1. معنى موصلات التيار المستمر ذات الجهد العالي
موصل التيار المستمر ذو الجهد العالي هو جهاز تبديل كهرومغناطيسي أو صلب يمكنه التحكم في التيار في بيئة تيار مستمر ذات جهد عالي. يمكنه تشغيل وإيقاف دوائر التيار المستمر عالية الطاقة، ويمكنه تشغيل وإيقاف الدوائر الرئيسية ودوائر التحكم ذات السعة الكبيرة بشكل متكرر، وعادة ما يتميز بخصائص تحمل الجهد العالي، وقدرة كسر عالية واستهلاك طاقة منخفض. يقوم بتشغيل وإغلاق الاتصالات من خلال القوة الكهرومغناطيسية أو الطرق الهوائية أو الهيدروليكية، مما يحقق وظائف التحكم والحماية للدائرة
2. خصائص موصلات التيار المستمر ذات الجهد العالي
قدرة الجهد العالي: يمكنه التكيف مع فولتية التيار المستمر 400 فولت، 750 فولت، 1000 فولت، 1500 فولت أو حتى أعلى. أداء عزل ممتاز، يمكنه تحمل صدمات الجهد العالي ومنع تلف الانهيار.
قدرة كسر عالية: يمكنه قطع تيار التيار المستمر ذو الجهد العالي بأمان لتجنب تمدد القوس أو تلف الدائرة. يستخدم تقنيات مثل إطفاء القوس بالنفخ المغناطيسي، وإطفاء القوس المحكم بالغاز، وإطفاء القوس بالفراغ لقمع مدة القوس بفعالية ومنع تآكل الاتصالات.
استهلاك طاقة منخفض: تستخدم موصلات التيار المستمر التي تستخدم تقنية الاحتفاظ المغناطيسي استهلاك طاقة منخفض في حالة الإغلاق. لا حاجة لتزويد الطاقة المستمر بعد التبديل بين حالات التشغيل والإيقاف، مما يوفر الطاقة ويحمي البيئة. استهلاك طاقة منخفض للملفات، تقليل توليد الحرارة، وتحسين كفاءة النظام.
تقنية إدارة القوس: نظرًا لأن التيار المستمر لا يحتوي على نقطة صفر، فإن الأقواس تتولد بسهولة. عادة ما تستخدم الموصلات تقنية إطفاء القوس المحكم أو إطفاء القوس بالنفخ المغناطيسي لتحسين السلامة.
عمر طويل: يمكن أن تدعم الموصلات الكهربائية عالية الجودة في التيار المستمر مئات الآلاف من الأعمار الميكانيكية، ويمكن أن تصل الأعمار الكهربائية إلى عشرات الآلاف من المرات، وهي مناسبة لسيناريوهات التشغيل والإيقاف المتكرر. يتم استخدام مواد اتصال من سبيكة الفضة عالية الأداء لتحسين مقاومة القوس وتقليل تآكل الاتصال.
تصميم مصغر: حجم صغير ووزن خفيف، عادة ما تكون موصلات التيار المستمر أكثر جمعًا من المرحلات التقليدية أو قواطع الدائرة، وهي مناسبة لأنظمة الطاقة عالية الكثافة. تصميم التغليف مقاوم للغبار والرطوبة، مناسب للبيئات القاسية.
3. تطبيق موصلات التيار المستمر ذات الجهد العالي
تُستخدم موصلات التيار المستمر ذات الجهد العالي على نطاق واسع في مجالات الطاقة الجديدة والتحكم الصناعي، بما في ذلك:
مجال الطاقة الجديدة
المركبات الكهربائية: في نظام الطاقة للمركبات الكهربائية، تُستخدم موصلات التيار المستمر ذات الجهد العالي لربط وفصل الدائرة ذات الجهد العالي بين بطارية الطاقة ووحدة التحكم في المحرك.
عند بدء تشغيل المركبة، يغلق الموصل، مما يسمح للبطارية بتوفير الطاقة للمحرك؛ وعند شحن المركبة أو حدوث فشل أو الحاجة إلى فصل النظام ذو الجهد العالي، يقوم الموصل بفصل الدائرة لضمان سلامة الأفراد والمركبة.
على سبيل المثال، يتم تجهيز المركبات الكهربائية مثل تسلا موديل S بموصلات تيار مستمر عالية الأداء في أنظمتها ذات الجهد العالي لتحقيق التحكم الدقيق في نقل الطاقة.
محطة شحن سريع (شاحن تيار مستمر سريع): تُستخدم لإدارة التحكم في الطاقة والشحن والتفريغ في محطات الشحن السريع للتيار المستمر.
وحدة الشحن ونظام تحويل التيار المستمر إلى التيار المستمر: تُستخدم كمفتاح أمان في المحولات عالية الطاقة لضمان استقرار الشحن.
