وحدة الحلقة الرئيسية: حل مدمج لشبكات توزيع الطاقة في المناطق الحضرية

ما هي وحدة الحلقة الرئيسية؟ الوظيفة الأساسية في الشبكات الحلقية الحضرية

أ وحدة الحلقة الرئيسية (RMU) هي مجموعة مدمجة ومغلقة من معدات الفصل مصممة لشبكات توزيع الطاقة متوسطة الجهد (عادةً 6–24 كيلوفولت). وتُستخدم كنقطة تحكم عقدية في التكوينات الحلقية، مما يسمح بتدفق ثنائي الاتجاه للطاقة الكهربائية — وهو أمر بالغ الأهمية في الشبكات الحضرية حيث يؤثر انقطاع الإمداد على آلاف السكان والشركات.

البنية الوظيفية ومنطق التشغيل لوحدة الحلقة الرئيسية

تدمج وحدات RMU ثلاث مكونات أساسية:

• مفاتيح قطع الحمل لضوابط الدائرة الروتينية تحت الحمل
• مفاتيح فصل مزودة بفيوز لفصل أعطال المحولات خلال 10 ميلي ثانية
• قواطع الدائرة أو المرحلات الوقائية ، لحماية من زيادة التيار والدوائر القصيرة

تعمل منطقية التشغيل على طبقات بشكل أساسي. عندما يحدث خطأ مثل انخفاض في الجهد أو ارتفاع مفاجئ في التيار، يتم تنشيط النظام تلقائيًا لإصلاحه. خذ على سبيل المثال مشكلة في المحول. يتم عزل الجزء المعطل بواسطة فواصل خاصة، بينما تقوم مفاتيح أخرى بتوجيه الكهرباء عبر الأجزاء السليمة من الشبكة. وكل هذا يحدث بسرعة كبيرة جدًا، ما بين 100 و300 مللي ثانية. ما يجعل هذا التكوين ذا قيمة عالية هو أنه يمنع انتشار المشاكل في كامل الشبكة. بدلاً من السماح لمشكلة واحدة بأن تتسبب في أضرار أكبر في أماكن أخرى، فإن النظام يُصلح نفسه تلقائيًا بعد حدوث الضرر.

تمكين عزل الأعطاب، ونقل الحمولة، وإعادة تشكيل الشبكة بسلاسة

تعتمد الشبكات الحضرية على وحدات التوصيل الدائرية (RMUs) لتحقيق ازدواجية "N-1": فإذا فشل أحد المصادر، تقوم الوحدات المجاورة بنقل الحمل فورًا إلى مصادر احتياطية. في شبكة لندن الحضرية، خفضت هذه القدرة متوسط مدة الانقطاع بنسبة 73٪ (تقرير مرونة الشبكة 2023). وتشمل الفوائد التشغيلية الرئيسية ما يلي:

تسمح هذه القابلية لإعادة التهيئة للمشغلين بموازنة الأحمال ديناميكيًا — عن طريق تحويل الإمداد من المناطق التجارية إلى السكنية خلال المساء — مع الحفاظ على معدل تشغيل أعلى من 99.98٪ في مدن مثل سنغافورة.

مزايا التصميم المدمج للوحدات الدائرية الرئيسية في المدن محدودة المساحة

تُعالج وحدات التبديل المغلقة (RMUs) مشكلة نقص المساحة في المدن من خلال تقليل حجمها الفعلي بشكل كبير. حيث تجمع هذه الوحدات جميع المكونات الضرورية مثل حماية الدوائر، ووظائف التبديل، وأنظمة المراقبة في غلاف مدمج ومغلق بالكامل. والنتيجة؟ إنها تستهلك ما بين نصف إلى ثلاثة أرباع أقل من المساحة مقارنةً بتجهيزات المفاتيح التقليدية. مما يجعل تركيبها ممكنًا في الأماكن التي لا يمكن فيها استيعاب المعدات الكهربائية القياسية سابقًا. فكّر في تلك الأكشاك الصغيرة على الأرصفة، أو مناطق الخدمات في الطوابق السفلية حيث يبلغ ارتفاع السقف حوالي 2.5 متر فقط، أو الممرات الضيقة جدًا بين المباني المخصصة للصيانة والتي كانت دائمًا ضيقة للغاية لإجراء التركيب المناسب.

معدلات تقليل المساحة مقارنةً بالمعدات التقليدية

تتضح كفاءة المساحة للوحدات الحديثة (RMUs) عند مقارنة متطلبات التركيب:

يُعالج هذا التصميم المبسط قيود البنية التحتية الحضرية بشكل مباشر. ووجدت دراسة تحديث الشبكة لعام 2023 أن 74% من مخططي المدن يعطون أولوية للمعدات المدمجة عند ترقية الشبكات الكهربائية في الممرات المزدحمة.

