يبدو أن مراكز البيانات ومشاريع الطاقة المتجددة ليس لديها سوى القليل من القواسم المشتركة. أحدهما عبارة عن مبنى يتم التحكم في مناخه ومليء بأرفف الخوادم، حيث يكون الإخراج الأساسي هو المعلومات الرقمية. والآخر عبارة عن تركيب خارجي مترامي الأطراف معرض للطقس، حيث يكون الإخراج الأساسي هو الطاقة الكهربائية التي يتم تغذيتها في شبكة النقل.
ومع ذلك، فهي تشترك تحت السطح في تبعية حرجة: مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط التي تعمل بشكل لا تشوبه شائبة في ظل ظروف التشغيل التي كانت تعتبر غير عادية قبل عقد من الزمن. وقد نمت كلتا الصناعتين بسرعة غير عادية. ويواجه كلاهما ضغوطًا شديدة على الجداول الزمنية للمشروع وتكاليف رأس المال. وكلاهما يحدد بشكل متزايد معدات خالية من فلوريد الكبريت - مراكز بيانات مدفوعة بالتزامات الاستدامة للشركات، ومشاريع الطاقة المتجددة مدفوعة بمنطق مفاده أن التوليد النظيف لا ينبغي أن يعتمد على البنية التحتية ذات القدرة العالية على إحداث الاحترار العالمي.
تتناول هذه المقالة متطلبات المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط لهذين القطاعين بالتفصيل. وينصب التركيز على المتطلبات الفنية التي تحدد اختيار المعدات، والتكوينات التي أثبتت فعاليتها، ومتطلبات التوثيق والامتثال التي تعتبرها فرق المشتريات في كلا الصناعتين الآن إلزامية.
يعد مركز البيانات الفائق الحجم في الأساس بمثابة منشأة تحويل كهربائية. تصل الطاقة إلى الجهد العالي أو المتوسط من شبكة المرافق، وتتدرج عبر مراحل تحويل متعددة، وتصل في النهاية إلى رفوف الخوادم بجهد منخفض مع متطلبات موثوقية غير عادية. يسمح معيار الصناعة لوقت التشغيل - خمس تسعات، أو التوفر بنسبة 99.999% - بما يزيد قليلاً عن خمس دقائق من وقت التوقف عن العمل سنويًا، بما في ذلك جميع أعمال الصيانة المخطط لها.
مفاتيح الجهد المتوسطيقع عند التقاطع الحرج بين إمدادات المرافق وشبكة التوزيع الداخلية لمركز البيانات. في بنية نموذجية، تدخل مغذيات المرافق من 10 كيلو فولت إلى 36 كيلو فولت إلى المحطة الفرعية الموجودة في الموقع، حيث توفر مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط حماية لوحدة التغذية الواردة، وحماية أولية للمحولات، وتبديل قسم الناقل. في اتجاه مجرى النهر، يمكن أن تخدم المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط الإضافية محطات التبريد الكبيرة، ولوحات مفاتيح إدخال UPS، ومجموعة المفاتيح الكهربائية الموازية للمولدات لأنظمة الطاقة الاحتياطية.
يجب أن تستوفي مجموعة المفاتيح الكهربائية في هذه البنية العديد من المعايير الصعبة في وقت واحد. يجب أن تكون مدمجة بما يكفي لتناسب مساحة المبنى، وهي عقارات باهظة الثمن. يجب أن تكون موثوقة بدرجة كافية بحيث يتم قياس تدخلات الصيانة بالساعات لكل عقد بدلاً من الساعات سنويًا. ويجب أن يكون قادرًا على التكامل مع نظام إدارة مبنى مركز البيانات ومنصة مراقبة الطاقة، مما يوفر بيانات في الوقت الفعلي حول موضع المحول وأحداث الحماية وحالة المعدات.
لقد أصبح قاطع الدائرة المفرغة هو الخيار الافتراضي لتبديل الجهد المتوسط في مراكز البيانات لأسباب فنية وتشغيلية.
