بررسی عملکرد کلیدهای قدرت در پست های فشار قوی



گروه برق
دانشکده فنی و مهندسی
دانشگاه آزاد اسلامی واحد ……….

موضوع:
بررسی عملکرد کلیدهای قدرت در
پست های فشار قوی

استاد راهنما:
………….

پژوهشگر:
…………..

مهرماه 1393

سپاسگزاری:

با سپاس فراوان از زحمات استاد ارجمند
جناب آقای دکتر …………..که مساعدتشان
قابل تقدیر است.

تقدیم به :

پدر عزیزتر از جانم که در تمام لحظات زندگی ام همراه و یار من بوده

به پاس همه ی بزرگواری او

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1
فصل اول: مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-1 نیاز به انرژی ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 6
فصل دوم:کلیدهای فشار قوی و نقش آنها در انرژی الکتریکی……………………………………………………………. 8
1 – 2 کلیدهای فشار قوی و جدا کننده ها ………………………………………………………………………………………. 9
2 – 2 نقش کلیدهای فشار قوی در شبکه ……………………………………………………………………………………… 10
3 – 2 اهمیت سرعت عمل در کار کلیدهای فشار قوی ………………………………………………………………… 11
4 – 2 قطع به موقع کلیدها …………………………………………………………………………………………………………….. 13
5 – 2 عدم قطع بجای کلیدها Breaker Failure……………………………………………………………………….. 15
فصل سوم: جرقه در کلیدهای فشار قوی ………………………………………………………………………………………….. 18
1 – 3 جرقه مشکل اساسی در کلیدها …………………………………………………………………………………………….. 19
2 – 3 قطع جرقه در کلیدهای فشار قوی ………………………………………………………………………………………… 21
3 – 3 کلیدهای فشار قوی ………………………………………………………………………………………………………………. 31
1-3-3 کلید بدون بار یا سکسیونر ……………………………………………………………………………………………………. 32
1ـ1-3-3 سکسیونر تیغه ای ………………………………………………………………………………………………………….. 34
2-1-3-3 سکسیونر کشوئی …………………………………………………………………………………………………………….. 36
3-1-3-3 سکسیونر دورانی …………………………………………………………………………………………………………….. 37
4-1-3-3 سکسیونر قیچی ای ………………………………………………………………………………………………………… 38
5-1-3-3 انتخاب سکسیونر از نظر نوع و مشخصات ………………………………………………………………………. 41
2-3-3 مورد استعمال سکسیونر قابل قطع زیر بار …………………………………………………………………………. 49
4 – 3 کلید قدرت یا دژنکتور …………………………………………………………………………………………………………… 51
فصل چهارم: حالت گذرا در کلیدهای فشار قوی ……………………………………………………………………………… 54
1 – 4 حالت گذاری عادی ………………………………………………………………………………………………………………. 55
2 – 4 حالتهای گذرای غیرعادی …………………………………………………………………………………………………….. 61
3 – 4 عوامل موثردر انتخاب کلیدهای قدرت ………………………………………………………………………………….. 67
فصل پنجم: انواع کلیدهای قدرت ……………………………………………………………………………………………………… 70
1 – 5 انواع کلیدهای قدرت …………………………………………………………………………………………………………….. 71
1-1-5 مشخصات الکتریکی گاز SF6 …………………………………………………………………………………………….. 82
2-1-5 اصول ساختمان کلیدهای گازی یا SF6 ……………………………………………………………………………… 84
فصل ششم: انتخاب کلیدهای قدرت در سیستم های توزیع ……………………………………………………………. 88
نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 112
منابع و مآخذ …………………………………………………………………………………………………………………………………… 117

چکیده :
در این پروژه پیرامون کلیدهای فشار قوی و جایگاه آنها در صنعت برق بحث شده است که در ابتدا در یک مقدمه خلاصه ای در مورد کلیدها توضیح داده شده است و در مرحله بعدی در فصل اول نگاهی گذرا به تولید و انتقـال انرژی الکتریکی داریم که در آن منابع انرژی و انواع انرژی و روشهای تبدیل انرژی های دیگر به انرژی الکتریکی و انواع نیروگاه ها و مزایا و معایب آنها و نیز انتقال انرژی الکتریکی و پستهایانتقال توضیح داده شـده اسـت تـا جایگاه کلیدها در این چرخه مشخص شود. در فصل دوم پروژه به بررسیاهمیت و نقش کلیدهای فشـارقوی در شبکه هایانتقال انرژی و بررسی نحوه عملکرد آنها و اهمیت سرعت عمل و دقت و مدت کار آنها و مشکلاتی که در اثر عدم قطع به موقع آنها به وجود میاید، بررسی شده است .
در فصل سوم پروژه بحث را به صورت تخصصی تر روی خود کلیـدها متمرکـز مـی کنـیم و در مـورد جرقـه در کلیدها که اساسی ترین مشکل آنهاست و روش قطع آن عوامل موثر در طبقه بندی کلیـدها توضـیح داده شـده است و در ادامه به بحث در مورد کلیدهای فشار قوی و تقسیم بندیان و انواعش و موارد استعمال آنها توضـیح داده شده است و در ادامه به بحث در مورد کلیدهای قدرت می پردازیم .
در فصل پنجم پروژه انواع کلیدهای قدرت و تقسیم بندیانها و طرزکار و ساختمان هر گـروه را بـه طـور کامـل مورد بررسی قرار می دهیم .
در پایان پروژه یعنی در فصل ششم طریقه انتخاب کردن یک کلید قدرت مناسب با هر محیط و مکانی و مناسب برای هر ولتاژ و جریانی را بررسی می نمائیم و جهت تفهیم بیشتر مساله بررسی و حل چند مثال می پردازیم.

فصل اول :
مقدمه

کلیدهای فشار قوی تنها یک وسیله ارتباط برقرار کردن بین مولدها و ترانسفورماتورها و مصرف کننده ها و سیم های انتقال انرژی و یا جدا کردن آنهـا از یکدیگر نیسـتند بلکـه حفاظـت دسـتگاه هـا و وسـائل و سیستم های الکتریکی را در مقابل جریان زیاد، بار زیاد و یا جریان اتصال زمین را نیز بعهده دارند. بدین جهت با چشم پوشی از بعضی از حالتهای استثنائی باید کلیدها ی فشار قوی بتوانند هر نوع جریانی را اعم از جریان کوچک بار سـیمها ( جریان خازنی مخلوطی ) و یا جریان مغناطیسی ترانسفورماتور بدون بار تا بزرگترین جریانی کـه ممکـن اسـت در شبکه بوجود آید ( جریان اتصال کوتاه) از خود عبور دهند. بدون اینکه اثرات حرارتی و یا دینامیکی این جریانهـا خطراتی برای کلید فراهم سازد. در ضمن انوع کلیدها ( کلید قدرت ) باید قادر باشند هر نوع جریانی با هر شـدت را ( جریان عادی و یا جریان اتصال کوتاه) در کوتاهترین مدت قطع و وصل کننده و بالاخره کلیدها ی فشار قوی باید قادر باشند. در حالت قطع (جدا بودن تیغه ها) هر نوع ولتاژ ی که بین دو سر باز کلی یت(تیقه نازک کلید ) برقرار می شود بدون کوچکترین احتمال ایجاد قوس الکتریکی تحمل کنند .
بطور کلی باید کلیدهای فشار قوی در حالت ها ی مختلف دارای شرایط و مشخصات ی به شرح زیر باشند :

1 – حالت بسته :
باید اولاً در مقابل عبور جریان بار و یا حتی جریان شدید اتصال کوتاه از خود مقاومـت قابـل ملاحظـه ا ی نشـان ندهند. در ثانی در مقابل اثرات حرارت و دینامیک این جریانها در یک زمان گسترده طولانی بایدکلیدها ی فشـار قوی دارای پایداری و ثبات قابل ملاحظه ای باشند .
انتخاب صحیح مقاطع قسمتهای هدایت کننده جریان کلید در کم کردن مقاومت عبور بسیار موثر است.

2 – در حالت باز (قطع مدار ):
باید کلید قادر باشد اختلاف سطح الکتریکی موجود بین کنتاکت باز را بطور کاملاً مطمئن تحمل کنـد . مقـدار و شدت این ولتاژ بستگی به وضعیت و کیفیت و محل نصب کلید دارد، مثلاً اگر کلیدی بوسیله ارتباط دو شبکه ای را فراهم سازد که ممکن است نسبت به هم آسنکرون نیز باشند در حالت قطـع کلیـد هـر دو طـرف کلید زیر پتانسیل قرار دارد .

3 – حالت قطع و وصل :
تمام قسمتهای کلید که در شرایطی هم پتانسیل فشار الکتریکی شبکه هستند باید در موقع قطع و یا در حالـت وصل بطور کاملاً مطمئن نسبت به زمین و نسبت به قطبها و تیغه ها ید دیگر ایزوله و عایق باشند و محتمل فشار الکتریکی وارد شده گردند .
شبنم و آلودگی های سطح روی کلید و یا گازها و بخارات و مایعاتی که از خود کلید متصـاعد مـی شـود نیز نباید باعث نقصان بیش از مجاز قدرت عایقی قسمتها ی مختلف کلید گردد .

4 – توانایی قطع :
کلیدهای فشار قوی باید بتوانند مدار الکتریکی را زیر ولتاژ نامی بندند. البته در بعضی کلیدهای (قطع کننده ها) این شرط بدون عبور جریان صادق است. (بدون توجه به جریانها ی کوچک بار سیم ها) و در برخی دیگـر(کلید قدرت) شرط محدودیت جریانی وجود ندارد و باید بتوان آنها را در زیر هر جریانی حتـی جریان اتصـال کوتـاه موجود در شبکه نیز بست .

5 – توانائی وصل :
کلید فشار قوی باید بتواند مدار الکتریکی را در ضمن عبور جریان باز کند. این شرط فقط برا ی قطع کننـده لازم نیست مراعات شود (از جریان کوچک شارژ صرفنظر می شود ).
نظر به اینکه شرایط 4 و 5 مشکلات اصل کلیدهای قدرت فشار قو ی را فراهم مـیکننـد سـاختمان و مکـانیزم کلید و چگونگی قطع و وصل کلید با توجه به شرایطی که در بند 4 و 5 به آن اشاره شد طرح ریزی میگردد .
از نقطه نظر کار با شبکه کمال مطلوب است، اگر هر یک از کلیدها ی فشار قو ی شامل کلیه شرایطی که فوقاً بـه آن اشاره شده باشد ولی. چون از دیدگاه اقتصادی تجمع کلیه شـرا یط در یـک کلیـد مقـرون بـه صـرفه نیسـت کلیدهای خاصی با شرایط بخصوص و محدودی طرح و ساخته می شود که عبارت است از :
الف – قطع کننده یا سکسیونر:
قطع کننده عبارتست از وسیله ای برای ارتباط دستگاه ها و سیستم ها ی برقی و اصولاً در جائی به کار برده مـیشود که بدون ولتاژ کردن آن قسمت مورد نظر باشد. قطع و وصل این کلید در صورتیکه جریان کوچک شـارژها صرف نظر شود، نباید قطع جریان و یا برقرار ی جریان گردد به عبارت دیگر قطع و وصـل سکسـیونر باید بـدون جرقه انجام گیرد و در حالت وصل بودن کلید و ارتباط برقرار کردن بین دستگاه ها نباید هیچ نوع جریانی با هـر شدت به کلید آسیبی وارد کند و یا موقعییت دینامیکی آن بخطر اندازد.
ب – کلید بار :
کلید بار یک کلید فشار قوی است که می تواند جریانهای کم و جریانهای با حتی چند برابـر کـوچکی از جریـان نامی را نیز قطع کند و مورد استعمال آن در کلید موتور ی و در انشعابات کم ارزش و کوچک است .
این کلید بخصوص در انشعابهائی از شبکه بکار برده می شود که جریان قطع و وصل آن هیچگاه به شکل آکتیو کامل (اندوکت ) وی نباشد، بلکه مقاومت بار همواره ترکیبی از مقاومت اهمی و سلفی باشد، زیرا بار اهمی در مـدار باعث تسریع در عمل قطع و خاموش شدن جرقه می گردد .
قدرت وصل کلید بار تقربایده برابر قدرت قطع آن است .
پ : کلید قدرت :
این کلید قادر است مدار الکتریکی را در ضمن عبور هر نوع و هر شدت جریانی قطع و هر شبکه اتصالی شـده را به مدار برق وصل کند، بشرط اینکه جریانی که از کلید در لحظه قطع و وصل می گذرد، از مدار مجازی که برای کلید در نظر گرفته شده است تجاوز نکند. لذا می توان گفت که در حقیقت کلید قدرت محدودیت جریانی ندارد و برای بزرگترین جریانهای اتصال کوتاه ساخته می شود و باید بتوان در مدارهای کاملاً اندوکتیو نیـز بـه خـوبی عمل کند .
ت : کلید قدرت :
این کلید در ضمن اینکه دارای تمام مشخصات کلید قدرت است کلیه خصوصیات قطع کننده را نیز شـامل مـی باشد . این کلید به دلایل خاصی فقط برای قدرت های کم ساخته می شود .
در ابتدا قبل از بحث در مورد کلید و کلیدها ی فشار قوی و بررسی کلی آنها، نگاه ی مختصر و گـذرا بـه تولیـد و انتقال انرژی الکتریکی و منابع انرژی و انواع آن خـواهیم داشـت تـا اهمیـت و جایگـاه کلیـدها در صـنعت بـرق مشخص گردد، بعد در ادامه بحث به صورت اختصاص کلیـدها را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم.
انرژی یکی از مسائلی است که همواره مورد نظر بشر بوده و خواهد بود و همواره کوشـیده اسـت تـا مفهـوم آنـرا درک کند و در راه دستیابی به آن بیاندیشد این اندیشه باعث فهمیـدن و درک انـواع انرژی و سـپس آفـرینش دستگاه های تبدیل آنها به یکدیگر شد و تا بدانجا رسید که اینک شاهد آن می باشیم. مـوردی کـه بیشـتر مـی خواهیم راجع به آن صبحت کنیم انرژی الکتریکی و الکتریسیته از تولید تا مصرف می باشد و روشـهای مختلـف استفاده اقتصادی و صحیح از منابع اولیه انرژی الکتریکی ارزان قیمت و آماده داشـتن آن بـه قـدر کـافی لازمـه صنعتی شدن کشور است هر ملتی که از ثروت طبیعی و خام موجود در کشورش کمتر اسـتفاده مـی کنـد بایـد بیشتر کار کند، در این صورت بیشتر احتیاج با انرژی الکتریکی ارزان قیمت دارد.

1-1 نیاز به انرژی:
همانگونه که انسان در زندگی روزمره خود نیاز به انواع مواد غذایی و پوشاک و بهداشت و غیره دارد به انرژی نیز که شامل انواع مختلف می باشد نیاز دارد استفاده از آن برای بشر غیر قابـل اجتنـاب اسـت . انسـان ا یـن اشـرف مخلوقات از قرنهای پیش شروع به شناخت بیشتر انرژی نمود و از آن در کارها ی روزمره خود استفاده نمود و تـا بدانجایی پیشرفت کرد که خود را به آن وابسته نمود. جمعیت جهان در حال حاضر رو به رشد و افزایش اسـت و به همان نسبت نیز استفاده انرژی در شکلهای گوناگون به طور سرسام آوری رو به ازدیاد می باشد، بـا بـالارفتن سطح زندگی مردم و جانشین شدن انرژی مکان یکی به جای انرژی انسانی و حیوان و استفاده از وسـایل و لـوازم مختلفی که انرژی مصرف می ینمایند از یکطرف و این ازدیاد جمعیت از طرف دیگر باعث مصـرف بیشـتر انرژی شده اند. بشر مترقی امروزه برای کلیه کارها ی روزمره خود به استفاده از انرژی نیازمند است به طوری که بـدون آن زندگی او کاملاً از کار می افتد به عنوان مثال: برای تولید انواع مواد غذایی و آشامیدنی و حتی آب آشامیدنی خود که بدون آن زندگی امکان پذیر نیست نیاز به استفاده از انرژی دارد .
تا قبل از انقلاب صنعتی و بهره گیری از نیروی محرکه ماشین بخار کلیه امور و مراحل تولید مستقیماً به وسـیله نیروی انسانی و با تلاش و دخالت مستقیم کارگر انجام می گرفت و در این راستا بازده و راندمان کار قابل توجـه نبود .
این بازده کم انسان را به فکر ساخت و استفاده از وسایل مختلف جهت راحتتر ساختن کـار و رانـدمان بیشـتر انداخت. این اندیشه باعث شروع انقلاب صنعتی در کشورها ی جهان مخصوصـاً اروپـا شـد و ابتـدا باعـث اختـراع ماشین بخار و سپس پیشرفت و گسترش روزافزون آن در صنعت و کلیه امور تولید گردیده مسلم اسـت کـه بـا پیشرفت زمان این اختراع و ابداعات روز به روز افزایش یافت و از نظر کیفی و کمـی دارا ی تکنولـوژ ی و برتـر ی نسبت به اختراعات قبلی شدند هر کدام در رشته ای مخصوص به خود جای گرفتند. از آنجایی که برای بحـث درباره یک نوع خاص انرژیی، نیاز به شناخت انواع انرژی و منابع تولید آن می باشد ابتـدا دربـاره منـابع انـرژی و سپس انواع آن توضیح کوتاه ی خواهیم داشت.

فصل دوم :
کلیدهای فشار قوی و نقش آنها در
انرژی الکتریکی

1 – 2 کلیدهای فشار قوی و جدا کننده ها :
برای جدا نمودن تجهیزات مختلف ایستگاه از قسمتهای تحت ولتاژ از جدا کننده ها و یا سکسیونر ها استفاده می شود، کلیدهای فشار قوی برای قطع اتوماتیک و یا دستی خط در هنگامی که جریان بار و یا جریان عیب در کلید برقرار می باشد بکار می روند، سکسیونرها یا جداکننده ها هنگامی بکار می روند که قبلاً جریـان بـار یـا جریـان اتصالی از طریق کلیدها قطع شده باشد. در اینصورت کلیدها بطور دستی باز شده و کلید فشار قـوی و یـا سـایر تجهیزات شبکه را از قسمتهای تحت ولتاژ شبکه جدایی نمایند .
(شکل 2-1) بطور کلی خصوصیات کار سیکسیونرها بشرح زیر می باشند :
1 – سیکسیونرها برخلاف کلیدها توانایی قطع جریان بار و یا جریان عیب راینداشته و تنهـا پـس از قطـع جریـان عبور کرده از آنان می توانند باز و بسته بشوند .
2 – سیکسیونرها بطور دستی عمل کرده و دارای فرمان قطع اتوماتیک از رله ها و دسـتگاه هـای حفـاظتی نمـی باشند .
3 – سکسیونرها برای قطع جریان عیب ساخته نشده (بندا) لذا به منظور محافظت شبکه در مقابل اتصـالی هـای مختلف بکار نمی رود .
4 – سیکسونرها تنها پس از قطع جریان در آنها که توسط کلیدها صورت می پذیرد، مورد عمل قرار گرفته و بـاز می شوند. این عمل اصطلاحاً به برداشتن ولتاژ از تجهیزات مرسوم می باشد .
5 – سکسیونرها در هنگام قطع و وصل اتوماتیک کلیدهای خط مورد عمل قرار نگرفته منحصراً در هنگـام انجـام رله بازرسی ها، تعمیرات و سرویس کاربردی تجهیزات فشار قوی باز و بسته می گردند. بنابراین در هنگـام کـار عادی شبکه همواره بسته می باشند .
ترتیب قرار طکرفتن سکسیونر و کلید خط نسبت به سایر تجهیزات فشار قوی در شکل (2-2) نشان داده شـده است در هر خط ورودی به ایستگاه معمولاً دو سکسیونر در دو طرف کلید خط نصب می گردند کـه بـا S1 و S2نشان داده شده اند. در هنگام انجام بازرسی و تعمیرات در کلید (D) و با ترانسفورماتور جریان خط (C.T) پس از قطع کلید دو سکسیونر فوق به طور دستی باز شده و قفل می گردند. به این ترتیب ولتاژ از روی کلید برداشته شده و می توان نسبت به انجام تعمیرات و بازرسی کلید اقدام نمود.

