کلید های قدرت

[حسین شفائی نژاد]

 
کلید قدرت(بریکر) Breaker  
بریکر یک کلید قطع و وصل قدرت می باشد و قابل قطع و وصل زیر بار می باشد چون عامل خاموش کنندۀ جرقه دارد. بریکر جهت حفاظت شبکه به کار می رود و جریان شبکه را قطع می کند دارای همۀ خصوصیات مورد انتظار از کلیدها می باشد، عبور جریان نامی به صورت دائمی، قابلیت عبور جریان اتصال کوتاه، قابلیت عبور جریان اتصال کوتاه معین و قطع سریع آن، تحمل ولتاژهای بوجود آمده در سیستم، در حالت باز بودن بایستی قادر به تحمل ولتاژهای ایجاد شده بین کنتاکتهای کلید را داشته باشد. بریکرها باید قابلیت سرعت عملکرد بالایی در قطع و وصل مدار الکتریکی را داشته باشند. بریکرها محدودیت جریانی ندارند و برای بزرگترین جریانهای اتصال کوتاه ساخته می شوند.یکی از مشخصه های مهم بریکرهای قدرت زمان تأخیر در قطع کلید است. این زمان عبارت است از حر فاصله بین لحظه فرمان قطع توسط رلۀ مربوطه و آزاد کردن ضامن قطع کلید تا خاموش شدن کامل جرقه .

ویژگیهای مشترک بریکرها
1) داشتن مکانیزم عملکرد قطع و وصل 2) داشتن مکانیزم خاموش کردن جرقه در اتاق جرقه 3) داشتن کنتاکتهای اصلی بریکر 4) داشتن سیم پیچ های قطع و وصل 5) داشتن کنتاکتهای فرعی 6) داشتن مدارات کنترل بریکر.

