به نام خدا
آشنایی با انواع کلید های
فشار متوسط
تهیه کننده : مجید عمادآبادی
سال 1399
فهرست مطالب :
1 آشنایی با قطع کننده های فشار متوسط و دسته بندی کلید ها: 4
1-1- دسته بندی کلید ها (از نظر کار کرد): 4
2-1- دسته بندی کلید ها (از نظر عایقی): 5
3-1- انواع کلید ها از نظر محل نصب: 6
2 آشنایی با کلید غیر قابل قطع زیر بار 6
1-2- کلید قابل قطع زیر بار 7
2-2- سکسیونر 7
3-2- سکسیونرهای قابل قطع زیر بار 8
4-2- انواع سکسیونرهای فشار متوسط : 8
5-2- سکسیونرهای زمین : 9
6-2- سکسیونر روغنی در قطع کننده های فشار متوسط : 11
7-2- سکسیونر گازی 12
3 کلیدهای فشار متوسط قابل قطع دژنکتور (بریکر): 15
1-3- انواع بریکرها بر اساس مکانیزم خاموش کردن جرقه: 17
2-3- مقایسه بعضی از مشخصه های کلید sf6 ،خلاء و روغنی 21
3-2-1- اینترلاک ها: 24
3-2-2- انتخاب کلید قدرت: 24
3-2-3- اهمیت استفاده از بریکرها: 25
3-2-4- ویژگی های مورد نیاز بریکرها: 26
3-2-5- اهمیت کاهش مدت زمان وصل کلیدها: 26
4 آشنایی با کابردهای خاص کلید 27
1-4- ریکلوزر Recloser 27
2-4- سکشن لایزر Section Analyzer 28
چرا به کلید قدرت نیازمندیم؟
قوس اکتریکی نوعی از تخلیه الکتریکی است که به محض جدا شدن کنتاکت های حامل جریان از یکدیگر، ظاهر می شود و برای ادامه جریان سماجت می ورزد. کلید می بایست بتواند قوس را بدون آنکه خسارتی بوجود آید خاموش نماید. قوس الکتریکی نقش بسیاربا اهمیتی در رفتار و طرز عملکرد کلید بازی می نماید و خاموش نمودن آن در کلید اغلب با بیشترین تنش ها همراه می باشد.یک جریان یک کیلو آمپر با جدا شدن دو کنتاکت در هوا تا فاصله یک متر قطع نمی شود
درتصویر 1 زیر قوس الکتریکی به ارتفاع هفت و نیم متر رسیده قوس الکتریکی به محض جدا شدن کنتاکت های حامل جریان از یکدیگر ظاهر می شود و این بدین معناست که جریان، پلی برای عبور سیل وار بین کنتاکت ها ایجاد می نماید.
در لحظه قطع قوس، در واقع از یک مقاومت خیلی کم به مقاومت خیلی زیاد میرسیم و نیز میدانیم قسمت عمده شبکه ما به صورت سلف بوده که در رابطه :
V= L di/dt
صدق می کند یعنی در لحظه ی صفر شدن جریان، ولتاژ پشت کلید ما بسیار بالا رفته بطوری که می تواند تحمل عایقی کلید را از بین برده و باعث صدمه به شبکه شود.
لذا یکی از بزرگان ساخت کلید بنام آقای براون گفته " اگر خداوند آرک ARC را خلق نکرده بود ما باید آن را میساختیم و این یکی از نعمتهای خداست."
1 آشنایی با قطع کننده های فشار متوسط و دسته بندی کلید ها:
در این قسمت با دسته بندی کلید ها بیان می شود.
1-1- دسته بندی کلید ها (از نظر کار کرد):
عمل قطع ولتاژ و جریان در شبکه قدرت از وظایف اصلی یک کلید قدرت می باشد. این عمل همواره در ولتاژ و جریان های مختلف ، عکس العمل های متفاوتی را به همراه دارد . توانایی کلید ها در قطع ولتاژ و جریان متفاوت می باشد. از این رو کلید های قدرت به دو دسته قابل قطع زیر بار و غیر قابل قطع زیر بار تقسیم می گردند.
1) کلید های غیر قابل قطع زیر بار
2) کلید های قابل قطع زیر بار
2-1- دسته بندی کلید ها (از نظر عایقی):
مراحل اطفاء قوس از نقطه نظر تجزیه و تحلیل پیچیده می باشد بطوریکه مرحله قوس خود دارای دو ناحیه می باشد
1- ناحیه جرقه زدن،
در هر کلید سعی بر آنست که قطر قوس با استفاده از تکنیک های مختلف کاهش می یابد
2- ناحیه تنش های ولتاژی
در هر کلید، سعی می شود تمهیدات لازم برای جایگزینی محیط عایقی تازه بین کنتاکت ها بعد از اطفاء قوس انجام شود و استقامت عایقی سریعاً قابلیت خود را بدست آورد
3- روشهای مختلف خاموش کردن جرقه در کلیدهای فشار متوسط :
خاموش کننده های جامد : مانند خاک کوارتز که معمولاً در فیوزهای فشار قوی استفاده می شود.
