الدرس السابق:مكونات محطات الجهد العالي GIS
مقارنة بين المحطات الهوائية والغازية
المحطات الهوائية كما ذكرنا سابقا هي المحطات التي تستخدم الهواء كعازل بين الـ Phases المختلفة و كذلك أيضا بين الـ Phase و الأرضي ، ويستخدم الحديد المجلفن فى الإنشاءات لدعم المعدات والعوازل والخطوط الداخلة والخارجة للمحطة.
والشكل التالي يجمع عناصر المحطة الهوائية فى رسم توضيحى.
يوجد نوعان من المحطات الهوائية:
1- محطات خارجية Outdoor : و هي المحطات التي تكون مكشوفة في الهواء غير مغطاة.
2- محطات داخلية Indoor : تكون داخل مبنى مغطى و يستخدم هذا النوع من المحطات الهوائية في الأماكن شديدة التلوث و الأماكن الغير مستقرة مناخيا.
وبالتالى فليس معنى أنها هوائية أنها مبنية فى الهواء الطلق بل يمكن أن تبنى داخل مبنى وتظل تسمى هوائية طالما أن العزل بين أجزاءها هو الهواء كما فى الصورة :
كما أن المحطة قد تكون غازية لكنها فى الهواء الطلق بدون مبنى كما فى الصورة أسفله:
والمحطات المعزولة بالغاز (GIS) لا مثيل لها عندما يتعلق الأمر بمساحة الإشغال والاعتمادية والكفاءة والسلامة. فتصميم محطة الـ GIS يكون أصغر بنسبة تصل إلى أكثر من 80 % من إجمالى مساحة المحطات التقليدية كما أنها تكون أقل حاجة للصيانة . يعتبر هذا النظام من أفضل الأنظمة في الشبكة من حيث التشغيل والصيانة وهو موجود بالمحطات ذات السعات العالية وكذلك أكثر محطات التوليد.
بل إن محطات الـ GIS يمكن إنشاؤها تحت الأرض كما فى المحطة التى أنشأتها ABB فى أسبانيا وتظهر فى الشكل التالى. والجميل أنه تم إنشاء حديقة عامة فوق المحطة ، والأجمل من ذلك تلك الفكرة العبقرية بأن أضافوا شلالات مائية فى المحطة والتى يبدو أنها لتجميل الحديقة والصحيح أن الغرض من هذه الشلالات الصناعية هو المساهمة فى عمليات التبريد بالمحطة ، كما أن صوت الماء في هذه الشلالات يغطى على صوت المراوح الموجودة أسفل الحديقة.
1.ميزات المحطات الهوائية:
o أعمال البناء المطلوبة لهذا النوع أقل نسبيا من محطات GIS وتكلفة تركيب الـ switchgear أقل.
o عمل توسعات فى هذا النوع من المحطات أسهل.
o الوقت اللازم لبناء المحطة أقل.
o جميع المعدات يمكن رؤيتها وبالتالى فاكتشاف الأعطال يكون أسهل.
2.عيوب المحطة الهوائية :
o تبنى على مساحات واسعة مقارنة بمحطات الـ (GIS) . فمن المعروف أن أقصى جهد يتحمله الهواء هو 30 kV/cm فى الضغط الجوى العادى ، وإذا ا زد الجهد عن هذه القيمة فإن عزل الهواء ينهار و يصبح موصلا. وبالتالى فإن المحطات الهوائية تحتاج إلى مساحات كبيرة حتى يمكن توفير قيمة العزل المطلوبة.
o ونتيجة للنقطة السابقة فإن بناء محطة هوائية أصبح معقدا في التخطيط و يتطلب الكثير من الوقت في التنفيذ مما يزيد من التكلفة الثابتة ، كما أن احتياجها للصيانة الدورية يجعل تكلفة التشغيل أيضا مرتفعة.
o محطات الـ AIS تعتبر أقل فى الاعتمادية من محطات GIS بسبب أنها معرضة أكثر للصواعق ، وبسبب أن الهواء رديئ كعازل ، فتغير درجة حرارة الهواء و مستوى الرطوبة والمطر وملوثات الهواء عوامل رئيسية تتسبب في انهيار العزل عند جهد أقل من الجهد الذي تمت عليه الحسابات .
