عندما كانت منشأة هايبر سكيل في شمال فيرجينيا تبني موقعها الجديد بقدرة 100 ميغاوات، لم يكن نظام توزيع الطاقة لديها فكرة ثانوية. كان العنصر الأكثر تكلفة في قائمة المشروع الرأسمالي، وتأخر لفترة طويلة في الشراء، وكان النظام الذي يسمح بأقل تحمل للعيوب. شمل التصميم خدمة أولية بجهد 34.5 كيلوفولت، تم تحويلها إلى 480 فولت و208 فولت عند الرف، بالإضافة إلى التغذيات الاحتياطية A/B لكل خزانة، وحسابات طاقة الحوادث الناتجة عن قوس كهربائي لكل قضيب، ونظام SCADA مع مراقبة التيار، والجهد، ودرجة الحرارة، والتفريغ الجزئي لكل قاطع دائرة من لوحة المفاتيح الرئيسية إلى وحدات التفرع. إذا كان هناك خطأ في قضيب واحد أو قاطع مع تصنيف كسر خاطئ، فإن الشهادة الكاملة لوقت التشغيل لمركز البيانات ستكون في خطر.
ملخص النظام: نظام توزيع الطاقة على نطاق المؤسسات المصنف من بين الأفضل هو نظام شامل من أجهزة المفاتيح، ولوحات المفاتيح، ولوحات التحكم، والمحولات، وقواطع الدائرة، وطريق الحافلات، ومعدات مراقبة الطاقة التي تنقل الطاقة من نقطة خدمة المرافق إلى جميع الأحمال في المؤسسة. تشمل الخصائص الرئيسية لمثل هذا النظام التنسيق الانتقائي (سيتم إزالة العطل عند النقطة الثابتة بواسطة أقرب جهاز صاعد دون تأثير على أجزاء أخرى من النظام)، وقابلية التوسع والتوسع (يمكن للنظام استيعاب نمو الحمل دون الحاجة إلى إعادة التصميم)، وشفافية الطاقة (يتم مراقبة كمية الطاقة المستخدمة بواسطة كل جهاز كهربائي باستمرار ويمكن تتبعها)، وقابلية الصيانة (لا يحتاج المرء إلى إيقاف النظام بالكامل لإصلاح واستبدال المكونات). أكبر منتجي معدات توزيع الطاقة في العالم، مثل Schneider Electric وSiemens وABB وEaton وHUYU، ينتجون حزم متكاملة من المفاتيح ذات الجهد المتوسط إلى قواطع الدائرة ذات الجهد المنخفض والمحطات مع أدوات الاتصال والبرمجيات لحل العديد من الأسئلة المتعلقة بالنظام.
هيكل نظام توزيع الطاقة الكهربائية للمؤسسات
ال نظام توزيع الطاقة الكهربائية على مستوى المؤسسات مرتبة في طبقات معينة، كل طبقة لها مستوى جهد محدد، وأجهزتها الخاصة وأجهزتها. الهيكل العام هرمي: يتم تغذية الطاقة إلى المنشأة عند مدخل الخدمة، غالبًا عند جهد متوسط (4,160 فولت إلى 34,500 فولت في أمريكا الشمالية؛ 3,300 فولت إلى 33,000 فولت في أسواق أخرى)، يمر عبر عدة مراحل من التحويل ويتم توزيعه على المستخدمين النهائيين عند مستوى جهد الاستخدام (480 فولت لمحركات التحريض والمراوح؛ 208 فولت أو 120 فولت للإضاءة، والمقابس وأجهزة الكمبيوتر في أمريكا الشمالية؛ 400 فولت و230 فولت لأسواق IEC). العناصر الرئيسية المستخدمة في كل مرحلة موضحة في الجدول أدناه.