خاموش کننده های مایـع : مانند روغن
خاموش کننده های گازی : مانند گاز sf6
3-1- انواع کلید ها از نظر محل نصب:
1) نصب در فضای آزاد : Out Door
این کلید ها در فضای آزاد روی شاسی نصب شده و شاسی آنها روی پایه ها نصب می شود و دارای مکانیزمی برای قطع از پایین پایه توسط برقکار شبکه است و یا با توسط پرچ از پایین پایه قطع و وصل می شود.
2) نصب در تاسیسات داخلی : In Door
این کلید ها عمدتا در داخل ساختمان و داخل فضای بسته و پست های زمینی و کلید خانه های فشار متوسط پست های فوق توزیع ، در تابلوهای کیوسک و یا در تجهیزات پرتابل داخل کانکس نصب می شود و عمدتا این نوع کلید در داخل تابلوهایی تعبیه می شوند که اصطلاحا به آنها سلول فشار متوسط می گویند.
2 آشنایی با کلید غیر قابل قطع زیر بار
کلید غیر قابل قطع زیر باربه کلیدی اطلاق می گردد که فقط توانایی قطع ولتاژ را دارد و ادواتی جهت خاموش نمودن قوس در اختیار ندارد.
از این کلید ها فقط به عنوان جداکننده و نقاط تضمین استفاده می گردد. برحسب این تعریف در صورتی که اختلاف پتانسیلی بین دو کنتاکت کلید ظاهر نشود، قطع و وصل کلید بلامانع است لذا از آنچه گفته شد چنین نتیجه می شود که در واقع کلید غیر قابل قطع زیر بار یک ارتباط دهنده یا قطع کننده مکانیکی بین سیستمها است. کلیدغیر قابل قطع زیر بار باید در حالت بسته یک ارتباط مکانیکی محکم و مطمئن در کنتاکت هر قطب برقرار سازد و مانع افت ولتاژ گردد لذا باید مقاومت عبور جریان در محدوده کلید کوچک باشد تا حرارتی که در اثر کار مداوم در کلید ایجاد می شود. به این نوع کلید ها در اصطلاح بهره برداری شبکه های برق سکسیونر گفته می شود.
1-2- کلید قابل قطع زیر بار
کلید قابل قطع زیر باربه کلیدی اطلاق می گردد که ضمن قطع ولتاژ، قادر به قطع بار در قدرت و جریان های مختلف نیز باشد که این مهم در لحظه قطع باعث بروز پدیده قوس الکتریکی می شود لذا ادوات و روش های مختلفی برای خاموش نمودن و باز نمودن مدار دارا هستند به این نوع کلید ها در اصطلاح بهره برداری شبکه های برق دژنکتور ( بریکر ) گفته می شود.
2-2- سکسیونر
این کلید ساختمان بسیار ساده ای دارد که از یک مکانیزم مکانیکی که دو سر کنتاکتها را به هم ارتباط داده یا قطع می کند، تشکیل می شود. قطع و وصل این کلید با فرمان دستی مکانیکی از محل و یا فرمان الکتریکی از اطاق فرمان یا محل صورت می گیرد. این کلید فقط زمانی که مدار تحت ولتاژ و یا کلاً بی برق باشد، قطع و وصل می گردد. بدلیل قابل رویت بودن کنتاکت ها، برای حفاظت جان افراد به عنوان یکی از نقاط ضمانت استفاده می گردد. هوای اطراف کنتاکتها نمی تواند آرکهای ناشی از بار جدا شده را خفه و مستهلک کند و باعث ذوب شدن سکسیونر خواهد شد و اصلاحا گفته می شود سکسیونر غیر قابل قطع زیر بار می باشد.
3-2- سکسیونرهای قابل قطع زیر بار
سکسیونرها که در دسته کلیدهای غیر قابل قطع زیر بار هستند به علت اینکه در بیشتر شبکه ها و پست های کوچک ، کلید قدرت و سکسیونر و وسایل اضافی مربوط به چفت و بست آن ها مبالغ زیادی را از مخارج و هزینه کل تاسیسات را شامل می گردد و همچنین در اغلب موارد نصب کلید قدرت با مزایای قطع و وصل سریع آن احتمالا لازم و ضروری نیست لذا درسکسیونر قابل قطع زیر بار با تغییراتی در مکانیزم عملکرد و کنتاکت ها سکسیونر قابل قطع زیر بارطراحی و ساخته شد.