2 – 2 نقش کلیدهای فشار قوی در شبکه :
عمل اصلی حفاظت شبکه در هنگام بروز اتصالی ها و برقراری جریان عیب توسط کلیدهای فشار قوی صورت می پذیرد. با قطع کلید فشار قوی صورت می پذیرد. با قطع کلید فشار قوی قسمت معیوب شبکه از قسمتهای بدون عیب در حال کار شبکه جدا شده و ادامه کار و ثبات شبکه تامین می گردد. بروز هر گونه عیبی در کلیـد فشـار قوی، بطوریکه با بروز عیب در شبکه و بکار افتادن رله های محافظتی، کلید عمل نکرده و بموقع قسمت معیـوب شبکه را جدا ننماید، قطع بی مورد و نابجای سایر کلیدها و از کار افتادن کامل شبکه را به همراه خواهـد داشـت .
عیب در کلید ممکن است ناشی از بروز اشکال در مدار فرمان کلید، بروز عیب در مکانیزم قطع و وصل کلید، عدم توانایی کلید در قطع جریان عیب افزایش زمان قطع کلید و غیره باشد. با توجه به تعداد عیـوبی کـه در خطـوط انتقال انرژی و سایر تجهیزات شبکه در سال روی می دهند و در کلیه عیوب روی داده در کلیدهای فشـار قـوی نقش اصلی را در قطع قسمت معیوب و حفظ شرایط عادی شبکه عهده دار می باشـند . اهمیـت کلیـدهای فشـار قوی و تاثیر آنان در ادامه کار عادی شبکه روشن می گردد .
عدم قطع بموقع و بجای کلیدها در هنگام بروز عیب منجر به قطع سایر کلیدها در نقاط دیگری از شبکه شـده و قسمتهای بیشتری از شبکه را با قطع برق و خاموشی مواجه می نماید. تاخیر در قطع کلیـد، مـدت بـاقی بـودن عیب و برقراری جریان در شبکه عیب در شبکه را افزایش داده و بازگشت شبکه را بشرایط عـادی دشـوارتر مـی نماید .
با روشن شدن اهمیت و نقش کلیدهای فشار قوی در حفظ شرایط پایـداری شـبکه و جلـوگیری از خاموشـیهای مکرر درجه اطمینان و قابلیت فشار قوی تعیین می گردد. این امر موجب می گردد تا کلیدها از حداکثر اطمینان و توانایی برخوردار باشند.
هر قدر عیوب روی داده در کلیدها و مکانیزم کار آنها کمتر باشد، ثبات کار شبکه بیشتر شده و قطعی های شبکه کمتر می گردد .

2-3 – اهمیت سرعت عمل در کار کلیدهای فشار قوی :
یکی از مشخصات عمده کلیدهای فشار قوی که در هنگام بروز عیب در شبکه مستقیماً در حفـظ شـرایط عـادی شبکه و ادامه کار آن موثر می باشد. از لحظه بروز عیب در شبکه تا لحظه ای که کلید مناسب آن عمل نمـوده و جریان عیب را قطع می نماید به زمان آشکار شدن عیب یا Clearance Time ) CT) موسوم می باشد. فاصله زمانی فوق مدتی راینشان می دهد که عیب در شبکه موجود بوده و شبکه در شرایط غیرعادی کار می نماید. این فاصله زمانی بمدت برقراری عیب در شبکه یا Duration Fault نیز موسوم می باشد. عوارض و اثرات ناشـی از بروز عیب در کار عادی شبکه بستگی به محل عیب فاصله آن از مراکز تولید، نوع عیب و غیره دارد. با بروز عیـب جریانها به سمت نقطه عیب تغییر جهت داده و عیب را تغذیه می نمایند. در این شرایط نزدیکتـرین کلیـدها بـه محل عیب می بایست عمل نموده و قسمت معیوب را از شبکه جداینماید با. قطع کلیدهای فوق جهت جریانها به شرایط عادی قبل از بروز عیب تغییر یافته و کارعادی شبکه ادامه می یابد. شکل (2-3) جهت جریانها را قبـل از بروز و شکل (2-4) جهت جریانها را پس از بروز عیب در نقطه K نشان می دهند. هر قدر کلیدهای تعیین شده جهت قطع یک قسمت معین از شبکه دیرتر عمل نمایند، مدت برقراری عیب طولانی تـر و عـوارض ناشـی از آن بیشتر می گردند .
یکی از این عوارض بروز اختلال در شرایط پایداری شبکه می باشد. این اختلال شـرایط لازم جهـت قطـع سـایر کلیدهای واقع در نقاط دیگری از شبکه را فراهم می آورد و بدین ترتیب قسمتهای بیشتری از شبکه با خاموشی و قطع برق مواجه می گردند .
در پی برقراری جریان عیب رله های محافظتی تعیین شده در قسمت معیوب شبکه عمـل نمـوده و متناسـب بـا تاخیر زمانی تنظیم شده فرمان قطع را به کلیدهای محافظتی خط می دهند .

4 – 2 قطع به موقع کلیدها :
مدت برقراری عیب در شبکه با توجه به محل عیب و بر مبنای عوارض و اثرات ناشـی از جریـان عیـب و شـرایط پایداری شبکه قبلاً تعیین می گردد. بعنوان مثال مدت برقراری عیوب روی داده در خطـوط انتقـال انـرژی مـی تواند طولانی تر از مدت برقراری عیب در نیروگاه ها باشد. با تعیین مدت برقراری عیـب و تنظـیم تـاخیر زمـانی سیستم های محافظتی کلیدهای پیش بینی شده مربوط به این سیستم محافظتی مـی بایسـت پـس از گذشـت تاخیر زمانی تنظیم شده بطور مطمئن عمل کرده و با توانایی کامل جریـان عیـب را قطـع نمایـد . عمـل نمـودن کلیدها در پایان تاخیر زمانی تنظیم شده اصطلاح (اً قطع به موقع کلیدها) نامیده می شـود . همچنانکـه خـواهیم دید قطع بموقع کلیدها بطوریکه مدت برقراری جریان عیب در شبکه از حدود تنظیم شده تجاوز ننماید برای کار پایدار و مطمئن شبکه حائز اهمیت فراوان بوده و از بروز خاموشی مکرر و کار بـی ثبـات شـبکه جلـوگیری مـی نماید .
چون ممکن است با توجه به اشکالات و عیوب روی داده در کلیدها و یا در سیستم های محافظتی کلیدهاینتوانند بموقع و در پایان مدت برقراری عیب عمل نمایند، لذا کلیدهای دیگری در شبکه تعیین می شوند، تا در صـورت عدم قطع بموقع کلیدها، عمل نموده و قسمت معیوب را جداینمایند . ایجاد ترتیب فوق بطوریکه کلیدهای دیگری از شبکه بعنوان کلیدهای رزرو به کار رفته و عمل قطع جریان عیب را در عوض کلیدهای اصلی تعیین شده انجام دهند، اصطلاحاً موسوم به Breaker Failure می باشند .

مدت کار کلیدها :
مدت برقرای عیب در شبکه بمدت ظاهر شدن عیب نیز مرسـوم مـی باشـد . Fault clearing Time(FCT) همانطور که دیدیم مدت برقراری عیب در شبکه عبارت از فاصله زمانی موجود بین لحظه بروز عیب و لحظه قطع کامل جریان عیب (خفه شدن قوس در محفظه قطع کلید) توسط کلید مـی باشـد . در ایـن فاصـله زمـانی ابتـدا سیستم های محافظتی پیش بینی شده برای عیب بکار افتاده، پس از تشخیص عیب، از طریق رله های کمکی و واسطه خود فرمان قطع را به کلیدها می دهند.
این عمل توسط سیستم های محافظتی در فاصله زمانی tp انجام می شود، معمولاًد بین 3 تا 0/5 سـیکل تغییـر می نماید و به زمان کار سیستم های محافظتی موسوم می باشد .
از لحظه رسیدن فرمان قطع کلید تا لحظه ایکه کنتاکتهای کلید به طور کامل باز شده و خط را قطع می نماینـد به زمان قطع کلید یا tB موسوم می باشد، بنابراین مدت برقراری عیب یا زمان ظاهر شدن عیب (FCT) معـادل خواهد بود با :
FCT = tP + tB
کاهش زمان فوق بستگی بدو مقدار tP و tB دارد .
حداقل زمان کار سیستم های محافظتی خط و سایر تجهیزات در شبکه های با ولتاژ بالا (330-750 کیلوولـت ) 21 بحدود 04/0 – 02/0 ثانیه معادل 1 یا 2 سیکل بالغ می گردد همزمان با افزایش ولتاژ و ظرفیت خطـوط انتقـال انرژی کوششهای لازم بمنظور کاهش هر چه بیشتر زمان کار سیستم هـای محـافظتی بعمـل مـی آیـد . آخـرین پیشرفت ها این مورد ساخت رله های الکترونیکی، کامپیوتری می باشد که بر مبنای سیگنالهای دریافتی از خـط و مقایسه مداوم آنها عمل می نمایند .
عامل دیگر در کاهش مدت برقراری عیب، مدت کار کلید یا tB می باشد، در قسمتهای دیگر بطور مکرر و بمدت کار کلیدهای فشار قوی اشاره شده و مقدار آن برای انواع مختلف کلیدها تعیین می گردد .
زمان کار کلیدها و پیشرفت های به عمل آمده در مورد کاهش آن در شکل (2-5) نشـان داده شـده اسـت .ایـن زمان در سال 1920 بحدود 0/3 ثانیه معادل با 15 سیکل بالغ می گردید با پیشرفت تکنولوژی ساخت کلیدها و بهبود کیفیت خفه شدن قوس در آنها این زمان در حال حاضر تا حدود یک سیکل کاهش یافته است .

5 – 2 عدم قطع بجا کلیـدها Breaker Failure :
بروز هر گونه عیبی در مدارهای فرمان و با مکانیزم عمل کننده کلیدها موجب از کار افتادن و عدم قطـع بموقـع آنها در هنگام بروز اتصالی در شبکه می گردد، عدم قطع بموقع کلیدها قطع نابجـای سایر کلیـدها را در شـبکه سبب می گردد. بروز شرایط فوق به فقدان قطع یا عدم قطع کلید Breaker Failure موسوم می باشد با عـدم قطع کلید تعیین شده برای عیوب روی داده در یک قسمت معین از شبکه، برقرار ی جریان عیـب سیسـتم هـای محافظتی سایر قسمتها و تجهیزات شبکه را بکار انداخته و این محافظتها کلیدهای دیگری را در شبکه قطع مـی نماید در صورتیکه پیش بینی خاصی در صورت عدم قطع بموقـع کلیـدها ی شـبکه بعمـل نیامـده باشـد، سایر کلیدهای شبکه بطور نامنظم و ناهماهنگ قطع می گردند، قطع متوالی و نامنظم کلیدها که به ترتیب فوق روی می دهد منجر به قطع تدریجی خطوط ارتباطی شبکه و واحدهای تولیدی شده و شـبکه را بـا خاموشـی کامـل مواجه می سازد .
چنانچه با پیش بینی های مخصوص از قطع نامنظم کلیدهای شبکه در هنگام عدم قطع بموقع و بجـای یکـی از کلیدها جلوگیری شود می توان از قطع کامل و بروز خاموشی در شبکه جلوگیری نمود. پیش بینی مخصوصـی که در این شرایط به عمل می آید به Breaker Failure یا " عدم قطع کلیدها" موسوم می باشد .
بر طبق این پیش بینی کلی های دیگر موجود در شبکه که با قطع آنها جریان عیب قطـع و قسـمت معیوب از شبکه جدا می گردد تعیین می شوند . در شکل (2-6 (و ) 2-7) با بروز عیب در خط (L-1) کلیدهای 1 و 2 باید قطع شوند، تا سایر خطوط بکار عادی خود ادامه دهند، چنانچه بدلایلی هر یک از کلیدهای فوق قطع نگردند، در این صورت کلیدهائی را که لازم است تا پس از عدم قطع کلیدهای 1 و 2 قطع گردند مشخص می نمائیم تـا از قطـع نابجـا و بیمورد کلیـه کلیـدها جلوگیری شود، ای پیش بینی اصطلاحاً به (Breaker Failure) یا تعیین کلیدهای لازم برای قطع در مرحله دوم موسوم می باشد، در شکل (2-6) چنانچه کلید (2) قطع شده و کلید ( 1 ) قطـع نگـردد، کلیـد 4 میبایست قطع گردد که همراه با آن خط (2L-) نیز از مدار خارج می گردد و لازم است تا کلید انتهائی این خـط قطع گردد.

با این ترتیب بدون اینکه تغییری در شرایط بهره برداری سایر خطوط سالم رو ی دهد، خط مورد اتصالی از شبکه جدا می گردد چنانچه کلید 1 قطع شده ولی کلید 2 قطع نگردد در این صورت لازم است تا کلید 3 و کلید واقع در انتهای دیگر خط 3L – نیز که در آن عیبی روی نداده همراه با خط1 L- قطع گردد ولی خطوط 2L- و 4L- بکار عادی خود ادامه می دهند .
در شکل (2-7) عدم قطع کلید 1، قطع کلید 4 و عدم قطع کلید 2، قطع کلید 3 و قطع کلید انتها ی خط L-3 را ایجاب می نماید.
در شکل (2-8) با بروز عیب در نقطه K کلیدهای 8 و 10 می بایست قطع گردند، در صورت عـدم قطـع کلیـد 10، کلیدهای 11 و 9 و در صورت عدم قطع کلید 8 کلیدهای 5 و 6 بعنوان کلیدهای قطـع در مرحلـه دوم بـا کلیدهای Back – up بکار رفته و می بایست قطع گردند.

فصل سوم :
جرقه در کلیدهای فشار قوی

1 – 3 جرقه مشکل اساسی در کلیدها :
مسلماً هر خط برق که وظیفه اش رسانیدن انرژی الکتریکی به یک مصرف کننده برقی است لا اقـل بایـد دارای یک قطع کننده باشد. قطع و وصل کردن یک کلید رو ی خط که از آن جریان عبور نکند حتی اگـر ولتـاژ وجـود داشته باشد تقریباً بدون مشکل می تواند صورت گیرد ولی از آنجا که اغلب قطع کردن مدار و گاهی وصل مـدار در حالات اضطرار یپیش می آید لازم می شود که کلید در حالتی که جریان از خط عبور مـی کنـد قطـع کنـد وجود جریان در خط قطع کردن را با مشکلاتی روبرو می سازد وقوع اتصال کوتاه در یک سیستم مهمترین حالت اضطراری است که در بالا بدان اشاره شد که وقتی که برحسب لزوم کلیدی زیر جریان شروع به بـاز کـردن مـی کند یک اختلاف فشار الکتریکی در دو طرف کلید یعنی روی کنتاکت آن بوجود می آید این اختلاف ولتاژ در دو سر کلیدی که در حال باز شدن است و هنوز نتوانسته است فاصله کافی را اجاد کند گازهای موجود در ایـن فاصله کم را یونیزه کرده است و سعی می کند که متناسب با اختلاف ولتاژ موجود و متناسـب بـا عکـس فاصـله ایجاد شده جریان درخواستی خط را تامین کند. این جریان که از طریق یونیزاسیون یک گـاز برقـرار می شود بصورت جرقه یا قوس الکتریکی در فاصله بین دو کنتاکت ظاهر می گردد و این جرقه ایجاد شده مسـائل اصـل کلید را سبب می شود زیرا ذوب شدن سر کنتاکتها کلید و خسارتهای دیگـر و انفجـار کلید و احتمـال آتـش سوزی هم از اتفاقاتی است که در اثر جرقه می تواند انجام شود.
در شبکه های جریان متناوب بعلت اینکه جریان در یک خط ممکن است برحسب نوع مصرف کننده عقب تـر از ولتاژ با همفاز یا جلوتر از ولتاژ باشد بوجود آمدن جرقه در حال باز شدن کلید زدن در حالت های مـذکور تفـاوت دارد فرض می کنیم که از خطی جریان صد در صد اهمی عبور می کند و کلید ی می خواهد این مدار را باز کند.
چون در این خط جریان با ولتاژ هم فاز است هنگام باز شدن کلید لحظه ای که ولتاژ با جریان هر دو صـفر مـی شوند جرقه خاموش شده و بارها ترکیب شده و از بین می روند، در این لحظه اگر کنتاکت های کلید فاصله کافی از هم گرفته باشند برگشت مجدد جرقه امکان پذیر نیست.
حال مصرف کننده را اهمی و سلفی می کنیم لذا در این حالت جریان قدری از ولتاژ عقب تر است در این حالت وقتی که قطبین کلید در حال باز شدن هستند و جریان به صفر می رسد جریان قطع و جرقه خاموش می شود ولی چون در این لحظه ولتاژ عکس العمل سلفی ناگهان از بین می رود ولتاژ نامی سیستم در دو سر کلیـد ظـاهر می گردد . این اختلاف فشار الکتریکی از ترکیب یونهای موجود در این فاصله جلوگیری کـرده تـا اینکـه مجـدداً جریان از مرز صفر عبور می کند و چون محیط بصورت یونیزه شده باقی مانده است جرقه مجدداً ادامه پیدا مـی کند. لذا در این حالت کنتاکت ها یا قطبین کلید نسبت بحالت پیش باید فاصله بیشتری بگیرند تا برگشـت جرقـه امکان پذیر نباشد یعنی زمان خاموش شدن جرقه بیشتر از حالت پیش است این اشـکال در حـالتی کـه از خـط جریان خالص سلفی عبور می کند. حادترین حالت را پیدا خواهد کرد. زیرا در ایـن حالـت جر یـان از ولتـاژ 90درجه عقب تر است یعنی وقتی که مقدار جریان به صفر می رسد ولتاژ نامی سیستم مقدار حـداکثر خـود را دارد.
حال اگر فرض کنیم جریانی که از خط می گذرد اهمی و خازنی باشد یعنی جریان از ولتاژ قدری جلوتر باشد و کلید بخواهد چنین مداری را باز کند در این حالت وقتیکه کنتاکت های دو سر کلید در حـال بـاز شـدن اسـت و جریان سینوسی به صفر می رسد جرقه خاموش می شود و چون در این لحظه ولتاژ طرف دوم کلید بدلیل وجود خازن در مدار برابر ولتاژ نامی سیستم بوده با مقدار کمتر و ولتاژ خازن قادر نیست ماننـد ولتـاژ سـر سـلف ناگهان از بین رود لذا ولتاژ دو سر کلید در لحظه قطع جریان تقریباً مساوی بوده در نتییجه یونهای ترکیب شده و امکان برگشت جرقه از بین می رود در این حالت نیز واضح است که اگر جریان صـد در صـد خـازنی یعنی 90 درجه از ولتاژ جلوتر باشد قطع آسانتر صورت میگیرد زیرا هنگام صفر شدن جریان ولتاژ نامی مقدار ماکزیمم خود را دارا می باشد و همچنین خازن در طرف دیگر کلید همین ولتاژ را دارد لذا پس از صفر شدن جریان یـک چهارم سیکل فرصت لازم است تا اختلاف ولتاژ در دو سر کلید بوجود آید این فاصله، زمانی خوب اسـت تـا اینکـه بخوبی آثار یونیزاسیون در فاصله بین دو قطب کلید از بین رفته و امکان برگشت جرقه وجود نداشته باشد نکتـه یا که قابل ذکر می باشد این است که اگر کنتاکت ها در این فاصله نتوانند فاصله کافی را ایجاد کنند و نیم سیکل بعدی فرا رسد وجود ولتاژ طرف دوم کلید که باقیمانده ولتاژ خازن است امکان جرقه را تشدید می کنـد مطالـب فوق اگر مصرف کننده را روی یک خط در پنج حالت صد در صد سلفی، سلفی و اهمی، صد در صد اهمی، اهمی و خازنی و صد در صد خازنی در نظر بگیری مقطع مدار در حالت اول از همه حالات دیگر مشکلتر و در حالت آخر از همه حالات آسانتر است. از بررسی فوق می توان چنین نتیجه گرفت که قطع مـدار در یـک سیسـتم جریـان مستقیم نیز مشکل است زیرا ولتاژ دو سر کلید در طول باز شدن کنتاکت ها کلید هرگز صفر نمی شود لـذا تـا فاصله کافی بین کنتاکت ها ایجاد شود جرقه ادامه دارد .
با توجه به مطالبی که گذشت ملاحظه می شود که کلیه قطع کننده ها حتی فیوزها از لحاظ ساختمانی و مـواد بکار برده شده باید طوری تدارک دیده شوند که هنگام قطع و وصل مدار بتوانند هر چه زودتر جرقه ایجاد شده را خفه کرده و از تداوم و توسعه آن جلوگیری نماید.