| مستوى التوزيع | الجهد النموذجي | المعدات الرئيسية | الأجهزة الواقية |
|---|---|---|---|
| مدخل الخدمة ولوحة المفاتيح الرئيسية | جهد متوسط (4,160 فولت–34,500 فولت) | مفاتيح جهد متوسط، محولات الخدمة، مفاتيح الفصل الرئيسية، معدات القياس | قواطع الدائرة MV (فراغ، SF₆)، المرحلات الواقية، واقيات الصواعق |
| التوزيع الأولي | 480 فولت (أمريكا الشمالية) أو 400 فولت (IEC) ثلاثي الطور | معدات التوزيع منخفضة الجهد، لوحات المفاتيح، طرق الحافلات، لوحات توزيع الطاقة | قواطع الدائرة ذات الحالة المصبوبة (MCCBs)، قواطع الدائرة الهوائية (ACBs)، مرحلات حماية الأعطال الأرضية |
| التوزيع الثانوي والدورات الفرعية | 208 فولت / 120 فولت (أمريكا الشمالية) أو 230 فولت (IEC) | لوحات التحكم، مراكز الحمل، مراكز التحكم بالمحركات (MCCs)، لوحات التحكم في الإضاءة | قواطع الدائرة المصغرة (MCBs)، RCBOs، قواطع AFCI/GFCI، أجهزة حماية الصواعق |
| الأحمال النهائية ومعدات الاستخدام | 120 فولت، 208 فولت، 240 فولت، 480 فولت | المقابس، المفاتيح، مفاتيح فصل المحرك، نقاط توصيل المعدات | مقابس GFCI، مفاتيح فصل مزودة بالفيوز، حماية الحمل الزائد المحلي للمحرك |
مبادئ التصميم الحرجة: ما الذي يميز نظامًا عالي التصنيف عن نظام كافٍ
أنظمة توزيع الطاقة الأعلى تصنيفًا في الأعمال ليست مجرد مجموعة من المعدات التي تلبي متطلبات الكود اللازمة. تم تصميم هذه الأنظمة منذ البداية لتلبية مجموعة من معايير الأداء والتشغيل التي تتجاوز متطلبات السلامة. تشمل بعض المعايير الأكثر أهمية التنسيق الانتقائي (مما يعني أن اختيار وإعدادات أجهزة الحماية في خط التوزيع بالكامل، من القاطع الرئيسي إلى MCBs، موجهة بطريقة تجعل عند حدوث عطل في أي قسم، يتم القضاء على العطل بواسطة أقرب جهاز في الاتجاه العلوي فقط ولن تتأثر الإضاءة في الأقسام الأخرى؛ التنسيق الانتقائي بين أنظمة الجهد المختلفة يعني إجراء تحليل شامل للتنسيق الزمني-التيار وهذا ما يميز بين نظام عالي التصنيف ونظام الحد الأدنى من الكود)، القابلية للتوسع والتوسع (تم تصميم النظام لزيادة الحمل المتوقع على مدى فترة من 10-20 عامًا في المستقبل؛ لهذا السبب أثناء تحديد تصنيفات حافلات المفاتيح، سعات المحولات، وفتحات لوحات التحكم يتم تعيين هامش إضافي يبلغ حوالي 20-30% فوق القيم الأولية المقدرة مما يسمح بإضافة دوائر دون تغيير المعدات الحرجة)، الشفافية وتقارير الطاقة (كقاعدة عامة، يتم تتبع جميع الدوائر المهمة في نظام المؤسسة الحديثة من المفاتيح إلى لوحة التحكم، وحتى إلى كل دائرة فردية، بمساعدة نظام مراقبة الطاقة الذي يسمح باستقبال لوحات المعلومات في الوقت الحقيقي وإجراء تحليل الاتجاهات لاستهلاك الطاقة)، بالإضافة إلى القابلية للصيانة واستمرارية الخدمة (يمكن إخراج المكونات الأساسية للنظام من الخدمة للإصلاح دون إيقاف النظام بالكامل؛ تصميمات القواطع القابلة للسحب، معدات المفاتيح ذات الحافلتين، ومفتاح العزل المتجاوز تمكن فريق الصيانة من إجراء الإصلاحات دون انقطاع في إمدادات الطاقة).
