Table of Contents

وتطرح البيئات الحضرية تحديات فريدة لشبكات التوزيع الكهربائي، حيث إن المدن تنمو الكثافة والطلب على متصاعدات الطاقة الموثوقة، يجب على المتعهدين في المرافق والمرافق أن يعتمدوا تكنولوجيات تزيد الأداء إلى أقصى حد في الأماكن المقيدة بشدة، وقد برزت هذه التكنولوجيا المتحولة التي تستخدم الغازات كحل حاسم بالنسبة للإعانات الفرعية للتوزيع الحضري المدمج، مما يتيح الجمع بين المدخرات الفضائية، والسلامة، والموثوقية، والقدرة على التكيف التي لا يمكن أن تضاها مع أحدث التطبيقات التقليدية في مجال توزيع المعلومات الجغرافية.

ما هو مُفتاح (الغاز) المُستَعَد؟

ويسمح التبديل المزود بالغاز بأن يكون نوع من التبديل الكهربائي الذي يستخدم غاز سداسي فلوريد الكبريت (SF6) بمثابة وسيط للعزلة وأجهزة التكرير الحرارية، وفي نظام المعلومات الجغرافية، يمكن أن تؤدي جميع المكونات الحية - مثل أجهزة كسر الدائرة، والمفرقعات، ومفاتيح التراب، والحافلات، والمحولات الحالية - إلى مساكن ذات حجم معدني مُحكمة ومُشغلة بضغط سادس فلوري.

ويتوفر نظام المعلومات الجغرافية لمجموعة واسعة من مستويات الفولط، من متوسط الفولط (مثل 12 كيلوفولت في) المستخدمة في وحدات التوزيع الثانوي حتى مستوى الفولط العالي (مثل 550 كيلوفولت) لنظم النقل، وفي شبكات التوزيع الحضري، تكون أكثر التطبيقات شيوعا في نطاق الـ 11 كيلوفولت إلى 36 كيلو فولط، ويوفر الغلاف الجوي المعدني بيئة ملوثة تماما تحمي مكوناتها الداخلية.

العناصر الرئيسية لجمعية نظام المعلومات الجغرافية

  • Circuit breaker] - Uses SF6 to extinguish the arc when interrupting fault currents. Modern breakers use a self-blast or puffer principle to achieve high breaking capacity.
  • Disconnectors and earthing shiftes] - Provide visible isolation and safe grounding for maintenance. Often integrated inside the same gas compartment.
  • Busbars] — three-phase conductors attached in a common or individual gas chambers. The compact design allows stacking or side-by-side arrangement.
  • محولات كرونة ومتحولات فولتية - كثيرا ما توضع داخل جيب نظام المعلومات الجغرافية لقياس البارامترات الكهربائية دون عمليات تدفئة خارجية.
  • Gas handling and monitoring equipment] - Includes density relays, fill valves, and pressure gauges to maintain proper SF6 conditions.

كفاءة الفضاء في البيئات الحضرية

أما الفائدة الأكثر وضوحاً لنظام المعلومات الجغرافية فهي البصمة المدمجة، حيث توجد تركيبات نموذجية لنظام المعلومات الجغرافية 60-80 في المائة أقل حجماً ] من ترتيب متغير مكافئ مركب مجهز جواً، وفي مدينة يمكن أن تتجاوز فيها تكاليف حيازة الأراضي 10 ملايين دولار لكل هكتار، يترجم كل متر مربع إلى مزايا مالية ولوجستية كبيرة.

المناطق الفرعية وبناء التكامل

وكثير من المعاهد الحضرية الحديثة تبنى تحت الأرض تماما أو تدمج في الطوابق الدنيا من المباني التجارية والسكنية، ويناسب نظام المعلومات الجغرافية من الناحية المثالية هذه المواقع لأنه يمكن نقله من خلال طرق عادية ومرتفعات، وتتجمع في أماكن محصورة، ودون الحاجة إلى فتحات تهوية كبيرة تتطلبها معدات نظام المعلومات الإدارية المتكامل، ففي طوكيو، على سبيل المثال، قامت شركة طوكيو لتوليد الكهرباء بنشر نظام المعلومات الجغرافية في عشرات من الحدائق الطرق الفرعية.