کلید فشار متوسط قابل قطع زیر بار در ضمن اینکه باید وظیفه یک سکسیونر را انجام دهد یعنی در ضمن برداشتن ولتاژ یک قطع شدگی قابل رویت و مطمئن در مدار شبکه فشار قوی به وجود آورد ، باید قادر باشد مانند یک دژنکتور قدرت های کوچک الکتریکی را نیز قطع کند. لذا هر سکسیونر قابل قطع زیر بار باید دارای وسیله ای برای قطع فوری جرقه باشد.
سکسیونر قابل قطع زیر بار اصولا دارای قدرت وصل بسیار زیاد است ولی قدرت قطع آن کم و از ۱۵۰۰- ۴۰۰ 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 متوسط مورد استفاده قرار گیرد که این کلید مجهز به قطع کننده جریان اتصال کوتاه گردد و یا اینکه جریان اتصال کوتاه شبکه از قدرت قطع کلید تجاوز نکند. از آنچه که گفته شد نتیجه می شود که سکسیونر قابل قطع زیر بار فقط برای قطع جریان نامی شبکه مناسب است و وظیفه قطع جریان های اتصال کوتاه با فیوزها و دژنکتورها می باشد.
4-2- انواع سکسیونرهای فشار متوسط :
1) سکسیونر تیغه ای (غیرقابل قطع زیر بار – عملکرد دستی)
2) سکسیونر کشویی (غیرقابل قطع زیر بار – عملکرد دستی)
3) سکسیونر فیوزدار (قابل قطع زیر بار – عملکرد دستی و خودکار)
4) سکسیونر روغنی (قابل قطع زیر بار – عملکرد دستی)
5) سکسیونر گازی (قابل قطع زیر بار – عملکرد دستی و موتوری)
سکسیونرهای تیغه ای : این سکسیونرها به صورت یک پل و سه پل ساخته می شوند دارای تیغه یا تیغه هایی هستند که در ضمن قطع کلید عمود بر سطح افقی حرکت می کنند و در بالای ایزولاتور ( پایه ) قرار می گیرند.
تیغه ها در جریان کم به صورت تسمه و در جریان های زیاد به صورت پروفیل و از مس ساخته می شوند و در هرحال تیغه ها به خاطر جلوگیری از ارتعاشات کلید در موقع عبور جریان اتصال کوتاه به طور دوتایی و موازی نصب می شوند.
سکسیونرهای تیغه ای دورانی : سکسیونر دورانی به جای یک تیغه بلند و یک کنتاکت ثابت دارای دو تیغه متحرک و دورانی می باشد که با ورورد آنها به هم ارتباط الکتریکی برقرار 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 بازوی تیغه فاصله هوایی 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 باعث وصل بی موقع آن گردد. یا به علت یخ زدگی کنتاکت ها در زمستان احتیاج به نیروی اضافی برای باز کردن آن ها نیست. تمام قطب ها توسط اهرم و میله به طور مکانیکی به هم متصل و مرتبط می شوند و دارای فرمان واحد می باشند.
5-2- سکسیونرهای زمین :
معمولاً در هنگام تعمیرات به منظور تخلیه بارهای موجود از قبل و جلوگیری از القای الکتریسیته از خطوط مجاور و بی خطر کردن عملیات تعمیراتی روی دستگاهها توسط سکسیونر زمین،اتصال زمین برقرار می شود.
قبل از وصل سکسیونر زمین رعایت موارد زیر ضروری است :
1- مدار منبع انرژی جدا شده باشد که وصل سکسیونر زمین باعث بروز حادثه نگردد.
2- 2-سکسیونر مورد عمل کاملاً شناخته شده باشد و برای انجام عملیات قطع و وصل از دستکش عایق متناسب با ولتاژ استفاده گردد.
3- 3-از نظر ایمنی قبل از انجام عملیات مکانیزم هوایی و اتصالات سکسیونر فوق قبل از عمل، دقیقاً مورد بازرسی قرار گیرد.
4- پس از وصل سکسیونر ارت هر سه فاز بازرسی می شوند که به طور کامل بسته شده باشند. و محل اتصال کاملاً برقرار باشد. گاها مشاهده می شود که سکسیونر ارت بسته است ولی محل اتصال دارای فاصله هوایی است در نتیجه تخلیه الکتریکی صورت نگرفته و خطر گروه تعمیرات را تهدید می کند.
