ما هي المحطة الفرعية وأنواعها؟
-
تحليل متعمق لأنواع المحطات الفرعية ومبادئ عملها ومعداتها الرئيسية ومعاييرها الفنية من أجل توفير إمدادات طاقة مستقرة وفعالة.
محطة كهربائية محطة كهربائية هي منشأة لنظام كهربائي عالي الجهد تُستخدم لتحويل الجهد من عالي إلى منخفض، أو العكس، ولأداء وظائف مهمة أخرى مثل التبديل والحماية والتحكم في نظام الطاقة. وهي عبارة عن تجميع معقد من المعدات الكهربائية، بما في ذلك المحولات وقواطع الدائرة ومفاتيح الفصل وقضبان التوصيل ومرحلات الحماية، وتعمل كحلقة وصل أساسية بين توليد الطاقة وخطوط النقل والمستخدمين النهائيين.
المكونات الرئيسية لمحطة الكهرباء الفرعية
1.محولات الطاقة: جوهر المحطة الفرعية، المسؤول عن تغيير مستوى الجهد عبر الحث الكهرومغناطيسي.
2.قواطع الدائرة (CBs): أجهزة تبديل عالية الجهد مصممة لقطع التيارات الخاطئة (الدوائر القصيرة، الأحمال الزائدة) بأمان وسرعة، لحماية النظام من التلف.
أنواع المحطات الفرعية حسب مستوى الجهد الكهربائي
| تصنيف الجهد الكهربائي | نطاق الجهد النموذجي | الوظيفة الأساسية في الشبكة |
| الجهد الفائق (UHV) | 1000 كيلوفولت تيار متردد / ±800 كيلوفولت تيار مستمر وما فوق | نقل الطاقة بالجملة لمسافات طويلة؛ العمود الفقري للشبكة الوطنية. |
| الجهد الفائق (SHV) | 500 كيلوفولت / 330 كيلوفولت | الشرايين الرئيسية للشبكة الإقليمية؛ التي تربط محطات الطاقة الكبيرة بالشبكة الرئيسية. |
| الجهد العالي (HV) | 220 كيلو فولت / 110 كيلو فولت / 66 كيلو فولت | شبكات النقل الفرعية وشبكات التوزيع الرئيسية؛ التي تزود المدن الكبرى والمناطق الصناعية. |
| الجهد المتوسط (MV) | 35 كيلو فولت / 22 كيلو فولت / 15 كيلو فولت / 10 كيلو فولت / 6 كيلو فولت | شبكات التوزيع المحلية؛ التي تزود العملاء التجاريين والصناعيين الكبار بالطاقة. |
| الجهد المنخفض (LV) | 0.4 كيلو فولت / 0.2 كيلو فولت | التخفيض النهائي لاستهلاك المستخدم النهائي (السكني، والتجاري الصغير). |
2. كيف تعمل المحطات الفرعية؟
مسار التشغيل في المحطة الفرعية
3. كم عدد أنواع المحطات الفرعية الخارجية؟
محطة كهربائية مثبتة على عمود
محطة فرعية مثبتة على قاعدة (من النوع المفتوح)
أنواع المحطات الفرعية الخارجية المتطورة
4. ما هو الغرض من محطة التحويل؟
5. ما نوع المحولات المستخدمة في المحطات الفرعية؟
6. أنواع محطات التوزيع
7. ما الفرق بين محطة التحويل المرتفعة ومحطة التحويل المنخفضة؟
| ميزة | محطة تحويل رفع الجهد | محطة تحويل خفض الجهد |
| الوظيفة الأساسية | يرفع الجهد الكهربائي من مستوى التوليد إلى مستوى النقل. | يخفض الجهد الكهربائي من مستوى النقل/النقل الفرعي إلى مستوى التوزيع. |
| الموقع النموذجي | بجوار محطة توليد الكهرباء مباشرةً (مثل محطة الطاقة). | بالقرب من مراكز الاستهلاك (المدن والمجمعات الصناعية والمستهلكين الكبار). |
