۰۶
خرداد ۹۷
نظرات
۰
تحقیق درمورد کلیدهای فشار قوی
مدیر سایت
تحقیق رایگان سایت علمی و پژوهشی آسمان , تحقیقات دانش آموزی ، فرهنگیان و دانشجویان اقدام پژوهی گزارش تخصصی
کلیدهای فشار قوی
اطلاعات مورد نیاز برای انتخاب کلید قدرت :
-مشخصات محیطی و شرایط اقلیمی:
1-ارتفاع محل نصب از دریا
2-حداکثر درجه ی حرارت مطلق هوای محیط
3-حداقل درجه ی حرارت مطلق هوای محیط
4-سرعت باد
5-میزان رطوبت نسبی
6-شتاب زلزله
7-ضخامت میخ
8-میزان آلودگی
-مشخصات و اطلاعات لازم در مورد شبکه ی الکتریکی:
1-نوع زمین کردن سیستم
2-موضوع مورد قطع و وصل توسط کلید
یعنی نوع سیستم یا وسیله ی مورد قطع و وصل توسط کلید همانند خطوط هوایی یا کابلی ها,ترانسفورماتورها و غیره مشخص گردد.
-مشخصات ساختاری و الکتریکی کلید:
الف)مشخصات ساختاری:
1-تعداد پل ها یا فازها:
این پارامتر بستگی به تعداد فازها سیستم دارد که برای شبکه های فشار قوی,3 فاز می باشد.
2-نوع کلید به لحاظ محفظه ی قطع و خاموش کننده:
کلید های SF6,کم روغن و هوای فشرده مرسوم می باشند که در حال حاضر نوع SF6 مورد توجه و تقاضای بیشتری می باشد.
3-کلاس کلید:
کلید ممکن است نوع بیرونی (OUTDOOR) یا داخلی (INDOOR) باشد.
4-نوع عملکرد قطع و وصل تک پل یا سه پل:
کلید ها به جهت نوع عملکرد (قطع و وصل) می توانند به صورت تکفاز یا سه فاز باشند,در نوع تکفاز نیاز به سه مکانیزم جداگانه می باشد,علت قطع و وصل تکفاز نیاز به حفظ حالت سنکرونایزینگ دو شبکه و پایداری بیشتر شبکه است.معمولا در سطوح ولتاژی 63 و 132 کیلوولت نوع قطع,سه پل یا سه فاز بوده و در سطوح ولتاژ 400 کیلوولت تمام کلیدها دارای عملکرد قطع تک فاز یا تک پل می باشد.
5-نوع مکانیزم عملکرد
6-حداقل فاصله ی خزشی:
این عدد بستگی به سطح ولتاژ شبکه و نوع آلودگی محیط دارد.
7-نیروهای کشش مجاز ترمینال ها:
این نیروها,نیروهایی هستند که توسط هادی های متصل به ترمینال ها به کلید وارد می شوند.
8-نیروهای مکانیکی مقره:
این نیروها برآیند نیروهای استاتیکی و دینامیکی وارد بر مقره می باشند که مقره می بایستی تحمل بیشتر از مجموعه ی این نیروها داشته باشد.
9-تعداد و نوع کنتاکت های کمکی:
کنتاکت های کمکی,کنتاکت هایی هستند که ارتباط مکانیکی با مکانیزم کلید داشته و وضعیت قطع و وصل کلید را مشخص می نمایند,این کنتاکت ها جهت اینترلاک ها,کلید های نشان دهنده وضعیت و فرمان (DISCRIPANCY SWITCH),سیستم تشخیص عدم تطابق فاز ها (POLE DICORDANCY),سیستم وصل مجدد و آلارم های خطای کلید بکار می روند.
10-تعدادکویل قطع و وصل:
همانطویکه توضیح داده شد,جهت قطع و وصل کلید,کویل های مغناطیسی مورد نیاز هستند که پس از برق دار شدن فرمان قطع و یا وصل را به مکانیزم ارسال می نمایند,در سیستم های 63 کیلوولت و بالاتر به جهت نیاز به دو مسیر قطع متصل,دو کویل قطع وجود خواهد داشت و تعداد کویل های وصل یک عدد خواهند بود.
11-کلید می بایستی RESTRIKE FREE باشد:
به عبارت دیگر در انتهای عمل قطع کلید,نبایستی قوس مجدد در دو سر محفظه ی قطع (ما بین کنتاکت ها) ظاهر شود.
12-کلید می بایستی TRIP FREE باشد:
به عبارت دیگر کلید ها می بایستی دارای تمهیداتی باشند که تحت هر شرایطی اگر فرمان TRIP یا قطع صادر شود مانعی در اجرای فرمان مذکور ایجاد نگردد.
13-فاصله ی زمانی مابین تعمیرات:
این زمان به دو صورت “کارکرد غیر پیوسته” و “کارکرد پیوسته” عنوان می شود.
زمان مربوط به کارکرد غیر پیوسته حداکثر زمان مابین تعمیرات کلید را حتی اگر تحت عملکرد نیز نباشد,بیان می کند و حالت “کارکرد پیوسته” بیان حداکثر زمان مابین تعمیرات,در زمان عملکرد و زیر بار بودن کلید است.
14-تعداد دفعات قطع بدون نیاز به تعویض قطعات:
این عدد تعداد عملکرد بدون نیاز به تعویض کنتاکت ها یا قسمت های اصلی دیگر را مشخص می کند,این عدد به چهار صورت زیر عنوان می شود:
-در 50 درصد جریان نامی
-در 100 درصد جریان نامی
-در 50 درصد جریان قطع اتصال کوتاه نامی
-در 100 درصد جریان قطع اتصال کوتاه نامی
نکته:اعداد عنوان شده در بند های 13 و 14 فوق بیشتر جنبه ی اطلاعاتی داشته و جهت مقایسه کلید ها به کار می رود.
