على طريق ريفي في مرتفعات فيتنام، تمكن فريق من أربعة عمال من إتمام عملية محطة فرعية مثبتة على عمود في أقل من ست ساعات - لقد قاموا بتركيب العمود في اليوم السابق، وربطوا المنصة الخاصة بالمحول، وتوصيل الأسلاك عالية الجهد من خط 22 كيلوفولت، وأسلاك الخدمة منخفضة الجهد لاحتياجات 15 أسرة بحلول فترة ما بعد الظهر. لا قاعدة خرسانية، لا سياج، لا هيكل، لا عدد من الأعمال المدنية المطلوبة. بحلول المساء، تم تزويد القرية بالكهرباء، وغادر الفريق إلى عملهم التالي.
يصف المقال كيف تعمل المحطة الفرعية المثبتة على عمود، وكيف تختلف عن المحطة الفرعية المثبتة على الأرض، وما تحتويه، وكيف يتم تركيبها، وما هي النفقات المرتبطة بها، وما هي مزاياها مقارنة بأنواع المحطات الفرعية الأخرى.
ما هي المحطة الفرعية المثبتة على عمود؟
المحطة الفرعية المثبتة على عمود هي منشأة توزيع فعالة تحول الكهرباء على عمود المرافق بدلاً من الأرض، كما هو معتاد تقليديًا. يتم تركيب محول مثبت على عمود (مثبت على ذراع عرضي أو على منصة خاصة)، ومعدات الحماية الأولية (صمامات أو قواطع مصهورة)، ومعدات الحماية الأرضية، ونظام توزيع الجهد المنخفض على ارتفاع عدة أمتار فوق مستوى الأرض مع التوصيلات إلى خطوط الجهد المتوسط.
لتكون أكثر دقة، فإن “المحطة الفرعية المثبتة على عمود” و“المحول المثبت على عمود” تعني نفس التركيب تقريبًا في جميع أنحاء العالم لأنه لا حاجة للتعامل مع الكثير من المعدات للانصهار، أو إيقاف المحول أو تشغيله، وقياس الكهرباء المستهلكة. تُستخدم مثل هذه الأعمدة على نطاق واسع في أمريكا الشمالية لخدمة المستهلكين الأفراد وفي آسيا وأفريقيا وأمريكا اللاتينية لتزويد المناطق الريفية بالكهرباء.
فيما يتعلق بالميزات الرئيسية للتركيبات، يكفي عمود واحد لتركيب مثبت على عمود (أحيانًا يحتاج الأمر إلى عمودين)، يجب أن تكون هناك كابلات جهد عالي ومنخفض (HVC، LVC) لتزويد الطاقة.
مكونات المحطة الفرعية المثبتة على عمود
| المكون | الوظيفة | المواصفات النموذجية |
|---|---|---|
| محول توزيع | تخفيض الجهد من MV إلى LV | 5–167 kVA، أحادي الطور أو ثلاثي الطور، مغمور بالزيت |
| قاطع مصهور / قاطع سقوط | الحماية الأولية ضد الحمل الزائد والخلل | فئة 15–35 kV، روابط الصمامات بحجم المحول |
| مانع الارتفاع الأولي | يحول صدمات البرق إلى الأرض | فئة 9–36 kV، MOA (أكسيد المعدن) |
| مانع ثانوي (اختياري) | يحمي الجانب منخفض الجهد من الصدمات المستحثة | فئة 240 فولت / 400 فولت |
| العمود والذراع العرضي | هيكل الدعم | عمود خشبي / خرسانى / فولاذي، ذراع عرضي أو منصة المحول |
| أسلاك الدعم والمرساة | الاستقرار الهيكلي | خيط فولاذي، مرساة أرضية |
| نظام التأريض | تأريض السلامة للخزان، المانع، المحايد | قضيب (أو قضبان) التأريض، 10 أوم أو أفضل وفقًا للرمز المحلي |
| اتصال خدمة LV | توزيع للعملاء | ثانوي معزول، رأس الطقس، عداد (عدادات) |
خلال العديد من برامج الكهرباء الريفية، يتم توفير التجميع الكامل - العمود، المحول، القاطع، الموانع، التأريض - في شكل مجموعة بحيث يمكن لفريق واحد تركيب عدد جيد من الوحدات في اليوم مع توافر نفس المواد.