2 – 3 قطع جرقه در کلیدهای فشار قوی :
همانطور که میدانیم مشکل قطع جریان یا بعبارت دیگر مشکل خاموش شدن جرقه در بار سلفی است، زیرا در این حالت موقع ی که جریان از صفر می گذرد و جرقه خود به خود خاموش می شود، ولتـاژ شـبکه کـه عامـل برگشت مجدد جرقه است در ماکسیموم مقدار خود نمایان می گردد و متاسفانه جریان اتصال کوتاه در تاسیسات و شبکه برق نیز بعلت وجود اندوکتیوی ته ژنراتور و ترانسفورماتور و سیمهای هوائی بیشتر یک جریان اندوکتیو می باشد.
ذیلاً قطع جریان اتصال کوتاه مداری را که از ژنراتور، کلید فشار قوی و سیم هوائی تشکیل شده است بررسی میکنیم، در ضمن جدا شدن تیغه متحرک کلید از کنتاکت ثابت، دائماً فقط تماس بین تیغه و کنتاکت کم می شود و بالاخره لحظه ای قبل از جدا شدن تیغه از کنتاکت تماس سطحی تبدیل بـه تمـاس نقطـه ای میگردد . در نتیجه، تراکم جریان در این نقطه بحدی زیاد می شود که در همین محل نقطه ذوبـی بوجـود می آید و باعـث شروع جرقه و قوس الکتریکی می شود. (شکل 3-1 )
مدار جریان تا موقعی که جرقه ادامه دارد بحال بسته باقی می ماند گرچه تیغه و کنتاکـت از هـم فاصـله قابـل ملاحظه ای نیز گرفته باشند و این جرقه تا موقعی ادامه دارد که ولتاژ مولد نتوانند ولتاژ لازم برای جرقه را تامین کند. بعبارت دیگر موقعی جرقه برای همیشه خاموش می شود که با دور شـدن تیغـه از کنتاکـت و صـفر شـدن جریان، جرقه مجدد (برگشت جرقه) احتیاج به ولتاژ زیادتری از ولتاژ موجود در شبکه داشته باشد.

در شکل 3-1 به تغییرات جریان و نیروی الکتروموتوری ژنراتور نسبت به زمـان و همـین طـور اخـتلاف سـطح ستون جرقه نسبت به زمان یا نسبت به فاصله دو الکترود کلید رسم شـده اسـت .چنانچـه د یـده می شود و در لحظات اول باز شدن کلید، اختلاف سطح بین دو کنتاکت کلید خیلی کوچک و برابر با افت اختلاف سطح قـوس الکتریکی بین دو کنتاکت است (حاصلضرب جریان و مقاومت ستون قوس الکتریکی).
این اختلاف سطح با کوچک شدن جریان و ازدیاد فاصله دو کنتاکت زیاد می شود. در موقعی که جریان به صـفر می رسد پتانسییل بدون کنتاکت کلید برابر اختلاف سطح موثر ژنراتور در این محل می شود و جرقـه مجـدداً برمی گردد .
واین عمل تا موقعی ادامه پیدا می کند که در اثر زیاد شدن فاصله دو کنتاکت کلید، ولتاژ جرقه بزرگتر ازنیروی الکتروموتوری ژنراتور شود. دراین موقع فاصله بین دو کنتاکت کلید ولتاژ شبکه را بدون جرقه زدن تحمـل می کند.
در شکل (3-1) فرض شده که اختلاف سطح به محض صفر شدن جریان موجود باشد اما این موضـوع عمـلاً امکان پذیر نیست، زیرا به علت وجود اندوکتیویته و کاپاسیته شبکه، ولتاژ بین دو کنتـاکتی کـه در موقـع صـفر شدن جریان صفر بود نمی تواند غفلتاً ماکسیموم مقدار خود را پیدا کند، بلکه حتماً باید از صفر شروع شود و بـا یک نوساناتی طبق شکل (3-1) پ خود را به مقدار ماکسیموم بکشاند. فرکانس این ارتعاشات بستگی به مقـادیر اندوکتیویته و کاپاسیته شبکه دارد و ممکن است به 50000Hz نیز برسد .
پس بدرستی می توان گفت که چون برگشت ولتاژ احتیاج به زمان دارد درست در همان لحظه که جریان صـفر است ولتاژ با مقدار ماکسیموم خود نمی تواند وجود داشته باشد بلکه ولتاژ هم در این لحظه صفر است و پـس از گذشت زمانی ولو کوچک ولتاژ در دو سر کنتاکت کلید به ماکسیموم می رسد و می توان از همین فرصت کوتـاه به منظور خاموش کردن جرقه استفاده کرد .
اکنون ذیلاً عاملی که در قطع جریان موثر است دقیقاً مورد بررسی قرار می دهیم در اثر حرارت زیاد جرقه تعداد زیادی از مولکول های موجود در بین کنتاکت یونیزه می شوند دین معنی که مولکولها به یون مثبت و الکترون منفی تجزیه می شوند. در موقع عبور جریان از صفر این ذرات باردار بسرعت بهم می پیوندند (یونیزه می شوند) زیرا فاصله بین دو کنتاکت به سرعت خنک می شود و به فرض نبودن ولتاژ، عـاملی برای برقـرار ی آنهـا وجـود ندارد. این از بین رفتن ذرات باردار را می توان توسط منحنی (1) در شکل (3-1) ت نمایش داد.
حال اگر ولتاژ طبق شکل (3-1) پ برگردد، در اثر این برگشت ولتاژ یونها مثبـت در یـک جهـت و الکترونهـای منفی در جهت دیگر سرعت میگیرند و این سرعت دائماً با ازدیاد ولتاژ زیاد می شود.
این ذرات با سرعت و انرژی زیاد که پیدا کرده اند با مولکولهای خنثی برخورد کرده آنها را می شـکافند و ذرات باردار جدیدی بوجود می آورند. (منحنی 2 در شکل 3-1 ت ).
اگر اختلاف سطح به اندازه کافی بزرگ باشد، یونیزاسیون ضربه ای ایجاد می شود که نتیجه نهائی آن جرقه بین دو الکترود یا دو کنتاکت کلید است. در نتیجه دو عامل در ادامه جرقه یا قطع جرقه موثر است؛ یکی از بین رفتن ذرات باردار در اثر صفر شدن جریان و خنک شدن الکترودها که باعث قطع جرقه می شود و دیگر ی بوجود آمدن مجدد ذرات باردار در اثر برگشت ولتاژ که باعث ادامه جرقه می شود .
لذا برحسب آنکه کدام یک از دو عامل موثر باشند جرقه خاموش و یا مجدداً روشن می شود .
روشهای مختلفی که تا به امروز در ساختمان کلیدهای فشار قوی استفاده شده اغلب زائیده تجربـه و مشـاهدات مخترعان آن در جریان و فشار مخصوص و معین بوده است که بعداً تکمیل و تکمیل تر شـده اسـت . در تقسـیم بند کلیدهای فشار قوی و تعیین روشهای مختلف خاموش کردن جرقه در کلید باید قبلاً توضیح داده شود که معمولاً در کلیدهای قدرت عوامل مختلفی در قطع جرقه موثر واقع می شوند بطوریکه ممکن است هر کدام از آن عوامل نتوانند به تنهائی قادر به قطع جرقه باشند ولی معمولاً کلید را به آن عاملی نسبت می دهند که بیشـتر از عوامل دیگر در قطع جرقه موثر است و یا اینکه سازنده بیشتر توجهش به آن عامل مخصوص بوده است .
بطور کلی در طبقه بندی کلید می توان سه عامل مختلف را در نظر گرفت که عبارتند از :
1 – مدت اثر
2 – عامل موثر
3 – تهیه عامل موثر

1 – مدت اثر :
در برخی از کلیدها، خاموش کننده جرقه در زمانی که جریان از صفر یا حوالی آن می گذرد وارد عمل می شود و در برخی دیگر عامل خاموش کننده جرقه به محض صدور فرمان قطع به کلید و جدا شدن تیغه هـا از هـم وارد عمل می شود و در تمام مدت ی که جریان از قوس عبور می کند در قطع جرقه موثر است . این اثـر مـداوم برای خنک کردن و خارج کردن الکترونها و حاملهای بار در ضمن این که باعث انجام کار بیشتر و صرف انرژی بیشـتر می شود، باعث می شود که استقامت مکانیکی و حرارتی کلید نیز به مقدار قابل ملاحظه ای بالا برده شود. ولی در عوض به خاطر موثر بودن عامل قطع جرقه در ضمن عبور جریان و تاثیر مداوم آن به روی قوس الکتریکی (از نظر قطر، شکل و فرم و محل و پایه جرقه) باعث می شود که قطع جرقه بمحض عبور جریان از صفر راحت تـر و مطمئن تر صورت گیرد، زیرا خنک کردن و خارج کردن حاملهای بار هر چه ستون جرقه لاغرتـر باشـد سـریعتر انجام میگیرد. در ضمن بعضی از کلیدها انرژ ی لازم برای خاموش کردن جرقه را خود بوجود می آورند. در ایـ ن نوع کلیدها که بنام کلید خودکار معروفند، قسمتی از انرژی حرارتی قوس صرف خاموش کردن قوس می گردد .

2 – عامل موثر :
بطور کلی در تمام کلیدهای قدرت به استثنا کلیـدهائی که در خلاء کار می کنند برای خنـک کـردن و خـارج کردن حاملهای بار از یک ماده اولیه مناسبی استفاده می شود که ممکن است جامد، مایع یا گاز باشد.
در کلیدهائی که در خلاء کار می کنند جرقه در یک محفظه کاملاً خلاء ایجاد می شود و عامـل جرقـه یونهـائی هستند که در اثر بخار شدن فلز الکترودها بوجود می آیند و سپس این یونها با الکترودهـا آزاد جـدار محفظـه کلید مجدداً ترکیب شده از بین می روند. در تمام کلیدهای دیگر مواد موجود در اطـراف جرقـه در اثـر حرارت بسیار زیاد قوس (01000-5000 C) تجزیه می شود زیرا هیچ عنصری جامد یا مایع وجود ندارد که بدون تجزیه شدن این شدت گرما را تحمل کند. لذا همیشه اطراف جرقه بـدون توجـه بـه نـوع مـاده ای کـه قبـل از جرقـه الکترودها را احاطه کرده بود، گاز جمع می شود و چون قابلیت هدایت حرارتی گازها بسیار خوب است، لذا وجود این گازها در اطراف قوس الکتریکی برای خنک کردن قوس بسیار با ارزش است ولی چـون مـاده اولیه اطـراف کنتاکتها قبل از جرقه در ساختمان کلید مهم است، لذا کلیدها را می توان از لحاظ نوع عایق نیز بـه شـرح زیر دسته بندی کرد:

الف – خاموش کننده جامد :
خاموش کننده جامد سه نوع است :

1 – خاموش کننده ای که در اثر حرارت می سوزد :
این خاموش کننده ها به خاموش کننده دانه ای معروف هستند مثل خاک کوارتز کـه اغلـب در فیوزهـا ی فشـار قوی با قدرت زیاد قطع بکار برده می شود. (مراجعه شود به کتاب رله و حفاظت سیستمها ).

2 – خاموش کننده ای که حرارت را جذب می کند بدون اینکه تغییر شکل دهد :
این وسیله ها در تماس مستقیم با جرقه قرار می گیرند و ظرفیت حرارتی زیاد آن به عنوان یـک خنـک کننـده موثر واقع می شود در این نوع کلیدهای (پر قدرت فشار ضعیف) بخصوص از سـرامیک و سـفال اسـتفاده می شود و برای تسریع در خنک کردن جرقه، قوس بوسیله نیرو الکترو دینامیکی قوسی که توسط یـک حـوزه مغناطیسی شدید بوجود می آید به دیواره های این عنصر خاموش کننده فشرده می شود و برای جلـوگیری از حرارت موضعی و محل جرقه، قوس را خیلی سریع در روی سطح دیواره سرامیک میرانند .

3 – خاموش کننده ا ی که در اثر حرارت تبخیر می شود:
در این نوع کلید قشر بسیار نازکی از سطح عایق که در تماس با جرقه الکتریکی می باشد ( آمینونوپلاستها و انـواع فیبرها) در اثر حرارت شدید قوس تبخیر می شود و گاز متصـاعد شـده و اطـراف قـوس را می پوشـاند و باعـث خاموش شدن جرقه می شود به این کلیدها بخاطر اینکه گاز از جسم جامد و سختی متصاعد می شود، کلیـد بـا گاز جامد نیز گفته می شود .

ب – خاموش کننده های مایع:
مایعاتی که در قطع جرقه موثر هستند عبارتند از روغن و آب .

1 – روغن :
اولین مایعی که در ساختمان کلیدهای فشار قوی بکار برده شد روغن معدنی بود. در ابتدا فکر می کردند که بـه محض عبور جریان از حفره روغن جانشین ستون قوس بین دو کنتاکت می شود و بـه علـت اینکـه اسـتقامت الکتریکی روغن خیلی زیاد است (120-80 KV/cm) قوس نمی تواند برگردد و برای همیشه خط خاموش می ماند.
در بررسی هائی که بعداً انجام شد معلوم شد که این نظریه کاملاً بی اساس است و علت خاموش شدن جرقه فقط تجزیه و تبخیر شدن روغن بخصوص ایجاد هیدروژن می باشد که اطراف جرقه را می پوشاند. نظر به اینکه گازها بخصوص هیدروژن دارای هدایت حرارتی بسیار خوبی هستند در خنک کردن جرقه بسیار موثر واقع می شوند و یکی از معایب روغن معدنی قابل اشتعال بودن آن است. البته تا موقعی که کلید قادر به قطع جرقه باشد بعبارت دیگر تا موقعی که قدرت قطع کلید متناسب با قدرت جرقه باشد، قابل اشتعال بودن روغن مشکلات برای کلید فراهم نمی کند و تاثیری در قطع جرقه ندارد، ولی در این 20 سال اخیر به علت بالا رفتن جریان اتصال کوتاه و بزرگ شدن قدرت الکتریکی شبکه ها کلیدهای روغنی قادر به قطع جریان و یا تحمل قدرت اتصال کوتاه شـبکه نبودند لذا اغلب کلیدهای روغنی فشار قوی در شبکه ها و تاسیسات برقی با انفجار و آتش سوزی مواجه گردیدند بدین جهت همزمان با بالا بردن قدرت قطع کلیدهای روغنی، کوشش برای بدست آوردن روغن نسوز که خواص واقعی الکتریکی و حرارتی بسیار خوب روغن معدنی را هم داشته باشد نیز ادامه داشت .
در این اواخر دانشمندان موفق به کشف ترکیبی از فلور و سلیکن شدند این ماده در ضـمن ا ینکـه قابـل اشـتعال نمی باشد شامل تمام خواص روغن معدنی نیز هست ولی بعلت اینکه هزینه سنگین تهیه آن و استفاده کردن از آن هنوز اقتصاد ی نیست و بدین جهت این ماده نیز نتوانست صد در صد جای گزین روغن معدنی شود.

2 – آب :
در اوایل همین قرن عده ای از دانشمندان متوجه شدند که آب یک وسیله بسـیار خـوبی برای خـاموش کـردن جرقه است ولی بعلت اینکه آب هادی است و خاصیت عایقی ندارد، در کلیدها ی فشار قوی مورد اسـتعمال پیـدا نکرد. تا اینکه در سال 1930 کارخانجات زیمنس موفق به ساختن نوعی کلید آبی به نام کلید اکسیانزیون شدند. در این کلید آب دراطراف قوس یا بهتر بگوئیم در تماس بـا قـوس کـه دارای حـرارت فـوق العـاده ای اسـت بـه یه دروژن و اکسیژن تجزیه می شود و سپس در موقع عبور از آب قسمت اعظم آن مجدداً به بخـار آب تبـدیل و تقطیر می گردد . یکی از معایب آب تبخیر سریع آن در محل های خشک و گـرم و نقطـه انجمـاد آن در درجـه حرارت صفر است و بدین جهت نمی توان از آن به طور خالص در هوای آزاد و در مناطقی که درجه برودت هوا از صفر می گذرد استفاده کرد .
برای پایین بردن نقطه انجماد آب از محلول ضد یخ باید استفاده کرد، با استفاده کردن 20 درصد ماده ضـد یـخ قطه انجماد به حدی پائین می آید که می توان از کلید آبی به راحتـی در منـاطق سردسـیر در تاسیسـات سـرپوشیده استفاده کرد و با اضافه کردن 70 % ماده ضد یخ درجه انجماد از 70 – درجه نیز کمتر می شود در صورت یکه ضد یخ آب از 70% تجاوز کند، محلول قابل اشتعال می شود .
مخلوط آب و ضد یخ برخلاف روغن در کلید ایجاد دود نمی کند و بدین جهت در کلیدهای با قطع و وصل زیـاد بسیار مناسب است. همانطور که گفته شد به علت اینکه آب خاصیت عایقی ندارد، دو کنتاکـت کلید در حالـت قطع نمی تواند در داخل آب قرار گیرد، بلکه باید پس از قطع جرقه یک فاصله هـوائی نیز برای کلید در نظـر گرفت.

ب – خاموش کننده ها ی گازی :
1 – ازت :
ساختمان کلیدهای فشار قوی اصولاً در ابتدا با کلیدهای هوائی شروع شده در این کلیدها مـاده خـاموش کننـده جرقه در همان هوائی است که اطراف کنتاکت های کلید را پوشانده و موثرترین آنها گـاز ازت اسـت کـه در هـوا وجود دارد .
البته چون گاز ازت دارای قابلیت هدایت دمای چندان خوبی نیست اثر خنک کننده آن نیـز کـم اسـت و بـدین جهت استفاده ساده آن در کلیدها ی فشار قوی قدرت زیاد ممکن نیست لذا در کلیدهای فشار قوی قدرت زیاد از هوای فشرده و یا از گاز دیگری که دارای اثر خنک کنندگی بیشتری است استفاده می شود ولی در کلیدهای با قدرت کم هوا یک عامل موثر بسیار عالی است زیرا علاوه بر ارزانی همه جا در دسترس می باشد .

2 – هیدروژن :
اثر خاموش کننده گاز هیدروژن نسبت به گاز ازت خیلی بیشتر است زیرا هیدروژن دارای قابلیت هدایت حـرارت بهتری از گازهای دیگر است ولی به علت گرانی تهیه آن در کلیدهای فشارقوی تا به امروز از این گـاز بـه عنـوان ماده اولیه مثلاً کلید با گاز هیدروژن فشرده استفاده نشده است بلکه معمولاً کلیدها را با عایقی پر می کنند کـه در موقع جرقه زدن بین کنتاکت ها گاز هیدروژن به خودی خود به وجود آید.