كيفية اختيار نظام التوزيع المناسب لصناعتك وبيئتك
احتياجات توزيع الكهرباء لمركز البيانات كبيرة مقارنة بمتطلبات منشأة إنتاج الأدوية، أو مبنى مكاتب مرتفع في السماء، أو تركيب الطاقة الشمسية. تصبح ممارسة تحديد موقع نظام توزيع الكهرباء حسب القطاع والموقع الفعلي خطوة تصميم ذات صلة.
| نوع الصناعة / المنشأة | متطلبات التوزيع الأساسية | هيكل النظام النموذجي | اعتبارات المعدات الرئيسية |
|---|---|---|---|
| مراكز البيانات ومنشآت التشارك | وقت تشغيل مستمر - لا يمكن لنقطة فشل واحدة أن تعطل الطاقة عن الحمل IT. مسارات طاقة A/B احتياطية من خدمة المرافق إلى الرف، مع تحويل تلقائي للطاقة وتوليد احتياطي في الموقع. | هيكل مزدوج الحافلات، مزدوج الكابلات. تكرار 2N أو 2(N+1). خدمة أولية MV، محولات LV موزعة بالقرب من الحمل IT. حافلة لتوصيل الطاقة بشكل مرن وقابل لإعادة التكوين إلى رفوف الخوادم. | قواطع ACBs وMCCBs قابلة للسحب للصيانة دون إيقاف التشغيل. حافلة عالية المقاومة لتحديد تيار العطل. مراقبة الطاقة المتكاملة وقياس الدوائر الفرعية لتقارير الطاقة وتخطيط السعة. |
| المصانع الصناعية الثقيلة والتصنيع | أحمال محركات عالية التيار، تيار عطل متاح مرتفع، وبيئات قاسية (غبار، رطوبة، اهتزاز، مواد كيميائية). يجب أن يتحمل نظام التوزيع هذه الظروف ويحمي كل من المعدات والمشغلين. | توزيع أولي MV إلى وحدات محطات التحميل القريبة من الأحمال الرئيسية. معدات تبديل LV وMCCs للتحكم في المحركات. حافلة لتوزيع عالي التيار ومرن على طول خطوط الإنتاج. | معدات تبديل مصنفة ضد وميض القوس مع سحب عن بُعد لسلامة المشغل. MCCBs وACBs بسعة قطع عالية (65 kAIC وما فوق). صناديق مقاومة للتآكل (NEMA 4X أو IP65) للبيئات الرطبة أو الكيميائية. |
| المباني التجارية العالية والمختلطة الاستخدام | كفاءة المساحة، أداء الطاقة، والتكامل مع أتمتة المباني. يجب أن تناسب معدات التوزيع في خزائن كهربائية مخصصة في كل طابق، ويجب أن تتواصل مع نظام إدارة المباني لمراقبة الطاقة، استجابة الطلب، وتنبيه الأعطال. | خدمة أولية MV، مخفضة إلى 480 فولت عند لوحة التبديل الرئيسية، موزعة عمودياً عبر حافلة صاعدة. محولات 480 فولت إلى 208/120 فولت في كل طابق، تغذي لوحات كهربائية في خزائن كهربائية. لوحات تحكم الإضاءة متكاملة مع نظام أتمتة المباني. | لوحات كهربائية وصناديق تبديل مدمجة وعالية الكثافة مع قياس مدمج. حماية دوائر فرعية AFCI وGFCI وفقًا لمتطلبات NEC. قواطع ومقاييس قادرة على التواصل تدعم BACnet وModbus أو OPC UA للتكامل مع نظام إدارة المباني. |