برای ممانعت از این اتفاقات سیستم اینترلاک وجود دارد و فقط هنگامی که سکسیونر خط قطع باشد، امکان وصل سکسیونر زمین موجود می باشد. ( که در ذیل به آن اشاره می شود) اگرچه مکانیزم اینترلاک مانع بروز حادثه می گردد ولی این وسیله کافی نبوده و اپراتور می بایست دقیقاًبازرسی های لازم را از شرایط موجود به عمل آورد تا مطمئن شود که دستگاه مجزا شده از طریق منابع دیگر برقدار نمی باشد. جهت محدود کردن خطاهایی که اپراتورها سهواً مرتکب آن می شوند، بهترین روش استفاده از دستورالعمل های عملیاتی است که برای مجزا نمودن دستگاههای مختلف توسط سرپرست پست تهیه و معمولاً در اطاق فرمان موجود است
نمونه ای از سکسیونر های غیرقابل قطع زیر بار در عک های ذیل مشاهده میگردد :
6-2- سکسیونر روغنی در قطع کننده های فشار متوسط :
*کنتاکت های این کلید در محیط روغنی قرار دارند و روغن به عنوان عایق و خاموش کننده قوس نقش ایفا می کند.
*مشخصات مهم روغن که نیاز به بررسی و کنترل دارد:
* ویسکوزیته
*دانسیته
*مقدار آب
*مقدار اشتعال
*مقاومت در برابر اکسیدانسیون
*شکست عایقی
*اسیدیته
*خوردگی
7-2- سکسیونر گازی
این نمونه گلیدها که در شبکه های توزیع امروز ایران به وفور نصب شده است دارای محفظه ای برای قطع و وصل کنتاکت ها بوده و داخل این محفظه از گاز SF6 استفاده میشود این سکسیونرها که به LBS Load Breaker Switch معروف هستند یا به صورت Indoor در تاخل تابلوها ی فشار متوسط درپست های زمینی و یا به صورت Out door روی پایه ها نصب می شود با توجه به پیشرفت اتوماسیون و اهمیت قطع کلیدها از راه دور این کلیدها در حال حاضر یا به صورت بدون موتور و یا با موتور ساخته میشوند .برخی مشخصات این کلیدها در ذیل بیان شده است .تصویر 5 نمونه ای از این کلید را که به صورت indoor است نشان می دهد.
*قابلیت نصب در شبکه هوایی
*بدنه از جنس فولاد ضد زنگ
*دارای عایق گاز SF6
*سرعت مناسب در قطع و وصل
*مکانیزم فرمان دستی با قابلیت موتوری شدن
*دارای نشانگر وضعیت کنتاکت روی مکانیزم شفت
*جریان نامی 630 آمپر
*دارای محدودیت وصل زیر اتصالی
*فشار گاز از 0.4 تا 1.2 بار بسته به نوع سکسیونر
نمونه ای از سکسیونر های قابل قطع زیر بار در عکس های ذیل مشاهده میگردد
3 کلیدهای فشار متوسط قابل قطع دژنکتور (بریکر):
دژنکتور ها کلیدهایی هستند که علاوه بر قطع و وصل بار حفاظت از شبکه را نیز برعهده دارند و در شرایط اتصال کوتاه شدن شبکه به وسیله عملکرد رله ها قسمت معیوب را مجزا می نمایند. دژنکتورها طوری طراحی شده اند که به طور اتوماتیک از طریق رله یا به طور دستی از اطاق فرمان و همچنین از محل، در شرایط تحت ولتاژ زیر بار و در زمان اتصال کوتاه که جریان عبوری از مدار ممکن است تا 10 برابر جریان نامی دژنکتور باشد، قادر به قطع مدار باشند بدون آنکه آسیبی به آن برسد.
شرایط و مشخصات دژنکتورها:
**در حالت بسته: باید در مقابل عبور جریان بار و حتی جریان شدید اتصال کوتاه از خود مقاومت قابل ملاحظه ای نشان ندهند و نیز در مقابل اثرات حرارتی و دینامیکی این جریانها در یک زمان طولانی دارای پایداری و ثبات قابل ملاحظه ای باشند.
**در حالت باز : بریکرها باید قادر باشند اختلاف سطح الکتریکی موجود بین دو کنتاکت باز را بطور کاملا مطمئن تحمل نماید.
– تمام قسمتهای کلید در شرایطی که هم پتانسیل با شبکه هستند باید در موقع قطع و یا در حالت وصل بطور کاملا مطمئن نسبت به زمین و نسبت به قطبها و تیغه های دیگر ایزوله و عایق باشند.
– بریکرها باید قادر باشند مدار الکتریکی را در زیر ولتاژ نامی ببندند. (بریکرها معمولا برای ولتاژ ماکزیمم شبکه طراحی می شوند)
– بریکرها باید قادر باشند مدار الکتریکی را در ضمن عبور جریان باز کنند.
– بریکر ها باید قابلیت سرعت عملکرد بالایی در قطع و وصل مدار الکتریکی را داشته باشند.
– بریکرها محدودیت جریانی ندارند و برای بزرگترین جریانهای اتصال کوتاه شبکه مورد نظر سفارش و ساخته می شوند.
