إذا كنت تبحث عن خلايا جهد متوسط لمصنع أو مجمّع على شبكة 13.8 kV في السعودية، فالأرقام الثلاثة التي تحدد المواصفة هي: الجهد المقنّن (فئة 17.5 kV أو 24 kV لشبكة 13.8 kV، و36 kV لشبكة 33 kV)، وتيار القضبان والقواطع (من القيم 630 و1250 و2000 A التي تذكرها مواصفة SEC رقم 32-SDMS-09 لخلايا GIS المعدنية لشبكات 11 و13.8 kV)، وتيار التحمّل قصير الأمد (جدول بيانات المواصفة نفسها يطلب 25 kA لمدة 1 s وذروة 2.6 × Isc = 65 kA). والمقصود هنا خلايا الجهد المتوسط في لوحة الاستقبال والتوزيع الرئيسية (switchgear أو «سويتش جير»)، لا لوحة الجهد المنخفض MDB ولا وحدة الحلقة الرئيسية RMU الصغيرة. يجيب هذا الدليل عن السوق السعودية أولًا (60 Hz، شبكة SEC)، ثم يبيّن ما يتغيّر في شبكات 11 kV بتردد 50 Hz في الإمارات وقطر والكويت والبحرين وعُمان، مع مثال محلول لمحطة خاصة 33/13.8 kV بمحوّلين 20 MVA، وجدول مبني على مواصفات SEC المنشورة، وقائمة بما يجب كتابته في طلب عرض السعر.
ما هي خلايا الجهد المتوسط (سويتش جير) وأين تقع في الشبكة؟
خلايا الجهد المتوسط صفّ من الخلايا المعدنية لجهود أعلى من 1 kV وحتى 52 kV، يخضع تصميمها واختبارها كمجموعة لمعيار IEC 62271-200:2021، ويخضع القاطع داخلها لمعيار IEC 62271-100. وفي شبكة المنشأة تأتي بعد نقطة التغذية من المرفق وقبل محوّلات التوزيع:
- تغذية 33 kV أو 13.8 kV من شبكة SEC.
- لوحة استقبال وتوزيع رئيسية من خلايا metal-clad أو GIS، فيها قاطع لكل مغذٍّ.
- مغذّيات 13.8 kV إلى محطات التحويل الثانوية، حيث تكفي وحدات RMU أو خلايا مفاتيح قطع الحمل.
- محوّلات التوزيع 13.8/0.4 kV ثم لوحة MDB على الجهد المنخفض.
ولا تخلط بين هذا المنتج والمحطة الثانوية: فاختيار وحدة RMU والمحطة المدمجة عند كل محوّل شرحه مقال المحطة الفرعية المدمجة ووحدة RMU في السعودية، أما لوحة الجهد المنخفض خلف المحوّل فشرحها مقال لوحة توزيع كهرباء رئيسية MDB. هذا المقال عن اللوحة التي تسبقهما في الشبكة وتحمي المغذّيات بقواطع ومرحّلات.
| النوع | البنية | التيار والقصر النموذجيان (كتالوج Entogo؛ ومواصفة SEC لوحدة RMU) | فئة استمرارية الخدمة | الاستخدام المعتاد |
|---|---|---|---|---|
| خلايا metal-clad بقواطع قابلة للسحب | حجرات معدنية منفصلة وقاطع تفريغ على عربة | 630–4000 A، و16–40 kA لمدة 1 s أو 3 s | LSC2B | لوحة الاستقبال الرئيسية 11 و13.8 kV |
| خلايا GIS خالية من SF6 | أجزاء الجهد المتوسط داخل حجرات غاز محكمة | 1250–4000 A، وحتى 31.5 kA | LSC2A | غرف ضيقة ومواقع ساحلية وتجميع 33 kV |
| خلايا مفاتيح قطع الحمل (LBS) | خلايا ثابتة بمفتاح ثلاثي الأوضاع ومنصهرات | 630 A، و16 أو 20 kA لمدة 1 s | LSC2 | التوزيع الثانوي في المباني |
| وحدة الحلقة الرئيسية RMU لدى SEC (17.5 kV) | وحدة مدمجة معزولة بغاز SF6 | 400 A لمفتاح الحلقة، و21 kA لمدة 1 s (32-SDMS-01) | — | نقاط التوزيع على حلقة الكابلات |
أي جهد مقنّن تختار لشبكة 13.8 أو 33 أو 11 kV؟
الجهد المقنّن للخلايا Ur ليس جهد الشبكة الاسمي، بل الحد الأعلى الذي تتحمله المعدة باستمرار. ويذكر جدول بيانات 32-SDMS-09 أقصى جهد تحمّل في ظروف الطوارئ (Maximum Voltage Withstand): 12.1 و15.2 و36.3 و38 kV للشبكات الاسمية 11 و13.8 و33 و34.5 kV على الترتيب. لذلك لا تصلح فئة 12 kV المستخدمة في شبكات 11 kV لشبكة 13.8 kV، وتُختار فئة IEC التالية.
