تُعد لوحات التوزيع ذات الجهد المتوسط (MV Switchgear) العمود الفقري لأنظمة توزيع الطاقة الكهربائية، حيث تقع بين محطات التوليد عالية الجهد وشبكات التوزيع منخفضة الجهد. مهمتها الأساسية هي فصل، وحماية، وتحكم في تدفق الطاقة في الشبكات التي تتراوح جهودها عادةً بين 1 كيلوفولت إلى 36 كيلوفولت. لفهم تصميم وتشغيل هذه الأنظمة المعقدة، لا بد من الإلمام بمصطلحاتها الفنية الأساسية. تقدم هذه المقالة شرحًا مفصلاً لأهم هذه المصطلحات.
1. المكونات الأساسية للوحة التوزيع (Main Components)
- اللوح (Cubicle or Compartment): هو الهيكل المعدني المغلق الذي يضم جميع المكونات الكهربائية. غالبًا ما تُقسم اللوحات إلى أقسام منفصلة لعزل الوظائف وتحسين السلامة، مثل قسم القواطع، وقسم الكابلات، وقسم التحكم.
- القاطع الكهربائي (Circuit Breaker – CB): هو الجهاز الأساسي المصمم لفصل ووصل الدائرة الكهربائية في الظروف الطبيعية، وكذلك فصل الدائرة تلقائيًا في حالة حدوث عطل (مثل قصر الدائرة أو التحميل الزائد). يعمل القاطع على عزل الجزء المعطوب من الشبكة لحماية باقي المكونات.
- القاطع المعزول بالغاز (SF6 Circuit Breaker): نوع من القواطع يستخدم غاز سادس فلوريد الكبريت (SF6) كوسيط لإخماد القوس الكهربائي الذي يتولد عند فصل التيار. يتميز هذا القاطع بكفاءة عالية، وصغر الحجم، وملاءمة للتطبيقات الداخلية والخارجية.
- القاطع الفراغي (Vacuum Circuit Breaker – VCB): نوع من القواطع يتم فيه فصل Contacts في حجرة مفرغة من الهواء تمامًا. يعتبر الفراغ من أفضل العوازل لإخماد القوس الكهربائي. يتميز هذا النوع بعمر افتراضي طويل، وصيانة قليلة، وأداء موثوق.
- المفتاح الآلي (Disconnector or Isolator): هو مفتاح ميكانيكي يُستخدم لضمان عزل كهربائي كامل لقسم من الدائرة لأغراض الصيانة أو الطوارئ. من المهم جدًا ملاحظة أن هذا المفتاح لا يصمم لفصل التيار تحت الحمل؛ يجب فتحه فقط عندما يكون التيار صفرًا (أي بعد فصل القاطع الكهربائي).
- القاطع الآلي (Load Break Switch – LBS): يجمع بين وظيفتي العزل (مثل Disconnector) وفصل التيار تحت الحمل الطبيعي (وليس تحت ظروف القصر الشديدة). يستخدم غالبًا في نقاط التوزيع حيث تكون الحاجة للفصل تحت الحمل مطلوبة، ولكن دون الحاجة لقدرة قطع عالية كتلك الموجودة في القواطع.
- صهيرة الانصهار (Fuse): جهاز حماية يعمل على فصل الدائرة عن طريق انصهار عنصر معدني بداخله عند مرور تيار أعلى من المسموح به لفترة محددة. تُستخدم غالبًا لحماية المحولات أو بعض الخطوط الفرعية.
2. أنظمة الحماية والتحكم (Protection & Control Systems)
- الريليه (Relay): هو جهاز يحس بظروف غير طبيعية في النظام الكهربائي (مثل تيار عالي، جهد منخفض، تردد غير طبيعي) ويصدر أمرًا إلى القاطع الكهربائي ليفتح الدائرة. أمثلة شائعة:
- ريليه الحماية من التيار الزائد (Overcurrent Relay): يحمي من حالات التحميل الزائد وقصر الدائرة.
- ريليه الحماية التفاضلية (Differential Relay): يقارن التيار الداخل والخارج من عنصر محمي (مثل المحول)، ويُعتبر من أنظمة الحماية عالية الحساسية والدقة.