من الناحية الفنية، يقوم قاطع الفراغ بإطفاء القوس داخل غلاف سيراميكي مغلق حيث لا يوجد شيء يحترق، ولا شيء يتحلل، ولا شيء يتسرب. غياب الغاز يعني غياب الصيانة المتعلقة بالغاز. بالنسبة لمشغل مركز البيانات الذي لديه منشأة قد تعمل لمدة خمسة عشر عامًا دون إيقاف تشغيل كبير، فإن أي جهاز يتطلب عناية دورية يمثل مسؤولية. يمكن لقاطع الدائرة المفرغ المزود بآلية تشغيل من فئة M2 والتي تم تصنيفها لـ 10000 عملية ميكانيكية أن يخدم طوال عمر المنشأة دون تدخل صيانة واحد على القاطع نفسه.
من الناحية التشغيلية، تعتبر قواطع الدائرة الفراغية مناسبة تمامًا لملف تعريف التحميل الخاص بمركز البيانات. يعتبر حمل مركز البيانات في حالة مستقرة نسبيًا - فالخوادم لا تتوقف وتبدأ مثل المحركات الصناعية - مما يعني أن التحمل الكهربائي للقاطع نادرًا ما يتم اختباره من خلال الانقطاع المتكرر للخطأ. الشرط التشغيلي الأساسي هو التبديل الموثوق به أثناء عمليات النقل المخطط لها بين مصادر المرافق والمولدات، وهو أمر يتطلب جهدًا ميكانيكيًا ولكنه بسيط كهربائيًا. ويمكن لآلية زنبرك الطاقة المخزنة المصممة جيدًا أن تؤدي هذه الوظيفة باستمرار لعقود من الزمن.
يوفر التكوين القابل للسحب المستخدم في مجموعة المفاتيح الكهربائية المكسوة بالمعدن مثل سلسلة KYN28 أو KYN61 ميزة أخرى لمراكز البيانات: يمكن وضع القاطع للاختبار أو وضعه المعزول للفحص دون إلغاء تنشيط الناقل بأكمله. في منشأة حيث يمكن أن تتجاوز تكاليف التوقف عن العمل 100000 دولار في الدقيقة، يمكن لميزة الصيانة هذه وحدها أن تبرر مواصفات مجموعة المفاتيح الكهربائية.
لقد أصبح مشغلو مراكز البيانات من أكثر المدافعين تأثيرًا عن المفاتيح الكهربائية الخالية من SF₆، ولم يكن دافعهم هو الامتثال التنظيمي في المقام الأول. لقد تعهد العديد من أكبر المشغلين - بما في ذلك مقدمو الخدمات السحابية واسعة النطاق - بالتزامات عامة لتحقيق الحياد الكربوني أو صافي الانبعاثات الصفرية خلال هذا العقد. ويشكل فلوريد الكبريت، مع قدرته على الاحتباس الحراري العالمي 24300 مرة ضعف ثاني أكسيد الكربون، تناقضًا مباشرًا مع تلك الالتزامات إذا كان موجودًا في البنية التحتية الكهربائية لكل منشأة جديدة.
لا تمثل لوحة RMU أو GIS ذات الجهد المتوسط والتي تحتوي على بضعة كيلوغرامات من SF₆، في حد ذاتها، جزءًا كبيرًا من البصمة الكربونية لمركز البيانات. لكن كبار المشغلين يقومون ببناء العشرات من المرافق سنويًا، تحتوي كل منها على لوحات مفاتيح متعددة. يمكن قياس مخزون SF₆ التراكمي عبر محفظة عالمية بالطن. معدلات التسرب منخفضة ولكنها ليست صفرًا، ويعني عمر SF₆ في الغلاف الجوي أن كل جرام منبعث يبقى في الغلاف الجوي لأكثر من ثلاثة آلاف عام.
