تصور کنید شهری را که شبکه برق آن فاقد مکانیزم‌های حفاظتی قابل اطمینان است. یک خطای واحد می‌تواند کلان‌شهر را در تاریکی فرو ببرد. تجهیزات سوئیچ‌گیر ولتاژ متوسط به عنوان «نگهبان» سیستم‌های قدرت عمل می‌کنند و به سرعت خطاها را ایزوله می‌کنند تا از تجهیزات و پرسنل محافظت شود، در حالی که به طور هوشمندانه توزیع برق را مدیریت می‌کنند. این مقاله به بررسی اصول اولیه، اصول عملیاتی، انواع و روندهای آینده این جزء حیاتی زیرساخت‌های الکتریکی می‌پردازد.

به عنوان یک جزء اصلی سیستم‌های الکتریکی، سوئیچ‌گیر اساساً مجموعه‌ای متمرکز از دستگاه‌های حفاظت از مدار را نشان می‌دهد. این دستگاه‌ها که شامل قطع‌کننده‌های مدار، فیوزها و کلیدها هستند، به طور جمعی عملکردهای حیاتی حفاظت، کنترل و ایزوله‌سازی را برای تجهیزات الکتریکی انجام می‌دهند. این دستگاه‌های حفاظتی معمولاً در داخل ساختارهای فلزی قرار می‌گیرند و یک یا چند مجموعه از این نوع به عنوان خطوط یا اجزای سوئیچ‌گیر نامیده می‌شوند.

سوئیچ‌گیر کاربرد گسترده‌ای در سیستم‌های انتقال و توزیع برق و همچنین در تأسیسات تجاری یا صنعتی بزرگ و متوسط دارد. در آمریکای شمالی، استانداردهای سوئیچ‌گیر الکتریکی توسط IEEE تعریف شده‌اند، در حالی که اروپا و سایر مناطق از استانداردهای IEC پیروی می‌کنند.

عملکردهای اصلی سوئیچ‌گیر حول توزیع و حفاظت از برق می‌چرخد. این دستگاه برق را به مناطق مختلف تأسیسات و بارهای مربوطه هدایت می‌کند. مهم‌تر از آن، با محدود کردن جریان‌های سیستم، ایمنی پرسنل و تجهیزات را تضمین می‌کند. هنگامی که جریان از آستانه‌های ایمن فراتر رود، سوئیچ‌گیر فوراً مدار را قطع می‌کند و از خطرات احتمالی جلوگیری می‌کند.

سوئیچ‌گیر ولتاژ متوسط بر اساس طراحی و کاربرد متفاوت است. انواع رایج عبارتند از:

این راه‌حل ولتاژ متوسط محصور در فلز، دارای قطع‌کننده‌های مدار و جداکننده‌های مهر و موم شده است که برای مکان‌های محدود یا دسترسی دشوار ایده‌آل است. طرح‌ها با استانداردهای IEEE C37.20.9 و IEC 62271 مطابقت دارند.

این پیکربندی که توسط IEEE C37.20.2 تعریف شده است، تمام اجزای الکتریکی را در محفظه‌های فلزی جداگانه قرار می‌دهد و ایمنی و قابلیت نگهداری را افزایش می‌دهد. برای کاربردهای 5 کیلو ولت تا 38 کیلو ولت رتبه‌بندی شده است و معمولاً از قطع‌کننده‌های مدار کشویی استفاده می‌کند.

طبق IEEE C37.20.3، این نوع دستگاه‌های حفاظتی را بدون نیاز به موانع جداگانه ادغام می‌کند. به طور گسترده در تأسیسات تجاری و صنعتی با ولتاژهای تغذیه بیش از 480/600 ولت استفاده می‌شود.

طراحی شده طبق IEEE C37.74 برای سیستم‌های توزیع زیرزمینی 5-38 کیلو ولت که به عملکرد بالای زمین نیاز دارند. این دستگاه دارای رتبه‌بندی‌های فضای باز و ساختار مقاوم در برابر خرابکاری است و انواع محیط‌های عایق از جمله هوا، گاز SF6 و دی‌الکتریک‌های مایع/جامد را در خود جای می‌دهد.

ANSI/IEEE C37.20.7 طرح‌های مقاوم در برابر قوس الکتریکی را طبقه‌بندی می‌کند که انرژی خطا را با خیال راحت از پرسنل دور می‌کند. چهار طبقه‌بندی، مناطق پوشش حفاظتی را از فقط جلو (نوع 1) تا حفاظت کامل محیطی از جمله محفظه‌های مجاور (نوع 2C) مشخص می‌کنند.

ظرفیت قطع (معمولاً 25-63 kAIC برای قطع‌کننده‌های ولتاژ متوسط) حداکثر جریان خطایی را نشان می‌دهد که یک دستگاه حفاظتی می‌تواند با خیال راحت قطع کند. رتبه‌بندی‌های مقاومت سوئیچ‌گیر (25-63 kA متقارن برای مدت زمان 2 ثانیه) حداکثر جریان خطایی را نشان می‌دهد که مجموعه می‌تواند بدون آسیب تحمل کند.

این مقدار که از 600 آمپر تا 4000 آمپر متغیر است، ظرفیت حمل جریان پایدار دستگاه‌های حفاظت اصلی و شینه‌ها را بدون ایجاد قطع یا آسیب به تجهیزات مشخص می‌کند.

استانداردهای ANSI/IEEE ولتاژ متوسط را 600 ولت تا 69 کیلو ولت تعریف می‌کنند، که کاربردهای رایج سوئیچ‌گیر شامل سیستم‌های 12.47 کیلو ولت، 13.8 کیلو ولت و 15 کیلو ولت است.

ادغام دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IED) مانند قطع‌کننده‌های هوشمند، حسگرها و رله‌های مبتنی بر ریزپردازنده، قابلیت‌های نظارت و کنترل پیشرفته را امکان‌پذیر می‌کند. سوئیچ‌گیرهای مدرن به طور فزاینده‌ای به پلتفرم‌های تجزیه و تحلیل مبتنی بر ابر متصل می‌شوند و بینش‌های عملی را برای افزایش ایمنی، قابلیت اطمینان و راندمان عملیاتی سیستم ارائه می‌دهند.