3.ميزات محطات ال GIS :
o هذه المحطات آمنة وتتم عزل الأجزاء المكهربة باستخدام أغلفة معدنية مؤرضة ومن ثم فهناك
ثقة فى عزل كل الأجزاء التى يمر بها تيار كهربائى .
o والمحطات المعزولة بهذا الغاز تزيل المجال الكهربائي بالكامل لأن الأغلفة المعدنية بهذه المحطات تمنع ظهور المجال الكهربى خارجها ، وهذه فائدة حقيقية للقائمين بأعمال التركيبات Installers وموظفي التشغيل و الصيانة ، ومن يعِيشون على مقربة من تلك المحطات.
o تكلفة التشغيل قليلة.
o معدلات ووقت الصيانة أقل ، فهى تتطلب صيانة كل أربع سنوات بينما AIS تتطلب صيانة كل سنة أو سنتين ، كما أن مدة الصيانة نفسها فى محطات الـ AIS تكون أكبر ، فصيانة الـ AIS breaker وحده تأخذ حوالي 4 - 8 ساعات فى كل مرة للقاطع فقط.
o المحطة غير مقيدة بالموقع فمن الممكن أن تبنى المحطات فى الأماكن المفتوحة أو المغلقة فوق أو تحت الأرض بجانب البحار و المحيطات أو فوق المرتفعات أو فى مناطق الجليد أو الممطرة. أي أن استخدام هذا النوع من المحطات لا يتأثر بالظروف المناخية أو الموقع نظرا لأنها محكمة الغلق ولا يتأثر العزل بمثل هذه الظروف.
o سهلة التركيب (تستغرق وقتا أقل بنسبة 30 % من المحطات الهوائية).
o التوفير فى مساحة المحطة ، فمثلا عند جهد 400 كيلو فولت تكون مساحة محطة الـ AIS تقريبا تساوى = 236 * 199 م = 46765 م 2 ، أما فى محطات الـ GIS فتكون المساحة تقريبا تساوى 12 * 43 م = 522 م 2 فقط.
o والفرق بين النوعين من حيث المساحة المطلوبة للمحطة واضح من خلال الشكل التالي:
4ـ عيوب محطات الـ GIS
o التكلفة العالية مقارنة بالمحطات التقليدية .
o في حالات حدوث الخلل تكون الأضرار على نطاق واسع .
o تحديد الخلل و اكتشافه و تصليحه يستغرق وقتا كبير .
o ضغط الغاز يجب أن يكون مراقبا فى جميع مكونات المحطة فأي انخفاض في ضغط الغاز قد يؤدي إلى حدوث خلل قد يكون مدمرا
o غاز SF6 يسبب تآكل الأوزون و يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري .
5-مقارنة بين اقتصاديات المحطات
تكلفة المعدات فى محطات الـ GIS أعلى من نظيراتها فى المحطات التقليدية التى تستخدم عزل الهواء كما ذكرنا. و ترجع هذه الزيادة فى التكاليف إلى عدة عوامل لعل أبرزها وجود إطار معدنى. و مع ذلك فإن محطات العزل بالغاز هى أقل فى التكلفة من حيث التركيب. كما تمتلك محطات الغاز ميزة هامة تتمثل فى انخفاض تكلفة تنمية أو تأهيل الموقع. و هذه الميزة تزداد أهميتها كلما ازداد جهد المحطة لأنه فى المحطات التقليدية يكون كلمة "جهد أعلى" تعنى "مساحة أكبر " و بالتالى تكاليف أكثر لتأهيل هذه المساحة.
عند الجهود العالية كان متوقعا من محطات الـ GIS أن تكون أقل كلفة من التقليدية ، ولكن ما حدث أنه قد تم خفض تكلفة محطات الهواء بصورة كبيرة عن طريق التقدم التقنى و الصناعى (و خص وصا فى القواطع) و ذلك خلال الثلاثين سنة الماضية ، بينما لم تظهر أسعار مكونات الـ GIS أى انخفاض كبير خلال هذه الفترة ، وكانت تكلفة محطات الـ GIS أعلى من تكلفة الـ AIS بحوالي 10 % إلى 40 . %
غير أن الوضع قد بدأ بالتغير نسبيا فى وقتنا الحالى ، فإننا نشهد تناقصا فى كلفة الـ GIS نتيجة للتكامل بين أجزاء المحطات. كما أن ظهور نظم التحكم الرقمى و تزايد استخدامها فى محطات النقل أدى إلى طفرة ملحوظة فى محولات الجهد والتيار خفضت كثيرا من كلفتها. علاوة على أن تكلفة التركيب و تأهيل الموقع تنخفض تدريجيا فى محطات الـ GIS .
وحاليا هناك توجه جديد يسمى "تقنيات السويتش المختلطة" أو "محطات عزل الغاز الهجينة" و التى تستخدم قواطع ومفاتيح و محولات تيار و جهد معزولة بغاز الـ SF6 موصولة بباقى المعدات فى المحطة عن طريق موصلات معزولة بالهواء. هذا التطور الحديث ينبئ بحدوث طفرة فى أسعار الـ GIS مع التضحية باستخدام مساحات أكبر للمحطة.