وهذا هو السبب في أن مواصفات مناقصة مركز البيانات تتضمن الآن بشكل روتيني "خالية من SF₆" كشرط إلزامي لـمفاتيح الجهد المتوسط. ولا يظهر هذا المطلب في الأسواق الأوروبية فحسب، حيث توفر لائحة الاتحاد الأوروبي للغاز المفلور إطارًا قانونيًا، بل في أمريكا الشمالية ومنطقة آسيا والمحيط الهادئ أيضًا. بالنسبة لمصنعي المفاتيح الكهربائية، أصبح سوق مراكز البيانات محركًا تجاريًا قويًا لتطوير منتجات خالية من SF₆ - وربما هو الأقوى خارج قطاع المرافق.
توفر شركة COTENELE وحدات رئيسية حلقية خالية من SF₆ بقدرة 24 كيلو فولت وألواح قواطع دوائر مفرغة لمشاريع مراكز البيانات، مع عزل الهواء الجاف وشهادة اختبار النوع وفقًا للمواصفة IEC 62271-200. يمنع الخزان المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ المحكم الغلق مدى الحياة مراقبة الغاز وإعادة تعبئته واسترداده في نهاية العمر من الإجراءات التشغيلية للمنشأة. بالنسبة لمشغل مركز البيانات، هذا يعني نظامًا أقل لتتبعه، وعقد صيانة أقل لإدارته، وعنصرًا أقل يجب شرحه في تدقيق ESG.
تمثل مزرعة الرياح بيئة كهربائية تختلف جوهريًا عن مركز البيانات أو المنشأة الصناعية. وتنتشر مولدات توربينات الرياح الفردية، التي تتراوح قدرة كل منها عادة من 2 ميجاوات إلى 8 ميجاوات، عبر منطقة جغرافية قد تمتد لعشرات الكيلومترات المربعة. يولد كل توربين جهدًا منخفضًا — عادةً 690 فولت أو 1000 فولت — ويصل إلى جهد متوسط من خلال محول مثبت على الوسادة عند قاعدة البرج. تمتد كابلات الجهد المتوسط، عادة عند 33 كيلو فولت أو 36 كيلو فولت، من كل توربين إلى محطة تجميع فرعية مركزية حيث يتم تجميع الطاقة وزيادتها مرة أخرى للنقل.
يجب أن تتعامل مجموعة المفاتيح الكهربائية الموجودة في محطة التجميع الفرعية مع مجموعة من الواجبات التي لا يكررها أي تطبيق آخر تمامًا. تواجه قواطع الدائرة التي تحمي كل وحدة تغذية مجمعة عمليات تبديل متكررة عندما تبدأ التوربينات وتتوقف استجابةً لظروف الرياح. تختلف مساهمة تيار العطل من توربينات الرياح القائمة على العاكس بشكل أساسي عن تيار عطل الماكينة المتزامن - أقل في الحجم، وأسرع في الاضمحلال، وفي بعض الأحيان يصعب على مرحلات الحماية التقليدية التمييز بين تيار الحمل العادي. وغالبًا ما تكون المحطة الفرعية نفسها في مكان بعيد حيث تكون زيارات الصيانة باهظة الثمن، وتعتمد على الطقس، وفي بعض الأحيان تكون مستحيلة لأسابيع خلال أشهر الشتاء.
تعتبر قواطع الدائرة الفراغية مناسبة تمامًا لهذه البيئة. إن التحمل الميكانيكي العالي لـ VCB الحديث يستوعب التبديل المتكرر دون تدهور الاتصال. إن قاطع الفراغ لا يبالي بمصدر تيار العطل الذي يجب أن يقاطعه - سواء أتى من مولد متزامن أو من مورد قائم على العاكس، فإن فيزياء التبريد القوسي هي نفسها. ويعني البناء المحكم مدى الحياة لـ VCB الحديث أنه لا يوجد شيء يمكن لفني الصيانة فحصه داخل القاطع، حتى لو تمكن من الوصول إلى الموقع.
