قاطع الدائرة (Circuit Breaker) يعد مكونًا حيويًا يستخدم لتشغيل النظام في الظروف العادية وكذلك في الظروف غير العادية. عندما تحتاج إلى إجراء صيانة على النظام، يمكن تشغيل قاطع الدائرة لفصل التيار الكهربائي. كما أنه قادر على فتح الدائرة تلقائيًا في حالة حدوث حالة غير عادية. ومع ذلك، لا يستطيع قاطع الدائرة اكتشاف هذه الحالة غير العادية بمفرده؛ فهو يحتاج إلى جهاز استشعار ليقوم بهذه الوظيفة. يُعرف جهاز الاستشعار هذا بالمرحّل (Relay).

المرحّل (Relay) يقوم  باكتشاف الظروف غير العادية، مثل زيادة التيار (Overcurrent)، ويرسل أمرًا إلى قاطع الدائرة (Circuit Breaker) لفتح الدائرة أو قطعها. ومع ذلك، فإن المرحّل هو جهاز صغير ولا يمكنه التعامل مباشرة مع الجهد العالي أو التيار العالي. لحل هذه المشكلة، يجب تقليل التيار إلى قيمة أقل يمكن إدخالها بأمان إلى المرحّل. على سبيل المثال، في حالة حماية زيادة التيار (Overcurrent Protection)، يكون التيار المار عبر خط النقل عاليًا جدًا ليتم إدخاله مباشرة إلى المرحّل. لتقليل التيار، يتم استخدام محول التيار (Current Transformer) الذي يقوم بخفض التيار العالي من خطوط النقل إلى قيمة يمكن للمرحّل التعامل معها.

باختصار، لتصحيح العطل في نظام الطاقة، نحتاج إلى قاطع الدائرة (Circuit Breaker)، مرحّل (Relay)، وجهاز قياس مثل محول التيار (Current Transformer). وعند دمج هذه الأجهزة معًا، يتم تكوين ما يُعرف بمفاتيح الجهد (Switchgear).

مفاتيح الجهد (Switchgear) ليست مجرد جهاز للتبديل؛ بل هي جزء أساسي من نظام الطاقة لأنها تساعد في تحسين كفاءة وموثوقية النظام وكذلك أي دائرة كهربائية. بالإضافة إلى قواطع الدائرة (Circuit Breakers) والمرحّلات الوقائية (Protective Relays)، تشمل مفاتيح الجهد أجهزة للتحكم والتنظيم وقياس المعايير الكهربائية. يمكن اعتبار هذه الأجهزة أيضًا جزءًا من معدات مفاتيح الجهد.

مكونات مفاتيح الجهد العالي:

– المفاتيح (Switches) 

هي أجهزة تستخدم للتحكم في فتح أو إغلاق الدائرة الكهربائية. تستخدم هذه المفاتيح لإجراء أو قطع الاتصال الكهربائي في ظروف الحمل الكامل أو عند عدم وجود حمل، ولكنها لا تستطيع فصل تيارات الأعطال. وبناءً على نوع العزل المستخدم ويتم استخدام المفاتيح في تطبيقات مختلفة لضمان التحكم الفعال في تدفق التيار الكهربائي ولكنها غير مخصصة لفصل تيارات الأعطال، وهي مهمة يتم تنفيذها بواسطة قواطع الدائرة الكهربائية.

– المصهرات (Fuses)

المصهر هو مكون كهربائي يتألف من سلك أو شريط معدني رفيع يذوب عند مرور تيار كهربائي زائد لفترة معينة، مما يؤدي إلى قطع التيار وحماية الدائرة المتصلة به من التلف. يُوضع المصهر على التوالي مع الدائرة التي يراد حمايتها لضمان فصل التيار عند حدوث زيادة غير طبيعية في التدفق الكهربائي.

– محولات التيار (Current Transformers – CTs)

هي أجهزة كهربائية تستخدم لتقليل مستويات التيار العالي إلى مستويات أقل وأكثر أمانًا لقياسها أو مراقبتها. تُستخدم محولات التيار بشكل شائع في أنظمة الطاقة الكهربائية لتمكين أجهزة الحماية، مثل المرحلات والأجهزة القياسية الأخرى، من قياس التيارات العالية التي تتدفق في الدوائر الكهربائية دون التعرض المباشر للتيار المرتفع.

– محولات الجهد (Voltage Transformers – VTs)

هي أجهزة كهربائية تُستخدم لتحويل الجهد العالي إلى مستويات منخفضة وأكثر أمانًا لتتمكن أجهزة القياس والتحكم من قياسه أو مراقبته. تُعرف أيضًا بمحولات الجهد العزلي (Potential Transformers – PTs) وتعتبر أساسية في الأنظمة الكهربائية ذات الفولتية العالية لتأمين قياسات دقيقة وحماية الأجهزة من الجهود العالية.

–  العوازل (Isolators)

هي أجهزة كهربائية تُستخدم لفصل جزء من الدائرة الكهربائية عن مصدر الطاقة لضمان الأمان أثناء عمليات الصيانة أو الإصلاح. يُستخدم العازل عادةً في الحالات التي لا يوجد فيها تيار كهربائي (تحت حالة انعدام الحمل)، ولا يُستخدم لفصل تيارات العطل أو أثناء التحميل.