| البلد / المرفق | الجهد الاسمي للتوزيع | التردد | فئة الجهد المقنّن Ur المعتادة | مستوى العزل LI / AC للفئة (kV) |
|---|---|---|---|---|
| السعودية (SEC) | 13.8 kV | 60 Hz | 17.5 kV أو 24 kV | 95 / 38 أو 125 / 50 |
| السعودية (SEC) | 33 kV | 60 Hz | 36 kV | 170 / 70 |
| السعودية (شبكات قديمة) | 11 kV | 60 Hz | 12 kV | 75 / 28 |
| الإمارات (DEWA، ADDC، EtihadWE) | 11 kV | 50 Hz | 12 kV | 75 / 28 |
| قطر (كهرماء) والبحرين (EWA) | 11 kV | 50 Hz | 12 kV | 75 / 28 |
| الكويت (وزارة الكهرباء) | 11 kV | 50 Hz | 12 kV | 75 / 28 |
| عُمان (نماء) | 11 و33 kV | 50 Hz | 12 kV و36 kV | 75 / 28 و170 / 70 |
انتبه إلى أن SEC قد تطلب مستوى عزل أعلى من القيمة المعيارية للفئة: فجدول بيانات وحدة RMU بجهد 17.5 kV في 32-SDMS-01 (REV.03) يطلب جهد صدمة 110 kV وجهد تردد صناعي 45 kV لمدة دقيقة، لا 95 و38 kV. والقاعدة أن جدول بيانات المرفق هو المرجع، لا كتالوج المصنّع. وللفرق بين شبكة 60 Hz وشبكات 50 Hz راجع 60 Hz في السعودية و50 Hz في بقية الخليج.
خلايا الجهد المتوسط 13.8 و33 kV: ما تقوله مواصفات SEC بالأرقام
هذه القيم منقولة من مواصفات SEC Distribution Materials Specifications المنشورة على موقع الشركة. ومع أنها مكتوبة لشبكة SEC، يستعيرها الاستشاريون في المشاريع الخاصة، لذا تصلح أساسًا لجدول بيانات أي مشروع سعودي. ولشرح نظام ترقيم هذه المواصفات راجع مواصفات مواد التوزيع SDMS.