تشترك المنشآت الكهروضوئية الشمسية على نطاق المرافق في بعض الخصائص مع مزارع الرياح - التوليد المعتمد على العاكس، والتشتت الجغرافي، والتحويل المتكرر مع تغير الإشعاع - ولكنها تضيف تعقيداتها الخاصة. تعمل محطات الطاقة الشمسية عادةً بجهد أقل من مزارع الرياح: قد يكون نظام تجميع الجهد المتوسط 12 كيلو فولت أو 24 كيلو فولت بدلاً من 33 كيلو فولت أو 36 كيلو فولت. يعمل جانب التيار المستمر للمحطة، بدءًا من الوحدات النمطية مرورًا بصناديق التجميع وحتى مدخل العاكس، بجهد يصل إلى 1500 فولت تيار مستمر ويتطلب مجموعة منفصلة تمامًا من معدات الحماية والعزل.
يضيف الموقع المشترك المتزايد لأنظمة تخزين طاقة البطاريات مع توليد الطاقة الشمسية طبقة أخرى من متطلبات المفاتيح الكهربائية. يمكن لنظام تخزين طاقة البطارية الشحن من الشبكة أو من المجموعة الشمسية وتفريغها مرة أخرى إلى الشبكة حسب الحاجة، مما يعني أن مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط عند نقطة التوصيل البيني يجب أن تتعامل مع تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه. يجب أن تأخذ إعدادات الحماية في الاعتبار مساهمة تيار الخلل من محولات البطارية، والتي يمكن أن تكون كبيرة وسريعة الارتفاع. ويزداد واجب التبديل على القواطع بشكل أكبر، مع إضافة دورات تفريغ الشحن المتعددة يوميًا إلى عدد العمليات الميكانيكية.
إن مشاريع الطاقة المتجددة، وخاصة تلك التي يطورها منتجو الطاقة الدوليون المستقلون أو التي تمولها بنوك التنمية المتعددة الأطراف، تحمل الآن متطلبات وثائق تنافس تلك الخاصة بمناقصات المرافق. عادةً ما تتطلب مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط لمزرعة الرياح أو محطة الطاقة الشمسية شهادات اختبار النوع IEC لكل قاطع دائرة ووحدة RMU، وتقارير اختبار روتينية من المصنع، وإعلان المطابقة للوائح البيئية المعمول بها، وقائمة مرجعية توضح التسليم المسبق للمعدات المماثلة.
والسبب واضح ومباشر: تمويل المشروع. يقوم المقرضون والمستثمرون الذين يقدمون رأس المال لمشاريع الطاقة المتجددة بإجراء العناية الفنية الواجبة على كل حزمة من المعدات الرئيسية. إذا لم يتمكن مورد المفاتيح الكهربائية من تقديم الوثائق الكاملة، فقد يواجه المشروع تأخيرات في الوصول إلى الإغلاق المالي. وهذا خطر يأخذه المطورون على محمل الجد.
توفر شركة COTENELE المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط لمشاريع الطاقة المتجددة مع حزمة وثائق كاملة متضمنة بشكل قياسي. يتم توفير شهادات اختبار النوع وتقارير الاختبار الروتيني وإعلانات الامتثال في مرحلة المناقصة، وليس بعد الطلب. بالنسبة للمشاريع في أوروبا، يتضمن ذلك الوثائق التي تثبت التوافق مع لائحة الاتحاد الأوروبي الخاصة بالغاز المفلور. بالنسبة للمشاريع في المناطق الأخرى، تم تصميم الحزمة وفقًا للمتطلبات المحلية.
على الرغم من الاختلافات بينهما، تتقارب مراكز البيانات ومشاريع الطاقة المتجددة حول مجموعة مشتركة من متطلبات المفاتيح الكهربائية. ويساعد تحديد هذا التداخل في تفسير سبب سيطرة تقنيات وتكوينات معينة على كلا السوقين.
بصمة مدمجة. تقدر مراكز البيانات كل متر مربع من المساحة البيضاء. غالبًا ما تكون المحطات الفرعية لتجميع الطاقة المتجددة على أرض ذات مساحة محدودة. يحدد كلا القطاعين مجموعة المفاتيح الكهربائية التي تقلل من البصمة المادية دون المساس بإمكانية الوصول إلى الصيانة. وهذا هو أحد أسباب اكتساب مجموعة المفاتيح الكهربائية القابلة للسحب المكسوة بالمعدن ووحدات RMU الخالية من SF₆ حصة كبيرة - فهي توفر وظائف كبيرة في غلاف صغير الحجم.