| أنظمة الطاقة المتجددة وأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) | توزيع التيار المستمر والتيار المتردد داخل نفس المنشأة. يجب أن يتعامل النظام مع تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه من العاكسات، ويجب أن يحمي كل من الدوائر المستمرة (سلاسل الطاقة الشمسية، رفوف البطاريات) والدوائر المترددة (مخرجات العاكس، الربط بالشبكة) بأجهزة مصنفة لنوع التيار المحدد والجهد. | صناديق تجميع التيار المستمر لتجميع سلاسل الطاقة الشمسية. معدات تبديل التيار المستمر وقواطع الدائرة الكهربائية للتيار المستمر لحماية رفوف البطاريات. عاكسات مركزية أو عاكسات سلسلة تغذي معدات تبديل التيار المتردد عند 480 فولت أو جهد متوسط. الفصل بين التيار المتردد والتيار المستمر ووضع علامات واضحة في جميع الأنحاء. | قواطع الدائرة المصنفة للتيار المستمر (MCBs و MCCBs) مع تصنيف الجهد المناسب (600 فولت تيار مستمر إلى 1,500 فولت تيار مستمر) وسعة الفصل لقوس التيار المستمر. قواطع التيار المستمر غير القطبية لتسهيل التركيب. قواطع التيار المتردد على جانب خرج العاكس. نطاق قواطع التيار المستمر من HUYU، بما في ذلك HUB9NEZ‑80 قاطع دائرة DC, ، مصمم خصيصًا لهذه التطبيقات. |
الشركات الرائدة في تصنيع معدات توزيع الكهرباء للمؤسسات
يتم التعامل مع سوق أجهزة توزيع الكهرباء للمؤسسات على مستوى العالم من قبل عدد قليل من الشركات الدولية التي تصنع معدات لمجموعة كاملة من الفولتية والتيارات – من مفاتيح الجهد المتوسط إلى لوحات الجهد المنخفض، بالإضافة إلى قواطع الدائرة. بعض الشركات المصنعة تُصنف دائمًا من بين الأفضل في تصميم وإنتاج وخدمة أنظمة توزيع الكهرباء للمؤسسات.
شنايدر إلكتريك (فرنسا) هي من بين أكبر منتجي معدات توزيع الكهرباء في العالم. لديها مجموعة واسعة من منتجات مفاتيح الجهد المتوسط، مفاتيح ولوحات الجهد المنخفض، لوحات التوزيع، مسارات التوصيل، وقواطع الدائرة. تدير الشركة عدة علامات تجارية، بما في ذلك Square D و Masterpact. تضيف منصة EcoStruxure بعدًا جديدًا لمنتجاتهم، مما يسهل دمج مراقبة الطاقة، إدارة الطاقة، بالإضافة إلى أتمتة المباني في نظام التوزيع بأكمله. تكمن قوة Schneider في انتشارها العالمي، ونظامها المتكامل من البرمجيات والأجهزة، وقاعدة واسعة من التركيبات في المباني التجارية، مراكز البيانات، والمصانع الصناعية. استراتيجية التسعير لشركة Schneider تتراوح بين المتوسط إلى المرتفع.
سيمنز (ألمانيا) الشركة رائدة عالميًا في البنية التحتية الكهربائية. لديها منتجات متنوعة تشمل مفاتيح الجهد المتوسط المعزولة بالغاز والهواء، مفاتيح ولوحات الجهد المنخفض، مسارات التوصيل، وسلسلة Sentron من قواطع الدائرة المصبوبة والصغيرة. تمتلك الشركة خلفية قوية في الهندسة، الأتمتة المتكاملة وتوزيع الطاقة (TIA Portal في مراقبة الطاقة SENTRON)، وحضور قوي في التطبيقات الصناعية، مراكز البيانات، والمرافق. موقع الشركة السعري هو مرتفع.
ABB (سويسرا/السويد) رائدة عالمية في الكهربة والأتمتة، وهي مزود لمعدات التوزيع التي تشمل مفاتيح الجهد العالي، مفاتيح الجهد المنخفض (MNS و System pro E power)، اللوحات وسلسلة قواطع الدائرة Emax 2 و Formula. من بين نقاط القوة الأخرى، لدى ABB تكامل رقمي متقدم. تقدم حل ABB Ability مراقبة استهلاك الطاقة الكهربائية عبر السحابة وتتنبأ باحتياجات الصيانة.
