مقدمة عملية حول وحدة التوصيل الدائري بجهد 10 كيلوفولت (RMU)

1. نظرة عامة على وحدة الدائرة الرئيسية

الاسم الكامل لـ RMU هو وحدة الشبكة الرئيسية، وهي معدات تبديل عالية الجهد ذات تصميم معياري تُعتمد على نطاق واسع في شبكات التوزيع بجهد 10 كيلوفولت.

تشمل وظائفها الأساسية إنشاء دوائر تغذية كهربائية حلقيّة، وتنفيذ تقسيم الخطوط، ونقل الأحمال، والعزل السريع للأعطال، بما يسهم في تحسين استقرار التغذية الكهربائية على المستوى الإقليمي بشكل جوهري. يخلط كثيرون بين وحدات التغذية الحلقيّة وصناديق تفرّع الكابلات. ويتمثل الفرق الأساسي في أن صناديق التفرّع تقتصر على ربط الكابلات دون احتوائها على مكوّنات التبديل والحماية، بينما تُزوَّد وحدات التغذية الحلقيّة بمفاتيح أحمال ومفتاح قاطع دوائر وأجزاء تحكم وحماية أخرى مدمجة. كما أنها قادرة على التحكم المستقل في فتح وإغلاق الدائرة، وتتمتع بحماية مدمجة ضد الأعطال، مما يجعلها من المعدات الأساسية الضرورية لترقية أتمتة شبكات التوزيع.

2. هيكل الخزانة وتصنيفها

تتبنى وحدات الحلقة الرئيسية بجهد 10 كيلوفولت تصميمًا معياريًا تجميعيًا، مع مخططات قابلة للتخصيص مثل مخطط 2 مدخل و4 مخرج وآخر 2 مدخل و5 مخرج، وفقًا لمتطلبات الموقع. يتوافق كل دائرة تغذية كهربائية مع وحدة خزانة مستقلة، والتي تنقسم إلى ثلاث فئات وظيفية:

(1) وحدة توصيل مدخل ومخرج الحلقة

يعتمد على مفاتيح التحميل لتلقي الطاقة من محطات التحويل الواقعة في المنبع والارتباط بوحدات الشبكة الحلقية المجاورة، وذلك لتشكيل دائرة تغذية حلقية بنظام «اليد باليد». ويُحتفظ بنقطة فصل في الدائرة الحلقية أثناء التشغيل العادي لمنع التشغيل المتوازي لمصدرين للطاقة. وعند حدوث عطل في أحد الخطوط، يمكن إغلاق نقطة الفصل لتحويل حلقة التغذية وضمان استمرارية التغذية دون انقطاع للمستخدمين في المصب.

(2) وحدة مخرج المغذي

مزوّد بأجهزة مدمجة تجمع بين مفتاح التحميل والفيوز، أو بقواطع دوائر كهربائية فراغية، يوزّع طاقة جهد عالي قدرها 10 كيلوفولت إلى المرافق اللاحقة، بما في ذلك غرف توزيع الطاقة المجتمعية، والمحولات من النوع الصندوقي، وصناديق تفرع الكابلات. وفي حال حدوث أخطاء قصر دائرة على الخطوط اللاحقة، ينفجر الفيوز فورًا وتُفعَّل القواطع بشكل متزامن لفصل الفرع المعطوب بصورة منفصلة، بينما تظل الدارات الأخرى تعمل بالطاقة بشكل طبيعي دون أي تداخل.

(3) وحدة محول الجهد PT

يقوم بجمع بيانات جهد الخط في الوقت الفعلي. فمن ناحية، يوفّر الطاقة التشغيلية لآليات تشغيل الخزانة وأجهزة الحماية ووحدات الأتمتة؛ ومن ناحية أخرى، يتيح مراقبة جهد الخط والإشارة إلى حالة وجود التيار، مما يمكّن فريق الصيانة من تحديد حالة وجود التيار في الدوائر الكهربائية مباشرةً.

تُقسَّم وحدات الدائرة الرئيسية، وفقًا لوسيلة العزل الداخلية، إلى نوع معزول بالهواء ونوع معزول بغاز سداسي فلوريد الكبريت. وفي الوحدات المعزولة بغاز سداسي فلوريد الكبريت، تُغلَق جميع المكوّنات الحاملة للتيار والمفاتيح داخل خزانات هوائية من الفولاذ المقاوم للصدأ. وتتميّز هذه الوحدات بصغر مساحة الأرضية، وارتفاع مستوى الحماية، وانخفاض معدل الأعطال، ولذلك تُستخدم على نطاق واسع في مشاريع شبكات التوزيع الحضرية في الوقت الراهن.