15-زمان نامی قطع
-مشخصات الکتریکی:
الف)مشخصات عمومی جهت تمام کلید ها:
1-ولتاژ نامی کلید (RATED VOLTAGE)
2-سطوح عایق نامی (RATED INSULATION LEVEL)
3-فرکانس نامی (RATED FREQUENCY)
4-جریان نامی (RATED NORMAL CURRENT)
5-جریان نامی قابل تحمل اتصال کوتاه (RATED SHORT-TIME WITHSTAND CURRENT)
6-جریان نامی قابل تحمل حداکثر (RATED PEAK WITHSTAND CURRENT)
7-مدت زمان نامی اتصال کوتاه ( RATED DURATION OF SHORT CIRCUIT)
8-ولتاژ تغذیه ی تجهیزات بازو بست و مدارهای کمکی (RATED SUPPLYVOLTAGE OF CLOSING AND OPENING DEVICES AND AUXILIARY CIRCUIT)
9-فرکانس نامی ولتاژ تغذیه ی تجهیزات بازوبست و مدارهای کمکی
10-جریان نامی قطع اتصال کوتاه (RATED SHORT-CIRCUITBREAKING CURRENT)
11-ولتاژ بازگشتی گذرای نامی برای خطاهای ترمینال (RATED TRANSIENT RECOVERY VOLTAGE FOR TERMINAL FAULTS)
12-جریان نامی وصل اتصال کوتاه (RATED SHORT-CURCUITMAKING CURRENT)
13-توالی عملکرد نامی RATEDOPERATING SEQUENCE
ب)مشخصات خاص جهت بعضی از کلید ها با عملکرد ویژه
1-ضریب افزایش ولتاژ فاز سالم
2-جریان نامی قطع شارژ خط
3-جریان نامی قطع شارژ کابل
4-جریان نامی قطع بانک خازنی منفرد
5-جریان نامی قطع شارژ بانک خازنی پشت به پشت
6-جریان نامی هجومی وصل بانک خازنی
7-جریان قطع بار اندوکتیو کم
8-جریان نامی قطع غیر هم فاز
در تابلوی کنترل حداقل وسایل زیر وجود دارد:
1-ترمینال های اتصال:
این ترمینال ها در ردیف های منظمی وجود دارند که تعداد ی از آن ها برای اتصالات داخلی مورد نیاز می باشند و تعدادی نیز جهت اتصال کابل های بیرونی به مکانیزم مورد استفاده قرار می گیرند.ترمینال ها باید دارای شماره,ردیف و شماره ی واحد باشند.
2-کلید سلکتور سه حالتی قطع-وصل-خنثی (OFF-ON-NEUTRAL):
این کلید برای امکان ارسال فرمان از محل به کلید تعبیه می شود.
3-کلید دو حالتی LOCAL/REMOTE:
این کلید برای انتخاب محل ارسال فرمان قطع و وصل کلید است و منظور از LOCAL,ارسال فرمان از طریق تابلوی کنترل خود کلید و منطور از REMOTE,ارسال فرمان از اتاق کنترل می باشد.
4-کویل های قطع و وصل:
این کویل های مغناطیسی جهت ارسال فرامین قطع و وصل به کار می روند,برای ارسال فرمان وصل,کویل مربوطه برقدار شده و بسته به نوع مکانیزم فرمان لازمه به کلید جهت می دهد و با ارسال فرمان قطع,کویل قطع برقدار شده و فرمان ارسال می گردد.جهت سیستم های 63 کیلوولت به بالا همواره دو کویل قطع و یک کویل وصل وجود خواهد داشت.
5-شمارنده ی تعداد عملکرد کلید (OPERATING COUNTER):
این دستگاه تعداد عملکرد کلید فشار قوی را مشخص می نماید,چون تعمیرات دوره ای ارتباط مستقیم با تعداد عملکرد کلید دارند,لزوم وجود این وسیله مشخص می شود.
6-کلید های حدی (LIMIT SWITCHES):
این کلید ها پس از شارژ فنر یا سیستم هیدرولیک یا هوای فشرده عمل نموده و مدارهای تغذیه موتور و پمپ را قطع می کنند و یا مثلا در مکانیزم فنری با دشارژ فنر وصل,فرمان عملکرد را به موتور شارژ فنر ارسال می کنند.
7-نشان دهنده ی وضعیت قطع و وصل کلید:
وضعیت قطع و یا وصل کلید توسط نشان دهنده ای از روی کلید قابل مشاهده است.
8-گرمکن الکتریکی (گاها مجهز به ترموستات):
این گرمکن وظیفه دارد تا از بروز شبنم در داخل تابلوها با ایجاد گرمای یکنواخت جلوگیری کند و همچنین در درجه حرارات های پایین وظیفه ی گرم نگه داشتن تجهیزات داخل تابلوی کنترل نیز بعهده ی این وسیله است.
گرمکن مجهز به فیوز یا کلید مینیاتوری حفاظتی است.
9-لالمپ روشنایی مجهز به کلید حدی:
لامپی در داخل تابلو کنترل تعبیه می شود که با باز کردن درب این تابلو,توسط کلید حدی (LIMIT SWITCH) برقدار گشته و جعبه یا تابلو را روشن می نماید.
10-پریز تکفاز:
جهت مصارف احتمالی در تابلو در نظر گرفته می شود.
11-کنتاکت های کمکی (AUXILIARY CONTACT):
هر کلید باید مجهز به تعدادی کنتاکت کمکی به حالت عادی باز و عادی بسته (NORMALLY OPEN/NORMALLY CLOSE) باشد تعدادی از این کنتاکت ها در سیستم داخلی کلید مورد استفاده واقع می شوند و تعدادی تنیز جهت سیستم های کنترل و حفاظت لازم خواهند بود این کنتاکت ها حالت باز یا بسته ی کلید را مشخص می نماید.
