تخيل مدينة تفتقر شبكتها الكهربائية إلى آليات حماية موثوقة. يمكن أن يتسبب عطل واحد في إغراق المدينة بأكملها في الظلام. تعمل مفاتيح الجهد المتوسط كـ "حارس" لأنظمة الطاقة، حيث تعزل الأعطال بسرعة لحماية المعدات والأفراد مع إدارة توزيع الكهرباء بذكاء. تستكشف هذه المقالة الأساسيات والمبادئ التشغيلية والأنواع والاتجاهات المستقبلية لهذا المكون الأساسي للبنية التحتية الكهربائية.

بصفتها مكونًا أساسيًا للأنظمة الكهربائية، تمثل مفاتيح الجهد المتوسط في الأساس مجموعة مركزية من أجهزة حماية الدائرة. تتكون هذه الأجهزة من قواطع الدائرة والصمامات والمفاتيح، وتؤدي هذه العناصر مجتمعة وظائف الحماية والتحكم والعزل الحيوية للمعدات الكهربائية. عادةً ما يتم وضع أجهزة الحماية هذه داخل هياكل معدنية، ويشار إلى مجموعة واحدة أو أكثر من هذه المجموعات باسم خطوط أو مكونات مفاتيح الجهد المتوسط.

تجد مفاتيح الجهد المتوسط تطبيقًا واسع النطاق في أنظمة نقل وتوزيع المرافق، بالإضافة إلى المرافق التجارية أو الصناعية الكبيرة والمتوسطة الحجم. في أمريكا الشمالية، يتم تحديد معايير مفاتيح الجهد المتوسط بواسطة IEEE، بينما تتبع أوروبا والمناطق الأخرى معايير IEC.

تدور الوظائف الأساسية لمفاتيح الجهد المتوسط حول توزيع الطاقة والحماية. فهي توجه الكهرباء إلى مناطق مختلفة من المنشأة وأحمالها الخاصة. والأكثر أهمية، أنها تضمن سلامة الأفراد والمعدات عن طريق الحد من تيارات النظام. عندما يتجاوز التيار عتبات الأمان، فإن مفاتيح الجهد المتوسط تقاطع الدائرة على الفور، مما يمنع المخاطر المحتملة.

تختلف مفاتيح الجهد المتوسط حسب التصميم والتطبيق. تشمل الأنواع الشائعة:

يتميز هذا الحل ذو الجهد المتوسط المغلق بالمعدن بقواطع الدائرة والفواصل المختومة، وهو مثالي للمواقع الضيقة أو التي يصعب الوصول إليها. تتوافق التصميمات مع معايير IEEE C37.20.9 و IEC 62271.

وفقًا لـ IEEE C37.20.2، يضم هذا التكوين جميع المكونات الكهربائية في مقصورات معدنية منفصلة، مما يوفر أمانًا وقابلية صيانة محسّنة. مصنفة لتطبيقات 5 كيلو فولت إلى 38 كيلو فولت، وهي تستخدم عادةً قواطع الدائرة القابلة للسحب.

وفقًا لـ IEEE C37.20.3، يدمج هذا النوع أجهزة الحماية دون الحاجة إلى حواجز منفصلة. يستخدم على نطاق واسع في المرافق التجارية والصناعية ذات فولتية الإمداد التي تتجاوز 480/600 فولت.

مصممة وفقًا لـ IEEE C37.74 لأنظمة التوزيع الأرضية 5-38 كيلو فولت التي تتطلب تشغيلًا فوق الأرض. تتميز بتصنيفات خارجية وبناء مقاوم للتخريب، وتستوعب وسائط عزل مختلفة بما في ذلك الهواء وغاز SF6 والعوازل السائلة/الصلبة.

تصنف ANSI/IEEE C37.20.7 التصميمات المقاومة للقوس الكهربائي التي تعيد توجيه طاقة الخطأ بأمان بعيدًا عن الأفراد. تحدد أربعة تصنيفات مناطق تغطية الحماية، من الأمامية فقط (النوع 1) إلى الحماية الكاملة للمحيط بما في ذلك المقصورات المجاورة (النوع 2C).

تشير سعة المقاطعة (عادةً 25-63 كيلو أمبير متماثل لقواطع الجهد المتوسط) إلى أقصى تيار خطأ يمكن لجهاز الحماية مقاطعته بأمان. تشير تصنيفات تحمل مفاتيح الجهد المتوسط (25-63 كيلو أمبير متماثل لمدة ثانيتين) إلى أقصى تيار خطأ يمكن للتجميع تحمله دون تلف.

يتراوح من 600 أمبير إلى 4000 أمبير، ويحدد هذا سعة حمل التيار المستمر لأجهزة الحماية الرئيسية وقضبان التوصيل دون التسبب في التعثر أو تلف المعدات.

تحدد معايير ANSI/IEEE الجهد المتوسط على أنه 600 فولت إلى 69 كيلو فولت، مع تطبيقات مفاتيح الجهد المتوسط الشائعة بما في ذلك أنظمة 12.47 كيلو فولت و 13.8 كيلو فولت و 15 كيلو فولت.

يتيح دمج الأجهزة الإلكترونية الذكية (IEDs) مثل القواطع الذكية وأجهزة الاستشعار والمرحلات المستندة إلى المعالجات الدقيقة إمكانات مراقبة وتحكم متقدمة. تتصل مفاتيح الجهد المتوسط الحديثة بشكل متزايد بمنصات التحليلات المستندة إلى السحابة، مما يوفر رؤى قابلة للتنفيذ لتعزيز سلامة النظام والموثوقية والكفاءة التشغيلية.