| البند | القيمة | المرجع |
|---|---|---|
| التيار المستمر للقواطع والقضبان — 11 أو 13.8 kV (A) | 630 أو 1250 أو 2000 | 32-SDMS-09، البند 4.3.1 |
| التيار المستمر للقواطع والقضبان — 33 أو 34.5 kV (A) | 630 أو 1250 أو 1600 | 32-SDMS-09، البند 4.3.1 |
| حرارة التصميم لتعريف التيار المستمر (°C) | 40، دون تجاوز حدود IEC 62271-1 | 32-SDMS-09، البند 4.3.1 |
| مدى حرارة التشغيل المحيطة (°C) | من −5 حتى 55، في ظروف جافة مغبرة | 32-SDMS-09، البند 5.1 (b) |
| تيار التحمّل قصير الأمد Isc (kA) | 25 | 32-SDMS-09، جدول البيانات |
| مدة القصر المقنّنة (s) | 1 | 32-SDMS-09، جدول البيانات |
| تيار الذروة المقنّن (kA) | 2.6 × Isc | 32-SDMS-09، جدول البيانات |
| درجة الحماية — الحجرات المملوءة بالغاز / الهوائية | IP65 / IP4X | 32-SDMS-09، البند 4.3.5 |
| أقصى جهد تحمّل في الطوارئ للشبكات 11 / 13.8 / 33 / 34.5 kV (kV) | 12.1 / 15.2 / 36.3 / 38 | 32-SDMS-09، جدول البيانات |
| وحدة RMU 17.5 kV — تيار مفتاح الحلقة LBS (A) | 400 (والقاطع 200) | 32-SDMS-01 REV.03 |
| وحدة RMU 17.5 kV — تيار القصر لمدة 1 s (kA) | 21 | 32-SDMS-01 REV.03 و32-SDMS-04 |
| وحدة RMU 17.5 kV — تيار الإغلاق على العطل (kA، قيمة ذروة) | 54.6 | 32-SDMS-01 REV.03 |
| وحدة RMU 17.5 kV — جهد الصدمة / التردد الصناعي (kV) | 110 / 45 | 32-SDMS-01 REV.03 |
| وحدة RMU — تصنيف القوس الداخلي | ALFR من أربع جهات، واختبار 21 kA لمدة 1 s | 32-SDMS-01 REV.03، البندان 5.1.5 و5.8.7 |
لاحظ أن 54.6 kA = 2.6 × 21 kA، أي أن SEC تطبّق معامل الذروة نفسه في المواصفتين. ولاحظ أيضًا أن 25 kA في 32-SDMS-09 يزيد على 21 kA في مواصفات RMU، لأن لوحة الاستقبال الرئيسية أقرب إلى مصدر التغذية من نقاط الحلقة.
كيف يُحسب تيار القصر على قضبان خلايا الجهد المتوسط؟
لا يُختار تصنيف القصر من الكتالوج، بل من مستوى القصر في نقطة التركيب. والتقريب الهندسي المحافظ هو افتراض مصدر لانهائي خلف محوّل التغذية، فيصبح تيار القصر مساويًا لتيار الحمل الكامل مقسومًا على معاوقة المحوّل:
I = S ÷ (√3 × U)
Ik = In ÷ uk
وهي العلاقات نفسها المستخدمة في جدول تيار المحولات حسب kVA على الجهد المنخفض. ثم يُضاف إسهام المحركات الكبيرة المتصلة بالقضبان، وتُراعى حالة تشغيل محوّلين على التوازي ولو لحظيًا أثناء نقل الحمل. وإذا أعطاك المرفق مستوى القصر الفعلي على جانب 33 kV، فالنتيجة ستكون أقل من هذا التقريب، لأن معاوقة المصدر تُضاف إلى معاوقة المحوّل؛ أما دراسة IEC 60909 الكاملة فتضيف معامل الجهد c = 1.1 وسماحية معاوقة المحوّل.
أما تيار الذروة فهو الذي يحدد القوة الميكانيكية على القضبان وقدرة القاطع على الإغلاق على عطل. وتكتبه SEC صراحة بالصيغة 2.6 × Isc لشبكتها العاملة بتردد 60 Hz. ولمعنى تيار التحمّل قصير الأمد وعلاقته بالمدة راجع تيار التحمّل قصير الأمد.
مثال محلول: لوحة استقبال 13.8 kV لمحطة خاصة بمحوّلين 20 MVA
مجمّع صناعي في الجبيل يتغذى من شبكة 33 kV عبر محطة خاصة فيها محوّلا قدرة 33/13.8 kV بقدرة 20 MVA لكل منهما ومعاوقة 10%، ولوحة استقبال 13.8 kV بمدخلين وقاطع ربط قضبان مفتوح عادةً. وعلى القضبان محركات جهد متوسط مجموع قدرتها 6 MVA. المعطيات افتراضية للتوضيح، والقيم الفعلية تأتي من دراسة الشبكة.
- تيار الحمل الكامل لكل محوّل على 13.8 kV:
In = 20,000 ÷ (√3 × 13.8) = 836.7 A
- تيار القاطع المدخل والقضبان: أقرب قيمة في جدول 32-SDMS-09 فوق 836.7 A هي 1250 A. وما دام قاطع الربط مفتوحًا يغذّي كل نصف من القضبان محوّل واحد، فتكفي قضبان 1250 A؛ ولا تلزم قيمة 2000 A إلا إذا شُغّل المحوّلان على قضبان واحدة بحمل كامل (2 × 836.7 = 1,673.5 A).