إيتون (أيرلندا/الولايات المتحدة الأمريكية) هي منتج مهم في أمريكا الشمالية وعلى مستوى العالم لمعدات توزيع الكهرباء، مع منتجات مثل مفاتيح الجهد المتوسط، مفاتيح ولوحات الجهد المنخفض، لوحات التوزيع، مسارات التوصيل، ومجموعة كاملة من قواطع الدائرة المصبوبة والصغيرة تحت علامتي Cutler Hammer و Eaton. تكمن قوة Eaton في شبكتها الكبيرة للتصنيع والتوزيع في أمريكا الشمالية، خبرتها الواسعة في أسواق المباني التجارية والصناعية، وأسعارها التنافسية المتوسطة.
HUYU (الصين) هي شركة مصنعة لمعدات الحماية والتوزيع الكهربائية منخفضة الجهد. تشمل مجموعة المنتجات قواطع الدائرة المصغرة (MCBs)، قواطع الدائرة ذات الغلاف المصبوب (MCCBs)، أجهزة التيار المتبقي (RCDs و RCBOs)، قواطع التيار المستمر (DC) المصنفة للطاقة الشمسية وتخزين البطاريات، أجهزة حماية من الارتفاع المفاجئ، ومفاتيح النقل التلقائي. كما تتعاون HUYU مع Eaton في مشروعهما لدمج الخبرة الهندسية العالمية وإدارة الجودة مع التصنيع الاقتصادي والموجه نحو الجودة. بالنسبة لعملاء المؤسسات مثل باني اللوحات، الموزعين، أو مديري المنشآت، تقدم HUYU أجهزة محمية مختبرة ومعتمدة بأسعار متوسطة مع الحفاظ على أسرع أوقات التسليم والدعم الهندسي المستمر. في نظام التوزيع بأي حجم، تُعد المنظمات والواقيات التي تملأ اللوحات مكونات أساسية يجب أن تعمل بشكل صحيح، ويتم تصنيع منتجات HUYU وفقًا لذلك لتكون معتمدة من UL و TUV و CE. للحصول على نظرة مفصلة على الشهادات التي يجب أن يحملها كل قاطع في نظام المؤسسة، مقالنا عن ما هي قواطع UL 489 يشرح إطار الاختبار والقوائم.
الأسئلة الشائعة
من هم كبار موزعي الكهرباء في الولايات المتحدة؟
في الولايات المتحدة، تعد Sonepar (التي تشمل Hagemeyer و OneSource)، WESCO (مع Anixter)، Graybar، Rexel (التي تشمل Gexpro)، و CED (الموزعون الكهربائيون الموحدون) من بين كبار تجار الجملة الكهربائيين من حيث الإيرادات وتغطية شبكة التوزيع. هؤلاء الموزعون الكهربائيون لا يصنعون معدات التوزيع بل هم موردون، يقومون بتوصيل المعدات المصنعة من قبل موزعين مثل Schneider Electric و Siemens و Eaton و ABB إلى المستخدمين النهائيين، وموردي الأنظمة، ومهندسي الصيانة.
أي شركة db box هي الأفضل؟
يعتمد اختيار مصنع لوحة التوزيع (db box) على التطبيق والمعايير المحلية والشهادات المطلوبة. من بين كبار المصنعين في هذا المجال Hager و Schneider Electric و Legrand في المملكة المتحدة وأسواق IEC، و Eaton و Siemens و Schneider Electric (Square D) في أمريكا الشمالية. تقدم HUYU لوحات توزيع وأجهزة أمان معتمدة وبأسعار تنافسية لسوق IEC، إلى جانب الوثائق اللازمة للتركيب المهني.