- المحول الأني (Current Transformer – CT): جهاز يُستخدم لتحويل التيار العالي في الدائرة إلى تيار منخفض ومتناسب معه، يمكن قياسه بأمان بواسطة أجهزة القياس والريليهات.
- محول الجهد (Voltage Transformer – VT) أو (Potential Transformer – PT): جهاز يُستخدم لتحويل الجهد العالي في الدائرة إلى جهد منخفض ومتناسب معه، لتغذية أجهزة القياس والريليهات وأنظمة التحكم.
3. التصنيفات والمواصفات الفنية (Ratings & Specifications)
- جهد العزل (Rated Insulation Voltage – Ui): أعلى قيمة لجهد يمكن للجهاز تحمله بشكل دائم دون تأثر عازليته.
- جهد التشغيل (Rated Operational Voltage – Ue): الجهد الذي صمم من أجله الجهاز للعمل بشكل طبيعي.
- تيار التشغيل المقنن (Rated Normal Current – Iu): التيار الذي يمكن للقاطع أو اللوحة تحمله بشكل مستمر عند درجة حرارة محددة دون تجاوز حدود التسخين المسموح بها.
- قدرة قطع القصر (Rated Short-Circuit Breaking Capacity – Icu): أعلى قيمة لتيار القصر الذي يستطيع القاطع فصله بنجاح عند جهد معين. هذا هو أهم مؤشر على أداء القاطع في ظروف العطل الشديد.
- مستوى التحمل الحراري للقصر (Rated Short-Time Withstand Current – Icw): قيمة تيار القصر التي يمكن للقاطع أو اللوحة تحملها لفترة زمنية محددة (عادة 1 أو 3 ثوانٍ) دون أن يتعرض للتلف. يوضح هذا المصطلح متانة الجهاز الميكانيكية والحرارية.
- جهد التحمل الترددي (Rated Power-Frequency Withstand Voltage): اختبار يطبق جهد ترددي عالي على العوازل لضمان قدرتها على تحمل الجهود العابرة في الشبكة.
- جهد التحمل النبضي (Rated Impulse Withstand Voltage – Uimp): اختبار يطبق موجة جهد نبضية (مثل 1.2/50 μs) لمحاكاة تأثير الصواعق أو الجهود العابرة السريعة.
4. مفاهيم التشغيل والسلامة (Operation & Safety Concepts)
- مقاومة القوس الداخلي (Arc Fault Resistance): خاصية في تصميم اللوحة تسمح بتحمل وتوجيه طاقة القوس الكهربائي الناتج عن عطل داخلي بعيدًا عن المشغل، وذلك لحماية الأفراد والمعدات. تشمل هذه الخاصية وجود قنوات تفريغ وفتحات مضبوطة.
- آلية التعشيق (Interlocking System): نظام ميكانيكي أو كهربائي يمنع العمليات غير الآمنة. على سبيل المثال، يمنع فتح المفتاح الآلي (Disconnector) mientras يكون القاطع الكهربائي مغلقًا (تحت حمل)، أو يمنع فتح باب اللوحة mientras يكون بها جهد.
- الوضعية المحلية/الآلية (Local/Remote Selector Switch): مفتاح يسمح للمشغل باختيار whether يتم تشغيل اللوحة يدويًا من موقعها (وضعية محلية) أو يتم التحكم بها عن بعد من غرفة التحكم المركزية (وضعية آلية).
إن فهم هذه المصطلحات ليس مجرد تمرين أكاديمي، بل هو أساسي لتصميم، وتشغيل، وصيانة أنظمة الجهد المتوسط بأمان وكفاءة. يضمن الإلمام بهذا المعجم التواصل الواضح بين فرق العمل، واتخاذ القرارات الصحيحة أثناء التصميم والشراء، وتنفيذ إجراءات الصيانة والعزل الآمنة، مما يساهم في النهاية في استقرار وموثوقية شبكة الطاقة ككل. تظل لوحات التوزيع ذات الجهد المتوسط تقنية متطورة باستمرار، لكن المصطلحات الأساسية تبقى حجر الزاوية لفهمها.