12-موتور های الکتریکی جهت شارژ سیستم ذخیره ی انرژِی:
این کلید ها در حقیقت جزیی از مکانیزم عمل کننده ی کلید هستند و عملکرد آن ها موجب ذخیره ی انرژی در مکانیزم توسط شارژ فنر,ایجاد فشار روغن یا فشار هوا می شود.
مقدار و نوع ولتاژ تغذیه ی این موتورهای (AC یا DC ) توسط سازنده یا مصرف کننده باید مشخص گردد بعضا نوع ایونیورسال نیز بکار می رود.
نکته:
اصولا به کلید فشار قوی ولتاژهای مختلف AC و DC انتقال می یابد.یک ولتاژ AC جهت مصرف عمومی مثل گرمکن و روشنایی و یک ولتاژ AC برای تغذیه ی موتور ها (اگر AC باشند) و ولتاژ DC جهت تغذیه ی کویل قطع یک,کویل قطع دو,کویل وصل وصل و ولتاژ DC متفاوت برای موتورها (اگر DC باشند) همچنین ولتاژ DC جهت مصارف کنترلی,این ولتاژها معمولا نباید با هم مشترک باشند.
13-مدار ANTI PUMPING:
این مدار وضعیت کلید را در زمان ارسال فرمان های همزمان قطع و وصل مشخص می کند.بدین صورت که در حالت ارسال فرمان قطع,به فرمان های وصل تا زمان برقراری فرمان قطع ترتیب اثر داده نمی شود.این موضوع به علت جلوگیری از تکرار عمل قطع و وصل می باشد.
14-مدار NON-STOP MOTOR OPERATION:
اگر در سیستم ذخیره ی انرژی مشکلی پیش بیاید و نتیجتا عمل موتور تا زمان طولانی ادامه یافته و کلیدهای حدی موفق به قطع عملکرد موتور نباشد,این مدار,تغذیه ی موتور را قطع کرده و آلارم لازمه را ارسال می نماید.
15-مدار حفاظت در مقابل عدم تطابق فازها (POLE DISCREPANCY OR POLEDISCORDANCY):
در صورتیکه کلید امکان قطع تکفاز را داشته باشد ممکن است در فرمان قطع یا وصل سه فاز,یکی از فاز ها عملکرد موفق نداشته باشد,لذا حالت عدم وصل یا قطع هر سه فاز بصورت همزمان صوت می پذیرد,مدار P.D این موضوع را تشخیص داده و نسبت به ارسال آلارم های لازمه اقدام می کند.بعضا این مدار به صورت خارج از کلید و با کمک کنتاکت های کمکی کلید ایجاد می گردد.
اجزای جنبی کلید :
استراکچر یا سازه فلزی :
کلید های فشار قوی همانند بقیه ی تجهیزات بر روی سازه های فولادی که دارای روکش گالوانیزه گرم هستند نصب می شود از آنجاییکه کلید ها دارای تجهیزات جنبی بیشتری می باشند,گاها این سازه ها توسط سازندگان همراه با کلید تحویل داده می شوند.دقت در ابعاد سازه ,کنترل نحوه ی گالوانیزه و نقاط جوش و نحوه ی جوشکاری لازم می باشد.
مقره ها :
در کلید ها باید دو فاصله ی خزشی یکی مابین ترمینال های ورودی و خروجی کلید و دیگری فاصله ی خزشی بین ترمینال ها و پایه ی کلید را در نظر گرفت که این مقادیر بر اساس سطح آلودگی محیط مشخص می شوند.همچنین مقره ها باید تحمل برآیند نیروهای وارده و اعمالی را داشته باند.
ترمینالهای فشار قوی :
این ترمینال ها باید از جنس آلیاژ آلومینیم بوده و مناسب تحمل نیروهای اعمالی به ترمینال ها باشند همچنین باید مناسب عبور جریان نامی و اتصال کوتاه بوده,دارای لبه های تیز که موجب بروز بروز کرونا و RIV است نباشند.
وسیله اندازه گیری فشار گاز :
قابلیت قطع و استقامت الکتریکی گاز SF6 به چگالی آن بستگی دارد,لذا وسیله ای جهت کنترل,نظارت و سنجش این کمیت مورد نظر نیاز است,می دانیم که فشار گاز با تغییر درجه ی حرارت تغییر می کند لیکن چگالی آن ثابت باقی می ماند و لذا با چگالی سنج یا دانسیته متری که در آن فشار گاز باد در نظر گرفتن اثرات تغییر فشار ناشی از درجه حرارت جبران می گردد,می توان مقدار ماده ی موجود یا چگالی را اندازه گرفت .این دستگاه توسط یک نمونه گاز ایزوله یا یک بی متال جبران درجه ی حرارت را انجام می دهد.این دستگاه مجهز به دو کنتاکت است که وصل کنتاکت اول در اثر سقوط فشار (چگالی) در حدی که هنوز قطع کلید اکان پذیر می باشد صورت می گیرد و آلارمی که جهت اعلام این وضعیت ارسال می شود و با وصل کنتاکت دوم,مشخص می شود که چگالی گاز بسیار پایین آمده و در این حالت قطع کلید امکان پذیر نیست و این عمل خط آفرین خواهد بود,لذا کلید قفل یا LOCK می شود و آلارم لازم نیز ارسال می گردد.
تابلو کنترل :
این تابلو که معمولا بطور مشترک با مکانیزم نیز در مجاورت کلید نصب می شود,در واقع وظیفه ی نگهداری از لوازم جنبی قطع و وصل و فرمان و هچنین حد فاصل بین تجهیزات کنترلی و حفاظتی واقع در اتاق کنترل و کلید را بر عهده دارد.