نظام تخزين الطاقة
نظام تخزين الطاقة بالبطاريات الليثيوم (BESS): تُستخدم لإدارة حزمة البطاريات، وحماية التيار الزائد والتحكم في الشحن والتفريغ في محطات تخزين الطاقة الكبيرة، وأنظمة تخزين الطاقة المنزلية (HESS)، وأنظمة تخزين الطاقة التجارية (C&I Storage).
نظام توليد الطاقة الشمسية الفوتوفولتيكية: في محطات الطاقة الشمسية الكبيرة، يجب تجميع الطاقة المستمرة التي تولدها وحدات الفوتوفولتيك المتعددة ونقلها. يمكن استخدام قواطع التيار المستمر ذات الجهد العالي لربط وعزل مصفوفات الفوتوفولتيك المختلفة أو صناديق التجميع المستمرة لتسهيل صيانة النظام وإصلاحه واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. في الوقت نفسه، يمكنها أيضًا قطع الدائرة بسرعة وحماية المعدات عندما يكون النظام غير طبيعي.
على سبيل المثال، تستخدم محطات الطاقة الفوتوفولتيكية المركزية الكبيرة التي تم بناؤها في المناطق الصحراوية قواطع التيار المستمر ذات الجهد العالي لضمان التشغيل المستقر والموثوق لنظام توليد الطاقة بأكمله.
نظام تخزين طاقة الرياح: عنصر تبديل رئيسي في نظام شبكة التيار المستمر لطاقة الرياح.
المجال الصناعي
نظام تزويد الطاقة لفرن القوس الكهربائي
في فرن القوس الكهربائي في صناعة المعادن، يجب نقل التيار المستمر ذو الجهد العالي إلى الأقطاب لتوليد قوس لصهر المواد الخام مثل خام الحديد. كعنصر حيوي في نظام تزويد الطاقة، يمكن لقاطع التيار المستمر ذو الجهد العالي التحكم بشكل موثوق في تشغيل وإيقاف التيار، مما يلبي متطلبات الطاقة لفرن القوس الكهربائي في مراحل الصهر المختلفة. كما يمكنه قطع الدائرة بسرعة في حالة حدوث أعطال مثل الدوائر القصيرة، مما يمنع تلف المعدات ووقوع حوادث السلامة.
نظام الطاقة غير المنقطعة (UPS)
في بعض عمليات الإنتاج الصناعي التي تتطلب موثوقية عالية في تزويد الطاقة، مثل تصنيع أشباه الموصلات والإنتاج الكيميائي، يلعب نظام الطاقة غير المنقطعة دورًا حيويًا. عندما يتم انقطاع الطاقة من المرافق، يحتاج UPS إلى التحويل بسرعة إلى وضع تزويد الطاقة من البطارية. في هذا الوقت، يتم استخدام قاطع التيار المستمر ذو الجهد العالي لتحقيق اتصال موثوق بين البطارية والعاكس، مما يضمن أن الحمل يمكنه الحصول على تزويد طاقة مستقر بشكل مستمر.
مجال النقل
أنظمة الفوتوفولتيك والعاكس
صندوق تجميع الفوتوفولتيك المستمر (PV Combiner Box): يتم استخدامها لإدارة دائرة التيار المستمر بين وحدات الفوتوفولتيك والعاكس.
العاكس DC-AC: كقاطع أمان لإدخال التيار المستمر ذو الجهد العالي، يضمن استقرار النظام عند التحويل بين وضع الاتصال بالشبكة ووضع عدم الاتصال بالشبكة.
النقل بالسكك الحديدية
في أنظمة النقل بالسكك الحديدية الحضرية مثل المترو والسكك الحديدية الخفيفة، تتبنى الأنظمة الكهربائية ذات الجهد العالي للمركبات عادة وضع تزويد الطاقة المستمر. يتم استخدام قواطع التيار المستمر ذات الجهد العالي للتحكم في الاتصال بين البانتوجراف للمركبة ونظام خط الاتصال العلوي، ولعزل الدائرة ذات الجهد العالي أثناء فحص وصيانة المركبة، مما يضمن سلامة الموظفين. على سبيل المثال، في بعض أنظمة المترو التي تستخدم تزويد الطاقة بالسكك الثالثة، تلعب قواطع التيار المستمر ذات الجهد العالي دورًا مهمًا في التشغيل العادي وضمان سلامة القطارات.
نظام استعادة طاقة الكبح المتجدد: يتم إدارة استعادة الطاقة وتحسين معدل استخدام شبكة الطاقة.
تلعب قواطع التيار المستمر ذات الجهد العالي دورًا رئيسيًا في مجالات الطاقة الجديدة والتحكم الصناعي. إن تحملها العالي للجهد، وقدرتها العالية على القطع، وعمرها الطويل يجعلها خيارًا مثاليًا لمجموعة متنوعة من سيناريوهات التطبيق. ومع تطور التكنولوجيا وزيادة الطلب، ستصبح آفاق تطبيقها أكثر اتساعًا.