– المرحّلات (Relays)

هي أجهزة كهربائية تُستخدم للتحكم في تشغيل أو إيقاف دارة كهربائية باستخدام إشارة كهربائية صغيرة. تعمل المرحّلات كأدوات وسيطة تربط بين دوائر التحكم ودوائر الطاقة العالية، مما يتيح التحكم عن بعد في تشغيل الأجهزة أو حمايتها من خلال فتح أو إغلاق الدائرة تلقائيًا عند حدوث ظروف غير طبيعية، مثل الحمل الزائد أو تيارات الأعطال.

– لوحات التحكم (Control Panels)

هي هياكل كهربائية تحتوي على مكونات وأجهزة تحكم مختلفة تُستخدم لإدارة وتنظيم وتشغيل الأنظمة الكهربائية أو الميكانيكية. تتيح لوحات التحكم تشغيل وإيقاف المعدات أو الأنظمة بشكل يدوي أو تلقائي، كما توفر وسائل لحماية الأنظمة من الأعطال مثل الأحمال الزائدة أو تيارات القصر.

– مانعات الصواعق (Lightning Arresters)

هي أجهزة كهربائية تُستخدم لحماية الأنظمة الكهربائية من تأثيرات الصواعق والجهود الزائدة الناتجة عنها. تعمل مانعات الصواعق على توجيه التيار العالي الناتج عن ضربات الصواعق إلى الأرض بأمان، مما يحمي المعدات والأجهزة الكهربائية من التلف.

– قواطع الدائرة (Circuit Breakers)

قاطع الدائرة هو جهاز يمكنه فتح أو إغلاق دائرة تحت جميع الظروف، عدم التحميل، التحميل الكامل وفي حالة الأعطال.

– المعدات المختلفة المرتبطة بها

وفقًا لمعايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، تشمل مفاتيح الجهد (Switchgear) أجهزة التبديل إلى جانب أجهزة التحكم والقياس والحماية بالإضافة إلى مجموعاتها. في حالة حدوث عطل، يمكن لمفاتيح الجهد اكتشافه وإصلاحه بسرعة، مما يحمي النظام. كما أنها تساعد في تحديد منطقة العطل وتضمن استمرار تزويد الطاقة إلى المناطق الأخرى غير المتأثرة، مما يساهم في إدارة تدفق الطاقة بكفاءة.

وظيفة  المفاتيح Switchger:

تلعب مفاتيح الجهد دورًا حيويًا في نظام الطاقة ويمكن تصنيفها إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

1. مفاتيح الجهد المنخفض (Low Voltage Switchgear)

هي مجموعة من الأجهزة والمعدات الكهربائية التي تُستخدم للتحكم وتوزيع الطاقة الكهربائية في أنظمة الجهد المنخفض، والتي عادة ما تكون في نطاق 1000 فولت أو أقل. تُعتبر هذه المفاتيح ضرورية لحماية وتنظيم توزيع الطاقة في التطبيقات الصناعية والتجارية والسكنية.

استخدامات مفاتيح الجهد المنخفض:

• في المباني السكنية: تُستخدم للتحكم في الإضاءة والأجهزة المنزلية.
• في المصانع: تُستخدم لتوزيع الطاقة بين الآلات والمعدات الصناعية.
• في محطات التوزيع: تُستخدم للتحكم في تدفق الطاقة من محطات الطاقة إلى المستهلكين.
• في المنشآت التجارية: تُستخدم لضمان توفير الطاقة بشكل موثوق وآمن للأجهزة والمعدات.

2. مفاتيح الجهد المتوسط (Medium Voltage Switchgear)

هي مجموعة من الأجهزة الكهربائية التي تُستخدم للتحكم وتوزيع الطاقة الكهربائية في أنظمة الجهد المتوسط، والتي عادة ما تتراوح بين 1 كيلو فولت إلى 36 كيلو فولت. تُعتبر هذه المفاتيح جزءًا أساسيًا من أنظمة الطاقة الكهربائية في المنشآت الصناعية والتجارية.

استخدامات مفاتيح الجهد المتوسط:

• في المحطات الكهربائية: تستخدم لتوزيع الطاقة الكهربائية من محطات التوليد إلى شبكات التوزيع.
• في المنشآت الصناعية: تستخدم لتوزيع الطاقة إلى الآلات والمعدات الثقيلة.
• في البنية التحتية: تستخدم في توزيع الطاقة في المباني التجارية والحدائق العامة.
• في أنظمة الطاقة المتجددة: تُستخدم في أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لتوزيع الطاقة المنتجة.

3. مفاتيح الجهد العالي وفائق الجهد العالي (High Voltage and Extra High Voltage Switchgear)

هي مجموعة من الأجهزة الكهربائية المُصممة للتحكم وتوزيع الطاقة الكهربائية في أنظمة الجهد العالي، والتي تتجاوز عادةً 36 كيلو فولت، وتشمل أيضًا أنظمة فائق الجهد العالي التي تتجاوز 220 كيلو فولت. تُعتبر هذه المفاتيح ضرورية في المحطات الكهربائية وشبكات النقل.

استخدامات مفاتيح الجهد العالي وفائق الجهد العالي:

• في محطات توليد الطاقة: تُستخدم لتوزيع الطاقة الناتجة من محطات الطاقة إلى الشبكات.
• في شبكات النقل: تُستخدم لتوصيل الطاقة بين المناطق الجغرافية المختلفة.
• في المنشآت الصناعية: تُستخدم لتوزيع الطاقة إلى الآلات والمعدات الكبيرة.
• في محطات التحويل: تُستخدم لتغيير مستويات الجهد لتلبية احتياجات الشبكة.