كيف تعمل
مبدأ التشغيل مشابه لذلك الخاص بأي محول توزيع حيث أن الملف الابتدائي المتصل بخط الجهد المتوسط يتسبب في تحفيز جهد في الملف الثانوي (في هذا المثال، حوالي 22 كيلوفولت يتم تخفيضه إلى 400/230 فولت). يحمي القاطع المنصهر المحول من خلال القضاء على أي تيارات زائدة قبل أن تتعرض للتلف ويمكن أيضًا تشغيله يدويًا لوضع الوحدة في العزل لأغراض الصيانة. تساعد واقيات الصواعق في القضاء على الارتفاعات الناتجة عن البرق من خلال تحويلها إلى الأرض.
يعمل آلية تركيب العمود بسبب المبادئ الأساسية للفيزياء والاقتصاد. عند التصنيفات المنخفضة، يصبح من الممكن دمج المحول وكذلك الملحقات على العمود دون الصعوبات المرتبطة بالحمل الثقيل (50-600 كجم). الفوائد الاقتصادية المرتبطة بالأحمال الريفية البعيدة أفضل من البدائل للتثبيتات الريفية لأنه لا حاجة لأساس، ولا حاجة لبناء مباني، ولا جدران مبنية، ويستغرق الأمر بحد أقصى خمس ساعات لفريق الخطوط لإجراء التركيب. العيب الرئيسي في النظام هو التعرض: المحول، وآلية الفيوز، والمحطات حية ومعرضة للجو حيث لا يمكن المبالغة في أهمية المسافة وكذلك قواعد التأريض والسلامة.
الأنواع والتصنيفات
| النوع | نطاق التصنيف | التطبيق النموذجي |
|---|---|---|
| تركيب عمود أحادي الطور | 5–50 كVA | عملاء فرديون، قرى صغيرة، مزارع، ورش عمل |
| أحادي الطور كبير (نوع “علبة” أمريكي) | 25–167 كVA | توزيع ريفي في أمريكا الشمالية، مضخات الري |
| تركيب عمود ثلاثي الطور | 15–100 كVA (لكل وحدة) | قرى صغيرة، مناطق السوق، أحمال محركات ثلاثية الطور |
| تركيب على منصة (عمودين) | 100–500 كVA | تجمعات ريفية أكبر حيث يكون عمود واحد غير كافٍ |
| محطة فرعية صغيرة على عمود (كشك كامل) | 25–100 كيلوفولت أمبير | مجموعات تسريع الكهرباء الريفية |
نطاق الفولتية الأولية هو 5 – 35 kV، مع الفولتيات الشائعة التي تبلغ 11 kV و22 kV و33 kV في دول أعضاء IEC، و12.47/13.8/24.9 kV في أمريكا الشمالية. يمكن أن تكون الفولتيات الثانوية إما 240/120 V أو 400/230 V أو حتى 480 V اعتمادًا على المعيار المطبق.
المحولات المثبتة على الأعمدة مقابل المثبتة على الأرض
| العامل | مثبتة على العمود | مثبتة على القاعدة | محطة فرعية مسبقة الصنع |
|---|---|---|---|
| التصنيف النموذجي | 5–167 كيلو فولت أمبير | 75–5,000 ك.ف.أ | 50–2,500 كVA |
| وقت التركيب | 4–8 ساعات | 1–2 أيام | 2–5 أيام |
| أعمال الأساس | لا شيء (عمود فقط) | قاعدة خرسانية | قاعدة خرسانية |
| السلامة | مفتوح، قائم على المسافات | أمام ميت، مقاوم للتلاعب | مغلقة، متشابكة |
| التأثير البصري | عالي | منخفض | معتدل |
| التكلفة (معادل 630 kVA) | — | $4,000–$7,500 | $7,000–$20,000 |
| الأفضل لـ | أحمال ريفية، متفرقة، صغيرة | توزيع تحت الأرض في الضواحي | نقاط توزيع MV/LV كاملة |
يعتمد اختيار النوع المناسب من المعدات على اختيار المستوى الصحيح من كثافة الحمل ونوع الشبكة. تعمل الوحدات المثبتة على الأعمدة بشكل أفضل في الحالات التي يكون فيها الحد الأدنى من الحمل وفصل نقاط الحمل التي تتطلب كهرباء جوية. ومع ذلك، عندما تتجاوز الأحمال حوالي 100 إلى 200 kVA، أو إذا انتقلت الكهرباء تحت الأرض، فإن الأنظمة المثبتة على الأرض تصبح خيارًا جذابًا.