3 – گاز SF6 :
در این اواخر کلیدهای فشار قوی با گاز SF6 که دارای قابلیت هدایت حرارتی بسـیار عـالی اسـت سـاخته شـد. خواص عایقی بسیار عالی این گاز از زمان های نسبتاً دور معلوم بود ولی به علت گرانـی قیمـت آن می بایست ساختمان کلید طور ی باشد که گاز SF6 در ضمن کار مصرف نشده و از بین نرود. از این جهت کلیدهای SF6 دارای یک مدار بسته برای گاز SF6 می باشند .
3 – تهیه عامل موثر :
کلیدهای فشار قوی را می توان از لحاظ نوع تهیه عامل موثر در خاموش کردن جرقه به دو دسته خاموش کننده خارجی و خاموش کننده خودی تقسیم کرد .
در کلیدهایی که ماده خاموش کننده مستقل از شدت جریان و حرارت قوس می باشد (تابع شدت جریان نیست) باید این ماده از خارج تهیه شود . این کلیدها کلیدهایی با خاموش کننده خارجی می باشند. (کلید هوای فشرده) در کلیدهای دیگر که شدت اثر ماده خاموش کننده تابع شدت جریان است باید ماده خاموش کننده توسط خود جرقه و قوس الکتریکی ایجاد شود لذا این کلیدها را کلید با خاموش کننده خود می نامیم.(کلید روغنی )
ساختمان بعضی از کلیدها طوری است که در جریانهای کم و متوسط نوع اول و در جریان زیاد و نـوع دوم مـوثر واقع می شود در نتیجه این کلیدها جریان های کم را نیز به خوبی و سرعت جریان ها زیادی قطع می کنند و از این جهت دارای مزیت فوق العاده ای نسبت به کلیدهایی هستند که فقط از یک نوع ماده خاموش کننـده بهـره می گیرند. کلید هایی که ماده خاموش کننده جرقه را متناسب با شدت جریان قوس ایجاد می کنند قادر هستند تا آنجا که نیرو و استقامت دینامیکی و مکانیکی دستگاه (کلید) اجازه دهد جریان ها زیاد را بسیار سریع قطـع و جرقه را به راحتی خاموش کنند. ولی برعکس در جریان های کم بـه خـاطر اینکـه اثـر مـاده خنـک کننـده و خاموش کننده نیز کم است، عمل قطع جرقه طولانی تر می شود. بدین جهت این کلیدها دارای حد پـائین جریان می باشند. مثلاً در کلید روغنی هر چه شدت جریان بیشتر باشد گاز بیشتری متصاعد شده و فشار داخـل منبع کلیدی نیز بیشتر می شود و اگر جدار خارجی منبع کلید بتواند این فشار را تحمل کند، جرقه زودتر سـرد و خاموش می شود ولی در جریانهای کم به علت ایجاد گاز هیدروژن کم جرقه ممکن است مدتی ادامه یابـد. در کلیدهایی که ماده خاموش کننده از خارج در اختیار کلید قرار می گیرد، چون جرقه جریـان هـای کـم نیـز بـه راحتی و با اطمینان کامل خاموش می شود، لذا این کلیدها فاقد حد پائین جریـان هسـتند . ولی مسـلماً قطـع جریان های زیاد در این کلید مشکل تراز کلیدهائی است که ماده خاموش کننده جرقه را خود متناسب با شـدت جریان تهیه می کنند .
3-3 – کلیدهای فشار قوی :
کلیدها وسیله ارتباط سیستم ها ی مختلف هستند و باعث عبور و یا قطع جریان می شوند .
کلید در حالت بسته (عبور جریان ) و در حالت باز (قطع جریان) دارای مشخصات به شرح زیر می باشد:
1 – در حالت قطع دارای استقامت الکتریکی کافی و مطمئن در محل قطع شدگی است .
2 – در حالت وصل باید کلید در مقابل کلیه جریان هایی که امکان عبور آن در مدار اسـت حتـی جریان اتصـال کوتاه، مقاوم و پایدار باشد و این جریان ها و اثرات ناشی از آن نباید کوچکترین اختلالی در وضع کلید و هـدایت صحیح جریان به وجود آورد .
بدین ترتیب باید کلید فشار قوی در مقابل اثرات دینامیکی و حرارتی مقاوم باشد. البتـه برای اینکـه سـاختمان کلید ساده تر و از نظر اقتصاد ی مقرون به صرفه باشد، اغلب استقامت الکتریکی و دینـام یکی و حرارتی کلید را توسط دستگاه ها ی حفاظتی تا حدودی محدود می کنند . کلیدهای فشار قوی را می توان برحسب وظایفی که به عهده دارند به انواع زیر تقسیم نمود :
1 – کلید بدون بار یا سکسیونر
2 – کلید قابل قطع زیر بار یا سکسیونر قابل قطع زیر بار
3 – کلید قدرتی یا دژنکتور

1 -3-3 کلید بدون بار (سکسیونر ):
سکسیونر وسیله قطع و وصل سیستم هایی است که تقریباً بـدون جریـان هسـتند . بـه عبـارت دیگـر سکسـیونر قطعات وسایلی را که فقط زیر ولتاژ هستند از شبکه جدا می سازد تقریباً بدون بار بدان معنی است که می توان به کمک سکسیونر جریان های کاپاسیتی و مقره ها، ماشین ها، تاسیسات برقی و کابل های کوتـاه و همـین طـور جریان ترانسفورماتور ولتاژ را نیز قطع نمود و یا حتی ترانسفورماتورهای کـم قـدرت را بـا سکسـیونر قطـع کـرد .
نمودار شکل 3-2 حداکثر قدرت را ی که می توان توسط سکسیونر مستقیماً قطع نمود نشان می دهد.
در این شکل A قدرت نامی ترانسفورماتور و B قدرت بدون بار ترانسفورماتور می باشد. علت بدون جریان بـودن سکسیونر در موقع قطع یا وصل، مجهز نبودن سکسیونر به وسیله جرقه خاموش کن است، لذا به طور کلـی مـیتوان نتیجه گرفت که عمل قطع و وصل سکسیونر باید بدون جرقه یا با جرقه ناچیز صورت گیرد. برحسب این تعریف در صورتی که از سکسیونر جریان عبور کند ولی در موقع قطـع اخـتلاف پتانسـیلی بین دو کنتاکت آن ظاهر نشود، قطع سکسیونر بلامانع است. همینطور وصل سکسیونری که بین دو کنتاکت آن تفـاوت پتانسیلی موجود نباشد گرچه به محض وصل باعث عبور جریان گردد نیز مجاز خواهد بود .
از آنچه گفته شد چنین نتیجه می شود که سکسیونر یک کلید نیست بلکه یک ارتباط دهنـده یـا قطـع کننـده مکانیکی بین سیستم ها است، بدون اینکه مداری بسته شود، سکسیونر باید در حالت بسته یک ارتباط محکـم و مطمئن در کنتاکت هر قطب برقرار سازد و مانع افت ولتاژ گـردد . لـذا بایـد مقاومـت عبـور جریـان در محـدوده سکسیونر کوچک باشد، تا حرارتی که در اثر کار مداوم در کلی ید ا جاد می شود از حـد مجـاز تجـاوز نکنـد . این حرارت توسط ضخیم کردن تیغه و بزرگ کردن سطح تماس در کنتاکت و فشار تیغه در کنتاکت دهنده کوچک نگهداشته شود در ضمن باید سکسیونر طوری ساخته شود که در اثر جرم و وزن تیغه یا فشار باد و برف و غیـره خود به خود بسته نشود. یا در موقع بسته بودن کلید نیروی دینامیکی شدیدی که در اثـر عبـور جر یـان اتصـال کوتاه به وجود می آید باعث لغزش تیغه یا احتمالاً باز شدن آن نگردد. از این جهت در موقع شین کشی و نصـب سکسیونر باید دقت کرد تا تیغه سکسیونر در امتداد شین قرار گیرد و بـدین وسـیله از ایجـاد نیـروی دینامیکی حوزه الکترومغناطیس جریان اتصال کوتاه جلوگیری به عمل آید شکل (3-3) چند نمونه از اتصـال سکسـیونر را نشان می دهد .

به همین منظور تیغه سکسیونر به صورت تسمه یا پروفیل های موازی ساخته می شوند تا نیروی الکترو دینامیکی حاصل از جریان اتصال کوتاه باعث فشردن هر چه بیشتر تیغه در محل کنتاکت دهنده باشد، و از لـرزش آن کـه باعث کوچک شدن سطح تماس می گردد جلوگیری می شود.
همین طور مقره هایی که پایه سکسیونر را تشیکیل می دهند باید قـادر بـه تحمـل فشـار وارده در اثـر نیـروی کششی الکترومغناطیسی دو فاز مجاور و مربوط به یک فاز در زمان عبور جریان اتصال کوتاه باشند. (مراجعه شود به کتاب محاسبات اتصال کوتاه )

مورد استعمال سکسیونر :
همانطور که گفته شد اصولاً سکسیونرها وسائل ارتبـاط دهنـده مکـانیکی و گـالوانیکی قطعـات و سیسـتم هـای مختلف می باشند و در جداول به منظور حفاظت اشخاص و متصدیان مربوط در مقابل برق زدگی به کار برده می شوند، بدین جهت طوری ساخته می شوند که در حالت قطع یا وصل، محل قطع شدگی یا چسـبندگی بـه طـور واضح و آشکار قابل رویت باشد یعنی در هوای آزاد انجام گیرد . از آنجا که سکسیونر باعث بستن یا باز کردن مدار الکتریکی نمی شود، برای باز کردن و بستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به یک کلید دیگر خواهیم داشت به نام کلید قدرت که قادر است مدار را تحت هر شرایطی باز کند و سکسیونر وسیله ای است برای ارتباط کلید قدرت بـه شـین یا هـر قسـمت دیگـری از شـبکه کـه دارای پتانسیل است. لذا طبق قوانین متداول الکتریکی جلوی هر کلید قدرت از یک کیلوات بـه بـالا و یـا در هـر دو طرف در صورتی که آن خط از دو طرف پتانسیل می گیرد ، سکسیونر نصب می گردد، برای جلوگیری از قطع یا وصل و در زیر بـار سکسـیونر معمـولاً بـین سکسـیونر و کلیـد قـدرت چفـت و بسـتی (مکانیکی یا الکتریکی) به نحوی برقرار می شود که با وصل بودن کلید قدرت نتوان سکسیونر را قطع و یا وصـل نمود (مراجعه شود به کتاب های اتاق فرمان).

انواع مختلف سکسیونر :
سکسیونر را می توان از نظر ساختمانی به انواع مختلف زیر تقسیم کرد :
1 – سکسیونر تیغه ای
2 – سکسیونر کشویی
3 – سکسیونر دورانی
4 – سکسیونر قیچی ا ی

1-1-3-3 سکسیونر تیغه ای
ا ین سکسیونرها که برای ولتاژهای 30KV به صورتیک پل و سه پل ساخته می شوند دارای تیغـه یا تیغـه هایی هستند که در ضمن قطع کلید عمود بر سطح افقی ( در سطح محور پایه ها) حرکت میکنـد و در بـالای ایزولاتور قرار می گیرند (شکل 4ـ3 و 5 ـ 3) تیغه ها در جریان کم به صورت تسمه و در جریان های زیاد به صورت پروفیل و از مس ساخته می شوند و در هر حال تیغه ها به خاطر جلوگیری از ارتعاشات کلید در موقع عبور جریان اتصال کوتاه به طور دوتائی و موازی نصب می شوند .
قطع و وصل کلید ممکن است دستی توسط اهرم شکل 4ـ3 یا موتوری و از راه دور شکل 5 ـ 3 و یا کمپرسـی با هوا فشرده انجام می شود .
شکل 6 ـ 3 سکسیونر سه پل ساخت BBC را برای مصرف در شبکه محصور و با فرمان کمپرسی نشان می دهد جریان نامی این سکسیونر A6300 In=ولتاژ نا می آن KV 30Vn= است.

سکسیونر تیغه ای برای فشار قوی به صورت یک پل ساخته می شود و فرمان قطع و وصل آنها عموماً کمپرسـی با هوا ی فشرده انجام میگیرد.
شکل 7ـ3 یک سکسیونر تیغه ای ساخت زیمنس را برای 220 کیلو ولت در حالت بسـته و قبـل از بسـته شـدن نشان می دهد .

2-1-3-3 سکسیونر کشوئی
سکسیونر کشوئی برای کیوسک یا قفسه هایی که دارای عمق کم هستند بسیار مناسب است. در ایـن سکسـیونر تیغه متحرک در موقع قطع در امتداد خود ( در امتداد یا عمود بر سطح محور پایه ها) حرکت مـی کنـد و بـدین جهت فضای اضاف برای تیغه در حالت قطع از بین می رود. شکل 8 ـ 3 چنین سکسیونری را برای جریان 400آمپر و ولتاژ KV 20 نشان می دهد .
برای جریان های خیلی زیاد که هر قطب از چندین تیغه موازی تشکیل می شود سکسـیونر کشـوئی دارای این مزیت است که می توان تیغه ها را به صورت لوله ساخت و در داخل هم جا ی داد این طریقه باعث می شود کـه جریان در لوله ها که داخل هم قرار دارند بهتر از تیغه ها ی پهلوی هم تقسیم شود.

3-1-3-3 سکسیونر دورانی :
سکسیونر دورانی که برای ولتاژها ی زیاد به خصوص KV 60 و KV 110 ساخته می شود به جای یک تیغه بلند و یک کنتاکت ثابت دارای دو تیغه متحرک و دورانی می باشد که با برخورد آنها به هم ارتباط الکتر یکـی برقـرار می شود.
در این نوع کلید حرکت تیغه ها به موازات سطح افقی و یا عمود بر سطح محور پایه ها انجام می گیرد و دارای این مزیت است که با کوچک بودن طول بازوئی تیغه فاصله هوائی لازم بین دو تیغه به وجود می آید و چون تیغه ها با گردش پایه ها باز و بسته می شوند, عوامل خارجی مثل فشار باد و برف و غیره نمی تواند باعـث وصـل بیموقع آن گردد یا به علت یخ زدگی کنتاکت ها در زمستان احتیاج به نیرو اضاف برای ی باز کردن آن ها نیست .
سکسیونر دورانی به صورت یکسان ساخته می شود و بسته به نوع شین بندی شبکه سه تائی آن هـا بـه صـورت متوالی در کنار هم یا به طور سری در پشت سر هم در شبکه سه فاز نصب می گردد. تمام قطبها توسط اهـرم و میله به طور مکانیکی به هم متصل و مرتبط می شوند و دارای فرمان واحدی می باشند که معمولاً کمپرسی و در حالت اضطرار ی دستی است .
هریک از سکسیونرهای یک فاز دارای دو پایه عایقی قابل گردش می باشند که تیغه ها در رو ی آنها نصب شـده است. به طور ی که در موقع قطع و یا وصل سکسیونر پایه ها حول محور خود در جهت خلاف یکدیگر بـه انـدازه 90 درجه می چرخند و باعث قطع یا وصل کنتاکت ها می شوند. شکل 9ـ3 یک کلید دورانی را نشان می دهد .

4-1-3-3 سکسیونر قیچی ا ی :
سکسیونر قیچی ای برای فشارها ی زیاد و خیلی زیاد بسیار مناسب است زیرا به علت اینکه کنتاکـت ثابـت آن را شین یا سیم هوائی تشکیل می دهد احتیاج به دو پایه عایقی مجزا از یکدیگر که در فشار قوی باعث بزرگی ابعاد و سنگینی وزن آن می شود ندارد و فقط شامل یک پایه عایقی است که چنگک یا تیغـه قیچـی ماننـد کنتاکـت دهنده رو ی آن نصب می شود و با حرکت قیچی مانندی با شین ای سیم هـوائی ارتبـاط پیـدا مـی کنـد (شـکل3ـ10)

شکل 10ـ3 سکسیونر قیچی ساخت آاگ را نشان می دهد. در شکل سمت چپ حرکت قیچی در ضـمن بسـته شدن در لحظات مختلف مشخص شده است .
در شکل سمت راست: 1ـ عبارت است از کنتاکت ثابت که به شین با سیم هوایی متصل است (آویزان است) 2ــ کنتاکت قیچی 3ـ مفصل قیچی 4ـ قوطی قیچی که روی ایزولاتور شماره 6 نصب شده اسـت 5 ـ محـل اتصـال سیم شین این کابل خروجی 7ـ ستون دوار 8 پایه نگهدارنده 9ـ وسیله فرمان (راه اندازی) می باشد که در داخـل آن موتور راه انداز و کلیدهای کمکی و اتصال ها نصب شده است .
مورد استعمال سکسیونرها قیچی ای که به آن سکسیونر یک ستونی نیز گفته می شود در شبکه ای است کـه دارای دو شین به ازای هر فاز در سطوح و ارتفاع مختلف نسبت به زمین و بالای هـم باشـد و سکسـیونر ارتبـاط عمودی بین این دو شین را فراهم می سازد (شکل 11ـ3 )

شکل 12ـ3 قسمت داخلی راه انداز سکسیونر را به طور کامل نشان می دهد .

در این شکل: 1ـ هندل دستی 2ـ موتور 3ـ محور کلید سکسیونر که با حرکت موتور فرمان می گیرد 4ـ جعبـه دنده 5 ـ کلید کمکی و فرمان 6 ـ شوتس (رله مغناطیسی) 7ـ نمایانگر وضعیت کلید می باشد.

5-1-3-3 انتخاب سکسیونر از نظر نوع و مشخصات :
انتخاب سکسیونر از نظر نوع فقط بستگی به شکل و طرز قرار گرفتن شین ها و شمش بندی شبکه و محلی کـه باید سکسیونر در آنجا نصب شود دارد . مشخصات سکسیونر بستگی به مشخصات فنی و الکتریکی شبکه دارد .
همانطور که گفته شد سکسیونرها باید در مقابل حرارت ناشی از جریان عادی و اسـمی و جریـان اتصـال کوتـاه , کوتاه مدت و نیروی دینامیکی جریان اتصال کوتاه و به خصوص جریان ضربه ای استقامت کافی داشته باشند .
سکسیونر درزمان باز بودن باید عایق خوب و مطمئن برای ی پتانسیل بین تیغه و کنتاکت ثابت هـر فـاز بـا زمـین باشد .
لذا مشخصات مهم یک سکسیونر که گویای مشخصات فنـی و اسـتقامت الکتر یکـی و دینـامیکی آن مـی باشد
عبارتند از :
1ـ ولتاژ نامی Vn
2ـ جریان نا می In
3ـ جریان اتصال کوتاه ضربه ا ی مجاز Is
4ـ جریان اتصال کوتاه, کوتاه مدت Ith ( معمولاً به مدت 1 تا 3 ) هیثان
جدول زیر شدت جریان اتصال کوتاه, کوتاه مدت را برای سکسیونرها ی مختلف نسبت به جریان ضـربه ای طبـق 43635 DIN نشان می دهد. (جدول 1ـ3 )

مشخصات سکسیونر اهرمی ساخت زیمنس (شکل 7ـ3) در جدول (3ـ3 ) ذکر شده است :

مشخصات سکسیونر قیچی ای ساخت زیمنس (شکل 13ـ3) در جدول (4ـ3 ) بیان شده است :

2ـ کلید قابل قطع زیر بار
به علت اینکه در بیشتر شبکه ها و پست های کوچک کلید قدرت و سکسیونر وسائل اضافی مربوط بـه چفـت و بست آنها مبالغ زیادی از مخارج و هزینه کل تاسیسات را شامل می گردد و به علت اینکه در اغلب مـوارد نصـب کلید قدرت با مزایای قطع و وصل سریع آن حتماً لازم و ضروری نیست کلید سکسیونر قابل قطع زیر بار طرح و ساخته شد .
کلید فشار قوی قابل قطع زیربار در ضمن اینکه باید وظیفـه یـک سکسـیونر را انجـام دهـد , یعنی در ضـمن برداشتن ولتاژ یک قطع شدگی قابل رویت و مطمئن در مدار شبکه فشار قوی بوجود آورد، باید قادر باشد ماننـد یک دیزنکتور، قدرتهای کوچک الکتریکی را نیز قطع کند. لذا هر سیکسیونر قابل قطع زیرباری با ید دارای وسیله ای برای قطع فوری جرقه باشد .
شکل (3-14) یک سکسیونر قابل قطع زیر بار کشوئی را با محفظه احتراق نشان می دهد .
شکل (3-14) یک سکسیونر قابل قطع زیر بار کشوئی را با محفظه احتراق نشان می دهد .

اساس کار خاموش کن جرقه در این محفظه همانند کلید قدرت با گاز جامد است, سکسیونر قابل قطع در زیربار اصولاً دارای قدرت وصل بسیار زیاد است و می توان جریان های با شدت 75 ـ 25 کیلو آمپر (ماکسیموم مـوثر ) را به خوبی وصل کند ولی قدرت آن کم و از 1500 ـ 400 آمپر یعنی در حدود جریان نامی آن تجاوز نمی کند.
لذا نتیجه می شود که این کلیدها برای قطع جریان اتصال کوتاه ساخته نشده و مناسب هم نمی باشند . به همین دلیل در صورتی می تواند سکسیونر قابل قطع زیر بار در شبکه فشار قو ی مورد استفاده قرار گیرد کـه این کلید مجهز به قطع کننده جریان اتصال کوتاه گردد و یا اینکه جریان اتصال کوتاه شبکه از قدرت قطع کلید تجاوز نکند.
برای اینکه بتوان از این کلید در شبکه هائی که جریان اتصال کوتاه احتمالی آن بیش از قدرت قطع کلیـد اسـت استفاده شود باید جریان قطع کلید توسط فیوز محدود و مهار شود. لذا در اینگونه مواقع به همراه کلیـد از فیـوز فشار قوی قدرت زیاد که در 6 تا 20 هزار ولت دارای قدرت قطع ی در حـدود mVA 400 می باشند و جر یـان اتصال کوتاه را در همان مراحل ابتدائی قطع می کنند (مراجعه شـود بـه کتـاب رلـه و حفاظـت سیسـتم هـا از انتشارات دانشگاه تهران) استفاده می شود. از آنچه که گفته شد نتیجه می شود که سکسیونر قابل قطع زیـر بـار فقط برای قطع جریان نامی شبکه مناسب است و جریان اتصال کوتاه را فیوز قطع می کند نه کلیـد. البتـه بایـد متذکر شد که پس از قطع جریان اتصال کوتاه توسط سوختن فیوز ساچمه فیوز باعث قطع کلید به طور خودکار و سه فازه می گردد .
از آنچه که گفته شده نتیجه می شود که سکسیونر قابل قطع زیر بار فقط برای قطع جریان نامی شبکه مناسـب است و جریان اتصال کوتاه را فیوز قطع می کند نه کلید. البته باید متذکر شد کـه پـس از قطـع جر یـان اتصـال کوتاه توسط سوختن فیوز ساچمه فیوز باعث قطع کلید به طور خودکار و سه فازه می گردد .
شکل 15ـ3 یک سکسیونر قابل قطع زیر بار را که در آن دمیدن هوا باعث خاموش شدن جرقه می گردد نشـان می دهد.