- تيار القصر من محوّل واحد بمصدر لانهائي:
Ik = 836.7 ÷ 0.10 = 8,367 A ≈ 8.37 kA
- أسوأ حالة تشغيلية: إغلاق قاطع الربط لحظيًا أثناء نقل الحمل، فيتغذى العطل من المحوّلين:
2 × 8.367 = 16.73 kA
- إسهام المحركات في القصر بافتراض أنه يساوي 5 أضعاف تيارها المقنّن (نسبة تيار الدوّار المقفل ILR/IrM، وتتراوح عادة بين 5 و7):
Im = 6,000 ÷ (√3 × 13.8) = 251.0 A، و5 × 251.0 = 1,255 A ≈ 1.26 kA
- تيار القصر الكلي على القضبان:
16.73 + 1.26 = 17.99 kA ≈ 18.0 kA
- اختيار التصنيف: 18.0 kA تتجاوز 16 kA وتقترب من 20 و21 kA، فيُختار 25 kA لمدة 1 s كما في جدول بيانات 32-SDMS-09، ليبقى هامش لنمو الشبكة؛ وحتى مع معامل الجهد c = 1.1 في IEC 60909 يصبح التيار 1.1 × 17.99 = 19.8 kA تقريبًا ويبقى دون 25 kA.
- التحقق من الذروة: المطلوب بمعامل ذروة 1.8 هو 1.8 × √2 × 17.99 = 45.8 kA، والمتاح 2.6 × 25 = 65 kA، فالتصنيف كافٍ.
- مغذّيات الخروج إلى محطات ثانوية بمحوّلات 1500 kVA: التيار 1,500 ÷ (√3 × 13.8) = 62.8 A، فيكفي قاطع 630 A، وهي أصغر قيمة في جدول SEC.
- الجهد المقنّن: أقصى جهد تحمّل في الطوارئ في جدول SEC هو 15.2 kV، فتُختار فئة 17.5 kV أو 24 kV.
تيار القصر على قضبان 13.8 kV من محوّل 20 MVA بمعاوقة 10%
Ik = S / (sqrt(3) * U * uk)
Ik = A
النتيجة: لوحة 13.8 kV، 60 Hz من خلايا metal-clad بفئة 17.5 أو 24 kV، أو GIS بفئة 24 kV، بمدخلين وقاطع ربط 1250 A، وتصنيف 25 kA لمدة 1 s وذروة 65 kA، ومغذّيات 630 A. والأشكال المناسبة لهذا التطبيق في كتالوج Entogo هي خلايا الجهد المتوسط المعدنية بقواطع تفريغ قابلة للسحب، أو خلايا الجهد المتوسط المعزولة بالغاز الخالية من SF6 حيث المساحة محدودة أو الجو ساحلي. ويمكن إرسال مخطط الخط الواحد عبر صفحة التواصل لعرض مطابق للمواصفة.
لماذا لا تُقارَن 25 kA لمدة 1 s بقيمة 25 kA لمدة 3 s؟
التحمّل الحراري يتبع الطاقة I² × t، فتصنيفان متساويان في قيمة kA بمدتين مختلفتين ليسا متكافئين. وتحويل تصنيف إلى مدة أخرى يتم بالعلاقة:
I2 = I1 × √(t1 ÷ t2)
| التصنيف لمدة 1 s (kA) | المكافئ الحراري لمدة 3 s (kA) | الحساب |
|---|---|---|
| 16 | 9.2 | 16 × √(1 ÷ 3) |
| 20 | 11.5 | 20 × √(1 ÷ 3) |
| 21 | 12.1 | 21 × √(1 ÷ 3) |
| 25 | 14.4 | 25 × √(1 ÷ 3) |
| 31.5 | 18.2 | 31.5 × √(1 ÷ 3) |
| 40 | 23.1 | 40 × √(1 ÷ 3) |
فإذا طلب الاستشاري 3 s، فعرضٌ بتصنيف 25 kA لمدة 1 s لا يحتمل حراريًا إلا 14.4 kA لمدة 3 s. ولذلك يذكر كتالوج خلايا metal-clad المدتين 1 s و3 s صراحة. ولمقارنة مماثلة بين المدد على جانب المحوّل راجع مواصفات وشهادات المحوّلات في السعودية والخليج.