انواع کلیدهای قدرت:
1) کلید پر حجم روغن 2) کلید کم حجم روغن3) کلید هوایی 4) کلید خلأ 5) کلید  
1) کلید پر حجم روغن
روش قطع قوس در این کلیدها توسط افزایش طول قوس به طریق مکانیکی و خنک کردن قوس با استفاده از عایق روغن صورت می پذیرد. بر اثر دمای بالای قوس الکتریکی میان کنتاکتهای کلید روغن تجزیه شده و اطراف جرقه را گازهای مختلفی می پوشانند که متناسب با شدت جرقه از لایه های مختلفی تشکیل شده است . حدود%70 حباب گاز را هیدروژن و حدود%30 را استیلن تشکیل می دهد، خاصیت مهم گاز هیدروژن ضریب بالای انتقال حرارت آن است و ضمناً برای تولید آن نیاز به انرژی است. روغن دارای ولتاژ دی الکتریک بالایی بوده و به عنوان عایق مناسب جهت ایزولاسیون تلقی می شود، این خاصیت در عدم بازگشت قوس بعد از صفر جریان فعالیت زیادی دارد . نقطۀ ضعف روغن معدنی قابل اشتعال بودن آنست که البته در قطع قوس کلید نقشی ندارد ولی در ورتیکه جریان و یا TRV ناشی از خطای اتصال کوتاه بیش از قدرت قطع کلید باشد ممکن است منجر به انفجار کلید و آتش سوزی گردد به دلیل حجم بالای روغن در این نوع از کلید آتش سوزی ناشی از آن بسیار خطرناک است. این نوع کلیدها در همۀ رده ولتاژها تا230kv کاربرد دارد.
2) کلید کم حجم روغن
با ایجاد تغییر در طراحی کلید پر حجم روغن به دو /2 روش، مقدار روغن مورد نیاز را کاهش می دهیم .
1- عایق کردن بدنۀ کلید توسط مقره 2- برقراری قوس در یک محفظۀ جداگانه.
در اثر بروز قوس روغن تجزیه شده و گاز تولید می شود که دارای فشار بالایی در محفظۀ قطع است، بجز گاز پر فشار و گاز هیدروژن و استیلن در اطراف قوس لایه های دیگری از گاز و بخار روغن با دمای کمتر در اطراف آن قرار گرفته است، گاز پر فشار ولتاژ شکست بالایی دارد ولی به دلیل دمای بالا ولتاژ شکست آن کاهش یافته (  ) و قادر به تحمل TRV نمی باشد، پس از صفر جریان به دلیل هدایت حرارتی بالای گاز هیدروژن و جایگزینی گازها و روغن با دمای کمتر در کانال قبلی قوس، گاز به تدریج خنک شده و ولتاژ شکست آن افزایش می یابد، وجود قسمتهای مختلف در محفظۀ قطع باعث حرکت عمودی و افقی گازها و روغن با دمای کمتر شده که در خنک کردن محل قوس و خروج گازهای یونیزه با دمای بالا اهمیت دارد. محفظۀ قطع با روغنهای جداگانه باعث جایگزینی روغن دیونیزه و تسریع خنک شدن قوس می شود.
3)     کلید هوایی
عایق بین کنتاکتها در حالت قطع، هوا می باشد که چون نسبت به عایق روغن، عایق ضعیف تری است در حالت قطع فاصلۀ بین کنتاکتها بیشتر خواهد بود، به منظور کاهش زمان قطع و وصل تعداد کنتاکتهای ثابت و متحرک را افزایش می دهند و از آنجا که ولتاژ روی تمام کنتاکتها در این حالت یکسان نیست، از خازنهای با اندازۀ مساوی و کوچک برای توزیع یکنواخت ولتاژ استفاد می کنیم، همزمان با قطع کلید هوایی تحت فشار به قوس الکتریکی پاشیده می شود در این حالت از طریق جابجا کردن هوای بین کنتاکتها و خنک کردن و افزایش طول قوس به خاموش شدن سریعتر قوس کمک می شود بنابراین نیاز به کمپرسور و تانک مخزن به منظور ذخیره هوای فشرده داریم. این نوع کلیدها در همۀ سطوح ولتاژی کاربرد دارند.
4)     کلید خلأ:
هیچ ماده عایق فاصلۀ بین کنتاکتها را در بر نگرفته است و کنتاکتها در خلأ قرار دارند، از نظر تئوری هنگام قطع کلید، قوس الکتریکی نبایستی برقرار شود اما در عمل به خاطر ایجاد پلاسمای بخار فلز قطع کلید همراه با قوس خواهد بود( بخار فلز و تشعشعات قطع کنتاکتها، باعث ایجاد قوس می شود) این کلید تا سطح ولتاژ 33kv کاربرد دارند. ایجاد خلأ و نگهداری خلأ از مشکلات کلید می باشد. یک جریان فرکانس بالا به جیان فرکانس قدرت اضافه می شود، در سایر کلیدها که زمان بازیابی یا ریکاوری مادۀ عایقی نسبتاً زیاد است، این نوسانات فرکانس بالا به تدریج میرا می شوند و مشکل ساز نمی شود ولی در کلیدهای خلأ در صفر شدن جریان گذرا کلید قطع شده و باعث ایجاد ولتاژ TRV در دو سر کلید می گردد، این حالت تا قطع کامل قوس تکرار می گردد همچنین به دلیل طبیعت برشی جریان و شکست الکتریکی با اطمینان نمی توان گفت که جرقه زنی بعدی نسبت به حالت قبل در سطح بالاتری رخ می دهد.
5)     کلید
در کلیدهای گاز  این گاز به عنوان مادۀ عایقی و ماده خاموش کننده قوس الکتریکی استفاده می شود در فشار پائین استقامت الکتریکی گاز  به مراتب بیشتر از هوا بوده و در فشارهای بالا از روغن نیز بیشتر می شود، کلیدهای اولیه دارای دو سطح فشار بودند Double pressure در این حالت محفظۀ قطع دارای یک فشار معین بوده و فشار گاز در قسمتهای دیگر بیشتر است، هنگام قطع و وصل، گاز از محفظۀ پر فشار وارد محفظۀ قطع شده و با روشهای خنک کردن، افزایش طول قوس و جابجا کردن قوس آن را قطع می نمایند، در این کلیدها نیاز به تجهیزات زیادی جهت داشتن دو سطح فشار مختلف است .
 