در این کلید یکی از پایه های هر قطب (در شکل مقره بالائی) دارای یک سوراخ سراسری است (مانند مقره عبور) که به یک تلمبه (کمپرسور) منتهی می شود و تیغه متحرک کلید در انتها دارای سوزنی اسـت بـه اسـم سـوزن جرقه گیر در موقع قطع کلید ابتدا تیغه اصلی بدون ایجاد جرقه از کنتاکت دهنده اصلی ( قطب مقابل) جدا می شود ولی عبور جریان توسط قوس الکتریکی بین سوزن و کنتاکت دهنده برقرار می ماند. سپس قـوس بـا فشـار هوایی که کمپرسور به وجود می آورد به طرف خارج دمیده شده و در ازدیاد طـول قطـع و جرقـه خـاموش می گردد. توسط این کلید می توان قدرتهای تا MVA 15 را قطع کرد. مدت دوام جرقه در حدود 01/0 ثانیه است و جرقه به محض رسیدن جریان به صفر قطع می شود. شکل 16ـ3 یک نوع دیگر کلید قابل قطع زیربار ساخت AEG را نشان می دهد. در این کلید کنتاکت ثابت به روی پایه یا مقره ای نصب شده کـه در داخـل آن حفـره استوانه ای شکل کوتاهی تعبیه شده است. در داخل این حفره محفظه احتراق قرار دارد که با پیچ و مهره به مقره محکم شده است.

در داخل محفظه احتراق علاه بر یک استوانه عایقی متحرک که در حالت وصل کلید سوزن جرقه گیر را در میان دارد یک انبرک فلزی نیز نصب شده است. سوزن و انبرک کنتاکت فرعی کلید را تشکیل می دهند .
به محض فرمان قطع کلید تیغه اصلی از کنتاکت ثابت بدون ایجاد جرقه جدا می شود و سوزن جرقه گیر انبرک را با خود به طرف خارج می کشد بدون اینکه مدار جریان قطع گردد. در این حالت جمع شدن فنریکه انبـرک روی آن مدار است, باعث رها شدن سوزن از انبرک گردیده و در این حالت و لحظه قوس الکتریکی بین سوزن و انبرک برقرار می شود. در اثر حرارت جرقه اولاً مقداری گاز از سطح داخلی عایق متصـاعد می شود کـه باعـث خنک شدن جرقه شده و عمل خاموش کردن جرقه را سهل تر می سازد. در ثانی به علت برگشت سـریع انبـرک در اثر باز شدن مجدد فنر, فاصله بین دو کنتاکت که جرقه می زند به سرعت زیاد شده و این اضافه طـول باعـث قطع جرقه قبل از خارج شدن سوزن جرقه گیر از کنتاکت ثابت کلید می شود
اشکال 17ـ3 قسمت داخلی محفظه احتراق و کنتاکت ها را در مراحل مختلف نشـان می دهـد . شـکل 18ــ 3 سکسیونر قابل قطع زیر بار را که برای محدود کردن جریان قطع مجهز به فیوز فشار قوی قدرت زیاد است نشان مدهد. شکل 19ـ3 کلید سکسیونر قابل قطع زیر بار روغنی را نشان می دهد .

چنانچه دیده می شود کنتاکت ثابت این کلید مجهز به یک محفظه احتراق روغنی اسـت و طـرز کـار آن ماننـد کلید روغنی با قدرت کم است .

2-3-3 مورد استعمال سکسیونر قابل قطع زیر بار :
نظر به اینکه کلید قابل قطع زیر بار برای فشار نامی تا KV 20 ساخته می شود , مـورد اسـتعمال آن فقـط در تاسیسات فشار متوسط است .
کلید قابل قطع زیر بار به خاطر اینکه کار سکسیونر را نیز انجام می دهد بدون اینکه برای قطـع آن احتیاج بـه برداشت بار باشد برای صرفه جوئی در وسائل چفت و بست بین سکسیونر و دیژنکتـور و جلوگیری از فرمانهـای غلط و رعایت نوبت فرمان, از آن به جای سکسیونر در خطوط خروجی نیز استفاده می شود .
در ضمن سکسیونر قابل قطع زیربار برای وصل سیم های نقل انرژی, کابل ها ی خروجی, ترانسفورماتورهای کـم قدرت (شکل 20ـ3) و همینطور قطع و وصل مدارها و شبکه ها حلقه ای و مسدود بسیا رمناسب است, علاوه بر آن می توان از سکسیونر قابل قطع زیربار برای راه انداز ی موتورهای فشار قو ی و اتصال خازنها و سـلفهای فشـار قوی استفاده کرد. وسیله قطع و وصل این کلیدها اغلب دستی است, البته فرمان موتور ی و کمپرسـوری آن نیز طبق سفارش امکان پذیر است .
کلید قابل قطع زیربار فیوز دار را می توان در همه جا, جانشین سکسیونر و دیژنکتور کرد. به شرط آنکه قـدرت قطع دیژنکتور از قدرت قطع فیوز فشار قوی موجود در صنعت بزرگتر نشود . این تعویض به خصوص در پسـتهای قدیمی که مجهز به کلید روغنی هستند بسیار مناسب است، بشرط آنکه در این پست وصل سـریع کلید لازم و ضروری نباشد زیرا همانطور که میدانیم بدون تعویض فیوز سوخته شده نمی توان کلید را مجـدداً آمـاده بهـره برداری کرد و این عمل از راه دور و یا با فرمان غیر ممکن است.

برای مثال شکل (3-21) را که دارای پست اصلی A ا دیژنکتور (2) و قطع کننده جریان زیاد (رله جریان زیاد ) است و استاسیون فرع ی B و C و D مربوط به یک رینگ را تغذیه می کند در نظـر مـیـگیریم. استاسـیونهای فرعی مجهز به سکسیونر قابل قطع زیر بار می باشند تا بتوان مدار حلقه ای را به طور دلخواه بدون برداشـت بـار قطع کرد. حال اگر دیژنکتوراستاسیون A و سکسیونر مربوط را که در شکل رسم نشده بـا یـک سکسـیونر قابـل قطع زیر بار تعویض کنیم در ضمن اینکه با این تعـویض لطمـه الـی بـه حفاظـت شـبکه واردن می آید هزینـه تاسیسات هم بطور قابل ملاحظه ای تنزل می کند .
از آنچه گفته شد نتیجه می شود: بطور کلی در تمام مواقع که نصب سکسیونر و کلید قـدرت مقـرون بـه صـرفه نباشد و قدرت اتصال کوتاه شبکه بحدی باشد که بتوان فیوز معادلی برای آن بدست آورد بهتر است از سکسیونر قابل قطع زیر بار استفاده شود.

البته بشرطی که فرمان وصل فوری کلید مورد نظر نباشد .
جدول زیر (جدول 3-5) مشخصات سکسیونر قابل قطع زیر بار را نشان می دهد .

4 – 3 کلید قدرتی یا دژنکتور :
دیژنکتور کلیدیست که می تواند در موقع لزوم جریان عادی شبکه و در موقع خطا جریان اتصال کوتاه و جریان اتصال زمین و یا هر نوع جریانی با اختلاف فازی را سریع قطع کند. در اتصال سه فاز که یک حالت خاصی از بار متعادل است با اینکه فرمان قطع به هر سه قطب کلید ی کجا و در یک زمان داده می شود، ابتـدا فقـط از یکـی قطبها ( ( در شکل 3-22) قطب R ) که جریان آن اول مرتبه از صفر می گذرد قطع می شود در( شکل b نقطـه (1)) . در این لحظه اتصال کوتاه سه فاز تبدیل به یک اتصال کوتاه دو فاز می شود که پس از گذشت یک چهارم پریود جرقه در این دو قطب همزمان از بین می رود و اتصالی از بین می رود (شکل 3-22 ب ).
زمان خاموش شدن جرقه در دو قطب بعدی معادل صفر شدن جرقه با نقطه 2 مشخص شده است. در یک شبکه با صفر آزاد نقطه اتصال کوتاه شده K که قبل از خاموش شدن جرقه فاز R مرکز صفر ستاره را تشکیل می داد.
بعد از خاموش شدن جرقه R در فاز، مرکز صفر ستاره را تشکیل می داد، بعد از خاموش شدن جرقه در فاز R از مرکز ستاره MP به نقطه 'K در وسط بردار همبستگی ولتاژ ST نقل مکان می یابد.(شکل 3-22 پ ).
در نتیجه ولتاژ دو سر قطبی از کلید که جرقه آن زودتر از قطبها ی خاموش شده به مقـدار ماکسـیموم Uy 1.5 می رسد که البته این ازدیاد ولتاژ آنقدرها در استحکام کلید موثر نیست .

ولی جرقه طولانی تر در دو قطب دیگر در استقامت الکتریکی و حرارتی کلید بسیار موثر واقع می شود . در یـک شبکه با نقطه صفر زمین شده، اگر اتصال سه فاز با تماس در یک شبکه با نقطه صفر زمین شده، اگر اتصال سـه فاز با تماس زمین ایجاد شود ( مراجعه شود به کتاب محاسبات اتصال کوتاه در شبکه از انتشارات دانشگاه تهران) پس از خاموش شدن جرقه در یکی از فازها یعنی قطع یکی از اتصال ی ها با زمین، ولتاژ بین دو کنتاکت آن قطب از Vy تجاوز ن می کند. اگر اتصال کوتاه در نقطه دور ی از کلید در شبکه باشد، ممکن است در موقع قطـع کلید برگشت ولتاژ Uw ( ولتاژ ضربه ا ی که با نوساناتی به ولتاژ اصلی با فرکانس 50 منتهی می شود ) فاصـله بین دو قطب کلیدی بیشتر تحت تاثیر ولتاژ قرار می گیرد تا جریان طبیعی است در صـورتیکه دو شـبکه بـا اخـتلاف فـاز 180 درجه با هم کوپله شدند در بین دو قطب هر فاز کلید کوپلاژ اختلاف سطح 2Vy مـوثر خواهـد افتـاد کـه عمل جرقه را بمراتب مشکل تر می کند .

فصل چهارم :
حالت گذرا در کلیدهای فشار قوی

1 – 4 حالت گذاری عادی:
الف – کلید یا دیژنکتور برای تامین انرژی بار:
بارها از مقاومت و یک سلف به طور سری تشکیل شده است که ضریب قدرت آن در حالت ماندگار برابر است با :

کلید S بسته می شود معادله ای که بیانگر جریان مدار است عبارتست از :

لحظه بسته شدن

بروشهای مختلفی که می توان معادله دیفرانسیل فوق را حل نمود جریان مدار بصورت زیر درمی آید:

R/L =a = عکس ثابت زمانی مدار فوق می باشد.
چنانکه در شکل (4-2) مشاهده می گردد جریان از دو عبارت ماندگار و گذرا تشکیل یافته اسـت کـه در شـکل کاملاً مشخص گردیده است .

در حالت فاصله که کلید در لحظه q = φ بسته می گردد عبارت گذرا از بـین مـی رود و مـوج جریـان متقـارن خواهد بود از طرف دیگر اگر کلید هنگامیکه π/2 θ=φ± است بسته می شود عبـارت گـذرا مـاکزیمم دامنـه خود را دارا خواهد بود و اولین پیک جریان حدوداً به دو برابر پیک دامنه مولفه سینوس ماندگار خواهد رسـید و این مسئله از اهمیت زیادی برای دیژنکتورها برخوردار است . این حالت هنگامیکه کلید روی اتصال در مدار بسته می گردد بحرانی بوده و نتیجتاً از کلید مذکور دو برابر جریان اتصالی کوتاه خواهد گذشت که با توجه به این امر کلید باید از نظر الکتریکی ، مکانیکی ، حرارتی، طوری طرح شده باشد که نه تنهـا تحـت چنـین شـرا یطی انجـام وظیفه کند بلکه آماده برای باز و بسته شدن های بعدی نیز باشد.

ب – بیانگر حالتی است که دیژنکتور برای برطرف کردن اتصالی باز می گردد :
فرض بر اینکه باری که از طریق این دیژنکتور تغذیه می شود در اثر وقوع اتصالی آناً از مدار ایزوله می شود شامل کلید اندوکتانسها L تا نقطه اتصالی است C خازن بار مجاور دیژنکتور می شود کـه شـامل خـازن بـه زمـین از طریق بوشینگهای(Bushing) ترانسفورماتور های جریان و غیره می گردد .
در هنگام قطع مدار مقاومت اهمی ناچیز و خازن در اینحالت نسبت به حالتها ی قبل نمایان تر است

صفر را لحظه ای در نظر میگیریم که قطع واقعی انجام می گیرد و در نتیجه ولتاژ منبع مقدار ماکزیمم خود را دارا خواهد بود .
معادله مدار بصورت زیر درمی آید:

معادله دیفرانسیل فوق مقدار (VC(t را بدست می یآور م که عبارتست از :

معمولاً زمانی که نوسانات با فرکانس طبیعی غالب است در عبارت فرکانس قدرت تغییر انـدکی وجـود داشـته و معادله فوق را در آن مدت زمان می توان بدینصورت در نظر گرفت .
برای

وقایع قبل و بعد از صفر شدن جریان در شکل 4-4 نشانداده شده است البته باید توجه داشـت کـه در معـادلات خود از اثر Damping صرفنظر کرده ایم. ولی در این شکل این اثر مشهود بوده و می بینیم که چگونه ولتاژ بـه دو برابر مقدار ماکزیمم ولتاژ سیستم می رسد.

اگر فرکانس طبیعی f=1/√LC زیاد باشد ولتاژ دو سر کنتاکت بسرعت افزایش خواهد یافت و اگر نـرخ ایـن افزایش از نرخ تجدید مقاومت عایقی محیط بین دو کنتاکت بیشتر باشد کلید قادر به تحمل ولتاژ نخواهد بـود و دوباره جرقه تشکیل خواهد شد و معمولاً باعث می گردد که کلید لااقل نیم سکیل دیگر جریان اتصالی را از خود عبور دهد. روشن است که :

(Rate of rise of recovery voltage)
که آن را با r.r.r.v نشان می دهیم و فاکتور مهمی است .
(ureared rencter)

F0=1/(2π√LC)
که پریود آن معادل 4μSec= T می باشد حال در یک مدار KV 13.8 ماکزیمم بین دو فاز با صرفنظر کردن از Damping ولتاژ دو سر کنتاکت به دو برابر ماکزیمم ولتاژ سیستم یعنی 4/1 پریود خواهد رسید و در نتیجه مقدار متوسط r.r.r.v برابر خواهد بود با:

که از قدرت اغلب کلیدها خارج می باشد. همانطوریکه در قسمت قبل ی نشانداده شد احتمـال زیاد می رود کـه جریان مدار فاقد تقارن باشد و این عدم تقارن بستگی به لحظه ای در سیکل ولتاژ دارد که کلید بسته می گردد .
بطور مشابه جریان اتصال کوتاه نیز می تواند از عدم تقارن برخوردار باشد کلید ما همواره در صفر جریان است که عمل قطع واقعی انجام می دهد و r.v حول مقدار لحظه ای ولتاژ منبع نوسان خواهد کرد اما جریـان بـه انـدازه حالت قبل نخواهد بود این امر در شکل (4-5) نشانداده شده است .
در تجزیه و تحلیل قبل از ولتاژ جرقه در کلید صرفنظر شده بود در حالیکه در اغلب مواقع چنین ولتـاژی وجـود دارد از آنجائیکه ولتاژ جرقه تا زمانیکه جرقه وجود دارد دو سر خازن می باشد در نتیجه در لحظه t =θ مقداری ولتاژ یعنی VC=0 دو سر خازن خواهیم داشت و این عبارت به عبارت مشابه ی V 20 افزوده گشته و تمایل بـه افزایش حالت گذرا دارد این اثر با اثر ثانویه جرقه که مخالفت با عبور جریان می کند و در نتیجـه فـاز جر یـان را تغییر می دهد باعث می گردد که ولتاژ منبع در0 t = که لحظه قطع واقعی که در مقدار مـاکزیمم خـود نباشـد شکل بیانگر مطالب فوق می باشد.

ولتاژ جرقه که با عامل بوجود آورنده آن مخالفت می کند .

در دو حالت قبل متوجه شدیم که در هنگام باز شدن کلید وقتی اتصالی در سیسـتم رخ داده اسـت امکـان دارد r.v به دو برابر مقدار ماکزیمم ولتاژ سیستم برسد و یا هنگامیکه کلیدی برای تامین انرژی بار بسته می گردد .
امکان دارد که جریان به دو برابر جریان حالت ماندگار برسد، به این گونه ولتاژها و جریانهای گذرا ولتاژ و جریان گذرا ی نرمال می یگوند حال مواقعی وجود دارند که مقادیر ولتاژ و جریان خیلی بیشتر از مقادیر فوق می گردد که به ولتاژ و جریان گذرا غیر عادی مرسومند .

2-4- حالتهای گذرای غیر عادی:
وقتی جریان ناچیزی را کلید قطع می نماید عمل دستگاه های قطع جرقه ممکن است باعـث شـود کـه جر یـان
زودتر از موعد مقرر (صفر طبیعی اش) به صفر برسد .
به این عمل (Current Chopping) گویند شکلی از (Current Suppresion) می باشد این عمـل باعـث ایجاد r.voltage غیر عادی می گردد که ناشی از انرژی مغناطیسی جریان گذرنـده مـدار مـی باشد کـه بطـور ناگهانی صفر شده است این پدیده غالباً در هنگام قطع جریان بی باری جریان مغناطیسی کننـده ترانسـفو رماتور مشاهده می گردد چگونگی به وجود آمدن Over Voltage را با توجه به شکل 7-4 می توان درک نمود .
فرض کنیم هنگامیکه عمل Chopping انجام می گیرد و مقـدار جر یـان لحظـه ا ی I0 باشـد . قسـمت اعظـم LmI22/1در هسته ترانسفورماتور باقی می ماند و ممکن است که مقدار قابل ملاحظه ای باشـد ز یـرا بـا وجـود اینکه I حدود یک درصد جریان بار کامل ترانسفورماتور می باشد ولی اندوکتانس مغناطیس کننده Lm زیاد می باشد جریان در چنین مدار اندوکتیوی نمی تواند ناگهان متوقف گردد. اما سری هم برای عبور جریـان از طریـق کلید وجود ندارد لذا چنین جریانی از خازن C عبور می نماید(این خازن در مرحله اول بـه خـازن سـیم پیچـی ترانسفورماتو ر مربوط به خازن است که ممکن است در اتصالات بین کلید و ترانس باشد )

حال انرژی میدان مغناطیسی به انرژی در میدان الکتریکی خازن متصل می گردد اگر مقـدار ایـن خـازن معلـوم باشد امکان محاسبه ولتاژ ی که با آن خازن C شارژ می گردد وجود دارد .

عبارت فوق بیان می کند ولتاژ دو سر خازن و در نتیجه دو سر سیم پیچی برابر با حاصلضـرب مقـدار جر یـان در لحظه Chopping و امپدانس موجی ترانسفورماتور مسئله قابل توجه در معادله فوق این است کـه ولتـاژ گـذرا مستقل از ولتاژ سیستم می باشد. برای مثال ترانسفورماتور با مشخصـات KVA 1000 و KV 13.8 را در نظـر بگرید جریان مغناطیس کننده حدوداً 5/1 آمپر می باشد بدین ترتیب:

خازن بستگی به نوع سیم پیچی و عایق بندی بین pf1000-10000 می باشد که در ایـن مثـال، مقـدار c= 5000pf در نظز می گیریم.
در نتیجه:

امپدانس موجی ترانس اگر کلید عمل Chopping را در ماکزیمم جریان انجام دهد که بعلت اعوجـاج ناشـی از هارمونیک ممکن است 5/2 آمپر باشد پیک ولتاژ گذرا از نظر تئوری به KV 135 خواهد رسید که حقیقتـاً یک Over Voltage غیرعادی برای سیستم KV 8/13 و 5/2*54000 = V 135000 می باشد و به دوعلـت در عمل هیچگاه ولتاژ به این مقدار نخواهد رسید اولاً بعلت تلفات ی که باعث dampping می گردد ثانیاً بعلت اینکه کسری انرژی محبوس شده در هسته در لحظه Chapping آزاد می گردد که این دلیل حائز اهمیـیت بیشتری است.
CAPacitor Switching
این امر در موقع سوئیچ کردن یک خط طویل یا کابل که باز بوده ویا هنگامیکه یک Capacitor Bank قطـع می شود اتفاق می افتد. شکل (4-8) وقایعی را که قبل و بعد از چنین عملی اتفاق می افتد نشان می دهد که در این حالت عمل قطع با موفقیت انجام گرفته است .