المعايير والسلامة
| معيار | النطاق | النقطة الرئيسية |
|---|---|---|
| IEC 60076 | محولات الطاقة | تصنيفات المحولات والاختبارات لوحدات سوق IEC |
| IEEE C57.12.20 | محولات توزيع من نوع العمود | متطلبات محولات نوع العمود في أمريكا الشمالية |
| IEEE C57.12.00 / C57.12.90 | متطلبات محولات التوزيع / إجراءات الاختبار | تصميم القاعدة وأساس الاختبار |
| NFPA 70 (NEC) | التركيبات الكهربائية | المسافات، التأريض، وقواعد التركيب في الولايات المتحدة |
| IEC 60529 | حماية الإغلاق | مقاومة الطقس للمحول والملحقات |
المحطات الفرعية المثبتة على الأعمدة هي مجتمعات يتم فيها إدارة السلامة بشكل أساسي من خلال استخدام المسافات والتأريض بدلاً من الإغلاقات. يجب أن يعرف الأشخاص الذين يعملون هناك المسافة المناسبة من المعدات الحية، وأي الأدوات العازلة مناسبة لعملية العمل، وأنهم بحاجة إلى العناية بالتأريض قبل الأعمال. من المفترض أن يتناسب التركيب مع مواصفات البناء للمرافق والقوانين المحلية حول الحد الأدنى لارتفاع العمود، ومواعيد إنهاء الأسلاك، وقياسات كفاءة التأريض التي يجب أن تكون 10 Ω أو أقل.
عملية التركيب
يتكون التركيب القياسي من المراحل التالية:
مسح الموقع: تأكيد الحمل، توجيه الجهد المنخفض، المسافة والوصول للرافعة أو عمود الجين.
تركيب العمود: حفر حفرة (عمق بين 1.5 و2 متر)، erect العمود عموديًا وإعادة تعبئة الحفرة، وثبت أسلاك الدعم إذا لزم الأمر.
تركيب المحول: رفع المحول إلى المنصة أو الذراع المتقاطع وتأمين المحول؛ تركيب القطع، والمثبتات والأسلاك.
إجراء الاتصالات عالية الجهد: توصيل السلك عالي الجهد بالخط عبر قطع موصول بالفيوز عند المسافات المناسبة.
التأريض: تركيب قضبان التأريض وإعداد جميع الاتصالات وفقًا لمتطلبات التأريض المنصوص عليها من قبل القوانين المحلية.
تركيب الجهد المنخفض: توصيل الأسلاك الثانوية إلى Weatherhead والعدادات؛ تشغيل الجهد المنخفض بعد تأكيد الاتصالات.
الاختبار: إغلاق القطع، والتحقق من الجهد وتسجيل نتائج الاختبار.
عادةً ما تكمل طاقم ذو خبرة تركيب الأعمدة الذي يتم بواسطة طاقم تركيب واحد في غضون 4-8 ساعات بما في ذلك وقت السفر.
التكاليف ونطاقات الأسعار
أسعار إرشادية لمحطات التحويل المثبتة على الأعمدة (محول، قطع، مثبتات، معدات، باستثناء العمود والطاقم):
| التصنيف | فئة الجهد | السعر النموذجي (دولار أمريكي) | وقت التسليم |
|---|---|---|---|
| 10–25 kVA (مرحلة واحدة) | 11–22 كيلوفولت | $400–$900 | 4–10 أسابيع |
| 25–50 كيلو فولت أمبير | 11–33 كيلوفولت | $600–$1,400 | 4–12 أسبوعًا |
| 50–100 كيلوفولت أمبير | 11–35 كيلوفولت | $900–$2,200 | 6–12 أسبوعًا |
| 100–167 ك.ف.أ | 15–35 كيلوفولت | $1,400–$3,200 | 6–14 أسابيع |
نطاق الأسعار للعمود، الأجهزة، مجموعة التأريض، وملحقات الجهد المنخفض هو حوالي $200-$800، بالإضافة إلى تكلفة العمال. السعر المثبت لتركيب ريفي عادي بقدرة 25-50 kVA يكون عادة حوالي $1,500-$4,000 وفقًا لسوق العمل. الأسعار المقدمة أعلاه قد لا تكون محددة بما فيه الكفاية لأنها تعتمد على الشركة المصنعة، النموذج، والمنطقة.