انخفاض تكاليف الهندسة المدنية

ونظراً لأن وحدات نظام المعلومات الجغرافية أقصر بكثير وأصغر من لوحات نظام المعلومات المسبقة عن علم، فإن الهندسة المدنية اللازمة لدعمها أقل اتساعاً بكثير، ويمكن أن تكون الأساس لاستبدال نظام المعلومات الجغرافية سلالة محددة بسيطة، في حين أن نظام المعلومات المسبقة عن علم كثيراً ما يتطلب هياكل صلبة، وأطراً كبيرة لدعم الحافلات، ونظم أرضية واسعة النطاق، ويمكن تخفيض وقت التشييد عموماً بأسابيع أو أشهر، مما يشكل ميزة حاسمة في مشاريع التنمية الحضرية السريعة.

تعزيز إجراءات السلامة

فالسلامة هي الجوهر في أي تركيب كهربائي، لا سيما في المناطق الكثيفة السكان التي يمكن أن تترتب عليها عواقب متتالية، وتوفر نظم المعلومات الجغرافية عدة مزايا أمان متأصلة على نظام المعلومات المسبقة عن علم.

حظر الضم

وقد صممت الضميمة المعدنية لنظام المعلومات الجغرافية بحيث تتضمن الطاقة الكاملة لخطأ داخلي في القطب الشمالي، وفي حالة الفشل النادرة، تُنقَّف ارتفاع الضغط بأمان من خلال منافذ خاضعة للرقابة، مما يحول دون خروج الغازات الساخنة والمعادن المتحركة إلى البيئة المحيطة، مما يقلل من خطر الحريق والإصابة بالأفراد والأضرار التي تلحق بالمعدات المتاخمة، كما أن العديد من تصميمات نظام المعلومات الجغرافية تخضع لفحص دقيق وفقاً للمعايير IE C37.

انخفاض مخاطر التسوق الكهربائي والقطع

ونظراً لأن جميع الموصلات الحية تُزرع بالكامل بواسطة سادس فلوريد الكبريت وتُغلق في مسكن معدني مطلي، فإن فرصة الاتصال العرضي تُلغى، وهذا تناقض صارخ مع نظام المعلومات المسبقة عن علم، حيث تكون الحافلات والاتصالات التي تتعرض لها فولتاج عال دائماً خطراً أثناء التشغيل العادي أو الصيانة، وبالنسبة للمراكز الحضرية الفرعية التي يمكن أن تقع بالقرب من الأماكن العامة، فإن الطبيعة المرفقة لنظام المعلومات الجغرافية تشكل مخففاً كبيراً من المخاطر.

مقاومة الزلازل والاحتجاز

وكثيرا ما تخضع الوحدات الفرعية الحضرية لاهتزازات أرضية من حركة المرور أو قطارات القطارات الفرعية أو البناء، كما أن معدات نظام المعلومات الجغرافية، التي تحتوي على ضيوف صلبة وتشييد وحدات نموذجية، هي في جوهرها أكثر مقاومة للإهتزازات من هياكل نظام المعلومات المسبقة عن علم، وفي المدن التي تعمل في الزلازل مثل سان فرانسيسكو أو اسطنبول، يمكن تركيب نظام المعلومات الجغرافية بوصلات مرنة تستوعب حركة الأرض، بما يكفل استمرارية الخدمة خلال الزلزال.

الموثوقية العالية والأداء

وتحمي البيئة المختومة والمحكمة للغاز في نظام المعلومات الجغرافية المكونات الداخلية من العوامل المسببة للتآكل والملوثات التي يمكن أن تتدهور في العزلة بمرور الوقت، مما يسهم في درجة عالية من الموثوقية، ويمكن أن يتجاوز الوقت بين الإخفاقات في نظام المعلومات الجغرافية الحديث [(FLT:0]50 سنة بالنسبة للمكونات الأولية، ويفيد العديد من المرافق بأن وحدات النظام العالمي للمعلومات الجغرافية لا تملك سوى ساعات مماثلة.