ولتاژ منبع و ولتاژ خازن از هم کم می شوند تا ولتاژ دو سر کلید بدست آید بعلت اینکـه جر یان از نظـر خـازنی تقریباً 90 درجه از ولتاژ جلوتر است خازن تحت تاثیر ولتاژ ماکزیمم هنگامیکه کلید قطع می شود شـارژ میگردد.
حال خازن از منبع ایزوله شده است و بارش را مطابق شکل) 8-4) (b) حفظ می نماید در نتیجه ماندن این بـار روی خازن می تواند در شکل (c) (c4-8) مشاهده نمود، که نیم سیکل بعد از صفر شدن ولتاژ دو سـر کلید بـه مقدار ماکزیمم V 2 خواهد رسید که می تواند خطرناک باشد. شکل (8-4) مسئله مورد نظـر را تـا حـد زیـادی ساده کرده است و در واقع مسئله بدین قرار است که جریان پیش فازی که از مدار عبور می کند باعث می گردد که ولتاژ دو سر خازن اندکی از ولتاژ مدار سیستم بیشتر باشد و در نتیجه پدیده ای موسوم به رگولاسیون منفـی ایجاد می نماید که هنگامیکه خازن قطع می گردد پتانسیل منبع کلید از ایـن مقـدار کمتـر می گردد شـکل دقیقتر این عمل قطع در شکل (9-4) نشان داده شده است که DV همان رگولاسـیون منفـی اسـت کـه ذکـر کردیم و به منظور سادگی تجزیه و تحلیل از این اثر صرفنظر میکنیم.

اغلب دیژنکتورها جریان بار یا اتصالی را در اولین صفر آن قطع نمی کنند بلکه آنقدر منتظر می مانند که فضـای کافی بین کنتاکت هاشان برقرار شود تا وسایل خاموش کننده جرقه فرصت بهتری برای عمل پیدا نمایند اهمیت دیژنکتورها قادر به قطع اینگونه جریانها که بسیار ناچیز است به این دلیل می باشد.
اگر این عمل خیلی زود و بعد از اینکه کنتاکت ها اندکی از هم جدا شـده انـد انجـام نپـذ یرد ولتـاژ V 2 دو سـر کنتاکت ها که فاصله شان خیلی کم است قرار گرفته و بالنتیجه احتمال برقراری مجدد جرقه افزایش می یابـد فرض کنید درست هنگامی که ولتاژ به مقدار ماکزیمم خود می رسد جرقه مجددی اتفاق می افتد که این وضعیت معادل با بسته شدن کلید می باشد مسلماً انتظار می رود کمابیش مـدار LC این اغتشـاش ناگهـانی را کـه بـا نوسانی در فرکانس طبیعی که برابر با :

می باشد پاسخ دهد .
معادله جریان گذرای ناشی از برقرار ی مجدد جرقه عبارتست از

حال با فرض اینکه در فاصله زمانی مورد نظر ولتاژ منبع تغییر چندان ی ندهد ولتاژ مقدار مـاکزیممش مـی باشد می توان رابطه زیر را نوشت :

اگر معادله فوق را حل نمائیم مقدار (I)t عبارت خواهد بود از :

Vm -VC(0) ولتاژ دو سرکلید در لحظه برقرار ی مجدد می باشد که :
در این مسئله برابر Vm 2 یم باشد و کمیت (L/C) امپدانس مـوجی مـدار مـی باشد بـدین ترتیـب جریـان کنداسنویسی بوده و برابر با ولتاژ دو سرکلید بخش بر امپدانس خروجی می باشد حال برای روشن شدن مطلـب از مثال عددی استفاده میکنیم تا ببینیم دامنه جریانی که از آن صبحت می شود چقدر است فرض کنید 60PF = C و ولتاژ سیستم KV 15 باشد موثر بـین دو فـاز کـه ا یـن مشخصـات یـک 5000KVA (capacitor (bank سه فاز است جریان کاپاسیتانس که باید قطع شود حـدوداً A 200 مـی باشـد حـال فـرض کنیم کـه اندوکتانس منبع حدوداً MW 1 باشد. اگر هنگامیکه ولتاژ دو سر کلید دو برابر مقدار ماکزیمم ولتاژ فاز به عنـوان نول است جرقه مجدد ی برقرار گردد و جریان گذرا مقدار ماکزیممی برابر با:

که توجه می کنیم که چندین برابـر جر یـان نرمـال 60Hz مـی باشـد . فرکـانس Restride colvent جریان بازگشتی برابر است با :

چنانکه میدانیم در یک مدار علمی اثر damping وجود داشته و با توجه به آن اعداد فوق را می توان تا حدی تصحیح نمود حال با توجه به معادله جریان گذرا که از خازن عبور می نماید می تـوان ولتـاژ خـازن را محاسـبه نمود.

که مقدار ماکزیمم آن برابر Vm 3+ می باشد شکل (4-10) بترتیب اولین قطع کلید محبوس شدن باز روی خازن Restrike بعدی را نشان می دهد که لزوماً آخر کار نمی باشد.

زمانی که ولتاژ گذرا به مقدار ماکزیممش می رسد که در شکل A نشانداده شده است، جریان گذرا از صفر عبور می نماید بعضی از کلیدها در این لحظه قادر به قطع جریان هسـتند در ا یـن صـورت ولتـاژ زیادی روی خـازن محبوس می ماند و بعد از نیم سیکل دیگر ولتاژی تقریباً معادل √P4 دو سر کلید ظاهر می گردد اگر این ولتاژ باعث breakdown دوم شود جریان و شارژ نوسانی ، دومی آغاز می گردد حال چونکه دو برابر حالت قبل ولتـاژ دو سر کلید هست جریان نیز دو برابر می گردد و ولتاژ خازن √P3 به √P5 می رسد.
این عمل در مراحل بعدی یا باعث جرقه خازنی External plashuver و یا معیوب شدن خازن می گردد کـه منظور از R مقاومت و C برطرف شدن جرقه می باشد .
C = Ctearing
R = Restuite

3 -4 – عوامل موثردر انتخاب کلیدهای قدرت :
برای انتخاب کلید قدرت باید به عوامل زیر توجه کرد :
1 – ولتاژ نامی کلید که معمولاً برابر ولتاژ شبکه ایست که کلید در آن نصب می شود و می تواند در حـدود 15% هم از ولتاژ شبکه کوچکتر باشد. اغلب بخاطر بوجود آمدن اطمینان بیشتر در استحکام شبکه از کلیدی اسـتفاده می شود که ولتاژ نامی آن از ولتاژ شبکه قدری بزرگتر باشد مثلاً در شبکه 13 هـزار ولـت از سـر ی KV 20 بـه جای KV 10
2 – جریان نامی که مساوی یا بزرگترین جریان کار معمولی شبکه است .
3 – قدرت نامی قطع کلید که با قدرت اتصالی کوتاه در محل کلید مطابقت کند .
برای محاسبه قدرت قطع کلید که باید قدرت اتصالی کوتاه در محل کلید مطابقت کند .
برای محاسبه قدرت قطع کلید و جریان اتصالی کوتاه شبکه می توان از کتاب محاسبه اتصال کوتـاه در شـبکه از انتشارات دانشگاه تهران کمک گرفت .
در ضمن با همین قدرت قطع، قدرت وصل نامی کلید نیز عملاً مشخص می شود زیـرا برحسـب تعریـف VDE باید قدرت وصل کلید در حدود 2/5 برابر قدرت قطع آن باشد .
جدول زیر مشخصات کامل الکتریکی کلیدهای نرم شده را نشان می دهد در جدول I ، دیژنکتور برای نصـب در شبکه سرپوشیده و F برای نصب در شبکه آزاد می باشد .
4 – نوع فرمان وصل کلید: دستی – الکتریکی و یا کمپرسی توسط هوای فشرده .
5 – طریقه نصب کلید: کشوئی – ثابت
6 – نوع قطع کننده اتوماتیک: قطع کننده پریسر یا قطع کننده زکوندر
7 – برای نصب در شبکه آزاد یا شبکه سرپوشیده
یکی دیگر از مشخصات مهم کلید، زمان تاخیر در قطـع کلید اسـت . این زمـان برحسـب تعر یـف عبارتسـت از حدفاصل زمانی بین لحظه فرمان قطع توسط رله مربوط و آزاد کردن ضامن قطع کلید تا خـاموش شـدن کامـل جرقه.
این زمان در کلیدهای مدرن امروزی به 05/0 ثانیه می رسد که تقریباً 02/0 ثانیه آن برای قطع جرقـه صـرف می شود. کلیدهای قدرت امروزی برای حدود 25000 قطع و وصل ساخته می شوند و باید سالیانه یـک بـار پس از هر 3000 بار قطع و وصلی یک بار سرویس و مورد بازدید اساسی قرار گیرند .

مشخصات عملکرد کلیدهای بسیار سریع ولتاژ جدول ( 1-4)
در ولتاژ زیاد لازم است که کلیدها دارای عملکرد بسیار سریع (در حد چند میلی ثانیه ) در موقـع قطـع و وصـل باشند لذا از منبع هوای فشرده و یا روغن هیدرولیک تحت فشار استفاده می نمایند. امروزه پستهای انتقال نیـرو را به صورتی می سازند که :
یکی در محفظه بسته و سرپوشیده که به آنها indoor گویند و دیگری آنهایی که در فضای آزاد هستند و به آنها outdoor گویند. بستگی به نوع پست، تجهیزات بکار رفته در آنها نیز با یکدیگر فرق دارند ولی وظیفـه آنهـا در هر حالت یکی است.

فصل پنجم :
انواع کلیدهای قدرت

1 – 5 انواع کلیدهای قدرت :
انواع کلیدها ی فشار قو ی عبارتند از :
الف : کلید روغنی
ب : کلید کم روغن
پ : کلید آبی
ت : کلید هوایی Air Blast C.B
ج : کلید گاز سخت (جامد )
د : کلید خلاء
خ : کلید SF6

الف : کلید روغنی :
این کلید که در سالهای 1910 تا 1925 از متداول ترین کلیدها ی فشار قو ی با قدرت زیاد بـود امـروزه توسـط کلیدها ی مدرن دیگر (گازی و کم روغن) بخصوص در اروپا بکلی کنار زده شده است .
در کلید های روغنی در درجه اول از روغن بعنوان عایق استفاده می شود. و بدین جهت هر چه فشـار الکتر یکـی شبکه بیشتر باشد حجم روغن داخل کلیدی نیز زیادتر می گردد. بطوریکه وزن روغن در کلیـد روغنـی KV 220 به 20 تن می رسد و همین حجم زیاد روغن یکی از بزرگترین معایب این نوع کلیـد بخصـوص در مواقـع آتـش سوزی است.

شکل (1-5 ) یک کلید روغنی یک قطبه را بطور اتوماتیک نشان می دهد. در این کلید بخاطر اینکه از مکانیسـم خاصی برای خاموش کردن جرقه استفاده نشده است جرقه در صورت ازدیاد طول باید از بین برود بـدین جهـت کنتاکتهای ساخته شده که جرقه در دو نقطه بطور متوالی انجام می گیرد و با یک حرکت قطع کلید، مدار جریان در دو نقطه قطع گردد .
بدین جهت این کلید از دو کنتاکت ثابت که به انتهای دو مقره عبـور نصـب شـده اسـت تشـکیل شـده و تیغـه متحرکی که توسط اهرم عایقی فرمان می گیرد ، ارتباط بین دو کنتاکت ثابت را فراهم می کنـد در موقـع قطـع کلید و جدا شدن تیغه از کنتاکت همانطور که گفته شد تراکم جریان در یک نقطه از کنتاکت ها بقدری زیاد می شود که باعث شروع جرقه در آن محل می گردد. در اثر حرارت شدید جرقه روغن تجزیه شده و ایجاد گـاز می کند که به صورت حبابی اطراف جرقه را می پوشاند. با جدا شدن هر چه بیشتر تیغه از کنتاکـت ثابـت و طویـل شدن جرقه حباب گازی نیز بزرگتر و بزرگتر می گردد و در ضمن اینکه مقدار ی از حـرارت صـرف بخـار کـردن روغن می شود، در اثر ازدیاد بیش از حد طول قوس می شکند و جرقه قطع می شود .
نظر به اینکه حجیم شدن بستگی به شدت جرقه مستقیماً بستگی به شدت جریانی دارد که کلید قطع می کنـد، باید با فضای خالی روغن مناسب باشد که جرقه قبل از رسیدن سطح روغن به زیر در پوش منبع خـاموش نشـود، امکان ترکیدن منبع در اثر ازدیاد فشار داخلی بسیار زیاد است (منبع کلید معمولاً حدود 7 اتمسفر را تحمل می کند .)
کلید قدرت علاوه بر اینکه جریان اتصال کوتاه را قطع می کند باید قادر باشد مدار اتصال کوتاه شده ای را نیز به شبکه برق وصل کند، یا به عبارت دیگر در زیر اتصال کوتاه وصل شود .
از آنجا که در این حالت در لحظه وصل، جریان اتصال کوتاه ضربه ای شدید از کلید می گذرد، دراطراف کلیـد حوزه الکترومغناطیسی شدیدی ایجاد می شود که سبب لرزش کنتاکتها و از کار افتادن کلیـد می شود . بـرای جلوگیری از این ارتعاشات بخصوص در کلیدها ی فشار قوی هر قطب کلید دارای محفظه جرقه خاموش کن مـی باشد .
ب : کلید کم روغن :
تشریح طرز کار کلید روغن دو قایمی که در موقع جرقه زدن در روغن اتفاق می افتد و عواملی کـه در خـاموش شدن جرقه موثر هستند ذیلاً توضیح داده می شوند .
در موقع جدا شدن دو کنتاکت کلید زیر بار در محفظه روغنی، جریانی که از آخرین نقطه تماس فلز ی کنتاکـت می گذرد باعث گداختن و تبخیر فلز مس می شود و همین جریان اساس تولیـد جرقـه یـا قـوس الکتر یکـی دو کنتاکت جدا شده است. حرارت زیاد جرقه، روغن اطراف تماس را تبخیر و ایجاد یک حباب گازی بـا فشـار زیاد می کند این حباب گازی از لایه ها ی مختلف ی تشکیل شده که از دیدگاه روغن بطرف مرکز قوس عبارتند از :
1 – لایه بخار مرطوب روغن
2 – لایه بخار داغ و خشک
3 – لایه اطراف قوس مرکب از 2 C2H و H2 و H با حرارت ی در حدود 1000-5000 درجه کلوین و همین طـور که بعداً خواهیم دید همین وجود اتم و مولکول هیدروژن است که با خواص خوب حرارتی که دارند روغن را برای قطع جریان مناسب می کنند .
در مرکز حباب جریان بصورت یک قوس الکتریکی عبور می کند و قوس قسمتی از گاز است که به علـت درجـه حرارت زیادی که دارد (50000-10000 نیکلو ) باعث یونیزاسیون حرارتی می شود .
قسمتی از انتهای هیدروژن را یونیزه کرده و یک مجرای خارجی بین دو کنتاکت کلید برای عبور جریان بوجـود می آورد. حرارت شدید قوس توسط گازها ی مجاور که بیش از مولکـول و اتـم هیـدروژن تشـکیل شـده و دارا ی قابلیت هدایت حرارتی بسیار زیادی است (20 برابر) به روغن مجاور پس داده می شود این عمل تبادل حرارت را می توان با به جریان انداختن گاز که دارا ی فشار P و درجه حرارت T است و محفظه دیگری بـا درجـه حـرارت T0 و فشار P0 تشدید نمود با استفاده از آنچه که توضیح داده شده عمل قطع جریان متناوب باید به طریق زیـر انجام گیرد.

چنانچه دیده می شود کنتاکت ثابت از دو تیغه موازی تشکیل شده تا در موقع عبور جریان اتصال کوتاه در ضمن وصل کلید، حوزه های الکترومغناطیسی باعث فشردن تیغه ها به میله کنتاکت دهنـده شـده و مـانع لـرزش آن شود. در ضمن در موقع قطع کلید حباب گازی که در محیط ایجاد می شود، بمحض خارج شدن میله از محفظه با سرعت بطرف خارج کشیده می شود و در قطع سریع جرقه موثر می شود شکل (5-3 ) کلید روغنـی سـه فاز 10 کیلوولت را با قطع کننده های پریمر نشان می دهد.

در نزدیکی صفر شدن جریان، قدرت حرارتی که با حاصلضرب جریانی i در اختلاف سطح C برابـر اسـت تقر یبـاً صفر می شود. اگر در این موقع هدایت الکتریکی خود را بکلی از دست می دهد و الزاماً جرقه خاموش می شود، اما برای این تبادل حرارتی فقط یک فرصت بسیار کوتاهی که جریان از صفر و یا طولی صفر می گذرد موجـود است. به این ترتیب باید عناصری که جرقه را در بردارند دارای آنچنان قابلیت حرارتی باشند که بتوانند سـریع و بیدرنگ حرارت را بخارج منتقل کنند. خوشبختانه هیدروژن متصاعد شد از روغن مناسبترین عنصر برا این منظور است.

درک زمان بسیار کوتاه که قابیلت هدایت قوس الکتریکی بسیار کم است فقط یک جریـان نـاچیزی از بـین دو کنتاکت می گذرد که اگر در این موقعیت حرارت خارج شده به اندازه ای نباشد کـه هـدایت الکتریکـی بین دو الکترود را به صفر برساند, حرارتی ادامه پیدا می کند و قوس با نیم موج بعدی جریان برمی گردد و جریان اتصال کوتاه ادامه پیدا می کند. این برگشت مجدد جرقه را برگشت حرارتی می نامنـد . اگـر جرقـه قطـع شـود , بـرا ی نگهداشتن این وضعیت و جلوگیری از برگشت مجدد جرقه شرط دیگری نیز لازم است و آن استقامت الکتر یکـی بین دو کنتاکت است. بدین معنی که حباب گازی که هنوز بین دو کنتاکت موجود اسـت , گرچـه دیگـر بخـاری نیست ولی باید دارای آن چنان استقامت الکتریکی باشد که در اثر برگشت ولتاژ شـبکه بـه محـض صـفر شـدن جریان بین دو کنتاکت, باعث انهدام الکتریکی و در نتیجه باعث برگشت مجدد قـوس الکتر یکـی و عبـور جر یان نشود.
اختلاف سطحی که باعث جرقه مجدد می شود که آن را اختلاف سطح شکست الکتریکی عایق می گوییم بـرای گازها در فاصله ثابت بین دو الکترود معین بستگی به تراکم گاز دارد و یا به عبارت دیگر متناسب با P/T است.
بدین جهت اگر خواسته باشیم جرقه در اثر برگشت ولتاژ برنگردد دو عایق دچـار شکسـت الکتر یکـی نشـود باید تراکم گاز در زمانی که جریان به حوالی صفر می رسد خیلی زیاد شود که توسـط در یچـه B صـورت می گیرد. کنترل مسیر خروجی هوا توسط دریچه E می باشد باید توجه داشت که در این کلیدها فاصله هوایی در کنتاکت در موقع قطع جرقه بایستی طور ی باشد که پس از قطع هوای فشرده مجدداً جرقه برقرار نگردد .

این کلیدها در دو فرم, در فضای آزاد یا فضای بسته ساخته می شود و هر کدام از این دو دسته در تقسیم بندی دیگر که ترمینالهای آزاد یا در فضای فلزی بسته شده دارد .
در حالت اول ترمینالهای آزاد یا قسمتهای رند کلید به بیرون راه دارند در حالی که حالت دوم ترمینالهای آن در یک فضای فلزی محدود شده اند .
یکی از کلیدها ی ترمینال آزاد در شکل 6 ـ 5 نشان داده شده است .

