلاف من جوانب: أمامي (F)، جانبي (L)، وخلفي (R).

5.2. ترتيب الاختبار

• يشمل عينات مجهزة بالكامل، مع إمكانية استخدام نماذج مكافئة للمكونات الداخلية.
• يتم الاختبار في كل حجرة تحتوي على دوائر رئيسية.
• للوحدات المعيارية القابلة للتوسيع، يجب اختبار جميع الحجرات في نهاية صف لا يقل عن وحدتين.

5.3. وسائط العزل

• يُسمح باستبدال غاز SF6 بالهواء أثناء الاختبار.
• يسبب الهواء ضغطًا زائدًا أعلى من SF6، ما يجعله يمثل حالة اختبار أكثر صرامة ويوفر حماية أفضل ضد التشوه والتمزق.

5.4. إعداد غرفة الاختبار

• يجب تمثيل الغرفة بأرضية، سقف، وجدران متعامدة.
• المسافة الدنيا بين السقف وأعلى المفاتيح 600 مم ± 100 مم.
• يجب أن يكون الجدار الجانبي على بعد 100 مم ± 30 مم.

5.5. المؤشرات الحرارية

• تُثبت مؤشرات حرارية على ارتفاعات ومسافات محددة لمحاكاة وضع الأشخاص بالقرب من المعدات.
• تُرتب عموديًا وأفقيًا لتغطية الجوانب التي يمكن الوصول إليها.

5.6. شروط الاختبار الكهربائي

• يتم إشعال القوس بين الأطوار الثلاثة أو بين طور والأرض.
• تيار القصر المستخدم يعادل تيار التحمل المقدر قصير الأمد (قد يكون أقل إذا حددت الشركة المصنعة).
• القيم الموصى بها لزمن الاختبار: 0.1 ثانية، 0.5 ثانية، 1 ثانية.

5.7. تسمية الفئة

تُسجل نتيجة الاختبار على لوحة الاسم، مثل:
IAC AFLR – 40kA – 1s
أي أن المفاتيح مؤهلة للحماية من القوس الداخلي من الأمام والجوانب والخلف عند تيار 40 كيلو أمبير ولمدة ثانية واحدة.

6. الملاحظات

لا يغطي اختبار IAC جميع آثار القوس الداخلي مثل الإجهاد على جدران المبنى. لذلك، يجب على المصممين أخذ ذلك في الاعتبار عند تصميم المحطات.
مع ذلك، يفرض المعيار IEC 62271-200 متطلبات صارمة تجعل المفاتيح المؤهلة وفقه قادرة على تأمين مستوى عالٍ جدًا من الحماية للأفراد والمعدات.