التركيب المرِن: الأكشاك، والأقبية تحت الأرض، وقاعدات المباني الشاهقة

تتكيف وحدات التوزيع (RMUs) مع المساحات الحضرية غير التقليدية من خلال البناء الوحداتي والتدعيم البيئي. وتتيح أغلفتها المختومة والعازلة بالغاز ما يلي:

• النشر تحت السطح في أقبية تحت الأرض مقاومة للفيضانات
• التكامل في أثاث الشوارع - بما في ذلك أكشاك الإضاءة وخزائن إشارات المرور
• التجميع العمودي في فتحات الخدمات في المباني الشاهقة

هذه المرونة تتفادى عمليات الاستحواذ المكلفة على الأراضي - وهي ميزة حاسمة في المناطق التي تتجاوز فيها أسعار العقارات $740 ألف لكل فدان (معهد الأراضي الحضرية، 2023). يبقى الصيانة فعالة، مع تصاميم الوصول الأمامي التي تلغي الحاجة إلى مساحة خلفية.

موثوقية وحدة الشبكة الحلزونية: ضمان الاستمرارية في شبكات المدن الكثيفة

القدرة على تحمل الأعطاب وأداء التشغيل المستمر: بيانات من واقع الحياة من شبكات المترو في لندن وسنغافورة

أثبتت وحدات الدوائر الرئيسية (RMUs) جدارتها في التعامل مع الأعطال في الشبكات الحضرية المزدحمة حيث تكون المساحة محدودة. يتيح التصميم الحلقي إعادة توجيه التيار الكهربائي بسرعة عند حدوث مشكلة في الكابلات أو المحولات، مما يمنع تحول المشكلات الصغيرة إلى انقطاعات واسعة النطاق في الأنظمة المتصلة. على سبيل المثال، حققت شبكة مترو لندن معدل تشغيل مثير للإعجاب بنسبة 99.98٪ بعد تركيب هذه الوحدات الحديثة. وفي سنغافورة، استمر سكك الحديد تحت الأرض في العمل بسلاسة حتى خلال مواسم الرياح الموسمية الشديدة التي تُسبب عادةً العديد من المشاكل. وعند حدوث عطل، يتم تفعيل الفصل الآلي للأقسام بسرعة كبيرة — حوالي 100 ميلي ثانية — لفصل الأجزاء المعطوبة قبل أن تتمكن من نشر الخلل في المناطق المزدحمة. بالإضافة إلى ذلك، توفر تقنية المراقبة عن بعد إشارات إنذار مبكرة حول تآكل العوازل، وذلك قبل فشلها الكامل بفترة طويلة. ويقلل هذا النهج الاستباقي من وقت التوقف بنحو الثلثين مقارنةً بأنظمة المفاتيح العازلة بالهواء القديمة التي لا تزال تعتمد عليها العديد من المناطق.

تشغيل منخفض الصيانة وكفاءة في تكلفة دورة الحياة

تحتاج وحدات التبديل المغلقة (RMUs) إلى تدخل يدوي قليل جدًا لأنها تأتي في حزم مختومة مملوءة بغازات مثل SF6 أو هواء نقي بدلًا من الاعتماد على التصاميم المفتوحة. تحافظ هذه الغلافات على إبعاد الغبار والرطوبة وأي شيء آخر قد يتسلل إلى المعدات التقليدية. الفرق كبير بالفعل - فمعظم المنشآت تجد أنها تستطيع تقليل حوالي 80٪ من تلك المهام الصيانية المملة التي تتراكم عادةً مع الأنظمة العازلة بالهواء التقليدية. على المدى الطويل، تلاحظ شركات الكهرباء توفيرًا بنحو 40٪ عند النظر إلى التكاليف الإجمالية على مدى 25 عامًا من التشغيل. كما أن الفنيين لا يحتاجون إلى البحث في كل مكان لأن جميع المكونات المهمة تقع خلف لوحة أمامية كبيرة واحدة. بالإضافة إلى ذلك، حلّت المرحلات الحالة الصلبة محل الأجزاء الميكانيكية القديمة التي تنكسر في النهاية. وهذا يعني قضاء وقت أقل في إصلاح الأشياء وتقليل المخزونات الكبيرة من قطع الغيار التي تبقى دون استخدام لتتراكم عليها الغبار. تستفيد المدن بشكل خاص من هذا الترتيب حيث يحقق مسؤولو شبكاتها أداءً أفضل دون الحاجة إلى إنفاق المال باستمرار على الإصلاحات والاستبدالات.

أسئلة شائعة

• ما هي الوظيفة الأساسية لوحدة الحلقة الرئيسية؟
  تم تصميم وحدة الحلقة الرئيسية (RMU) لتوزيع الطاقة متوسطة الجهد، حيث تعمل كنقطة تحكم في الشبكات الحضرية تمكن تدفق الكهرباء في الاتجاهين، مما يساعد على الحفاظ على استمرارية التوريد.
• لماذا تعد وحدات RMU مهمة في الشبكات الكهربائية الحضرية؟
  تعد وحدات RMU ضرورية في الشبكات الحضرية لأنها تمكّن من عزل الأعطال بسرعة، ونقل الأحمال، وإعادة تشكيل الشبكة، مما يقلل بشكل فعال من مدة الانقطاعات ويحافظ على نسب تشغيل عالية.
• كيف تقارن وحدات RMU مع المعدات الكهربائية التقليدية من حيث المساحة والتركيب؟
  تكون وحدات RMU أكثر إحكاماً، حيث تحتاج إلى مساحة أرضية أقل بنسبة 65٪ وتقلل من وقت التركيب بنسبة 70–75٪، وهي مثالية للبيئات الحضرية التي تعاني من ضيق المساحة.