همانطور که از شکل پیداست قسمت رنده (برق دار) در ارتفاع قرار گرفته است در قسمت پایین کلید یک منبع ذخیره هوای فشرده قرار داده شده است که این منبع به قسمت کنتاکت ها در حالت عـاد ی ارتبـاط نداشـته تـا فاصله دو کنتاکت که هنوز خیلی زیاد نشده استقامت الکتریکی مناسب و کـافی را پیـدا کنـد .یعنـی در همـان موقعی که جریان به صفر می رسد جرقه برای اولین بار قطع می شود باید تراکم گاز داخل محفظه خیـلـی زیاد باشد و چون این تراکم خیلی زیاد را نمی توان با ازدیاد فشار P بدست آورد باید هم زمان با به جریان انداختن و خارج کردن گاز گرم در خنک کردن گاز نیز بکوشیم.
همانطور که میدانید تراکم گاز در محفظه جرقه خاموش کن در موقع عبور جریان از صفر برابر است بـا نسـبت مقدار گازی که قبلاً به وجود آمده به فضائی که برای این مقدار گاز موجود است .
این فضا ابتدا توسط خارج شدن کنتاکت متحرک از محفظه والاسیته روغن داخل محفظـه جرقـه خـاموش کـن تعیین می شود. وقتی که روغن اطراف گاز به جریان می افتد و گاز به طرف مخزن بالای کلید راه پیدا می کنـد حجم گاز نیز زیاد می شود .

ت : کلید هوایی, Air Blast CB :
این نوع کلیدها که از هوای فشرده برای خاموش کردن جرقه استفاده می شود دارای مزایای زیادی است یکی از مهمترین مزایا این است که این نوع دیژنکتور می تواند در رنجهای مختلف و مناسب با احتیاجـات شـبکه هـا ی مختلف قدرت به خوبی به کار رود به علاوه این نوع کلید برای سرنیچکیرهای مختلـف نظیـر پوشـیده و پوشید فلزی (metal clod) و یا پست در فضای آزاد به کار رود .
به طور خلاصه مزایای کلید با هوای فشرده :
الف ـ قابلیت انعطاف پذیری که در مقایسه خاموش کننده های مایع این اجازه را می دهد که طراحی ساخت آن بدون توجه به فشار ایجاد شده و عکس العمل های آن باشد .
ب ـ تحرک (سرعت تحرک) که امکان ذخیره شدن دور از محل جرقه, کاهش نیازهای تعمیری و غیره .
ج ـ غیر قابل اشتعال بودن
دـ کاربرد فشار الکتریکی که به وسیله چندین قطع کننده به طور سری امکان پذیر است .
از معایب آن می توان هزینه زیاد جهت فشرده کردن هوا, هزینه ثابت خاموش کردن سر و صدا نام برد سیسـتم کار این نوع کلیدها به این ترتیب است که از دو کنتاکت یکی ثابت و دیگری متحرک استفاده می شود. شکل 5 ـ5 دو نوع معمول کلید با هوای فشرده را نشان می دهد شکل(a) 5 ـ 5 که مسیر هوا ی فشرده به محل جرقه از یک ناحیه می باشد در حال ی که در شکل (b) 5ـ 5 که به مسیر دو گانه معروف است, هوای فشرده به دو قسمت مساوی تقسیم شده و در دو جهت مخالف حرکت می نماید. در شکل 5 ـ 5 هوای فشرده شده در ناحیه R بـوده که کنترل ورودی هوای فشرده به محل جرقه ولیکن در موقع عمل کلید ارتباط برقرار شده و هوا ی سرد فشـرده شده با فشار و مقدار ثابت و مستقل از جریان عبور ی از کلید به سمت کنتاکتها رانده می شود. با توجـه بـه هـوا بودن بین دو کنتاکت و اینکه خاصیت عایقی هوا از روغن پایین تر است در نتیجه فاصله بین دو کنتاکت یا ن نوع , دیکل از کلیدها نیمه روغنی بیشتر می شود این موضوع باعث می گردد که زمان قطع کلید طولانی تـر باشـد لذا جهت به حداقل رساندن زمان قطع کل یو دی ا کم کردن زمان حرکت کنتاکت متحرک از چندین مرحله قطع (کنتاکتها زیادتری که به صورت سری بسـته شـده انـد اسـتفاده گـردد ( Multi Breaking Unit) مشـابه کلیدهای کم روغن هر دو جفت کنتاکت می تواند دارای یک میله عمل کننده باشد و از نظر شـکل ظـاهر ی بـه صورت Y یا T ساخته می شوند. در کلیدها ی با چندین قطع کننده بای یست از خازنهای یکنواخت کننده که بـه صورت موازی با کنتاکتها بسته می شوند استفاده نمود. شکل 7ـ5 استفاده از مقاومتهای مواز ی بـا کنتاکـت کـه چند لحظه قبل از قطع و یا وصل کلید وارد مدار می شوند جهت محدود نمودن اضافه ولتاژها و نیز کـم نمـودن ولتاژ برگشت در کلیدهای با ولتاژ بالا متداول است این نوع کلیدها در حال حاضر نیـز مـورد اسـتفاده قـرار می گیرند ولیکن رفته رفته کلیدهای نوع دیگر جایگزین این نوع کلیدها خواهند شد . در شکل 7ـ5 یک نمونه کلید هوای فشرده نشان داده شده است .

پ : کلید آبی :
کلیدی است که در آن از آب به عنوان ماده خاموش کننده جرقه استفاده شده است و به همین علت به آن آبی گویند یکی از بهترین خواص این کلید این است که چون آب داخل محفظه احتراق قابـل اشـتعال نیسـت هـیچ گونه انفجار کلید را تهدید نمی کند و مانند کلیدها ی روغنی باعث انفجار نمی شود و در کلیدهای اکسپانزیون با ولتاژ زیاد به جای آب از روغن مخصوصی که نقطه اشتعال آن خیلی بالاست استفاده می شود .
ج : کلید گاز سخت (جامد ):
در پستها و شبکه های برق کوچک که در ازای تاسیسات محدود و فاقد دستگاه کمپرسور و تهویه هـوای فشـرده می باشند, نصب کلیدها ی هوایی, مقرون به صرفه نیست و بدین جهت اغلب از کلید اکسپانزیون یا آبـی و یا از کلید دیگری به نام کلید گاز جامد استفاده می شود. در این کلید نیز مانند کلیدها ی روغنی, کـم روغـن , گـازی باعث خاموش کردن و برنگشتن جرقه می شود, توسط خود جرقه به وجود می آید لذا قدرت قطع این کلید نیز تابع شدت جریان قطع است.عایق های به کار رفته در این کلید باعث تولید گاز می گردند .

د: کلید خلاء :
نظر به اینکه اصولاً حاملهای باردار (الکترونهای آزاد) باعث هدایت جریان در فلزات و ایجـاد قـوس الکتریکـی در عایقها می شوند, لذا در خلاء کامل چون هیچ عنصری وجود ندارد که حامل الکترونها باشد باید جـد ا شـدن در کنتاکت فلزی جریان دار به احتمال قوی بدون ایجاد جرقه انجام گیرد با توجه به این اصل مهم کلید های فشار قوی که کنتاکتهای آن در خلاء از هم جدا می شوند ساخته شده است و از سه قسمت اصلی زیر سـاخته شـده است :
1ـ کپسول خلاء از فولاد گرم نیکل یا کنتاکتورها که عمل قطع و وصل کنتاکتها را در خلاء کامل انجام می دهد .
2ـ نگهدارنده کنتاکتورها و ایزولاتورها
3ـ وسایل مکانیکی رسانای فرمان قطع و وصل
کلید خلاء امروزه به خاطر دارا بودن مزایایی از قبیل دوام زیاد مراقبت کم, امکان قطع و وصل سریع مکـرر , در شبکه ها ی فشار متوسط می تواند بسیار مناسب باشد .
هـ: کلید SF6 :
یکی از جدیدترین و مناسب ترین مواد ایزوله به کار گرفته شده در تجهیزات و تاسیسات فشار قـو ی را گـاز SF6 تشکیل می دهد این ماده تنها عایق به کار گرفته شده به حالت گاز می باشد . انـواع گونـاگون گازهـای ایزولـه فراوان می باشند ولی تنها گاز SF6 به عنوان ماده ایزوله بـا خاصیت دیالکترونیـک فـوق العـاده و مشخصـات مناسب در تجهیزات و تاسیسات فشار قوی و انتقال انرژ ی به کار گرفته شده است. گاز فوق بـرا ی اولـین بـار در طول دهه 1960 در کلیدهای انتقال انرژی مورد استفاده قرار گرفته و این نـوع کلیـدها بـه بـازار تجـارتی وارد گردیدند.
با توجه به نتایج عالی استفاده از این گاز در کلیدهای فشار قوی, به تدریج با توسعه شبکه های انتقـال انـرژی و افزایش حدود ولتاژها تا 1200ـ700 کیلوولت استفاده از آن در این حدود ولتاژ به سـرعت گسـترش یافـت , بـطوریکه مطالعات و بررسیهای لازم به منظور احداث ایستگاه های انتقال انرژی نوع metal clad با ایزولاسیون گاز SF6 در دهه 1970 آغاز گردید. هم اکنون ساختمان ایستگاه ها metal – clad با ولتـاژ 800 کیلوولت و فضا یبسیار محدود رواج کامل یافته است .
در حال حاضر گاز فوق یکی از مهمترین و با ارزش ترین مواد ایزوله در حدود ولتاژها ی انتقال را تشکیل داده می توان گفت استفاده از کلیدها ی فشار قوی گازی تقریباً جایگزین کلیدهای فشار قو ی هوا ی فشرده گردیده است .

استفاده از گاز SF6 در کلیدهای فشار قوی :
ماده عایق به حالت گاز مناسب ترین وسیله خنک کننده قوس را در کلیدها ی فشار قو ی تشکیل می دهـد , بـه همین علت گاز SF6 با خاصی یت ا زولاسیون و ولتاژ د ی الکتریک بالا در کلیدها ی فشار قـو کلید شـرا یط لازم جهت ماده خفه کننده قوس نظیر قدرت تحرک یجا, ینیگز , عیسر توانا یی جذب انرژ ی حرارت ی را به طـور کامـل ارائه می سازد, در گذشته وجود ماده ایزوله به حالت مایع نظیر روغن ایزولاسیون تا حدودی نیازهای لازم جهت قطع جریان را در کلیدها ی باولتاژ محدود تامین می نمود. به تدریج هم زمان با افزایش حدود ولتاژهای انتقال و ضرورت کاهش مدت قطع, ماده ایزوله به حالت مایع قابیلـت خـود را از دسـت داد و اسـتفاده از هـوای فشـرده معمول گردید. با افزایش هر چه بیشتر جریانهای قطع و وصل ولتاژهـا ی انتقـال , تعـداد محفظـه هـای قطـع در کلیدها قابل توجه گردیده کاهش ضریب اطمینان کار کلید را سبب گردیدنـد بـه طـور ی کـه اسـتفاده از مـاده یا زولاسیون مناسب تر با مقاومت دی الکتریک بالاتر در حدود KV 400 U < کیلوولت مورد مطالعه قرار گرفت .
در پی این مطالعات سرانجام گاز SF6 به عنوان ماده دی الکتریک و خفه کننده قـوس در کلیـدهای فشـار قـوی توصیه گردید.

1-1-5 مشخصات الکتریکی گاز SF6 :
ولتاژ دی الکتریک گاز SF6 بر حسب فشار آن در شرایط استاتیک در شکل 8 ـ 5 نشان داده شده است بـر طبـق این شکل ولتاژ دی الکتریکی گاز SF6با فشار آن افزایش می یابد .

در فشارهای گوناگون گاز ولتاژ دی الکتریک آن به شرح زیر می باشد :
ـ در فشار 3ـ2 بار مقاومت دی الکتریکی آن با مقاومت دی الکتریک روغن برابر می گردد
ـ در فشار 5 ـ 5/3 بار مقاومت دی الکتریک آن معادل مقاومت دی الکتریک هوا ی فشرده در فشار 25ــ 20 بـار می گردد .
در شکلهای 8-5 و 9ـ5 مقاومت دی الکتریک گاز SF6 و هوا بر حسب فشار به ترتیب به ازای ولتـاژ 50 و ولتـاژ موج ضربه ای استاندارد 50/1 میکرو ثانیه نشان داده شده اند .
Udـ ولتاژ فرکانس بروز قوس در گاز
Ua ـ ولتاژ فرکانس 50 بروز قوس در هوا
Udl ـ ولتاژ مثبت موج ضربه ای بروز قوس در گاز
Ual ـ ولتاژ موج ضربه ای بروز قوس در هوا
در رسم منحنی های فوق فاصله بین کنتاکتها ثابت و معادل 5 سانتیمتر بوده اند. منحنـی هـا ی خـط چـین در شکل 8 ـ 5 ولتاژ بروز قوس را به ازای موج منفی ضربه ای 50/1 میکرو ثانیه نشان می دهد. چنانچه ملاحظه می شود در شکلهای فوق با بالا رفتن فشار, فاصله منحنی ها از یکدیگر افزایش یافته بر مقاومت دی الکتریک بـیش از پیش افزوده می گردد .
در شکل 10ـ5 ولتاژ بروز قوس برای گاز SF6 , روغن و هوا بر حسب فشار نشان داده شده اسـت در ا یـن شـکل کنتاکتها به صورت کنتاکتهای موجود در کلید , میله متحرک و حلقه ثابت بوده اند .
با توجه به مقدار مقاومت دی الکتریک گاز SF6 در فشار اتمسفر با مقاومت دی الکتریک هوای فشرده در فشار 4 اتمسفر برابر می باشد .

2-1-5 اصول ساختمان کلیدهای گاز یا کلیدهای SF6 :
در فصل خصوصیات فیزیکی و الکتریکی گاز SF6 را در مقایسه با هوای فشرده بررسی نمودیم. خصوصـیات فـوق ساختمان این نوع کلید ها را کاملاً متفاوت از کلید های فشار هوا سـبب میگـردد . در فصـول بعـد بطـور دقیـق ساختمان کلیدهای گازی و محفظه قطـع ا یـن نـوع کلیـد را بررسـی خـواهیم کـرد . در ایـن بحـث تـاثیر خصوصیات گاز SF6 را در ساختمان کلیدهای گازی مطالعه. میکنیم با توجه به اختلاف قابل توجه مقاومت دی الکتریک گاز SF6 با هوای فشرده در شرایط استاتیک و تفاوت عمـده ثابت زمان ی قوس و مقدار جریان جزئی، حد انرژی حرارتی قابل قبـول توسـط محفظـه قطـع بطـور قابـل توجـه افزایش می یابد .
قبول انرژی حرارتی بیشتر توسط محفظه قطع کلید امکان می دهد تا در شرایط مشابه و به ازای جریان عیب برابر از حجم کلیدهای گازی و محفظه قطع آنان نسبت به کلیدها ی هوای فشرده کاسته گردد، بدین ترتیب در قدرت قطع مساوی حجم و نقاط قطع جریان کلیدهای گازی به مراتب از آنچه که برا کلیدهای هوایی لازم می باشد. محدودتر خواهد بود، علاوه بر اختلاف فیزیکی فوق با سایر تفاوتها با توجه به موارد اقتصادی بشـرح زیـر نتیجـه میریگیم.
در کلید هوائی، هوای فشرده بعنوان مادهی الکتریک و خفه کننده قوس توسط کمپرسور با فشار کافی تولید و در مخزن اصلی و مخزن مجاور کلید ذخیره می گردد. بطوریکه هوای فشرده در هـر لحظـه و بمقـدار کـافی در دسترس می باشد. بهمین علت تخلیه هوا پس از هر عمل قطع و وصل بفضای آزاد صورت میپ ذیرد. در کلیدهای SF6 حجم گاز و مقدار آن محدود بوده، نمی توان گاز را به فضای خارج تخلیه نمود. شـرایط فـوق موجب می گردد تا از مقدار معین گاز SF6 با حجم مشخص بطور مداوم استفاده گردد . ضرورت استفاده از حجم معین گاز SF6 بصورت مداوم، ساختمان این نوع کلیدها را به کلیدها ی روغنی بسیار شبیه می سازد .
در این کلیدها، پس از خفه گشتن قوس و قطع جریان، گاز مجدداً خنک و تصفیه شده و بمنظور قطـع و وصـل بعدی مورد استفاده قرار گیرد، محدودیت مصرف گاز مطابق آنچه که شرح داده شـد عامـل دیگـری در متفـاوت بودن شکل ساختنمانی و طرح کلیدهای گازی با کلیدهای هوای فشرده می باشد. لزوم استفاد از حجم معـین و محدود SF6 بطور مداوم موجب می گردد تا طرح کلیدها براساس دو روش زیر صورت پذیرد.
الف – گاز SF6 در یک مدار بسته گردش نموده پس از هر عمل قطع و وصل گاز با درجه حـرارت بـالا بـه کانـال خروج ی هدایت و پس از خنک گشتن و تصفیه در مخزن مخصوص ذخیره می گردد. مخزن فوق از طریق کانال دیگری به محفظه کلید متصل بوده همزمان با قطع و وصل و حرکت کنتاکتها، به آن وارد، پس از قطع و یا وصل جریان و خفه گشتن قوس، از محفظه قطع به مخزن با فشار کمتر تخلیه می گردد.
درشکل (5-11) نحوه استفاده از گاز SF6 بمنظور قطع و وصل جریان بترتیب فوق نشان داده شده است چـون در این روش گاز تحت دو فشار مختلف واقع بوده و همزمان با حرکت کنتاکتها و قطـع و وصـل کل یـ د، در طـول برقرار یرژ ی م گذرا از مخزن با فشار بالا به کانال یا فشار کمتر تخلیه می گردد، لذا به روش دو مرحله ا ی ی ا فشار گاز مرسوم بوده اصطلاحاً Double – Prossur ینام ده می شود. نحوه کار این نوع کلید گاز ی را در فصل بعـد بررس ی می نمائ . می

در این روش گاز در فضای بسته محفظه قطع محبوس بوده با فضا و یا مخـازن دیگـری خـارج از آن ارتبـاط ندارد. در هنگام قطع و وصل کلید و بروز قوس در داخل محفظه قطع معمولی حجم معین و ثـابتی از گـاز SF6 معادل با فضای محفظه قطع بمنظور انحراف قوس و ارائه مقاومت دی الکتریک کافی بلافاصـله پـس از محفظـه قطع جابجا شده و با سرعت کافی در محل بروز قوس وارد می گردد .
جابجائی گاز در داخل محفظه قوس توسط مکانیزم مخصوص پیش بینی شده در داخل آن صورت می پذیرد این مکانیزم همزمان با حرکت کنتاکت متحرک عمل می نماید چون در این روش گاز با حرکـت کنتاکـت متحـرک تحت فشار واقع گردیده و در فاصله کنتاکتها وارد می گردد. لذا اصطلاحاً به نـوع وزش گـاز یـا Puffer Type مرسوم می باشد. ایجاد فشار در گاز تنها در طول برقراری رژیم گذرا روی داده، در شرایط عـادی گـاز در داخـل محفظه قطع در یک فشار معین و ثابت واقع می باشد، بهمین علت بکلیدهای بـا فشـار یـک مرحلـه ای گـاز یـا Single Perssure موسوم می باشند .
کلیدها ی گازی یا کلیدهای SF6 با طرحهای گوناگون منجمله محفظه قطع تحت ولتاژ (Live Tonk) محفظه قطع بدون ولتاژ ( Dead Tank) و کلیدها جهت نصب در فضای بسته (metol – Clad) ساخته می شوند .
حال در زیر در شکلهای 12-5 و 13-5 توجه شما را به دو نوع از انواع کلیدها ی SF6 جلب می نمائیم:

فصل ششم :
انتخاب کلیدهای قدرت در
سیستم های توزیع

کلیدهای فشار قوی و یا به طور کل کلیدهای مراکز پست برق و کارخانجات برق باید جریان اتصالی کوتاه را در همان لحظات اول که مقدار جریان نزول نکرده قطع کنند .
در مـوقعی کـه مـثلاً قسـمتی از مـدار Net2 اتصـال کوتـاه شـده، مقاومتهـای سـر راه عبارتنـد از ژنراتورهـا و ترانسفورماتورها و خود Net لذا در موقع اتصال کوتاه جریانی که از مدار می گذرد عبارتست از :

بطوریکه ISW عبارت است از جریان ضربه ای اتصال کوتاه، جریان متناوب و 1.1 بدلیل ازدیاد اختلاف سـطح در موقع اتصال کوتاه می باشد .
R عبارتست از مقاومت اهمی تمام مدار برا ی هر فاز و X عبارتست از مقاومت سلفی هر فاز مدار اتصال کوتـاه از آنجا که در شبکه برق فشار قوی مخصوصاً اگر طول سیمهای Net خیلی زیاد نباشـد مقاومـت سـلفی مـدار بـه مراتب بیشتر از مقاومت اهمی مدار می باشد X 0.5R = به این جهت در محاسبات معمـولاً از مقاومـت اهمی صرفنظر می شود در نتیجه فرمول فوق بصورت زیر ساده می شود :

در این فرمول مقدار X مجهول است که آنهم برای ژنراتور و یا ترانسفورماتور برابر است با :

طوریکه U عبارتست از فشار الکتریکی برحسب KV و In جریان نرمال برحسب KA و P عبارتست از نسـبت جریان ضربه ای اتصال کوتاه به جریان نرمال و یا P برابر است با نسبت اختلاف سطح نرمال بـه اخـتلاف سـطح ضربه ای و UK عبارتست از اختلاف سطح اتصال کوتاه و N عبارتست از قدرت نرمال برحسـب MVA مقـدار ماکسیموم جریان اتصال کوتاه متناوب برابر است با :

در این فرمول √2 عبارتست از فاکتور شکل Form Factor
که برابر با ماکسیموم موثر جریان می باشد و K عبارتست از یک فاکتوری است که در اثر ازدیاد جریـان اتصـال کوتاه متناوب در اثر وجود مقدار ثابت جریان دائمی بوجود می آید و از این جهت اولاً همیشه از یک بزرگتر مـی باشد در ثانی باید در ISW ضرب شود تا جریان ضربه ای ماکسیموم اصلی بدست آید.

