ما هو نظام العزل المرحلي (Isolated-Phase Bus/Duct)؟
هو نوع من قضبان التوصيل (Busbars) التي تستخدم لنقل الطاقة الكهربائية بكفاءة عالية بين المعدات، وتكون عادةً ذات أشكال أسطوانية أو مستطيلة. فماذا يميز نظام العزل المرحلي (IPB) عن باقي البسبارز؟
يعتبر الـ (IPB) تقنية هندسية مبتكرة تُستخدم لنقل التيارات الكهربائية الكبيرة بين المولدات والمحولات في محطات توليد الطاقة، خصوصًا في المحطات الحرارية والكهرومائية (ذات قدرة توليد كبيرة). يتميز هذا النظام بمستوى عالٍ من الأمان والكفاءة من خلال فصل كل طور كهربائي (فيز) داخل ناقل معدني خاص ومؤرض لضمان الأمان.
المزايا الرئيسية للـ (IPB):
- تقليل الحقول المغناطيسية: يتم عزل كل فيز داخل أنبوب معدني يحتوي على تيار مُعاكس في الاتجاه، مما يؤدي إلى إلغاء الحقول المغناطيسية الخارجية تقريبًا.
- الحماية من الأعطال: تصميمه يقلل الأعطال متعددة الأطوار، التي تُعد خطيرة كون أن تيار العطل في هذا النوع كبير جدًا، ويُبقي الأعطال على شكل أعطال أحادية الأرض (Single-Phase to Ground)، مما يخفف التأثير على المعدات.
- مرونة النظام: يدعم التيارات من 3000 حتى 45,000 أمبير مع جهود تتراوح بين 5000 إلى 35,000 فولت، ويمكن تصميمه لتشمل أنظمة تبريد الهواء القسري (Forced-Air) لتحسين الأداء.
لماذا الموصلات مجوّفة؟
تُستخدم الموصلات المجوفة لأنها تساعد في تحسين الكفاءة وتقليل فقد الطاقة. حيث أنها أخف وزنًا من الموصلات الصلبة ذات نفس الحجم، مما يسهل التعامل معها أثناء التصنيع والنقل. كما أنها تساهم في تحسين التبريد حيث يمر الهواء داخل الموصل المجوف مما يعزز من قدرة الموصل على تحمل الحرارة التي تتراكم أثناء مرور التيار. تستخدم هذه التصميمات لتحسين الكفاءة الكهربائية عن طريق تقليل الهدر الناتج عن الحرارة وتحسين الأداء في التطبيقات ذات التيارات العالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الموصلات المجوفة أكثر اقتصادية لأنها تقلل من كمية المعدن المطلوب مقارنة بالموصلات الصلبة. كما نعلم أن مساحة المقطع العرضي للموصل تتناسب عكسيًا مع المقاومة، فهل كون الموصل مجوفًا يعمل على زيادة المقاومة؟
الجواب هو لا، حيث أن الكفاءة الكلية للنظام أعلى مقارنةً بجعل الموصل صلبًا، لأن التبريد يعمل على خفض الحرارة وبالتالي المفاقيد، وكذلك تكون مساحة السطح الخارجي أكبر حيث تسمح للتيار بالمرور بشكل أسهل.
مكوناته:
- أنابيب الألمنيوم: تُستخدم لنقل التيار، وتكون مجوفة لتحسين التبريد حيث أن التيارات العالية تتسبب في زيادة حرارة الموصلات وبالتالي مفاقيد أكبر.
- العوازل البوليمرية أو الخزفية: تستخدم لدعم وتثبيت الموصلات داخل الحاويات مع إبقائها معزولة عن جدار الحاوية.
- أنظمة التبريد: تُستخدم لتبريد الهواء بفعالية داخل الأنابيب لتجنب ارتفاع الحرارة.
تطبيقاته:
يُستخدم نظام العزل المرحلي (IPB) في المحطات التي تتطلب تيارات عالية ومجالات مغناطيسية محدودة، مثل التوصيلات بين المولد والمحول الرافع للجهد في محطة النقل. من مميزات الـ (IPB) أيضًا في هذا السياق هو منع حدوث الأعطال بين الأطوار وبعضها كونها معزولة بشكل انفرادي. مما يعني أن تيار العطل يعتبر أقل مما يسمح لقواطع الدائرة بالإستجابة بشكل أسرع لفصل الدائرة وحماية المولد من الضرر.
المراجع:
- Donald G. Fink and H. Wayne Beaty, “Standard Handbook for Electrical Engineers,” 1978, McGraw-Hill Education.
- “J. Duncan Glover, Thomas Overbye, and Mulukutla S. Sarma, “Power System Analysis and Design, 2016, Cengage Learning.
- Ralph M. Kennedy, “Electrical Power Systems Quality,” 2000, McGraw-Hill.
The International Electrotechnical Commission (IEC) standard relevant to isolated-phase bus systems is IEC 62271, which covers high-voltage switchgear and controlgear, including specifications for metal-enclosed bus systems.