– یکی از مشخصات مهم بریکرهای قدرت زمان تاخیر در قطع کلید است. این زمان عبارت است از حدفاصله بین لحظه فرمان قطع توسط رله مربوط و آزاد کردن ضامن قطع کلید تا خاموش شدن کامل جرقه.
ویژگیهای مشترک بریکرها:
داشتن مکانیزم عملکرد قطع و وصل : Mechanis operating
داشتن مکانیزم خاموش کردن جرقه در اتاق جرقه
: Arcextinction Inarcing Chamber
داشتن کنتاکتهای اصلی بریکر(کنتاکتهای ساده و متحرک): Fixed& Moving
Contacts
داشتن بوبین های قطع و وصل: Triping coil& Closing Coil
داشتن کنتاکتهای فرعی: Auxiliary Contact
داشتن مدارات کنترل بریکر: Control Circuits Circuit Breaker
1-3- انواع بریکرها بر اساس مکانیزم خاموش کردن جرقه:
1) بریکر هوای فشرده: Air Blast Circuit Breaker
2) بریکر تانک روغن یا روغنی: Bulk Oil Circuit Breaker
3) بریکر کم روغن یا نیمه روغنی: Minimum Oil Circuit Breaker
4) بریکر گازی SF6 : Sulphur- hexafluoride(sf6) C.B
5) بریکر با محفظهء خلاء: Vacuum Circuit Breaker
6) بریکر هوایی: Air Circuit Breaker
بریکر اکسپانزیون: (Expansionsschalter Circuit Breaker ):
*در ابتدا بعلت هدایت الکتریکی آب، چندان این ماده در کلیدهای قدرت رواج پیدا نکرد تا اینکه در سال 1930 کارخانجات زیمنس موفق به ساختن نوعی کلید آبی شدند. در این کلید آب در اطراف قوس، که دارای حرات زیادی است به هیدروژن و اکسیژن تجزیه میشود و سپس در موقع عبور از آب قسمت اعظم آن مجدداً به بخار آب تبدیل و تقطیر میگردد.
بریکر تانک روغن یا روغنی: (Bulk Oil Circuit Breaker) :
*این کلید که در سال های ۱۹۱۰ تا ۱۹۲۵ از متداول ترین کلیدهای فشار قوی با قدرت زیاد به شمار می رفت. در کلید روغنی در درجه اول از روغن به عنوان عایق استفاده می شود و بدین جهت هر چه فشار الکتریکی شبکه بیشتر باشد حجم روغن داخل کلید نیز زیادتر می گردد. به طوری که وزن روغن در کلید روغنی 230 کیلوولت نزدیک به ۲۰ تن می رسد و همین حجم زیاد روغن یکی از بزرگترین معایب این نوع کلید به خصوص در موقع آتش سوزی است. کلید قدرت علاوه بر اینکه جریان اتصال کوتاه را قطع می کند باید قدر 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 شدیدی از کلید می گذرد.
*در اطراف کلید حوزه الکترومغناطیسی شدیدی ایجاد می شود که سبب لرزش کنتاکت ها و کم شدن سطح تماس کنتاکتها می شود که نتیجه آن بوجود آمدن نقطه جوشهائی در سطح کنتاکت ها و از کارافتادن کلید می شود. برای جلوگیری از این ارتعاشات بخصوص در کلیدهای فشار قوی هر قطب کلید دارای محفظه احتراق مخصوص به خود می باشد.
آشنایی با قطع کننده های فشار متوسط :
بریکر کم روغن یا نیمه روغنی:(Minimum Oil Circuit Breaker ):
*در این کلید برای خاموش کردن قوس نیاز به دو امر بسیار مهم است:
*الف ) عنصری با قابلیت حرارتی بالا که خوشبختانه هیدروژن (قابلیت حرارتی آن 20برابر هواست ) متصاعد شده از روغن مناسبترین عنصر برای این منظور است.
*ب) حباب گازی که بین دو کنتاکت است اگرچه بعد از خاموش شدن جرقه هادی نیست اما باید دارای آنچنان استقامت الکتریکی باشد که در اثر برگشت ولتاژ شبکه به محض صفر شدن جریان بین دو کنتاکت، باعث شوک الکتریکی و در نتیجه بازگشت قوس نگردد. لذا با تعبیه چند بره های قطع و شکستن قوس های الکتریکی و در نتیجه آن کوچک شدن قوس های الکتریکی حجم روغن به شدت کاهش می یابد.