Properties of SF6

ويحتوي غاز سادس فلوريد الكبريت على قوة غذائية تبلغ نحو 2.5 مرة من الهواء عند الضغط نفسه، وتسمح خصائصه الإلكترونية لها بتلقي الإلكترونيات المجانية أثناء القوس، مما يعني أن نظام المعلومات الجغرافية يمكن أن يقطع التيارات المعطلة بسرعة وبصورة أكثر اتساقاً من أجهزة تنقية الهواء، وبالإضافة إلى ذلك، فإن قدرة SF6 على نقل الحرارة الممتازة، مما يساعد على فصل الحرارة عن السلوكيات والحفاظ على درجات الحرارة في حدود آمنة حتى في ظل الحمولة الثقيلة.

فترات الصيانة المنخفضة

ونظراً لأن نظم الاتصال وآليات التشغيل تسكن في جو من الغازات الجافة النظيفة، فإنها تعاني من حد أدنى من اللبس، إذ يمكن لأجهزة الكسر التابعة للدائرة السادسة أن تعمل في كثير من الأحيان لـ 10،000 عملية ميكانيكية أو أكثر قبل الحاجة إلى أي إصلاح رئيسي، وهذا يتناقض مع أجهزة انقطاع الهواء التي قد تتطلب استبدال الاتصال بعد بضع مئات من حالات انقطاع الحمل الكامل.

Environmental Resilience

وكثيرا ما تقع الغواصات الحضرية في بيئات تؤدي بسرعة إلى تدهور المعدات المفتوحة: رذاذ ملح الطرق، والملوثات الصناعية، والتراب الحضري، وتقلبات الحرارة الشديدة، ويتمتع نظام المعلومات الجغرافية فعليا بحصانة هذه الظروف، ويمنع الضميمة المختومة حدوث أي جرعات من المواد الأجنبية، ويعوض ضغط الغاز الداخلي عن التغيرات في درجات الحرارة، ويحافظ على قوة الديليكتري الثابتة من - 30 درجة مئوية إلى +50 درجة مئوية.

وبالنسبة للمنح الفرعية الموجودة في المناطق المعرضة للفيضانات، يمكن تركيب نظام المعلومات الجغرافية على مستوى الرتبة (أو حتى دون الدرجة التي تقدم فيها مضخات الضخ) دون خطر تلوث المياه بالأجزاء الحية، كما يقدم بعض المصنّعين تصميمات لنظام المعلومات الجغرافية المغمورة للمواقع التي يكون فيها الفيضان أمراً لا مفر منه، مثل المدن الساحلية المنخفضة مثل روتردام أو مومباي.

انخفاض تكاليف الصيانة ودورة الحياة

الرصد المشروط

ويزود نظام المعلومات الجغرافية الحديث بأجهزة استشعار تقوم باستمرار برصد كثافة الغاز، ومحتويات الرطوبة، ونشاط التصريف الجزئي، وصحة آلية التشغيل، مما يسمح للمرافق بالانتقال من الصيانة القائمة على الزمن إلى الصيانة القائمة على الظروف، ولا تؤدي التدخلات إلا عندما تشير البيانات إلى وجود مسألة، ونتيجة لذلك، انخفاض كبير في التكاليف التشغيلية مع الحفاظ على الموثوقية أو تحسينها.

مجموع تكلفة مقارنة الملكية

وفي حين أن الإنفاق الرأسمالي الأولي على نظام المعلومات الجغرافية أعلى بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة من نفقات نظام المعلومات المسبقة عن علم، فإن التكلفة الإجمالية للملكية على مدى دورة حياة مدتها 40 عاماً كثيراً ما تُفضل نظام المعلومات الجغرافية، ولا سيما في المناطق الحضرية.

  • Land and building costs] — GIS requires far less real estate and often eliminates the need for a separate building.
  • Installation time] – pre-assembled GIS modules can be installed in days rather than weeks.
  • Reduced maintenance] — Lower crew hours, fewer spare parts, and longer intervals between overhauls.
  • High availability] – Fewer planned and unplanned outages translate to improved revenue for utilities and lower penalties for service interruptions.