این تابلو باید از ورق های فولادی ساخته شده و با رنگ کوره ای پوشانده شود و دارای دستگیره و قفل بوده و از نظر رنگ با کلید همخوانی داشته باشد و چون در معرض گرد و خاک و باران است باید دارای IP54 باشد.
تقسیم بندی کلیدها از نقطه نظر مکانیزم عملکرد
مکانیزم شارژ فنری :
در این مکانیزم,انرژی لازم برای عملکرد کلید انرژی ذخیره شده در فنر می باشد.سیستم بدین صورت است که برای هر بار بسته یا وصل شدن کلید نیاز به شارژ فنر مربوط به وصل می باشد پس از شارژ شدن این فنر امکان وصل کلید وجود خواهد داشت.با وصل کلید,با وصل کلید,بطور همزمان فنر دیگری شارژ می شود که مربوط به حالت قطع کلید می باشد و نتیجتا با هر بار وصل کلید,کلید آماده ی قطع است.ضمنا پس از وصل کلید, سوئیچ های حدی (LIMIT SWITCHES) فرمان لازم را به موتوری ارسال می کنند که وظیفه ی این موتور شارژ فنر مربوط به عملکرد وصل است و پس از شارژ این فنر توسط سوئیچ های دیگری فرمان قطع موتور مربوطه صادر می شود.
مطابق بررسی انجام شده توسط CIGRE هشتاد الی نود درصد خطاهای کلیدهای فشار قوی مربوط به خطاهای کانیکی آن ها است و لذا هر چه سیستم های مکانیکی ساده تر باشند این خطاها کاهش می یابد.مکانیزم فنری در مقایسه با مکانیزم های دیگر سادگی لارمه را دارا است,لذا هم اکنون به صورت گسترده ای مورد توجه می باشد.
مزایا :
ارزانی نسبی,سادگی نصب و نگهداری,امکان شارژ دستی فنر,قابلیت اطمینان بالاتر.
معایب:
محدود بودن میزان انرژی قابل ذخیره که در نتیجه بدون شارژ مجدد فنر وصل,این مکانیزم تنها یک سیکل قطع-وصل-قطع را می تواند انجام دهد و برای عمل قطع و وصل تکفاز نیاز به وجود سه مکانیزم می باشد.
مکانیزم هیدولیکی (HYDRAULIC MECHANISM):
مکانیزم هوای فشرده یا پنیوماتیکی (PENUMATIC MECHANISM):
مکانیزم هیدرولیکی :
در این مکانیزم از اختلاف فشار دو سیستم هیدرولیک,در داخل یک مجموعه پیوسته و جدا از محیط خارج استفاده می شود.در حالت قطع کلید دو شیر الکتریکی ON و OFF بسته هستند و روغن پرفشار که متصل به مخزن نیتروژن فشرده ای به عنوان منبع ذخیره ی انرژی است,کلید را در حالت باز نگه می دارد.
زمانی که تصمیم به وصل کلید گرفته شود,شیر الکتریکی OFF باز شده و نتیجتا روغن پرفشار به پیستون عملکرد فشار وارد می نماید و چون حجم پشت روغن پیستون بیش از حجم جلوی آن است پیستون حرکت کرده و کلید وصل می شود,منبع نیتروژن فشرده فشار مربوطه را علیرغم جابجایی حجم روغن تقریبا ثابت نگه می دارد.
در حالت وصل کامل کلید,در جلوی پیستون فشار حجم روغنی وجود نداشته و تنها روغن پرفشار پیشتون را در حالت بسته نگه می دارد.
زمانی تصمیم به قطع کلید می باشد,شیر ON بسته و شیر OFF باز می شود,نتیجتا روغن کم فشار جایگزین در پشت پیستون می گردد و چون جلوی پیستون متصل به سیستم پر فشار استنتیجتا پیستون به عقب رانده می شود و کلید قطع می گردد.منبع نیتروژن فشرده انرژی لازم برای چندین بار عمل قطع و وصل را در خود ذخیره دارد و لذا تنها بعد از چند بار عمل قطع و وصل (معمولا حداکثر تا پنج عمل قطع-وصل قطع) نیاز به عملکرد پمپ روغن است و نتیجتا انرژی لازم همواره در اختیار کلید می باشد.
فشارسنج های لازم جهت کنترل فشار روغن و نیتروژن در سیستم موجود هستند که آلارم های لازم را ارسال می کنند.
مزایا:
قابلیت ذخیره ی انرژی زیاد,سر و صدای کم هنگام قطع و وصل,کوچکی نسبی مکانیم
معایب:
گرانی نسبی,مشکل بودن نصب,تعمیر و نگهداری,نیاز به بازدیدهای دوره ای بیشتر,امکان وجود نشتی روغن و یا نیتروژن
مکانیزم هوای فشرده (PENUMATIC MECHANISM)
در این مکانیزم از هوای فشرده در مخزن خاصی ذخیره شده است به عنوان منبع انرژی عمل کننده استفاده می شود و پس از چند بار عملکرد کمپرسوری مجددا هوای فشرده را در منبع ذخیره می نماید لذا همواره کلید دارای انرژی لازم جهت قطع و وصل می باشد.معمولا دو سیستم,یکی بصورت کمپرسور جداگانه جهت هر کلید و دیگری بصورت کمپرسور مرکزی برای تمام کلید ها پست بکار می رود که البته امروز سیستم کمپرسور مرکزی به علت قابلیت اطمینان پایین آن به جهت وایسته شدن کل کلید ها به یک سیستم مرکزی کمتر مورد توجه است و سیستم کمپرسور جداگانه مد نظر می باشد.
فشار هوا توسط فشار سنج های خاصی کنترل می شوند که آلارم های لازم را ارسال می کنند.همچنین منبع یا مخزن هوای فشرده دارای شیر اطمینانی است که برای تخلیه ی هوای اضافه و جلوگیری از اضافه فشار در مخزن هوای فشرده بکار می رود.