| ملفات المحولات | يحتوي الملف الثانوي على لفات أكثر من الملف الأولي. | يحتوي الملف الأولي على لفات أكثر من الملف الثانوي. |
| دور الشبكة | يبدأ عملية الإرسال عبر المسافات الطويلة. | يُنهي عملية الإرسال ويبدأ التوزيع المحلي. |
8. ما هو الجهد المثالي لمحطة التحويل؟
«الجهد المثالي» لمحطة فرعية ليس قيمة واحدة، بل هو المستوى الأمثل من الناحيتين الاقتصادية والتقنية الذي يتم حسابه بعناية، ويحدده الدور المحدد الذي تضطلع به في الشبكة:
- جهد النقل: جهد النقل الأمثل هو أعلى مستوى يمكن تحقيقه تقنيًا ويكون مبررًا اقتصاديًا بالنسبة للمسافة والطاقة المنقولة. يؤدي استخدام جهد أعلى إلى تقليل التيار (I) المطلوب لطاقة معينة (P)، مما يؤدي بدوره إلى تقليل فقد الطاقة
loss ∝I2. بالنسبة لعمليات نقل الطاقة بالجملة لمسافات طويلة، مثل الشبكات القارية أو الوطنية، تعتبر أنظمة الجهد الفائق (UHV) — التي تبلغ عادةً حوالي 1000 كيلو فولت — مثالية.
- جهد التوزيع: الجهد المثالي هو أدنى جهد يمكنه تلبية احتياجات منطقة الحمل المحلية بشكل موثوق واقتصادي دون انخفاض مفرط في الجهد. وهذا يحقق التوازن بين تكلفة الموصلات وعزل المعدات من ناحية، والحاجة إلى تقليل الخسائر المحلية إلى أدنى حد من ناحية أخرى. وتعتبر جهد التوزيع المتوسط النموذجي (10 كيلو فولت، 22 كيلو فولت، 35 كيلو فولت) مثاليًا للتوزيع في المناطق الحضرية والضواحي.
9. ما هي السعة النموذجية للمحول الخافض المستخدم في محطة الكهرباء الفرعية؟
| نوع المحطة الفرعية | نطاق القيم التصنيفية النموذجية للمحولات |
| محطة توزيع (الجهد العالي/الجهد العالي جدًا) | 50 ميجا فولت أمبير إلى 500 ميجا فولت أمبير |
| محطة توزيع أولية (متوسطة الجهد) | من 5 ميجا فولت أمبير إلى 50 ميجا فولت أمبير |
| التوزيع الثانوي (المركب على قاعدة) | من 50 كيلو فولت أمبير إلى 2,500 كيلو فولت أمبير (2.5 ميجا فولت أمبير) |
يتم تصميم المحول عادةً بحيث يعمل بأقصى كفاءة (نقطة الكفاءة القصوى) في نطاق يتراوح بين 75% و90% من سعته المقدرة.
10. ما الفرق بين محطة نقل الكهرباء ومحطة توزيع الكهرباء؟
11. ما هو عدد الأمبيرات التي يمكن لمحول أحادي الطور تحملها؟
12. لماذا تعتبر المحولات الكهربائية مهمة جدًا لشبكة الكهرباء؟
الحماية والتحكم المتقدمان في المحطات الفرعية
مرحلات حماية المحطات الفرعية
دور التحكم الذكي
الأسئلة الشائعة (FAQ)
1. ما هي الاختلافات الرئيسية في التصميم والتطبيق بين المحطات الكهربائية المعزولة بالهواء (AIS) والمحطات الكهربائية المعزولة بالغاز (GIS)؟
يختلف نظام AIS عن نظام GIS بشكل أساسي في المواد المستخدمة للعزل والمساحة التي يحتاجانها. يستخدم نظام AIS الهواء العادي للعزل، لذا فهو يحتاج إلى مسافات أمان كبيرة لتجنب حدوث قفزات كهربائية. ولهذا السبب، يشغل نظام AIS مساحة كبيرة في الهواء الطلق، ولكنه في المقابل يجعل الصيانة والفحص البصري أسهل بكثير.
