توفّر مفاتيح التحويل الأوتوماتيكيّة منخفضة الجهد وسيلةً موثوقة لنقل توصيلات الحمل الأساسية بين المصادر الأولية والبديلة للطاقة الكهربائية؛ إذ تستخدم عادةً مراكز البيانات والمستشفيات والمصانع وغيرها من المُنشآت التي تتطلّب تشغيل مستمر أو شبه مستمر مصدر بديل وطارئ للطاقة مثل المولدات أو المرافق الاحتياطية عندما يكون مصدر الطاقة الأساسي غير متاح.

كيف يعمل مفتاح التحويل الأوتوماتيكي؟
مفتاح ATS هو جهاز تبديل طاقة ذكي ذاتي العمل يحكمه منطق تحكُّم مخصص، والغرض الرئيسي منه هو ضمان التوصيل المستمرّ للطاقة الكهربائية من أحد مصدري الطاقة إلى دارة حمل المعدات الكهربائية والأضواء والمحركات والحواسيب وغيرها.
يعتمدُ منطق التحكّم أو وحدة التحكم الأوتوماتيكيّة عادةً على المعالجات الدقيقة، ويراقب باستمرار البارامترات الكهربائيّة (الجهد والتردد) لكلٍّ من مصادر الطاقة الأولية والبديلة، وفي حال فشل مصدر الطاقة المتصل يبدل (ATS) تلقائياً تغذية دارة الحمل إلى مصدر الطاقة الآخر إذا كان متاحًا، عموماً معظم مفاتيح التحويل الأوتوماتيكية تتصل مباشرةً بمصدر الطاقة الأساسي ولا تتصل بمصدر الطاقة البديل إلا عند الحاجة كعطل المصدر الأولي أو عندما يطلب منها ذلك (أمر المُشغل).
يتضمّن تسلسل النقل النموذجي ما يلي:
- أعطال مصدر الكهرباء العامة.
- يبدل مفتاح التحويل تغذية الدارة إلى مصدر الطاقة البديل في حال كانت طاقة المولد أو المرفق الاحتياطي مستقرّة وضمن تحملات الجهد والتردّد المحدّدة، وتكون العملية ذاتيّة أو يدوية تبعاً لمتطلبات الدارة وخياراتها.
- يعيد مفتاح التحويل تغذية دارة الحمل من مصدر الطاقة البديل إلى مصدر الطاقة الأساسي عند استعادته، وتكون عمليّة إعادة النقل أيضاً إمّا ذاتية، وإمّا يدوية.
ماهي أنواع الإعدادات المتاحة من (ATS)؟
تتوفّر مجموعات متنوعة من الإعدادات إمّا باستخدام مصدري طاقة، وإمّا باستخدام ثلاثة مصادر طاقة، وهي كالتالي:
الإعداد باستخدام مصدري طاقة:
مرفق-مولد (Utility-Generator):
تتضمّن البنية النموذجية لمفتاح التحويل خدمة مرفق الكهرباء ومولد لمصدري الطاقة الأساسي والبديل، ويُشار عادةً إلى هذا النظام على أنّه نظام مولد احتياطي للطوارئ، ومن الممكن أن يكون هذا المولد مجموعات عديدة من المولدات التي تعمل على التوازي.

مرفق-مرفق :(Utility-utility) :
يستخدم في هذه الحالة مصدرين للطاقة يوفّران تكراراً في نظام التوزيع يسمح بإعادة الخدمة بسرعة إلى دارة الحمل إذا حدث عطل في معدات المنبع، ويمكن أن يكون المصدران مستقلان عن بعضهما البعض، ممّا يتطلّب من شركة المرافق العامة تقديم خدمات كهربائية مزدوجة، أو يمكن أن تنشأ من خدمة كهربائية واحدة تُوزّع من خلال مسارات زائدة عن الحاجة داخل المنشأة.

مولد-مولد (Generator-Generator):
تبدّل مفاتيح التحويل مصدر التغذية الأساسي في بعض الأحيان بين مجموعتين من المولدات، وعادةً ما يُستخدم هذا الإعداد في المنشآت البعيدة، وقد يُطلَب من المولد في مثل هذه الحالات توفير طاقة مستمرة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وتُبدّل طاقة المصدر دورياً بين مجموعات المولدات من أجل تقسيم وقت التشغيل بالتساوي.