المكافئ الحراري لتصنيف قصر بمدة مختلفة
I2 = I1 * sqrt(t1 / t2)
I2 = kA
الحرارة والغبار والقوس الداخلي: ما يتغيّر في الخليج؟
- حرارة الموقع. تعرّف 32-SDMS-09 التيار المستمر عند 40 °C، لكنها تطلب التشغيل حتى 55 °C. والفرق يعني أن قضبان 1250 A عند 40 °C قد لا تحمل 1250 A في غرفة كهرباء ترتفع حرارتها في الصيف، فاطلب من المورّد التيار بعد التخفيض عند حرارة الموقع المعلنة؛ وكتالوج نسخة الخليج مصمّم عادةً لحرارة محيطة 50 °C، و55 °C حيث تنصّ عليها مواصفة المرفق.
- الغبار. الحجرات الهوائية بدرجة IP4X كما في 32-SDMS-09، وفتحات تهوية بمرشحات. والخلايا المعزولة بالغاز تحفظ أجزاء الجهد المتوسط في حجرات IP65.
- القوس الداخلي. تطلب SEC لوحدات RMU تصنيف ALFR من أربع جهات واختبار 21 kA لمدة 1 s. وفي لوحة الاستقبال الرئيسية حدّد تصنيف IAC وقيمته ومدته، والجهات المتاحة للوصول؛ راجع تصنيف القوس الداخلي IAC.
- غاز SF6. وحدات RMU المعزولة بغاز SF6 ما زالت ممارسة شائعة لدى مرافق الخليج، والبدائل الخالية منه متاحة؛ فراجع المتطلبات البيئية للمالك قبل التسعير.
ما الذي يتغيّر في الإمارات وقطر والكويت وعُمان؟
- 11 kV و50 Hz. فئة 12 kV تكفي عادةً، والخلية مصمّمة لتردد واحد؛ فلا تُنقل خلية سعودية 60 Hz إلى مشروع في دبي أو الدوحة كما هي.
- الذروة. معامل 2.6 في جدول SEC مكتوب لشبكة 60 Hz؛ وفي شبكات 50 Hz يُطبَّق معامل IEC الخاص بهذا التردد، فاكتب قيمة الذروة صراحة في جدول البيانات بدل نقلها من مشروع سعودي.
- مواصفة المرفق. لكل من DEWA وADDC/TAQA وكهرماء ووزارة الكهرباء الكويتية ونماء مواصفاته وإجراءات اعتماد المخططات، ومستوى القصر يأتي من المرفق لا من الكتالوج.
- عُمان 33 kV. حيث توجد شبكة 33 kV تُختار فئة 36 kV كما في السعودية.
أخطاء شائعة عند طلب خلايا ولوحات توزيع الجهد المتوسط
- نقل فئة 12 kV من مشروع 11 kV إلى شبكة 13.8 kV. أقصى جهد تحمّل في الطوارئ في جدول SEC هو 15.2 kV، وهو أعلى من 12 kV، فالفئة الصحيحة 17.5 kV أو 24 kV؛ ويُكتشف الخطأ بمقارنة Ur بعمود جهد الطوارئ الأقصى في 32-SDMS-09.
- مقارنة 25 kA لمدة 1 s بمواصفة تطلب 3 s. المكافئ الحراري 14.4 kA فقط لمدة 3 s، لا 25 kA؛ ويكشفه حساب I² × t في الجدول أعلاه.
- حساب القصر بمحوّل واحد فقط. في المثال يعطي محوّل واحد 8.37 kA، لكن الربط اللحظي مع المحركات يرفعه إلى 18.0 kA؛ ويكشفه فحص كل حالات التشغيل في دراسة القصر.
- الاكتفاء بمستوى العزل المعياري. فئة 17.5 kV في IEC تعني 95 / 38 kV، بينما يطلب جدول بيانات RMU لدى SEC 110 / 45 kV؛ وتكشفه مطابقة جدول البيانات بندًا ببند.
- تيار مقنّن عند 40 °C في موقع 55 °C. قضبان 1250 A على الورق قد تحتاج تخفيضًا؛ ويكشفه طلب اختبار ارتفاع الحرارة أو حساب التخفيض عند الحرارة المعلنة.