أفضل العلامات التجارية ومقارنة الأسعار
| العلامة التجارية | الدولة | القوة | السعر الإرشادي — 50 kVA (دولار أمريكي) |
|---|---|---|---|
| هيتاشي إنرجي (ABB) | سويسرا | محفظة المحولات العالمية | $1,200–$2,200 |
| سيمنز | ألمانيا | تغطية المعايير الدولية | $1,200–$2,100 |
| شنايدر إلكتريك | فرنسا | حلول التوزيع، برامج الكهرباء الريفية | $1,100–$2,000 |
| إيتون / بروليك جي إي | الولايات المتحدة الأمريكية | سوق الأعمدة من نوع أمريكا الشمالية | $1,200–$2,300 |
| شركة جيانغسو سوبين للطاقة الكهربائية | الصين | محولات الأعمدة من نوع IEC/IEEE، مجموعات الكهرباء الريفية، OEM | $600–$1,400 |
تأتي العلامات التجارية العالمية مع مؤهلات، اتساق وجوانب الأداء المقدمة على المستوى المحلي، وهو أمر مهم لشركات مثل المرافق الوطنية. تصنع شركة Jiangsu Subian Electric Power محولات الأعمدة المتوافقة مع IEC 60076 وIEEE C57.12.20 مع قطع الفيوز، واقيات الصواعق ومجموعات الكهرباء الريفية بأسعار أقل بحوالي 40 إلى 55% مقارنة بالأسعار الغربية. وهذا يقدم حزم تصدير وخيارات OEM للوزارات، المرافق ومقاولي EPC المشاركين في برامج ريفية واسعة النطاق.
متى تختار محطة فرعية مثبتة على عمود
الحمل خفيف وموزع - كل موقع لديه حمل أقل من 100 kVA وموزع بشكل جيد.
الخط هو هوائي - لا توجد مرافق تحت الأرض لخدمة المحولات المثبتة على القاعدة.
القضية الرئيسية هي السرعة والتكلفة - في برامج الكهرباء الريفية، يستغرق تركيب الأعمدة بضع ساعات فقط، وهو أمر اقتصادي للغاية.
من السهل صيانتها - يمكن الوصول إليها عبر العمود والمحولات الاحتياطية متاحة بسهولة.
تسمح لوائح المرافق بهذا النوع من تركيب المحولات - تأكد من التحقق من الممارسات المحلية وإجراءات الموافقة.
اختر المحولات المثبتة على الأرض في الحالات التي تتجاوز فيها أحمال الموقع حوالي 100-200 kVA لكل موقع، أو إذا كانت المرافق لديها خدمة تحت الأرض، أو إذا كانت السلامة والجماليات تتطلب محولات آمنة.
الأسئلة المتكررة
ما الفرق بين المحول المثبت على عمود والمحطة الفرعية المثبتة على عمود؟
يتم مناقشة نفس المعدات في كلا الحالتين. يشير مصطلح “المحول المثبت على عمود” إلى المحول وحده؛ بينما يشير مصطلح “المحطة الفرعية المثبتة على عمود” إلى الوحدة الكاملة التي تتضمن المحول، قطع الفيوز، واقيات الصواعق، التأريض، الفواصل، وخدمة الجهد المنخفض. تُستخدم المصطلحات بالتبادل في الممارسة العملية.
كم يكلف تركيب محطة فرعية مثبتة على عمود؟
تكلفة الجهاز الكامل (المحول، القطع، الواقيات، الأجهزة) تتراوح بشكل متغير، أي من 400 دولار إلى 3200 دولار حسب التصنيف وفئة الجهد. يكلف المحول بقدرة 50 kVA في المتوسط حوالي 600-1,400 دولار. مع إضافة العمود، التأريض، وجهد التركيب، يمكن أن تصل التكلفة الإجمالية لوحدة ريفية كاملة إلى 1,500 إلى 4,000 دولار.