الإعداد باستخدام ثلاث مصادر للطاقة:
مرفق-مولد-مولد (Utility-Generator-Generator) :
تَستخدِم المنشآت الهامة المزودة بنظام مولد احتياطي للطوارئ مولد ثاني يكون بمثابة نسخة احتياطيّة زائدة عن الحاجة في حالات الطوارئ؛ إذ يمكن استخدامها خلال فترات الطقس العاصف، أو عند إجراء الصيانة المفترضة للمولد الأول، وفي بعض الحالات يُثبت المولد الأول دائماً في الموقع بينما يكون المولد الثاني من النوع المحمول ويُستخدم عند الحاجة.


مرفق-مرفق-مولد (Utility-Utility-Generator ) :
يتوسع هذا الإعداد تبعاً للتكرار الذي يوفّره إعداد الاستخدام المزدوج للمرافق كما يتضمّن مولد احتياطي للحالات الطارئة، ومن الممكن استخدام مفتاح تحويل واحد أو عدّة مفاتيح تحويل تستخدم نظام التحكم ذي الأولوية.


أنواع انتقال مفاتيح ATS المختلفة:
تنقل مفاتيح التحويل الأحمال بين مصادر الطاقة الأساسية والبديلة بخيارات مفتوحة أو مغلقة، إذ تلعب الوظيفة التي يؤديها حمل معين وأهمية هذه الوظيفة بالنسبة للسلامة أو الأمن دوراً هاماً في تحديد نوع الانتقال المطلوب.
الانتقال المفتوح:
يحدث في الانتقال المفتوح فصل قبل الانتقال، أي يقطع مفتاح النقل اتصاله بمصدر الطاقة الأول قبل إجراء الاتصال بالمصدر الثاني، وهو يشمل الانتقال المفتوح المؤجل (يتوقّف مفتاح النقل مؤقتًا بين قطع الاتصال من أحد مصادر الطاقة والاتصال بالمصدر الآخر) والانتقال المفتوح المتزامن (يحدث في اللحظة التي يتوافق فيها الجهد والتردد بين المصدرين والتي تحدث عندما تكون المصادر متزامنة مع بعضها).

الانتقال المغلق:
يحدث في الانتقال المغلق انتقال قبل الفصل؛ فيقوم مفتاح النقل بإجراء اتصال بمصدر الطاقة الثاني قبل قطع اتصاله بالمصدر الأول، وتتلقى الأحمال طاقة مستمرة طوال عملية النقل نظراً لعدم وجود فجوة بين قطع الاتّصال والاتّصال.

طرق تشغيل مفاتيح (ATS):
التشغيل اليدوي: تجري عملية بدء النقل والتشغيل يدويًا، إمّا عن طريق الضغط على زر وإمّا تحريك مقبض، وتجري عملية الإقلاع محلياً.
التشغيل غير الأوتوماتيكي: يبدأ النقل يدوياً عن طريق الضغط على زر أو تدوير مفتاح لتشغيل جهاز كهروميكانيكي داخلي يفعّل آلية التبديل كهربائياً، ويجري الإقلاع محلياً أو عن بعد.
التشغيل الأوتوماتيكي: يعمل مفتاح التحويل ذاتياً ويدير عملية الإقلاع والتشغيل كاملاً، ويجري الإقلاع عندما تستشعر وحدة التحكم الأوتوماتيكية فقدان طاقة المصدر يليه تشغيل آلية التحويل.
ما هي أنواع آليات الانتقال المتوفرة؟
تُعدّ آلية الانتقال جزء من مفتاح التحويل المسؤول مادياً عن نقل التيار الكهربائي المقدر وتحويل اتّصال الحمل من مصدر طاقة إلى آخر، وتشمل ما يلي:
الكونتاكتور أو القاطع التلامسيّ (Contactor type):
وهو من أكثر الأنواع شيوعًا واقتصاداً من بين آليات الانتقال، وتُنشأ الموصلات كمفتاح مزدوج مُتحكّم به كهربائياً؛ إذ يفتح مشغل واحد مجموعة واحدة من موصلات الطاقة أثناء إغلاق مجموعة ثانية.