چون کلید به محض اتفاق افتادن اتصال کوتاه آنرا قطع می کند و زمان قطع مقداری بطول می انجامد (معمـولاً قدری بیشتر از 25/0 ثانیه) لذا جریانی را که کلید قطع می کند قدری کمتر از جریان ضـربه ای اتصـال کوتـاه متناوب ISW می باشد از این جهت با در نظر گرفتن این فاکتور مقدار جریانی را که کلید باید قطـع کنـد برابـر است با :

μ عبارتست از فاکتور با ضریب افت جریان مقدار m از روی منحنی شکل (1-6) بدست می آید:
1 – برای تاخیر در قطع تقریباً 0/1 ثانیه
2 – برای تاخیر در قطع بزرگتر یا مساو ی 25/0 ثانیه
حال جهت بدست آوردن قدرت قطع کلی باید جریان Ia را در √3 و Va فشـار الکتر یکـی در مـدار مـی باشد ضرب کنیم به این طریق که :

حال در زیر سعی می کنیم که با مثالهایی بحث انتخاب کلید را روشنتر کنیم و روش انتخاب یک کلید دیژنکتور را عملاً نشان می دهد.
مثال(1):
دریک کارخانه برق مطابق شکل (6-2) دو ژنراتور با قدرتهای 20 و 30 میلیون ولت آمپر (MVA) نصب شده است. این ژنراتورها با فشار 6KV بر روی شین کار می کنند .
از این شین جهت تغذیه قسمتی از شهر مستقیماً استفاده شده و در ضمن توسط دو ترانسفورماتور بـا قـدرتهای MVA8 و %7 UK = و MVA 15و %7UK = این شین به شین KV 60 متصل شده است.
از این شین یک سیم هوایی بطول Km 20 در سطح mm 95*3 منشعب شده جنس شیم آلومینیوم می باشد. مطلوب است ماکسیموم جریان ضربه ای اتصال کوتاه و قدرت کلیدهای قطع کننده در نقاط I و II و III .

اول مرتبه مقاومتهائی را که در مدار قرار دارند محاسبه میکنیم برای سهولت فرض میکنیم که فشار الکتریکی در تمام انشعابات یکی باشد و تمام جریانها و مقاومتها نسبت به این مقدار حساب میکنیم سپس مقادیر حساب شده را به نسبت اختلاف سطح های حقیقی خودشان حساب میکنیم به این طریق که :

مقاومت سلفی ژنراتور I برابر است با :

در نقطه III:

در خاتمه برای محاسبه جریان اتصال کوتاه مداوم می توان از فرمول q.ISW = Ia استفاده کرده بطوریکه فاکتور از روی تجزیه بدست آمده و در جدول زیر تنظیم شده است .

اعداد داده شده جهت q بستگ ی به طرز ساختمان ماشینها دارد و ممکن است مقـدار آن در حقیقـت بـه انـدازه %(4-10)± از اعداد داده شده کوچکتر یا بزرگتر نباشد .
جریان اتصال کوتاه مداوم در نقطه I برابر است با:

نتیجه محاسبات فوق بصورت جدول زیر تنظیم شده است:

جهت انتخاب کلید باید از کلیدهای با قدرت های نرمال استفاده کرد. لذا برا ی شبکه KV 6 باید کلید بـا قـدرت MVA 40 انتخاب نمود و برای شبکه KV 60 کلید با کمترین قدرتی که نرمال می باشد عبارتست از کلید بـا قدرت

البته این کلید قدری برا ی شبکه ما بزرگ است ولی از لحاظ اینکه بعداً شبکه را توسعه داد مناسب می باشد . در ضمن برای محاسبه مقره ها چون بزرگترین نیرو مکانیکی در موقع اتصال کوتاه در نقطه I اثر می کند اگـر فاصله دو شین cm 85 a = باشد نیرو وارده عبارتست از نیرو دفع بین دو شین در فاصله یک متر ی و حال اگر شین در هر متر روی یک مقره کم شده باشد. در اینصورت نیرویی که به این مقره ها اثر می کنـد برابـر بـا Kg 700 می باشد این نیرو نیز برای مقره ها و پایه ها چینی است و برابر با 350 و 750 و 1250 کیلوگرم از این جهت ما پایه ها چینی را نیروی 1250 کیلوگرم انتخاب میکنیم. پس به طور اختصار می تـوان از آنچـه گفته شد چنین نتیجه گرفت که جهت انتخاب کلید باید سه چیز را در نظر گرفت :
1 – حداکثر فشار الکتریکی در محل وصل کلید مطابق قوانین VDE باید کلیـد طـوری باشـد کـه فشـار نرمـال کلیدها فقط 15% کمتر از حداکثر فشار الکتریکی در محل نصب کلید باشد.
2 – حداکثر جریان نرمال در محل وصل کلید مطابق قوانین VDE باید کلید طور ی باشـد کـه حـداکثر جر یـان نرمال مدار از جریان نرمال کلید کوچکتر باشد.
جریان نرمال کلیدهای نرم عبارتند از 6000 – 4000 – 2000 – 600-500-400-200 آمپر . Trenner ها و کلید قطع و قدرت فقط جهت جریان کمتر از 200 آمپر بکار برده می شود .
3 – 3% حداکثر جریان اتصال کوتاه در محل نصب کلید: قدرت قطع کلیـدهای نـرم عبارتسـت از 100 – 15-5- 2500-1500-1000-600-400-200 میلیون ولت آمپر بطوریکه قدرتها ی 5 و 15 فقـط بـرا کلید ترمـز قدرت می باشد .
مثال (2):
دو ژنراتور در اتصال واحد شین 220 هزار ولت را تغذیه می کند (شکل 6-4) در ضمن ایـن شـین توسـط یـک سیستم دوتائ سیم هوایی بطول 30Km به نیروگاه شماره III با قـدرت اتصـال کوتـاه 8000MVA متصـل است .
در صورتیکه اندوکتیویته هر کدام از سیمها W /Km 0.32 X = باشد مطلوب است قدرت اتصال کوتـاه NK در محل انشعاب که مشخص شده است .

در این مثال نیز محل اتصال کوتاه بتوسط چند نیروگاه تغذیه می شود برای تعیین قدرت اتصـال کوتـاه NK در محل اتصالی ابتدا راکتانس هر یک از مدارهای تغذیه را حساب میکنیم و سپس قدرت اتصال کوتاه هر یـک از مدارهای تغذیه را بدست آورده و با جمع کردن آنها قدرت اتصال کوتاه در محل اتصالی بدست می آید.
1 – راکتانس مدار تغذیه I :

اتصالیK5 :
برای این حالت اتصالی مقاومت مدار اتصالی برابر است با مقاومت ژنراتور باضافه مقاومت کابل KV 6 مقاومت کابل KV 6 :

مثال (3 ):
جریانهای اتصالی کوتاه را در مثال (2) شکل 4-6 محاسبه کنید.
اتصالی در K1 :
برای محاسبه کردن جریان اتصال کوتاه در محل 1K نظر به کوچک بودن مقاومت اهمی سی پیچی ژنراتور RG می توان از آن صرفنظر کرد .
جریان متناوب اتصال کوتاه :

برای نقطه A و B و C ( شکل 6-6) شبکه باید جریانهای اتصال کوتاه سه فازه و قدرت قطع کلیدها ژیدنکتوری را محاسبه کنید؟
حل: از مقاومتهای آهنی صرفنظر شده است و فقط راکتانس ها در نظر گرفته شده و مقاومتها اجزاء شـبکه را همگی نسبت به ولتاژ مبنای Kv 10 حساب میکنیم.
1 – راکتانس ژنراتورها

2 – راکتانس ترانسفورماتورها :

3 – راکتانس سیم هوایی دوبل:

4 – راکتانس دو ترانسفورماتور KV 20 :
چون این دو ترانسفورماتور دارای اختلاف سطح اتصال کوتاه برابر می باشد و بطور موازی بسته شده اند می توان نوشت :
این مقاومت ها در شکل (6-7) نوشته شده است .

محاسبه فوق بدون در نظر گرفتن مقاومت اهمی مدار اتصالی در نظر گرفته شده .

این طریقه ساده محاسبه برای شبکه های فشار قوی بسیار متداول و از نظر سادگی بسیار مناسب می باشد و در ضمن قدرت قطع کلیدها نیز بعلت صرفنظر کردن مقاومت اهمی چندان تغییر نمی کند ولی در شبکه های فشار ضعیف و فشار متوسط صرفنظر کردن مقاومت اهمی باعث می شود که منابع تغذیه از مصرف کننده ها یا محـل اتصال خیلی دور باشد .

نتیجه گیری:
نتیجه گیری که از این پروژه می توانیم داشته باشیم این است که کلیدها وسـیله ارتبـاط سیسـتمهای مختلـف هستند و باعث عبور و یا قطع جریان می شوند . کلیدهای فشار قوی در حالتهای مختلف دارای شرایط و مشخصاتی می باشند که مهمترین و اساسی تـرین آنهـا عبارتند از :
الف: کلیدهای فشار قوی باید بتوانند مدارات الکتریکی را زیر ولتاژ نامی به بندند، که در بعضی کلیدهای این شرط بدون عبور جریان صادق است و در بعضی دیگر شرط محدودیت جریانی وجود ندارد و باید بتوان آنهـا را در زیـر هرجریانی حتی جریان اتصال کوتاه موجود در شبکه نیز بست .
ب: کلیدهای فشار قوی باید بتواند مدار الکتریکی را در ضمن عبور جریان باز کند .
این دو شرط که در بالا به آن اشاره شد مشکلات اصل کلیدهای قدرت فشار قـوی می باشـند کـه در طراحـی ساختمان و مکانیسم کلید و چگونگی قطع و وصل کلید باید در نظر گرفته شوند برای اینکه سـاختمان کلیـدها سادهتر و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد. اغلب استقامت الکتریکی و دینامیکی و حرارتی کلید را توسـط دستگاه های حفاظتی تا حدودی محدود می کنند. تقسیم بند کلیدهای فشار قوی با توجه به وظیفـه ای کـه کلید بعهده دارد انجام می گیرد که عبارتند از :
1 – کلید بدون بار یا سکسیونر
2 – کلید قابل قطع زیر بار یا سکسیونر قابل قطع زیر بار
3 – کلید قدرتی یا دژنکتور
مشکل اساسی ما در کلیدها ی فشار قوی، جرقه یا قوس الکتریکی در هنگام عمل کردن کلید است .
قطع و وصل یک کلید روی خط که از آن عبور نکند تقریباً بدون مشکل صورت می گیرد ولی از آنجا کـه اغلـب قطع کردن مدار و گاهی وصل مدار در حالات اضطراری پیش می آید لازم می شود که کلید در حالتی که جریان از خط عبور می کند قطع کند. وجود جریان در خط قطع کردن b با مشکلاتی روبرو می سازد. وقتی که کلیدی زیر جریان شروع به باز کردن می کند یک اختلاف فشار الکتریکـی در دو طـرف کلـید یعنـی روی کنتاکـت آن بوجود می آید که این اختلاف ولتاژ در دو سر کلیدی که در حال باز شـدن اسـت، بـه صـورت جرقـه ای قـوس الکتریکی در فاصله بین دو کنتاکت کلید ظاهر می گردد. که این جرقه ایجاد شده مشکل اصلی کلید مـی باشد چون ذوب شدن سر کنتاکتها کلیدی، انفجار کلید و یا احتمال آتش سوزی از جمله اتفاقـاتی اسـت کـه در اثـر جرقه می تواند بوجود آید. باید توجه داشت که در شبکه های جریان متناوب به علت اینکه جریان در یـک خـط ممکن است برحسب نوع مصرف کننده (اهمی، اهمی سلفی، سلفی، اهمی خازنی و خازنی) عقب تـر از ولتـاژ یـا همفاز یا جلوتر از ولتاژ باشد بوجود آمدن جرقه در حال باز شدن کلید نیز در حالتهای مـذکور تفـاوت دارد کـه مشکلترین حالت خاموش شدن جرقه در بار سلفی است. با توجه به مطالبی که گفته شد پس باید بـرای از بـین بردن جرقه در کلیدهای فشار قوی یک فکر اساسی کرد. در کلیدهای قدرت عوامل مختلفی در قطع جرقه باشند ولی معمولاً کلید را به آن عاملی نسبت می دهند که بیشتر از عوامل دیگر در قطع جرقـه مـوثر اسـت یا ایـنکـه سازنده بیشتر توجهش به آن عامل مخصوص بوده است. حاملهای بار از یک ماده اولیه مناسبی استفاده می شود که ممکن است جامد، مایع یا گاز باشد .
خاموش کننده هائی که در کلیدها مورد استفاده قرار می گیرند به سه دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
الف – خاموش کننده های جامد"
که این نوع خاموش کننده ها خود به سه دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
1 – خاموش کننده ای که در اثر حرارت می سوزد که به خاموش کننده های دانه ای معروف هستند مانند خاک کوارتز.
2 – خاموش کننده ای که حرارت را جذب می کند بدون اینکه تغییر شکل دهد که در این نوع کلیدها بخصوص از سرامیک و سفال استفاده می شود .
3 – خاموش کننده ای که در اثر حرارت تبخیر می شود مانند آمینوپلاستها و انواع فیبرها .
ب: خاموش کننده ها مایع:
مایعاتی که در قطع جرقه موثر هستند عبارتند از روغن و آب
1) روغن: اولین مایعی است که درساختمان کلیدهای فشار قوی بکار برده شد روغن معدنی بود که علت خاموش شدن جرقه در کلیدها ی روغنی تجزیه و تبخیر شدن روغن بخصوص ایجاد هیدروژن می باشد که اطراف جرقه را می پوشاند و با توجه به اینکه گازها بخصوص ایجاد هیدروژن می باشد که اطراف جرقه را می پوشاند و با توجـه به اینکه گازها بخصوص هیدروژن دارای هدایت حرارتی بسیار خوبی هستند در خنک کردن جرقـه بسـیار مـوثر واقع می شوند .
از جمله معایبی که روغن دارد قابل اشتعال بودن آن است .
2) آب :
یک وسیله بسیار خوب برای خاموش کردن جرقه است ولی بعلت اینکه آب هادی است و خاصیت عایقی نـدارد، در کلیدهای فشار قوی مورد استفاده قرار نگرفت تا اینکه در سال 1930 کارخانجات زیمنس موفق بـه سـاختن نوع کلید آبی بنام کلید اکسی یانزون شدند. در این کلید آب در اثر حرارت فوق العاده قوس به اکسیژن و هیدروژن تجزیه می شوند و سپس در موقع عبور از آب قسمت اعظم آن مجدداً به بخار آب تبدیل و تقطر می گردد .
ج – خاموش کننده های گازی :
که این نوع خاموش کننده ها به صورت گازی می باشند و عبارتند از :
1) ازت
2 هیدروژن
3) گاز SF6
با توجه به نوع عایق مصرفی در کلیدها که در پروژه کاملاً توضیح داده شد کلیدهای فشار قوی را می تـوان بـه انواع زیر تقسیم بندی کرد :
1 – کلید روغنی 2 – کلید کم روغن
3 – کلید آبی 4 – کلید هوایی
5 – کلید گاز سخت 6 – کلید خلاء
7 – کلید SF6
باید توجه داشت که کلیدها ی روغن ی در سالها ی 1910 تا 1925 از متداولترین کلیدها ی فشار قوی بـا قـدرت زیاد به شمار می رفت اما امروزه توسط کلیدهای مدرن دیگر یعنی کلیدهای گازی و کم روغن بخصوص در اروپا بکلی کنار زده شده است.
با توجه به اینکه ماده عایق به حالت گاز مناسبترین وسیله خنک کننده قوس را در کلیدها ی فشار قوی تشـکیل می دهد به همین علت گاز SF6 با خاصیت ایزولاسیون و ولتاژ دی الکتریکی بالا در کلیدهای فشار قـوی کلیه شراط لازم جهت ماده خفه کننده قوس نظیر قدرت تحرک، جایگزین سریع، توانایی جذب انرژی حرارتی را به طور کامل ارائه می سازد در گذشته وجود ماده ایزوله به حالت مایع نظیر روغن ایزولاسیون تا حدودی نیازهـای لازم جهت قطع جریان را در کلیدهای با ولتاژ محدود تامین می نمود که به تدریج با افـزایش حـدود ولتاژهـای انتقال و ضرورت کاهش مدت قطع مدت ایزوله به حالت مایع قابلیـت خـود را از دسـت داد و اسـتفاده از هوای فشرده معمول گردید و بالاخره در پی مطالعات دانشمندان سرانجام از جمله مشخصات خوب گاز SF6 کـه می توان به آن اشاره کرد این است که ولتاژ دی الکتریک گاز SF6 برحسب فشار آن در شرایط استاتیک افزایش می یابد یعنی در فشارهای گوناگون گاز ولتاژها دی الکتیریکی گوناگونی دارد. در کلیدهای SF6 حجم گاز و مقدار آن محدود بوده و نمی توان گاز را به فضای خارج تخلیه نمود که این موجب می گردد تـا از مقـدار معـین گـاز SF6، با حجم مشخص بطور مداوم استفاده گردد. ضرورت اسـتفاده از حجـم معـین گـاز SF6 بصـورت مـداوم، ساختمان این نوع کلیدها را به کلیدها ی روغن ی بسیار شبیه می سازد .
از جمله مسائل دیگری که در استفاده از کلیدها ی فشار قوی دریک شبکه باید به آن توجه داشت عوامـل مـوثر در انتخاب یک کلید فشار قوی می باشد که به طور اختصار عبارتند از :
1 – ولتاژ نامی کلید که معمولاً برابر ولتاژ شبکه ایست که کلید در آن نصب می شود .
2 – جریان نامی کلید که مساوی با بزرگترین جریان کار معمولی شبکه است.
3 – قدرت نامی قطعه کلید که با قدرت اتصال کوتاه در محل کلید مطابقت کند .
4 – نوع فرمان وصل کلید که دستی یا الکتریکی و یا کمپرسی توسط هوای فشرده باشد
5 – طریقه نصب کلید : کشوئی یا ثابت
6 – نوع قطع کننده اتوماتیک
7 – برای نصب در شبکه آزاد و شبکه سرپوشیده
در ادامه باید به این نکته توجه داشت که کلیدهای قدرت امروزی برای حدود 25000 قطع و وصل ساخته می شوند و باید سالیانه یک بار یا پس از هر 3000 بار قطع و وصل یک بـار سـرویس و مـورد بازد یـد اساسی قـرار گیرند .

منابع :

[1] – شاهرخشـاهی ، طهماسـبقلی ، قطـع و وصـل جریـان متنـاوب در شـبکه هـای فشـار قـوی ناشر :علوم روز ، چاپ سوم، تهران، 1381 .
[2] – سلطانی، مسعود، "تجهیزات نیروگاه"، چاپ سوم، تهران، مرداد 1386
[3] – سلطانی، مسعود، رله و حفاظت سیستمها، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ سـوم، تهـران ، 29 فـروردین 1386
[4] – روئه پر، ریچارد ، محاسبات اتصال کوتاه متقارن، شاهرخ شجاعیان (مترجم ، ) انتشارات دانشگاه تهـران . چاپ دوم، تهران، 25 دی 1386
[5] – جهانی، حمید جوادی ، اصول مهندسی فشار قوی، ناشر :دانشکده صنعت آب و برق (شهید عباسپور) 1384 ،تیر 05 ، 1384
117