3. منطق التشغيل الفعلي

حالة التشغيل العادية

يتم توصيل الطاقة من الموزع بجهد 10 كيلوفولت في محطة التحويل إلى وحدة الربط الخاصة بوحدة الشبكة الحلقية الأولية، ثم تُوزَّع إلى كل وحدة مخرج عبر الموزع المشترك الداخلي، قبل أن تُنقل إلى الأحمال الكهربائية المحيطة. وتُربط وحدتان متلاصقتان من وحدات الشبكة الحلقية بواسطة كابلات لتشكيل حلقة حلقية، فيما يُبقي المفتاح التقسيمي المُخصَّص على الدائرة الحلقية مفتوحاً بهدف إزالة المخاطر الأمنية المحتملة الناجمة عن التغذية الكهربائية المزدوجة المتوازية.

عملية معالجة الأخطاء

إذا حدث عطل في الكابل الموصل بين وحدتين رئيسيتين حلقيتين، فإن المفاتيح الموجودة عند طرفي الخط المعطوب ستُفَعَّل فورًا لعزل المنطقة المعطوبة. بعد ذلك، يُعاد إغلاق مفتاح الاتصال الذي كان مفتوحًا في الأصل على الحلقة لإعادة ترتيب مسار التغذية الكهربائية. وبذلك، لا يتأثر بالانقطاع إلا الجزء الصغير المعطوب، بينما يتمكن معظم المشتركين من استعادة التغذية الكهربائية بسرعة، مما يقلّص بشكل كبير نطاق انقطاع التيار الكهربائي.

4. سيناريوهات الاستخدام الرئيسية

مناطق الأعمال المركزية الحضرية، والمستشفيات، والمدارس الابتدائية والثانوية، وغيرها من المناطق التي تقتضي موثوقية عالية في إمدادات الطاقة، وذلك لبناء شبكات إمداد طاقة ذات حلقة؛

مختلف المجمعات الصناعية، لتحقيق التحكم المجزّأ في خطوط توزيع الطاقة والعزل الدقيق لنقاط الأعطال داخل المصانع؛

غرف توزيع الطاقة الداخلية بجهد 10 كيلوفولت في المباني السكنية الشاهقة والمجتمعات السكنية الكبيرة؛

محطات شحن الطاقة الجديدة، وغرف حواسيب البيانات، وغيرها من المواقع التي تتطلب نظامًا احتياطيًا ثنائي الدائرة لتوفير التغذية الكهربائية المستمرة.

5. مواصفات التشغيل والصيانة والسلامة في الموقع

يتعين تطبيق قواعد السلامة المتعلقة بالقفل المتشابك «المنع الخمسة» لمحطات التحويل تطبيقًا صارمًا، وهي معايير إلزامية للتشغيل في الموقع: يُحظر فصل أو إغلاق مفاتيح العزل تحت الحمل، وتركيب أسلاك التأريض على المعدات الموصلة بالتيار، وكذلك إغلاق المفاتيح مع وجود أسلاك التأريض متصلة، وذلك لتفادي وقوع حوادث سلامة ناجمة عن التشغيل الخاطئ.

راقب بانتظام ضغط خزان الهواء الداخلي في الخزائن المعزولة بالغاز SF6، وقم بإعادة تعبئة الغاز في الوقت المناسب عند انخفاض الضغط. يؤدي انخفاض ضغط الغاز إلى إضعاف شديد لأداء إخماد القوس الكهربائي في المفاتيح، كما يُسهّل حدوث أخطاء القصر والتفريغ الكهربائي.

يمكن تجهيز وحدات الدائرة الرئيسية بمحطات تشغيل آلية من نوع DTU لتحقيق القياس عن بُعد، والتشغيل/الإيقاف عن بُعد، وتحميل حالة المعدات عن بُعد. وعند حدوث أعطال في الخطوط، يستطيع النظام إجراء عزل العطل وإعادة تأهيل التغذية الكهربائية ذاتيًا بشكل مستقل، دون الحاجة إلى عمليات يدوية في الموقع من قبل فنيي الصيانة.