الموثوقية دون الصيانة المتكررة. لا تستطيع مراكز البيانات تحمل فترات التوقف عن العمل. لا تستطيع مزارع الرياح تحمل تكلفة إرسال فني إلى محطة فرعية نائية كل شهر. تلبي قواطع الدائرة المفرغة المزودة بقواطع محكمة الغلق مدى الحياة ووحدات RMU المزودة بخزانات غاز محكمة الغلق هذا المطلب بشكل مباشر.
خالية من SF₆ كخط أساس. بالنسبة لمراكز البيانات، فإن المحرك هو التزامات الاستدامة المؤسسية. بالنسبة لمشاريع الطاقة المتجددة، فإن الدافع هو عدم التناسق في استخدام الغاز ذو القدرة العالية على إحداث الاحترار العالمي في البنية التحتية الموجودة لإنتاج الطاقة النظيفة. كلاهما يصل إلى نفس متطلبات المواصفات.
التكامل الرقمي. كانت مراكز البيانات من أوائل الجهات التي اعتمدت المفاتيح الكهربائية الذكية مع اتصالات IEC 61850، مدفوعة بالحاجة إلى دمج المراقبة الكهربائية في نظام إدارة المبنى. وتشهد مشاريع الطاقة المتجددة متابعة سريعة، مدفوعة بالحاجة إلى مراقبة المواقع غير المأهولة عن بعد. وفي كلتا الحالتين، فإن مجموعة المفاتيح الكهربائية التي يمكنها الإبلاغ عن حالتها، وتسجيل عمليات التبديل، وتوفير الإنذار المبكر بالمشكلات الناشئة، تقلل من تكلفة التشغيل والمخاطر.
توثيق كامل. ويهيمن على كلا القطاعين مشترون متطورون - مشغلو مراكز البيانات الضخمة، ومطورو الطاقة المتجددة الدوليون، وصناديق البنية التحتية - الذين يتعاملون مع التوثيق باعتباره مطلبًا حارسًا للبوابة. إذا لم تكن الأوراق كاملة، فلن يتم أخذ المعدات بعين الاعتبار. وهذا يفضل الشركات المصنعة التي استثمرت في اختبار النوع من طرف ثالث والذين يحتفظون بأنظمة توثيق منظمة.
بالنسبة لمهندسي المشاريع وفرق المشتريات العاملين في أي من القطاعين، يجب أن توجه عدة اعتبارات عملية اختيار المفاتيح الكهربائية.
ابدأ بمستوى الجهد والخطأ، لكن لا تتوقف عند هذا الحد. يعتبر الجهد المقنن وقدرة كسر الدائرة القصيرة من معايير الدخول الدنيا. علاوة على ذلك، قم بتقييم التحمل الميكانيكي ومتطلبات الصيانة طوال عمر المشروع ومدى توفر دعم الخدمة المحلية.
التحقق من اختبار النوع للتكوين المحدد. ربما تكون الشركة المصنعة قد قامت باختبار نوع الوحدة النمطية القياسية ولكن ليس المجموعة المحددة من الوحدات المطلوبة للمخطط أحادي الخط. تأكد من اختبار التكوين الدقيق، أو أن الشركة المصنعة يمكنها تقديم مبرر هندسي لتوسيع تغطية اختبار النوع.
اسأل عن الوثائق قبل تقديم الطلب. إذا لم يتمكن المورد من تقديم شهادات اختبار النوع، ونماذج تقارير الاختبار الروتيني، وإعلان الامتثال في مرحلة المناقصة، فمن غير المرجح أن يقوم بإنتاجها على الفور بعد الطلب. يمكن أن تؤدي التأخيرات في التوثيق إلى عرقلة تمويل المشروع وتشغيله، ويكون الوقت المناسب لاكتشافها هو قبل منح العقد.