مزایا:
دارا بودن انرژی ذخیره ی بالا
معایب:
مشکل بودن نسبی نصب,نیاز به بازدیدهای دوره ای بیشتر,صدای شدید در هنگام قطع و وصل,امکان وجود نشتی هوا از اتصالات لوله ها و شیرهای اطمینان,
البته هم اکنون نوع نسبتا جدیدی به عنوان مکانیزم فنری-هیدرولیکی(HYDRAULIC SPRING) توسط بعضی از سازندگان عرضه شده است که از نظر اصول تقریبا متشابه مکانیزم هیدرولیکی می باشد لکن به جای منبع فشار یا انرژی ذخیره ی نیتروژن در این سیستم از فنر استفاده شده است,لکن تجربیات کافی از این سیستم در دسترس نیست.
نتیجه گیری:
از نظر انرژی قابل دسترس برای کلید به ترتیب اولویت با مکانیزم های هوای فشرده,هیدرولیکی و فنری می باشد لذا مشاهده می شود که دو مکانیزم اول در سطح ولتاژی بالاتر که کلید ها حجم و ابعاد بیشتری دارند و سطح اتصال کوتاه نیز بالاتر است و الزاما نیازی به قدرت قطع بالاتری برای مکانیزم مطرح می شود,بیشتر مورد توجه هستند تا در سطوح ولتاژی پایین تر.
بطور کلی می توان گفت که تا سطح ولتاژی 145 کیلوولت تقریبا تمام سازندگان مکانیزم فنری را به لحاظ احتیاج سیستم به منبع انرژی قطع با قدرت کمتر وسادگی این مکانیزم و سهولت تعمیرات آن ترجیح داده اند,لکن در ولتاژهای بالاتر به جهت نیاز به منبع انرژی قطع با قدرت بالاتر,تعدادی از سازندگان مکانیزم هیدرولیکی یا هوای فشرده را مدنظر دارند ولی تعدادی نیز به جهت موارد عنوان شده در فوق و قابلیت اطمینان بالاتر,مکانیزم فنری را حتی برای این سطوح ولتاژ نیز ارجع دانسته و تامین می نمایند .
کلید های SF6:
در کلید های SF6 از گاز SF6 به عنوان عایق ما بین قطعات مختلف و همچنین به عنوان خاموش کننده ی جرقه یا قوس الکتریکی استفاده می شود.در حال حاضر کلید های SF6 به عنوان مطمئن ترین و مناسب ترین کلید در شبکه های فشار قوی شناخته شده و به کار می روند و می توان گفت که هیچ یک از کلید های دیگر قابلیت رقابت کیفی با این کلید را ندارد.نکته ی مهم دیگر نیز قیمت اقتصادی این کلید ها می باشد در این قسمت عملکرد قطع جرقه یا قوس,مکانیزم های مختلف عملکرد و تجهیزات جنبی این کلید بررسی خواهد شد.جهت خاموش کردن قوس در این نوع کلید ها از دو روش دمیدن گاز با سرعت زیاد در قوس یا PUFFERTYPE و نوع خود خاموش یا SELF EXTINGUISH استفاده می شود.در کلید های امروزی نوع PUFFER TYPE مورد نظر می باشد.
عملکرد قطع قوس الکتریکی در کلید SF6:
حالت بسته (Close Positing):
در حالت بسته جریان از مسیر کنتاکت های اصلی و همچنین کنتاکت های متحرک عبور می نماید و از طریق ترمینال های کلید ارتباط مدار یا شبکه ی فشار قوی را برقرار می سازد.
شروع به قطع:
در این حالت با فرمانی که از طریق میله ی عملکرد یا جدا کننده به کنتاکت های متحرک وارد می شود,کنتاکت های متحرک از کنتاکت های ثابت یا اصلی جدا شده و ارتباط مدار توسط کنتاکت های جرقه برقرار می گردد.در این حالت ,هنوز اتصال جریانی مدار برقرار خواهد بود و تنها سطح مقطع عبوری کمتر شده و مسیر عبور جریان در داخل محفظه ی قوس می باشد.
اثر حراراتی(THERMAL EFFECT):
با جدا شدن کنتاکت ها جریان اتصالی قطع نشده و باقی می ماند لکن در اثر بروز قوس الکتریکی ,فشار گاز SF6 بالا می رود و در نتیجه حجم گازی با فشار زیاد در محفظه ی کوچک محبوس می گردد.
خاموشی جرقه(ARC EXTINCTION):
با حرکت بیشتر کنتاکت های متحرک فاصله ی بیشتری ما بین کنتاکت های جرقه ایجاد می شود که نتیجتا گاز با فشار و سرعت بالا در قوس دمیده می شود و ضمن افزایش طول قوس باعث خروج گازهای گرم از محوطه ی اطراف قوس می گردد لذا با صفر شدن جریان ,قوس به راحتی خاموش می شود.البته از فشار این گاز در کمک به کحور عملکرد نیز استفاده می شود.بطور همزمان نیز بعضی از مولکول های SF6 تجزیه می شود که انرژی صرف شده جهت این عمل تا حدی موجب سرد شدن گازهای مشتعل می گردد.
وجود یک نازل در اطراف کنتاکت متحرک دمیدن مناسب گاز در جرقه را موجب می گردد.
حالت باز(OPEN POSITION):
در حالت باز,با خاموشی جرقه,کنتاکت ها در حدی از همدیگر دور می شوندکه فاصله ی لازم برای مقاومت در مقابل ولتاژ برگشتی را بوجود می آورند.همچنین مولکول های SF6 نیز به علت خاصیت قطبی خود الکترون های آزاد موجود را جذب می کنند که این عمل در افزایش استقامت الکتریکی موثر می باشد.