من ناحية أخرى، يضم نظام GIS جميع المعدات الرئيسية — مثل القضبان الموصلة والقاطعات والمفصلات — داخل حاويات معدنية مؤرضة ومملوءة بغاز SF₆ المضغوط، الذي يوفر عزلًا أقوى بكثير من الهواء. يقلل هذا التصميم المساحة المطلوبة بنسبة تصل إلى 90٪، وهذا هو السبب في أن GIS تعمل بشكل أفضل في المدن أو المواقع الداخلية أو الأماكن ذات المساحة الضيقة أو القيود البيئية. على الرغم من أن GIS تكلف أكثر مقدمًا وتحتاج إلى صيانة متخصصة، إلا أن حجمها الصغير وحمايتها من البيئة وسلامتها العامة تجعلها الخيار الأفضل في المناطق المكتظة.
2. كيف يضمن نظام الترحيل الوقائي في المحطة الفرعية استقرار وسلامة الشبكة الكهربائية بأكملها؟
يُعد نظام الترحيل الوقائي الطبقة الرئيسية للأمان في المحطة الكهربائية، حيث يعمل على اكتشاف الأعطال بسرعة وعزل الجزء المتأثر فقط من الشبكة. وهذا يتيح لبقية النظام الاستمرار في العمل بشكل طبيعي. ويتم ذلك من خلال نظام منسق من المرحلات وقواطع الدائرة.
على سبيل المثال، يعمل المرحل التفاضلي (87) على حماية المحول من خلال مقارنة تيارات الدخل والخروج؛ فإذا لم تتطابق، فإنه يقوم بفصل القواطع على الفور. ويؤدي هذا الإجراء السريع — الذي غالبًا ما يستغرق أجزاء من الثانية فقط — إلى منع انتشار الأعطال، وحماية المعدات باهظة الثمن، والحفاظ على استقرار الشبكة بشكل عام. وبدون هذا النوع من الحماية السريعة والانتقائية، يمكن أن يؤدي عطل بسيط واحد بسهولة إلى انقطاع كبير في التيار الكهربائي.
3. في سياق التوزيع، ما هي المزايا المحددة لاستخدام محطة فرعية مثبتة على قاعدة مقارنة بالمحطة الفرعية التقليدية المثبتة على عمود في المناطق الحضرية والتجارية؟
تتميز المحطات الفرعية المثبتة على قاعدة أرضية بعدة مزايا رئيسية مقارنة بالمحطات الفرعية المثبتة على أعمدة، لا سيما في المدن والمواقع التجارية والمناطق السكنية الحديثة. فمن ناحية، تعزز هذه المحطات السلامة وتتميز بمظهر أنظف بكثير. حيث توضع الوحدة المثبتة على قاعدة أرضية داخل خزانة محكمة الإغلاق وموصلة بالأرض ومقاومة للعبث على مستوى سطح الأرض، مما يجعلها أكثر أمانًا بكثير في الأماكن العامة مقارنة بالمعدات المكشوفة المثبتة على الأعمدة. كما أنها تنسجم بشكل أفضل مع البيئة المحيطة، وغالبًا ما تستوفي متطلبات التخطيط العمراني المحلية بسهولة أكبر.
من الناحية الفنية، تستخدم المحطات المركبة على قاعدة أرضية كابلات تحت الأرض، مما يزيل الحاجة إلى الخطوط الهوائية ويقلل من حالات انقطاع التيار المرتبطة بالعوامل الجوية. كما تتميز بتصميمات مقسمة إلى حجرات وواجهات معزولة كهربائيًا، مما يجعل أعمال الصيانة أكثر أمانًا. وفي حين أن المحطات المركبة على أعمدة لا تزال مناسبة للمناطق الريفية منخفضة الكثافة السكانية نظرًا لتكلفتها المنخفضة، فإن المحطات الفرعية المركبة على قاعدة أرضية توفر خيارًا أكثر أمانًا وموثوقية للبيئات الحديثة عالية الكثافة السكانية.