بریکر گازی (sf6) SF6 : Sulphur-hexafluoride
*در این نوع کلید از گاز SF6 به عنوان ماده خاموش کننده جرقه و عایق بین دو کنتاکت و نگهدارنده ولتاژ استفاده شده است. گاز SF6 الکترون های آزاد را جذب می کند و ایجاد یون منفی بدون تحرک می کند. در نتیجه مانع ایجاد ابر بهمنی الکترون ها که باعث شکست عایق و ایجاد جرقه می شود می گردد. به طوری که استقامت الکتریکی گاز SF6 به ۲ تا ۳ برابر استقامت الکتریکی هوا می رسد. گاز SF6 از نظر شیمیایی کاملاً با ثبات است و میل ترکیبی آن خیلی کم و غیرسمی می باشد و تقریبا ۵ برابر هوا وزن دارد و در مقابل حرارت زیاد نیز پایدار و غیر قابل اشتعال است. در ضمن این گاز دارای قابلیت هدایت حرارتی بسیار زیاد است. لذا علاوه بر اینکه در خاموش کردن جرقه بسیار موثر واقع می شود عایق بسیار با ارزشی نیز می باشد.
*طرز استفاده از این گاز در کلیدهای فشار قوی عموماً بر مبنای انژکسیون گاز متراکم شده SF6 به محل قوس الکتریکی ( محفظه احتراق ) است.گاز در مرکز جریان، بوسیله قوس شدیداً گرم می شود بطوریکه چگالی آن چندین هزار برابر کمتر ازگاز سرد اطرافش می شود . این پلاسمای سبک بوسیله اختلاف فشار شتاب گرفته و به یک سرعتی بیش از 1000 متر بر ثانیه می رسد به طوری که بین جاری شدن گازسرد با سرعتی در حدود 130 متر برثانیه و پلاسما یک تلاطم در جهت خنک شدن قوس در نازل ایجاد می شود و آنرا به طور موثری در این کلید در اثنای صفر شدن جریان قطع می نماید .
*در این کلید یک سیلندر وزشی به کنتاکت متحرک وصل می باشد که در اثنای باز شدن کلید SF6 ، بین سیلندروپیستون مربوطه به تله می افتد و پس از فشرده شدن در لحظه مناسب از طریق نازل های همگرا و واگرا با سرعت بالا بر روی قوس جاری و دمیده می شود ( سیستم puffer )
بریکر با محفظهء خلاء: (Vacuum Circuit Breaker ):
*نظر به اینکه الکترونهای آزاد باعث هدایت جریان در فلزات و ایجاد قوس الکتریکی در عایقها میشوند، لذا در خلاء کامل چون هیچ عنصری وجود ندارد که حامل الکترون باشد، باید جدا شدن دو کنتاکت فلزی جریان دار به احتمال قوی بدون ایجاد جرقه انجام گیرد برای رسیدن به یک استقامت عایقی معادل کیلوولت در خلاء بالا ، یک فاصله یک میلیمتری کافی است . درگاز SF6این فاصله معادل 5 میلیمتر و در هوا معادل 15 میلیمتر خواهد بود.
*با توجه به این اصل مهم کلیدهای فشار قوی که کنتاکت های آن در خلا از هم جدا می شوند ساخته شده است.
*کلید خلا به طور کلی از سه قسمت اصلی زیر تشکیل شده است :
*۱- کپسول خلا از فولاد ، کرم ، نیکل با کنتاکتورها
*۲- نگهدارنده کنتاکتورها و ایزولاتورها
*۳- وسایل مکانیکی رسانای فرمان قطع و وصل
*کلید خلا امروزه به خاطر دارا بودن مزایایی از قبیل دوام زیاد، مراقبت کم، امکان قطع و وصل سریع مکرر، در شبکه های فشار متوسط تا 33 کیلوولت بخصوص برای وصل شبکه های کاپاسیتیو بسیار مناسب است.
2-3- مقایسه بعضی از مشخصه های کلید sf6 ،خلاء و روغنی
در جدول زیر مفایسه برخی مشخصات کلیهای SF6 و خلاء و روغنی بیان شده است .
نمونه ایی از بریکر روغنی
نمونه ایی از بریکر گازی
نمونه ایی از بریکر خلاء
نمونه ایی از بریکر هوایی
3-2-1- اینترلاک ها:
همانطور که می دانیم اغلب کلیدهای قدرت به کمک سکسیونر به شین وصل می شوند و چون سکسیونر رانمی توان زیر بار قطع یا وصل نمود، باید قطع و وصل سکسیونر تابعی از وضعیت دژنکتور مربوطه به آن باشد.
همچنین سکسیونر ارت تابعی از سکسیونر مربوطه به آن می باشد. این تابعیت ها توسط اینترلاک کلید ها که ممکن است مکانیکی یا الکتریکی باشد، برقرار میگردد.