مشکلی که در کلید های دیگر گاها وجود دارد قطع جریان های کوچک (همانند قطع خطوط بی بار یا بانک های خازنی) می باشد.چون دامنه ی این جریان ها کوچک می باشند,ایجاد قوس با انرژِی بالا ممکن نبوده و نتیجتا فشار لازم در محفظه ی جرقه ایجاد نمی گردد.به این علت در محفظه ی جرقه از دریچه های کمکی استفاده شده است,به این صورت که در اثر عملکرد کلید و پایین آمدن محفظه ی جرقه,حجم گاز و نتیجتا فشار آن در محفظه ی زیرین افزایش می یابد.در صورتیکه فشار محفظه ی جرقه کم باشد دریچه ی مابین محفظه ی زیرین و محفظه ی جرقه باز شده و گاز ها با فشار به قوس دمیده می شود که جریان کوچک مربوطه را خاموش می نماید.
در کلید های جدید SF6 از انرژی گازهای دمیده شده برای کمک به جدا شدن کنتاکت ها نیز استفاده می شود که در سرعت عملکرد کلید تاثیر مثبت دارد.
مقدمه:
ترکیب سولفور هگزا فلوراید (SF6) با اعمال مستقیم گاز فلوئور بر روی گوگرد در سال 1900 در فرانسه انجام شد.در همان سال ها,پایداری بالای شیمیایی این گاز تحت قوس الکتریکی نیز مشخص گردید.بعد ها از همین خواص در عایق بندی تجهیزات فشار قوی استفاده به عمل آمد.
خواص خاموش کنندگی:
SF6 ماده ی بسیار عالی برای قطع قوس الکتریکی می باشد.انرژی بالای تجزیه ی این گاز ,قوس را بخوبی خنک می سازد و خاصیت الکترونگاتیو بودن آن سریعا الکترون های آزاد را جذب کرده و باعث می شود تا تحمل ولتاژ های بازگشتی بالا ممکن گردد.
تحت شرایط متشابه قدرت خاموش کنندگی SF6 بیش از صد برابر هوا است.
خواص استقامت الکتریکی:
استقامت الکتریکی گاز SF6 تحت شرایط متشابه بیش از دو برابر استقامت عایقی هوا است.خاصیت الکترونگاتیو بودن گاز SF6 و نقش آن در جمع آوری الکترون های آزاد عامل اصلی این قابلیت است.
نکته ی مهم این است که اضافه شدن مقدار کمی گاز SF6 استقامت عایقی هوا را بشدت افزایش می دهد ولی بر عکس اضافه شدن هوا به گاز SF6 تاثیر چندانی بر روی استقامت عایقی آن ندارد.به عنوان مثال اضافه شدن 10 درصد هوا استقامت عایقی SF6 را حدود 3 درصد کاهش می دهد.
سایر خواص فیزیکی:
SF6 گازی بی بو, بی رنگ,غیر سمی و غیر قابل اشتعال است و وزن مولکولی آن برابر 06/146 می باشد که 5 برابر سنگین تر از هوا می باشد.
خواص خاموش کنندگی و عایقی گاز SF6 به دانسیته ی آن بستگی دارد و به همین جهت از دانسیته سنج در کنترل مقدار گاز در کلید استفاده می گردد.دانسیته ی مناسب جهت استفاده در تجهیزات فشار قوی در محدوده ی 25 کیلوگرم بر متر مکعب است.برای درجه ی حرارت های پایین باید توجه شود که دانسیته ی گاز به حدی نباشد که در شرایط سرد موجب مایع شدن گاز گردد.
مطابق استاندارد,مقدار مجاز نشتی گاز SF6 کمتر از یک درصد در سال می باشد.
عملکرد تحت شرایط تخلیه ی الکتریکی:
تخلیه ی الکتریکی سبب تجزیه ی گاز SF6 می شود که تحت شرایط عادی قابل برگشت است.
SF6<====>S+6F
پس از تجزیه ی گاز,فعل و انفعال ثانویه با الکترودهای فلزی تصعید شده ترکیبات گاز یا جامد را بوجود می آورد.این ترکیبات خود نیز مواد مواد عایقی خوبی هستند لذا رسوب آن ها روی مقره از خاصیت عایقی نمی کاهد.اما در صورتیکه رطوبت در محفظه از حد خاصی بالاتر باشد ترکیب هیدروژن فلوراید (HF) ایجاد می شود که این ماده شدیدا هر نوع ماده ای که شامل Sio2 باشد (همانند شیشه و چینی) را مورد آسیب قرار می دهد لذا حتما باید میزان رطوبت در محفظه در حد پایین نگه داشته شود.
CUF2 +H2O ====>CUO + 2HF
SF4 + H2O ===> SOF2 + 2HF
استاندارد IEC376 استاندارد مربوط به مشخصات گاز SF6 می باشد.
تقسیم بندی کلیدها از نقطه نظر محفظه قطع قوس الکتریکی :
الف ) کلیدهای قدرت روغنی
ب ) کلیدها با محفظه قطع آبی
ج ) کلیدهای قطع بادی (AIR BLAST)
د ) کلیدهای کم روغن (MINIMUM OIL)
ه ) کلیدهای خلاء (VACUM)
و) کلیدهای SF6
نوع الف و ب از انواع بسیار قدیمی می باشند و هم اکنون کاربردی ندارند,کلید های نوع ج و د بتدریج در حال خارج شدن از رده هستند و کلید نوع ه نیز در سطوح 63 کیلوولت به بالا کاربرد ندارد.در حال حاضر تنها کلید مطرح در ولتاژ های 63 کیلوولت به بالا کلید SF6 می باشد,لذا در اینجا بیشتر به این کلید ها توجه خواهد شد.