ما هي الأنواع الأربعة لأنظمة التوزيع؟
وفقًا للمعيار الدولي IEC 60364، الذي تم قبوله في العديد من البلدان، هناك أربع فئات أساسية لأنظمة التوزيع الكهربائية، كما هو معرف بترتيبات التأريض. الأولى تسمى TN-S (التأريض باستخدام موصلات محايدة وحماية منفصلة). الثانية هي TN-C-S (التأريض باستخدام المحايد في نظام التوزيع وفصل الاثنين عند مدخل الخدمة). الثالثة هي نظام TT (تأريض المصدر مع تركيب قطب تأريض مستقل خاص به). وأخيرًا، الفئة الرابعة هي نظام IT (تأريض المصدر عن طريق العزل عن الأرض، أو الاتصال بمقاومة عالية بها). يحدد اختيار نظام التأريض نوع أجهزة الحماية المطلوبة وأقصى مقاومة لحلقة خطأ الأرض التي يجب تلبيتها. دليلنا حول أنظمة إمداد الطاقة شرح يغطي كل نوع بالتفصيل.
من هو أكبر موزع كهربائي في العالم؟
سونبار، شركة فرنسية خاصة، هي أكبر موزع كهربائي في العالم من حيث الإيرادات، مع عمليات في أكثر من 40 دولة ومبيعات سنوية تتجاوز 30 مليار يورو. WESCO (بما في ذلك Anixter) وRexel هما التاليان من حيث الحجم، مع وجود عالمي كبير في أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا والمحيط الهادئ. هؤلاء الموزعون لا يصنعون المعدات؛ بل هم مزودو الخدمات اللوجستية والمخزون والخدمات التي تربط المصنعين بالمستخدمين النهائيين الذين يركبون ويصونون المعدات.
المراجع
- Schneider Electric — حلول توزيع الكهرباء للمؤسسات. مصنع لمفاتيح الجهد المتوسط والمنخفض، ولوحات التوزيع، ولوحات التحكم، ومسارات الحافلات، وقواطع الدائرة الكهربائية مع برامج مراقبة الطاقة وإدارة الطاقة المتكاملة.
- Siemens — توزيع الكهرباء ومراقبة الطاقة. مصنع لمفاتيح الجهد المتوسط والمنخفض، وقواطع الدائرة Sentron، ومنصة مراقبة الطاقة SENTRON.
- ABB — حلول الكهربة والتوزيع. مصنع لمفاتيح الجهد المتوسط، ومفاتيح الجهد المنخفض (MNS)، وقواطع الدائرة الهوائية Emax 2، ومنصة مراقبة الطاقة ABB Ability.
- Eaton — معدات توزيع الكهرباء للتطبيقات التجارية والصناعية. مصنع لمفاتيح الجهد المتوسط والمنخفض، ولوحات التوزيع، ومسارات الحافلات، وقواطع الدائرة ذات الغلاف المصبوب للأسواق الأمريكية الشمالية والعالمية.
أنظمة توزيع الكهرباء الأعلى تصنيفًا لعمليات المؤسسات واسعة النطاق لا تُعرف بعلامة تجارية واحدة أو مكون واحد، بل بالهيكلية التي تدمج تلك المكونات في نظام منسق وقابل للتوسع وشفاف. نظام منسق انتقائيًا، بحيث لا يؤدي خطأ في دائرة فرعية إلى إظلام مبنى بأكمله. نظام مزود بأجهزة قياس، بحيث يُعرف ويُدار استهلاك الطاقة لكل دائرة. نظام قابل للصيانة، بحيث يمكن صيانة المكونات الحرجة دون إيقاف تشغيل المنشأة. ونظام مبني على أجهزة حماية معتمدة ومختبرة وموثقة — القواطع، أجهزة التيار المتبقي (RCDs)، أجهزة حماية من الارتفاع المفاجئ — التي ستفصل عند الضرورة وتثبت عند الحاجة، لعقود من الخدمة الموثوقة. تصنع HUYU تلك الأجهزة الواقية لأنظمة المؤسسات التي تزود مراكز البيانات والمصانع والمستشفيات ومنشآت الطاقة المتجددة في المستقبل.