درحالتی که فرمان قطع و وصل دژنکتور و سکسیونر از اطاق فرمان و یا از مراکز کنترل به وسیله سیستم ها صورت می گیرد،از اینترلاک الکتریکی استفاده می گردد. در این روش از کلید فرمان و رله Scada اسکادا مغناطیسی جهت برقراری اینترلاکهای لازم در پست استفاده می کنیم.قطع و وصل سکسیونرها تابع قطع کامل دژنکتور و وصل هریک از سکسیونرها تابع قطع دیگری است.
لازم بذکر است که ایجاد اینترلاک ها به شرایط بهره برداری نیز بستگی دارد.
3-2-2- انتخاب کلید قدرت:
برای انتخاب کلید قدرت باید به نکات زیر توجه کرد :
ولتاژ نامی کلید که معمولاً برابر ولتاژ شبکه ای است که کلید در آن نصب می شود. اغلب به خاطر به وجود آوردن اطمینان بیشتر در استحکام شبکه از کلیدی استفاده می شود که ولتاژ نامی آن از ولتاژ شبکه قدری بزرگتر باشد.
جریان نامی که مساوی با بزرگترین جریان کار معمولی شبکه است.
قدرت نامی قطع کلید که باید با قدرت اتصال کوتاه در محل کلید مطابقت کند.
نوع فرمان وصل کلید : دستی- الکتریکی و یا کمپرسی توسط هوای فشرده .
طریقه نصب کلید : کشوئی- ثابت
نوع قطع کنندگی: اتوماتیک یا دستی
برای نصب در شبکه آزاد یا شبکه سر پوشیده
یکی دیگر از مشخصات مهم کلید ، زمان تاخیر در قطع کلید است. این زمان بر حسب تعریف عبارت است از حد فاصل زمانی بین لحظه فرمان قطع توسط رله مربوطه و آزاد کردن ضامن قطع کلید تا خاموش شدن کامل جرقه.
3-2-3- اهمیت استفاده از بریکرها:
عمل اصلی حفاظت شبکه در هنگام بروز اتصالیها و برقراری جریان اتصالی توسط کلیدهای قدرت صورت می پذیرد . با قطع کلید قدرت ، قسمت معیوب شبکه از قسمتهای بدون عیب و در حال کار شبکه جدا شده و ادامه کار و ثبات شبکه تامین می گردد.بروز هرگونه عیبی در کلید قدرت ، بطوریکه با بروز عیب در شبکه و بکار افتادن رله های حفاظتی ، کلید عمل نکرده و به موقع قسمت معیوب شبکه را جدا ننماید ،قطع بی مورد و نابجای سایر کلیدها و از کار افتادن قسمتی از شبکه را بهمراه خواهد داشت .
عیب در کلید ممکن است ناشی ازموارد زیر باشدکه عبارتند از:
o بروز اشکال در مدار فرمان کلید
o بروز عیب در مکانیزم قطع و وصل کلید
o عدم توانایی کلید در قطع جریان اتصال کوتاه
o افزایش زمان قطع کلید
3-2-4- ویژگی های مورد نیاز بریکرها:
پس کلیدهای قدرت نقش مهمی را در قسمت معیوب و حفظ پایداری شبکه را برعهده دارند از این رو همواره کلیدها بایستی همواره دارای ویژگیهای زیر باشند :
سرعت عمل قطع و وصل کلید باید خیلی بالا باشد
جرقه حاصله از مانور قطع و وصل حداقل ممکن باشد و سریعا خاموش شود.
همواره در موقع قطع بایستی حداکثر عایقی بین کنتاکتهای کلی و در موقع وصل حداقل مقاومت اهمی بین کنتاکتها وجود داشته باشد .
وزن بریکرهای فشارقوی حداقل ممکن باشد.
3-2-5- اهمیت کاهش مدت زمان وصل کلیدها:
یکی از طرق بسیار موثر درکاهش دامنه اضافه ولتاژهای ناشی از سوئیچینگ ، وجود مقاومتهای موازی با کلید است این مقاومت قبل از وصل کنتاکت اصلی کلید وارد مدار شده و سپس با وصل آن از مدار خارج می گردد خارج و وارد شدن مقاومت در مدار توسط کنتاکتهای کمکی یا فرعی صورت می پذیرد .کنتاکت کمکی پیش بینی شده در کلید ، قسمتی از ساختمان کلید را تشکیل داده و مجهز به محفظه قطع جداگانه بودهو با محفظه قطع اصلی کلید مشترک می باشد و انرژی حرکتی لازم جهت حرکت کنتاکتها ی کمکی توسط مکانیزم عمل کننده تامین می گردد. و به منظور کاهش دامنه اضافه ولتاژها لازم است تا مقدار مقاومت و فاصله زمانی قرار گرفتن آن در مدار به طور صحیح و مناسب انتخاب گردد.