ذیلا توضیح مختصری در مورد کلید های فوق عنوان می شود ولی به علت مختلف از جمله نیاز به عملیات نگهداری بیشتر,حجم بزرگتر کلید ها,نیاز به تعمیر اساسی در دوره های زمان کمتر,قابلیت اطمینان پایین تر و ارتباط زمان قطع جرقه با جریان عبوری,بطوریکه قبلا نیز عنوان گردید,در سطوح ولتاژِی 63 کیلوولت و بالاتر منحصرا کلید های SF6به کار می روند و توضیحات آتی بیشتر مربوط به این نوع کلید ها خواهد بود.
الف ) کلیدهای قدرت روغنی :
در این کلید ها روغن بیشتر وظیفه ی عایقی را بر عهده دارد و از مکانیزم خاصی برای قطع جرقه استفاده نمی شود و جرقه در اثر ازدیاد طول حادث از جدا شدن کنتاکت ها از بین می رود.این کلید ها دارای فضای خالی بالای روغن بودند تا در اثر انبساط حجم روغن به علت بخار شدن روغن در لحظات قطع اتصال کوتاه و بروز جرقه از انفجار جلوگیری شود.
ب ) کلیدها با محفظه قطع آبی :
در این کلید ها از آب به عنوان ماده ی خاموش کننده ی جرقه استفاده می شود و در این کلید ها ابتدا حرارت جرقه موجب تجزیه و تاخیر آب می گردد و با خاموشی جرقه در نقطه ی صفر جریان,قطرات آب داخل محیط یونیزه پاشیده می شود که این امر موجب خنک شدن جرقه و جذب یون های آزاد شده و جرقه در حالت خاموش باقی می ماند.
ج ) کلیدهای قطع بادی (AIR BLAST)
در این کلید ها بعد از ایجاد فاصله ی کمی مابین کنتاکت های کلید با دمیدن باد با سرعت بالا,یون ها و گاز های داغ از محیط خارج می شوند و با خاموش شدن جرقه به طور همزمان فاصله ی کنتاکت ها افزایش می یابد و دریچه ی دمش باد نیز مسدود می گردد.
در این کلید از انرژی جرقه برای خاموش کردن آن استفاده نمی شود و هوا توسط کمپرسوری دمیده می شود.این کلید ها معولا مجهز به خازن های موازی با کنتاکت ها هستند.
د ) کلیدهای کم روغن : (MINIMUM OIL)
در این کلید ها روغن تنها وظیفه ی خنک کردن جرقه و خارج کردن یون ها را به عهده دارد و مستقیما وظیفه ی عایقی بین دو کنتاکت را نخواهد داشت,نتیجتا حجم روغن در این کلید بسیار کمتر از کلید روغنی است.در این کلید در واقع محفظه ی جرقه حجم کمی دارد که در اثر حرارت جرقه روغن موجود در آن بسیار گرم شده و فشار بخار متصاعد شده بسیار بالا می رود نتیجتا استقامت الکتریکی کنتاکت ها در مقابل ولتاژ سیستم و ولتاژ برگشتی افزایش می یابد.همزمان با زیاد شدن فصله ی کنتاکت ها با محفظه بندی خاص کلید,روغن به صورت مخصوصی در آن به جریان می افتد و موجب خنک شدن گازها در محفظه ی جرقه و خروج یون ها از آن می شود و در فاصله ی زمانی کوچک اطراف نقطه ی صفر,جرقه یا قوس خاموش می شود.بعضی از انواع این کلید ها به پمپ گردش روغن جهت خارج کردن جرقه یا قوس مربوط به جریان های کوچک مجهز می باشند.
ه ) کلیدهای خلاء : (VACUM)
اصولا عاملی که باعث هدایت جریان و ایجاد قوس الکتریکی در هنگام جدا شدن کنتاکت ها از یکدیگر می باشد,حامل های باردار یا یون ها هستند,در خلائ کامل چون هیچ ماده ی یونیزه یا حامل باردار وجود ندارد لذا جدا شدن کنتاکت ها به صورت تئوریک می بایستی بدون ایجاد قوس باشد,البته در عمل به علت تبخیر مختصر سطوح کنتاکت ها,محیط حامل یون های باردار که مناسب برقراری قوس الکتریکی است ایجاد می شود.با عبور جریان از نقطه ی صفر این ذرات معلق فلز سریعا سرد شده و بر روی کنتاکت ها می نشینند و نتیجتا جرقه خاموش می شود.
در واقع در کلید خلاء از مقاومت بالای خلاء در مقابل بازگشت ولتاژ و نبود یا کمبود ذرات هادی جریان در فضای مابین کنتاکت ها استفاده می شود.در عمل این کلید ها تا ولتاژ 36 کیلوولت به کار می روند.
کلید فشار قوی (دژنکتور) :CIRCUIT BREAKER (CB)
تعریف :
منظور از یک کلید قدرت,وسیله ای است که بتواند مدار الکتریکی فشار قوی را در شرایط عادی و شرایط خطا (با زمان تعریف شده ی محدود) قطع و وصل نماید و در این حالت طوری عمل کند که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحوه ی مطلوبی کنترل شود.
اصلی ترین استاندارد مربوط به کلید های فشار قوی در سری استانداردهای IEC ,استاندارد IEC 56 می باشد.اصولا در کلید های فشار قوی جدا شدن کنتاکت ها به معنی قطع مدار الکتریکی (چه جریان و چه ولتاژ) نیست و وظیفه ی یک کلید فشار قوی,قطع ارتباط جریانی یک شبکه ی فشار قوی است,در مورد چگونگی جریان عبوری از کنتاکت های جدا شده و ولتاژ دو سر کنتاکت ها حالات زیادی را می توان برشمرد که در حقیقت بستگی به المان های فشار قوی ,لکن به جهت مشخص نمودن دو عامل مهم فوق در قطع یا وصل یک شبکه ی فشار قوی ,ذیلا حالات کاملا ساده ای بیان می شود.