ضع في اعتبارك إجمالي تكلفة دورة الحياة، وليس سعر الشراء فقط. بالنسبة لمركز بيانات يتمتع بعمر تصميمي يبلغ 15 عامًا، فإن تكلفة انقطاع التيار الكهربائي غير المخطط له تقلل من أي اختلاف في سعر شراء مجموعة المفاتيح الكهربائية. بالنسبة لمزرعة رياح تحتوي على 50 توربينًا منتشرة عبر سلسلة جبال، فإن تكلفة إرسال فني لفحص الكسارة تفوق التوفير الناتج عن اختيار منتج ذي مواصفات أقل. تمثل المفاتيح الكهربائية جزءًا صغيرًا من إجمالي التكلفة الرأسمالية للمشروع، ولكنها جزء كبير من المعدات التي يمكن أن تسبب فشلًا كارثيًا. هذا ليس المكان المناسب لتحسين السعر الأولي بأقل سعر.
تمثل مراكز البيانات ومشاريع الطاقة المتجددة اثنتين من أسرع القطاعات نموًا في السوق العالمية للمفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط. وهي أيضًا القطاعات التي يتقدم فيها التحول إلى معدات مستدامة ومتكاملة رقميًا وخالية من SF₆ بشكل أسرع.
إن تقنيات المفاتيح الكهربائية التي تخدم هذه الأسواق بشكل جيد - انقطاع الفراغ، والهواء الجاف والعزل الصلب، والتكوينات القابلة للسحب ذات التحمل الميكانيكي العالي، ومراقبة الحالة المتكاملة مع اتصالات IEC 61850 - هي نفس التقنيات التي ستحدد صناعة المفاتيح الكهربائية الأوسع على مدى العقد المقبل. تعمل الدروس المستفادة في مراكز البيانات وتطبيقات الطاقة المتجددة على تشكيل تطوير المنتجات عبر جميع قطاعات السوق.
بالنسبة لشركة COTENELE، تعني خدمة هذه القطاعات توفير وحدات RMU وألواح قواطع دوائر مفرغة بقدرة 24 كيلو فولت خالية من SF₆ والتي تم اختبارها من حيث النوع، واستكمال الوثائق، وفي الإنتاج التسلسلي. ويعني فهم أن فريق مشتريات مركز البيانات ومطور مزرعة الرياح يتحدثان لغات تقنية مختلفة ولكن لديهما نفس المتطلبات الأساسية: المعدات التي تعمل بشكل موثوق لعقود من الزمن، مع الحد الأدنى من التدخل، ودون أي مسؤولية بيئية مرتبطة بها. وقد تم تصميم مجموعة منتجاتنا وأنظمة التوثيق وفقًا لذلك.
توفر شركة COTENELE قواطع دوائر مفرغة بقدرة 12 كيلو فولت إلى 40.5 كيلو فولت، ووحدات رئيسية حلقية خالية من SF₆، ومجموعة مفاتيح كهربائية كاملة مكسوة بالمعدن لمراكز البيانات، والطاقة المتجددة، والمرافق، والتطبيقات الصناعية. يتم اختبار جميع المنتجات وفقًا لمعايير IEC المعمول بها مع تقديم الوثائق الكاملة في مرحلة المناقصة.
COTENELE هي شركة تصنيع متخصصة في مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط، بما في ذلك مجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز الصديقة للبيئة الخالية من SF₆، وقواطع الدائرة المفرغة، والوحدات الرئيسية الحلقية، والألواح المعدنية لتطبيقات 12 كيلو فولت إلى 40.5 كيلو فولت. تخدم منتجاتنا مشغلي مراكز البيانات ومطوري الطاقة المتجددة والمرافق والمشترين الصناعيين في جميع أنحاء أوروبا وآسيا والشرق الأوسط. يتم اختبار كل منتج وفقًا لمعايير IEC المعمول بها، مع توفير الوثائق الكاملة لتقديم العطاء وتسليم المشروع.