الطلبات الواردة في المرفق الفرعي للتوزيع الحضري

وقاعدة المعلومات الجغرافية هي الآن التكنولوجيا التي تختارها مجموعة واسعة من أنواع التوزيع الفرعي في المناطق الحضرية.

الوحدات الفرعية في المباني التجارية والسكنية

وكثيراً ما تتطلب الأبراج التجارية الكبيرة والمستشفيات ومراكز البيانات بدائل عالية الارتطام في البصمة، ويمكن تركيب نظام المعلومات الجغرافية في الطوابق السفلية أو غرف الخدمات أو حتى في الطوابق الوسيطة، مثلاً، في شكل تصاريح موحدة ABB ZX2 و

Substations underground Vault

وفي كثير من المدن القديمة، تكون الخزائن الموجودة تحت الأرض صغيرة جدا بالنسبة للارتقاءات التي تجرى في نظام المعلومات الإدارية المتكامل، ويتيح نظام المعلومات الجغرافية للمرافق استبدال المعدات التي عفا عليها الزمن والتي لها قدرة أعلى دون توسيع الخزنة، وشبكة التوزيع الكهربائي في مدينة لندن مثال رئيسي؛ وقد أعيد تشكيل العديد من وحداتها الفرعية التي تبلغ ٣٣/١١ كيلو فولط، بمقياس للمعلومات الجغرافية، لتضاعف قدرتها في نفس البصمة.

الوحدات الفرعية المتنقلة والمحتوية

وبالنسبة للاحتياجات المؤقتة أو الطارئة من الطاقة، يمكن تعبئة نظام المعلومات الجغرافية في حاويات النقل الموحدة ونشرها بسرعة، وتستخدم هذه المحطات الفرعية المتنقلة في مشاريع التشييد الكبيرة، أو الأحداث الرياضية، أو الاستعادة السريعة بعد الكوارث الطبيعية، ويجعل حجم الاتفاق وضميمته القويان نظام المعلومات الجغرافية الحل المفضل للاحتياج إلى البيئات الحضرية.

دراسات الحالات: نظام المعلومات الجغرافية في المدن العالمية

طوكيو، اليابان

كان (طوكيو) معتمداً مبكراً لنظام المعلومات الجغرافية لتوزيع المناطق الحضرية، بدءاً من السبعينات، اليوم، شبكة المدينة للشركة تضم مئات من محطات نظام المعلومات الجغرافية، التي يوجد الكثير منها تحت الأرض للحفاظ على المساحة الأرضية للمتنزهات والنقل، ومثال بارز هو ] Shinjuku substation ، التي تزود بحجم قوة أقل من 66 متراً مربعاً في المناطق التجارية.

نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية

وقد نشرت منظمة " إيديسون " الموحدة على نطاق واسع نظام المعلومات الجغرافية لتعزيز شبكتها في مانهاتن، وقد بنيت محطة فرعية من ست وستين شارعاً لتحل محل المعدات القديمة غير المجهزة بالهواء والتي لم يمكن رفع مستواها بسبب القيود الفضائية، وتشغل المؤسسة الجديدة طابقاً واحداً من تركيبات متعددة، مقارنة بمتطلبات الصيانة البالغ عددها 138 كيلو متراً إلى وسط المدينة.

سنغافورة

ومع شح الأراضي وارتفاع الرطوبة، تحولت سنغافورة إلى نظام المعلومات الجغرافية لجميع الوحدات الفرعية الجديدة التي بنيت منذ عام 2000، وهي مجموعة البرنامج الفرعي، وهي شركة تعمل على استخدام 22 جهازاً من أجهزة المعلومات الجغرافية في كل من المناطق الفرعية دون الأرض وما فوقها، وهي مدمجة في حوزة السكن، ويتيح تصميم الاتفاق إقامة فروع في مجمعات البناء دون إحداث أثر بصري أو الحصول على حيز خضراء قيم.