قطع مدار اهمی تکفاز :
تا قبل از قطع مدار,ولتاژ و جریان هم فاز می باشند,در نقطه ی شروع به قطع به علت وجود جریان,قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه ی صفر جریان ادامه می یابد و در لحظه ی صفر جریان,جرقه خاموش می شود و از این لحظه به بعد ولتاژی که از صفر شروع به صعود می نماید در دوسر کنتاکت های کلید ظاهر می شود.
قطع مدار سلفی تکفاز :
تا قبل از قطع مدار یا جدا شدن کنتاکت ها,ولتاژ و جریان با 90 درجه اختلاف فاز برقرار هستند.در لحظه ی شروع به قطع به علت وجود جریان,جرقه یا قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه ی صفر جریان ادامه می یابد.در لحظه ی صفر,جریان خاموش شده و ولتاژی برابر ماکزیمم ولتاژ شبکه در دو سر کنتاکت باقی می ماند.
قطع مدار خازنی تکفاز :
تا
قبل از قطع مدار,ولتاژ و جریان با 90 درجه اختلاف فاز برقرار هستند,در
لحظه ی شروع به قطع به علت وجود جریان,قوس الکتریکی برقرار می شود و تا
لحظه ی صفر جریان ادامه می یابد.در لحظه ی صفر جریان,قوس خاموش می شود و به
علت شارژ اولیه ی خازن و ولتاژ
وجود دارد و ولتاژ دو سر کنتاکت برابر تفاوت 
و U شبکه خواهد بود که نتیجتا بعد از یک سیکل دو برابر ولتاژ ماکزیمم می گردد.
این 3 مثال ساده شاید در عمل هرگز به چنین صورت خاصی اتفاق نیفتد,به این جهت ذکر شد که 2 موضوع مهم در قطع کلیدها عنوان شود.
نکته ی اول جریان قوس می باشد,به عبارت دیگر با جدا شدن کنتاکت ها,جریان عبوری صفر نمی شود و ما بین زمان شروع به قطع کلید یا جدا شدن کنتاکت ها و قطع مدار باید تفاوت قائل شد و البته چون جریان در کلیدهای فشار قوی معمولا در لحظه ی عبور از صفر خاموش می شود,لذا ولتاژ های ضربه در سیستم بوجود نخواهد آمد.
نکته ی دوم:با صفر شدن جریان و خاموشی قوس بسته به مقدار ولتاژ اعمال شده به کنتاکت های باز کلید و با توجه به محیط یونیزه و فوق العاده گرم مابین کنتاکت ها ,امکان شروع مجدد قوس الکتریکی وجود خواهد داشت,این ولتاژ را ولتاژ برگشتی یا باز یافتنی یا RECOVERY VOLTAGE و شروع جرقه را RESTRIKING گویند.با توجه به مطالب عنوان شده لازم است بعد از صفر شدن جریان و یا در حوالی آن بطریقی نسبت به خنک کردن گازهای داغ قوس و خارج کردن یونهای حامل جریان عمل کرد.
مثال های ساده ی فوق همچنین نشان دهنده ی دشواری بیشتر در قطع مدارهای سلفی می باشد.زیرا بلا فاصله بعد از قطع جریان,ولتاژ بازگشتی بالایی خواهیم داشت.همچنین از مثال های فوق آشکار می شود که ولتاژ بازگشتی با وجود اینکه ممکن است دیرتر از حالت قطع مدار سلفی در مدار خازنی بوجود آید.لکن مقدار این ولتاژ بیشتر از حالت قطع مدار سلفی می باشد.حالات مربوط به ترکیبی از مقاومت و سلف و غیره و همچنین مدارات نوسانی و قطع سه فاز را می توان در مراجع عنوان شده یافت.
ضمنا به راحتی ملاحظه می گردد که در صورت وجود مقاومت موازی با کنتاکت های یک کلید در یک مدار سلفی,ولتاژ بازگشتی در اثر قطع کنتاکت ها از صفر شروع شده و لذا ولتاژ بازگشتی شدیدی نخواهیم داشت.از این موضوع گاها استفاده شده و کلید های مجهز با مقاومت سریع یا OPENING RESISTOR بکار گرفته می شوند.
وصل مدار اهمی تکفاز :
همانطوریکه ملاحظه شد در و قطع مدارها,قوس الکتریکی رخ خواهد داد.در وصل کلید ها نیز همواره این حالت وجود خواهد داشت,به عبارت دیگر با نزدیک شدن کنتاکت های کلید در لحظه ای که ولتاژ دو سر کنتاکت ها از ولتاژ شکست مورد نیاز بیشتر می شود قوس الکتریکی بروز می نماید.در یک کدار اهمی در لحظه ی برقراری قوس لکتریکی دقیقا جریانی که همفاز ولتاژ می باشد از کنتاکت های کلید عبور خواهد نمود.
وصل مدار خازنی تکفاز :
در این حالت اگر خازن بی بار باشد تنها در صورتیکه در لحظه ی عبور از ولتاژ صفر کلید بسته شود جریان رفتار عادی خود را خواهد داشت لکن در باقی موارد به علت اینکه می بایست در لحظه ی وصل کنتاکت ها جهش ولتاژی در مدار خازنی داشته باشیم,حتما جریان های ضربه ای ایجاد می شود.با وجود اینکه در عمل به علت وجود سلف ها و مقاومت های اهمی مدار ,جریان ضربه تا حدی محدود می گردد و جریان جهشی یا ضربه به صورت نمایی میرا خواهد شد ولی با این وجود وصل مدارهای خازنی مشکلات عمده ای را برای کلید در بر دارد.
