مفاتيح الجهد Switchgear تُعتبر من العناصر الأساسية في أنظمة الطاقة الكهربائية، حيث تُستخدم للتحكم في تدفق الكهرباء وحماية الأجهزة من الأعطال الكهربائية. تشمل أنواع مفاتيح الجهد القواطع CBs، والمفاتيح العازلة Disconnectors، ومفاتيح التأريض Earth Switches. تتنوع تطبيقات هذه المفاتيح بحسب التصميم، حيث تستخدم في محطات الطاقة، وشبكات التوزيع، والصناعات المختلفة. نركز في هذا المقال على نوع من أنواع هذه المفاتيح، حيث تتميز بكفاءة عالية جدًا وحماية عالية أيضًا عند وجود الجهود العالية High Voltage (132kV) والجهود الفائقة Extra High Voltage (380kV)، ألا وهي المفاتيح المعزولة بالغاز GIS.
مفاتيح الجهد المعزولة بالغاز (GIS):
هي اختصار ل Gas Insulated Switchgear مفاتيح الجهد المعزولة بالغاز، وهي نوع من أنظمة مفاتيح الجهد التي تعتمد على غاز SF6 (السداسي فلوريد الكبريت) كعازل. يتم تصميم هذه المفاتيح بحيث تكون جميع مكوناتها، مثل القواطع والمفاتيح، محاطة بغاز SF6، مما يوفر حماية ممتازة ضد العوامل البيئية.
كيف يعمل الـ GIS؟
يعمل الـ GIS على فصل الدوائر الكهربائية وتغيير تدفق الطاقة باستخدام غاز SF6، الذي يمتاز بخصائص عزل قوية وقدرة على التحمل العالي. عند حدوث عطل كهربائي، يقوم نظام الـ GIS بفصل التيار تلقائيًا، مما يحمي المكونات الأخرى في النظام.
لماذا معزول بالغاز؟
يتميز الـ GIS بعدة فوائد مقارنةً بمفاتيح العزل التقليدية، بما في ذلك:
- كفاءة مساحة عالية: تتيح تصميمات الـ GIS المساحات الصغيرة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في الأماكن ذات المساحة المحدودة.
- أداء موثوق: توفر حماية عالية ضد التداخلات الجوية والرطوبة.
- طول عمر الخدمة: يمكن أن يستمر الـ GIS لفترات طويلة دون الحاجة إلى صيانة مكثفة.
التكاليف والصيانة:
على الرغم من أن تكاليف تركيب الـ GIS قد تكون أعلى من المفاتيح التقليدية، إلا أن العوائد من حيث الكفاءة والأداء تجعلها استثمارًا جيدًا على المدى الطويل. يحتاج الـ GIS إلى صيانة دورية، تشمل فحص مستويات ضغط الغاز والتأكد من عدم وجود تسريبات، ولكن هذه الصيانة عادة ما تكون أقل تكرارًا مقارنةً بالمفاتيح التقليدية.
بالإضافة إلى المزايا التي تم ذكرها، من المهم الإشارة إلى أن الـ GIS تُستخدم بشكل واسع في المناطق الحضرية والمناطق التي تتطلب كفاءة في استغلال المساحات. نظرًا لقدرتها على تحمل الظروف البيئية القاسية مثل الرطوبة والملوثات الجوية، يتم الاعتماد عليها في البيئات التي تكون فيها المفاتيح التقليدية أقل كفاءة. كما أن استخدامها يقلل من الحاجة إلى الصيانة المتكررة، ما يسهم في تحسين استمرارية الطاقة ويقلل من الفترات التي تتطلب فصل التيار لإجراء الإصلاحات.
من المزايا الأخرى المهمة لـ GIS هي دورها الكبير في تعزيز الأمان الكهربائي. نظراً لأن جميع المكونات محاطة بغاز SF6 الخامل، يقلل ذلك من فرص وقوع الحوادث الكهربائية مثل الانفجارات أو الأقواس الكهربائية (Arc Flash)، التي قد تحدث في المفاتيح التقليدية. كما يساهم هذا التصميم في حماية العاملين أثناء الصيانة أو التشغيل، ويقلل من تعرضهم للمخاطر. هذه الخاصية تجعل الـ GIS خيارًا مفضلاً في البيئات التي تتطلب معايير أمان عالية مثل المحطات النووية أو المصانع الكيميائية.
المراجع:
- IEEE Std 487: “Guide for the Design of Gas-Insulated Substations”
- ABB GIS Product Catalog
- CIGRÉ Technical Brochure No. 654: “Gas-Insulated Switchgear”