4 آشنایی با کابردهای خاص کلید
با ترکیب رله ها به کلیدهای فشار متوسط نوع خاصی ازکابردهای خاص از کلیدها را ایجاد مینماید که در این قسمت به آنها می پردازیم
1-4- ریکلوزر Recloser
ریکلوزر نوعی رله است که فرمان وصل مجدد رو به کلید قدرت می دهد به این صورت که در حین رخ دادن اتصال کوتاه در شبکه توانایی چندین مرتبه (معمولاً 3 مرتبه) قطع و وصل را دارد.
بدین معنی که در صورت ایجاد خطا در شبکه این کلید شبکه را به مدت تقریباً یک ثانیه قطع کرده و مجدد وصل می کند اگر همچنان خطا وجود داشت مجدد قطع می کند واین عمل را چندین مرتبه انجام می دهد و اگر در هر وصل خطا بر طرف شده بود که وصل باقی می ماند در غیر اینصورت مجدد قطع می شود و زمانیکه تعداد قطع و وصل به اندازه تعریف شده رسید قطع می ماند.
اما دلیل این قطع و وصل های مکرر چیست؟
معمولاً (در اکثر موارد) خطا در شبکه ها موقتی است و پس از یک قطع و وصل برطرف می شود. مثلاً اگر خطای بوجود آمده در اثر وجود شاخه ای در بین دو فاز شبکه باشد پس مدتی اندک این شاخه خشک می شه و پایین می افتد و خطا برطرف می شود. پس هیچ لزومی ندارد به خاطر چنین مسئله ای که خود به خود بر طرف می شود شبکه کلاً قطع شود
2-4- سکشن لایزر Section Analyzer
این کلید عملکردش تقریبا همانند ریکلوزرها می باشد که در شبکه های شعاعی بعضاً هم حلقوی از این نوع کلید استفاده می شود ، که وظیفه آن کنترل یک قسمت مخصوص است.وقتی در شبکه توزیع خطا رخ میدهد، کلید حفاظتی دستور قطع مدار رو میدهد.
منتهی ایراد اینجاست که خیلی مواقع خطای گذرا (مثل اتصال شاخه درخت یا پرنده) اتفاق می افتد و نیاز نیست شبکه بطور دائم قطع شود که در نتیجه از "ریکلوزر" استفاده می شود تا بعد از قطع شدن، با این احتمال که خطا بصورت گذرا بوده، شبکه دوباره برقدار شود.در اینصورت اگر خطای دائمی ظاهر شود، ریکلوزر بعد از چند بار قطع و وصل در نهایت دستور کلی برای قطع مدار را صادر میکند.
البته مشکل اینجاست که وقتی ریکلوزر بطور دائمی بی برق شود،همه انشعابات توزیع قطع می شد درحالیکه ممکن است فقط یک قسمت جزئی اتصالی کرده باشد.برای رفع شدن این عیب از"سکشن لایزر" به عنوان مکمل ریکلوزر استفاده میشود. سکشن لایزر در قسمت های مختلف بعد از ریکلوزر قرار میگیرد و بعد از رخداد اتصالی، محدوده را تشخیص میدهد و فقط همان قسمت را قطع میکند.
استفاده از قطع کننده تکفاز در مدارهای سه فاز برای قطع خطای فاز به زمین مفید می باشد. مجموعاً استفاده از وسائل حفاظتی تکفاز تعداد قطعی ها را به نصف تقلیل میدهد. در این تخمین فرض شده است که مشترکین تکفاز بوده و بین فازها تقسیم شده اند.
سرویس دهی به مشترکین سه فاز پائین دست قطع کننده تکفاز عموماً بهبود پیدا میکند. مشترکین سه فاز بارهای تکفاز متعدد دارند و بارهای روی فازهای سالم تحت تاثیر قطعی های تکفاز قرار نخواهند گرفت. وسائل سه فاز ممکن است در شرایط قطع تکفاز به کار خود ادامه دهند(اگر چه موتورها بر اثر عدم تعادل ولتاژ میتوانند گرم شوند).
سکشن لایزر ها دارای رله هستند و اگر رله آنها تشخیص دهد که جریان اتصالی از مسیر آنها عبور کرده است به این معنی است که اتصالی بعد از آن سکشن لازیر است و بعد از قطع برق کلید باز میگردد و با وصل ریکلوزر اینبار شاخه دارای اتصالی از مدار خارج شده و بقیه شاخه ها وصل می شوند . معمولا برای هر شاخه که مسیر جداگانه ای منشعب از مسیر اصلی فیدر دارد یک سکشن لازیر قرار میگیرد به این صورت هر مسیر فرعی از مسیر یک سکشن لایزر تغزیه میشود و بعد از هر اتصالی هر سکشن لایزری که مسر اتصلالی از آن بگذرد باز شده و مسیر بی عیب فیدر کامل برقدار میگردد.
3