القاطع المصبوب (Molded case type):
يُستخدم روتينياً لإغلاق وقطع دارة بين الأجهزة الكهربائية في الظروف الطبيعية أو غير الطبيعية، وتتميّز هذه المفاتيح بتصاميم بسيطة تدعم تشغيل ميكانيكي بوساطة التبديل أو التشغيل بوساطة محرّك.

الإطار الكهربائي (Power frame type):
تُعدّ هذه الأنواع أكبر وأسرع وأكثر قوّة من القواطع المصبوبة وهي قادرة على التعامل مع ما يصل إلى 5000 أمبير، وتُستخدم تقنيّة الطاقة المخزنة المكونة من خطوتين والتي تسمح بالتشغيل اليدوي والكهربائي تحت الحمل.

كيف تختلف مفاتيح ATS حسب التطبيقات؟
مفتاح التحويل المحايد (Switched neutral):
مفتاح التحويل المحايد (Switched neutral):
بالنسبة لتطبيقات الطاقة ثلاثية المراحل التي تتطلّب تحويل الموصل المحايد، يمكن تكوين مفاتيح التحويل بقطب رابع مُصنَّف بالكامل يعمل بطريقة مماثلة للأقطاب الكهربائية الفردية (A، B، C)، أمّا بالنسبة للتطبيقات الفردية، يمكن تكوين قطب ثالث كامل التصنيف. يُستخدم التبديل المحايد بوجهٍ شائع عند تغذية مفتاح التحويل بمصادر طاقة مستمدة بوجهٍ منفصِل .
مفاتيح التحويل الأوتوماتيكي المعزول (Bypass isolation automatic transfer switches):
يوجد لهذه المفاتيح مزايا مثل الصيانة المبسطة وتحسين وقت التشغيل، حيث تُوفّر وظيفة التحويل المزدوج والتكرار للتطبيقات الحرجة. تقوم مفاتيح ATS الأساسية بالتوزيع اليومي للطاقة الكهربائية على الحمل، بينما يعمل مفتاح العزل كجهاز احتياطي أو زائد عن الحاجة.
يُستخدم مفتاح العزل عادةً في الرعاية الصحية والتطبيقات الهامة الأخرى لأنه يسمح بسحب ATS وفي بعض الحالات مفتاح العزل الجانبي، وعزله عن مصدر الطاقة الكهربائية لتسهيل الصيانة الدورية والفحص والاختبارات الدورية على النحو المنصوص عليه في الكود (NFPA 110).

مفاتيح تحويل مدخل الخدمة (Service entrance transfer switches):
يوجد في المنشآت التي تتصل بمرفق واحد للكهرباء ومصدر طاقة واحد للطوارئ مفتاح ATS موضوع عند مدخل الخدمة، لضمان أنّ الأحمال الحرجة يمكن أن تتحول بسرعة وأمان إلى طاقة الطوارئ في حال انقطاع مصدر الطاقة الرئيسي، وغالبًا ما تُمنع الأحمال غير الحرجة من الاتّصال بمصدر الطاقة الطارئ لتجنُّب الحمل الزائد على السعة.
تصنيفات:
يجب مراعاة تصنيف قدرة تحمُّل التيار الكهربائي أثناء الإغلاق عند استخدام مفاتيح التحويل في نظام توزيع الطاقة (القيمة القصوى للتيار التي يستطيع القاطع تحملها بأمان) (WCR- Withstand Current Rating) لضمان سلامة النظام وموثوقيته، ويسمح المعيار UL1008 بتمييز مفاتيح التحويل بتصنيفات مختلفة للدارات القصيرة والقدرة على الانهيار الكهربائي لفترة قصيرة أو أحدهما وفقاً لنوع جهاز الحماية من التيار الزائد، كما توفر مفاتيح التحويل ذات التصنيفات المتعدّدة مرونة أكبر في التطبيق.
ترجمة: | أماني صالح |
مراجعة: | يارا قاضون |
تدقيق لغوي: | تيماء العبيد |
تحرير: | محمد حنان |