- نسيان الذروة على 50 Hz. نقل 65 kA من جدول سعودي إلى مشروع إماراتي دون مراجعة؛ ويكشفه ربط قيمة الذروة بالتردد في جدول البيانات.
قائمة ما يجب تحديده في طلب عرض سعر خلايا الجهد المتوسط
- الشبكة: الجهد الاسمي (13.8 أو 33 أو 11 kV) والجهد الأقصى من جدول المرفق، والتردد (60 أو 50 Hz)، وطريقة تأريض المحايد.
- الجهد المقنّن ومستوى العزل: Ur (12 أو 17.5 أو 24 أو 36 kV)، وجهد الصدمة والتردد الصناعي كما في جدول بيانات المرفق لا الكتالوج.
- التيارات: تيار القضبان الرئيسية والمدخل وقاطع الربط وكل مغذٍّ، من القيم 630 / 1250 / 2000 A، مع حرارة الموقع التي تُعرَّف عندها.
- تيار القصر: Isc بوحدة kA ومدته (1 أو 3 s) وتيار الذروة، من دراسة القصر لكل حالات التشغيل.
- البنية: metal-clad بقواطع قابلة للسحب أو GIS أو خلايا مفاتيح قطع حمل، وفئة استمرارية الخدمة (LSC2A أو LSC2B)، وتصنيف IAC وقيمته ومدته.
- الحماية والتحكم: نوع المرحّلات وعلامتها التجارية، ومحوّلات التيار والجهد، والربط وفق IEC 61850 أو بنظام SCADA، وجهد التحكم المستمر.
- الظروف البيئية: الحرارة القصوى، والغبار، والقرب من الساحل، ودرجة الحماية IP4X أو أعلى.
- الاختبارات والمستندات: اختبارات النوع والاختبارات الروتينية وفق IEC 62271-200 وIEC 62271-100، واختبار القبول في المصنع، والمطابقة بندًا ببند مع مواصفة المرفق.
دور Entogo
Entogo Inc. شركة كندية مقرّها تورنتو، وتُصنَّع مجموعة منتجاتها الأساسية في مصنعها الخاص في الصين، ويُؤكَّد المصنّع وبلد المنشأ والنطاق الفني والشهادات لكل طلب. وخلايا الجهد المتوسط في نسخة الخليج مصمّمة وفق IEC 62271-200 مع IEC 62271-100 للقواطع أو IEC 62271-103 وIEC 62271-105 لمفاتيح قطع الحمل، وتُصمَّم كل وحدة لتردد واحد 50 أو 60 Hz، بقيم نموذجية تُضبط وفق مواصفة المشروع أو المرفق. أما اختبارات النوع المطلوبة واعتماد المرفق ومطابقة سابر فتُحدَّد عند الطلب لكل مشروع في العرض، ولا تُفترض مسبقًا.
مدة التصنيع نحو 12 أسبوعًا لمعدات IEC/CE المصنّعة لأسواق التصدير، ومنها دول الخليج، والضمان 36 شهرًا على الأقل وتُؤكَّد مدته لكل منتج في العقد. للاطلاع على الخيارات راجع خلايا الجهد المتوسط بمفاتيح قطع الحمل وفئة لوحات وخلايا التوزيع، وأرسل مخطط الخط الواحد ودراسة القصر عبر صفحة التواصل؛ ويأتي الرد خلال يوم عمل واحد.
الخلاصة
خلايا الجهد المتوسط لشبكة 13.8 kV في السعودية تُحدَّد بثلاثة أرقام قبل أي حديث عن السعر: فئة 17.5 أو 24 kV لأن جهد الطوارئ الأقصى في جدول SEC 15.2 kV، وتيار قضبان من 630 / 1250 / 2000 A محسوب عند حرارة الموقع لا عند 40 °C، وتيار قصر من دراسة الشبكة يُقارن بالمدة نفسها؛ وفي المثال أعطى محوّلان 20 MVA مع المحركات 18.0 kA، فاختير 25 kA لمدة 1 s وذروة 65 kA. ومن ينقل المواصفة إلى شبكة 11 kV بتردد 50 Hz في الإمارات أو قطر يراجع الفئة والذروة ومواصفة المرفق من جديد.