الاعتبارات البيئية والبدائل الخاصة بالإطار الاستراتيجي الاستراتيجي

وعلى الرغم من مزاياه التقنية، فإن سادس فلوريد الكبريت لديه قدرة عالية على الاحترار العالمي تبلغ 500 23 مرة من ثاني أكسيد الكربون خلال فترة 100 سنة، مما أدى إلى زيادة التدقيق التنظيمي، ولا سيما في الاتحاد الأوروبي، حيث تخفض قاعدة الغازات المفلورة من استخدام سادس فلوريد الكبريت وتحتاج إلى رصد تسرب الانبعاثات فوق العتبات المحددة، وتستجيب الصناعة الكهربائية لتوليد جديد من متغيرات " غراين " تستخدم بدائل في تركيبها.

تكنولوجيات العزل البديلة

  • Fluorinated gases (g3)] — AB’s AirPlus technology uses a fluoronitrile mixture (Novec 4710) blended with CO2 and O2, achieving a GWP of less than 1% of SF6 while maintaining similar dielectric performance for voltages up to 145 kVX. The [FBLT:2]
  • Clean air] — some manufacturers, like Siemens, offer medium-voltage GIS that uses compressed air (typically 1 - 2 bar) with advanced solid insulation to reduce clearances. While not as compact as SF6 designs, clean air GIS can be a viable alternative for many urban distribution applications.
  • Vacuum insulation] - بالنسبة لمستويات الفولط الأدنى (حتى 36 كيلوفولط)، فإن قطع الدوائر الفراغية، مقترنة بعزلة راتنج الأوكسي، تخلق متغيرا خاليا تماما من الغازات، وهذه التصميمات تكتسب مسارا بالنسبة للإعانات الفرعية للتوزيع الثانوي في المدن التي لها سياسات بيئية صارمة.

وينبغي أن تقوم المرافق التي تخطط لمنشآت جديدة بتقييم انبعاثات دورة الحياة - بما في ذلك تسرب سادس فلوريد الكبريت أثناء التشغيل والانتعاش في نهاية العمر - والنظر في اللوائح الوطنية، وقد نشرت اللجنة الدولية للكهرباء معايير للمناولة والغازات البديلة SF6 (IEC 62271-114، IEC 62271-211) توفر التوجيه لعمليات الشراء والتشغيل.

خاتمة

وقد ثبت أن مفتاح التبديل المزود بالغاز هو تكنولوجيا لا غنى عنها لوحدات التوزيع الحضري المدمجة، فكفاءة الفضاء غير المتناظرة، والسلامة العليا، والموثوقية العالية، والمطالب المنخفضة الصيانة تجعل من الأفضل أن يكون أمام المرافق العاملة في المدن الكثيفة في جميع أنحاء العالم، وفي حين أن الشواغل المتعلقة بالأثر البيئي للسادس فلوريد الكث تؤدي إلى الابتكار نحو البدائل الملائمة للبيئة، فإن المزايا التشغيلية لنظام المعلومات الجغرافية - سواء باستخدام مجموعات السكان التقليدية " SF6 " أو " ، أو الهياكل الأساسية الخضراء، لا تزال مضرورة، في المناطق الحضرية، تؤدي إلى زيادة، كما هي عوامل الإنتاج، كما أنها لا تزال، كما هي عوامل مضرورة، كما هي عوامل متين، كما أن تكون متين، كما أن تكون متين، كما هي عوامل أساسية، كما أن تكون متين، كما هي عوامل أساسية، كما هي متين، كما هي متين، كما هي متين، كما هي متين، كما أن تكون، كما هي متين، كما هي متين، كما هي متين، كما هي متين، في الوقت نفسه، في الوقت الذي لا تزال، في الوقت الذي تنموة، في الوقت نفسه، في الوقت نفسه، كما أن الشواغل

وبالنسبة لمخططي المدن ومهندسي المرافق، يمثل قرار الاستثمار في نظام المعلومات الجغرافية خطوة استراتيجية توازن الأداء التقني مع فعالية التكلفة على المدى الطويل، وباختيار نظام المعلومات الجغرافية، لا يُستخدم استخدام الأراضي على النحو الأمثل فحسب، بل أيضاً يُوفِّر نوعية الإمدادات التي يتطلبها المجتمع الحديث.