ما هو الحد الأقصى لتصنيف المحطة الفرعية المثبتة على العمود؟
عادةً، يمكن للوحدات ذات العمود الواحد إنتاج الكهرباء من 100 إلى 167 kVA. السبب هو خصائصها الميكانيكية وقيود الوزن. لذلك، في حالة المخرجات الأعلى، تستخدم الشركات وحدات ذات عمودين على المنصة تصل إلى 500 kVA أو تنتقل إلى المحطات الفرعية مسبقة الصنع والمثبتة على القاعدة.
كم من الوقت تستغرق عملية التثبيت؟
في المتوسط، يحتاج الفريق إلى ما بين أربع إلى ثماني ساعات لإكمال عملية تركيب العمود. يتكون هذا الوقت من السفر بالإضافة إلى بعض العمليات مثل رفع العمود وتركيب المحول، وإجراء الأسلاك، وأداء التأريض، وتشغيل النظام. يساعد الوقت القصير وغياب إعداد الموقع في تفسير سبب انتشار تكنولوجيا الأنظمة المثبتة على الأعمدة في إمدادات الطاقة الريفية.
هل المحطات الفرعية المثبتة على الأعمدة آمنة؟
نعم، إذا تم تركيبها بشكل صحيح. تعتمد السلامة على المسافات (الأجزاء الحية تكون على ارتفاعات عدة أمتار فوق الأرض)، والتأريض المناسب (عادة أقل من 10 Ω)، والصمامات، وقواعد التشغيل للفرق. هذه الآليات لا تمتلك القدرة على مقاومة العبث مثل الأنظمة المثبتة على القاعدة؛ لذلك، فهي غير مناسبة للأماكن ذات الحركة العامة، بينما تكون شائعة في المناطق الهادئة وتلك التي تخدمها خطوط الطاقة.
المراجع
- سلسلة IEC 60076 - محولات الطاقة — التصنيفات، والخسائر، والاختبارات لمحولات النوع العمودي في أسواق IEC.
- IEEE C57.12.20 — محولات توزيع من النوع العمودي — المتطلبات الأمريكية الشمالية لمحولات المثبتة على الأعمدة.
- IEEE C57.12.00 / C57.12.90 — متطلبات محولات التوزيع وإجراءات الاختبار — تصميم القاعدة وأساس الاختبار.
- NFPA 70 — الكود الكهربائي الوطني — المسافات، والتأريض، وقواعد التركيب للولايات المتحدة.
- NEMA — إرشادات تطبيق المحولات الموزعة — إرشادات التطبيق لمعدات المحولات.
- البنك الدولي — موارد الكهرباء الريفية — إرشادات البرنامج للتوزيع الموزع والمثبت على الأعمدة.
- Jiangsu Subian Electric Power — الموقع الرسمي — الشركة المصنعة والمصدرة لمحولات النوع العمودي ومجموعات الكهرباء الريفية.
الخاتمة
لا تزال المحطة الفرعية المثبتة على العمود هي الطريقة الأكثر اقتصادية لتزويد الطاقة لوحدات المستهلك الصغيرة على مسافات كبيرة، وهي بالفعل أساس الكهرباء الريفية للعديد من الدول. تركيب المحطة الفرعية المثبتة على العمود سريع وغير مكلف وبسيط، ويتكون من محول، وصمامات، وموانع صواعق، ونظام تأريض، وعمود، مع إمكانية تركيبه في عدة ساعات عمل.
النقاط الرئيسية:
- مصنفة من 5–167 kVA، تخدم الوحدات المثبتة على الأعمدة أحمال صغيرة على الخطوط الهوائية عند 11–35 kV.
- تكاليف المعدات $400–$3,200؛ الوحدات الريفية المثبتة بالكامل عادةً ما تتراوح بين $1,500–$4,000.
- تأتي السلامة من المسافات، والتأريض، والحماية بالصمامات — وليس من الأغطية.
- فوق ~100–200 kVA، انتقل إلى الوحدات المثبتة على المنصة، أو القاعدة، أو الوحدات مسبقة الصنع.
- يقدم الموردون مثل Jiangsu Subian Electric Power محولات من النوع العمودي معتمدة من IEC/IEEE لتوزيع الكهرباء الريفية على نطاق البرنامج.
للحصول على أسعار المحولات المثبتة على الأعمدة، والمواصفات، ودعم التصدير، اتصل بـ Jiangsu Subian Electric Power على www.subian-electric.com.