کلیدهای  با یک سطح فشار گاز:
در حالت عادی فشارگاز در تمام قسمتها یکسان است با قطع یا وصل کلید کنتاکت متحرک به صورت تلسکوپی در داخل کنتاکت ثابت حرکت می کند، بدین ترتیب فشار گاز در محفظۀ قطع افزایش یافته و به هنگام برقراری قوس گاز با فشار بالا به محل قوس دمیده می شود هم اکنون این کلید ها در کلیۀ سطوح ولتاژی از 20kv تا 400kv استفاده می شود.

انواع کلیدها از نظر ولتاژ بدنۀ کلید:
1)      کلیدهایی که بدنۀ آنها دارای ولتاژ نمی باشند: در این کلیدها ملزم هستیم، حتماً برای ورود و خروج هادیها به کلید از بوشینگ استفاده کنیم. ( حجم گاز  در داخل آنها زیاد است) با توجه به پایین بودن مرکز ثقل کلید، پایداری آن در برابر نوسانات مکانیکی زیاد بوده و مناسب برای محل های زلزله خیز است.
2)      کلیدهایی که بدنۀ آنها دارای ولتاژ می باشند: ولتاژ بدنۀ کلید توسط استفاده از یک ایزولاتور مناسب جبران می شود، حجم کمتری از گاز  دارند، سبکتر با ابعاد کمتر و عیب یابی و تعمیر آنها ساده تر است این کلیدها نیاز به CT جداگانه در طرفین کلید دارند. آسیب پذیری در برابر زلزله، افزایش تعداد کنتاکتهای ثابت و متحرک با افزایش ولتاژ کلید صورت می گیرد اما این کار در ولتاژهای بالا انجام می شود.

انواع مکانیزم عملکرد کلیدها :
1) دستی 2) موتوری 3) سلونوئیدی 4) فنر شارژ شده5) پنوماتیک 6) هیدرولیک
1) مکانیزم دستی: 1- تأمین انرژی و نیروی مکانیکی لازم برای جابجا کردن کنتاکتهای متحرک توسط دست یا اپراتور ایجاد می شود،در این حالت زمان عملکرد طولانی است 2- امکان صدور فرمان از راه دور وجود ندارد 3- مناسب برای قطع و وصل کلید تا ولتاژ 63kv یا برای باز و بسته کردن سکسیونر زمین معمولاً تا ولتاژ 230kv کاربرد دارد. این مکانیزم در سکسیونرها کاربرد دارد.
2) مکانیزم موتوری: نیروی مکانیکی لازم با استفاده از موتورهای الکتریکی AC تا DC تأمین می گردد. دور موتورها توسط چرخ دنده هایی کاهش می یابد . زمان عملکرد نسبتاً طولانی در حد ثانیه است. قابل استفاده برای سکیونرها، امکان صدور فرمان علاوه بر محل از راه دور نیز وجود دارد .
) مکانیزم سلونوئیدی : عمل قطع و وصل با استفاده از سیم پیچ و میدان مغناطیسی حاصل از آن انجام می شود. از این روش عملاً در کلیدهای فشار ضعیف نظیر کنتاکتورها استفاده می شود.4
) مکانیزم فنر شارژ شده توسط موتورهای الکتریکی:هیچکدام از روش های قبلی قابلیت ذخیره سازی انرژی را نداشته اند، به عنوان مثال در مکانیزم موتوری با افزایش ولتاژ که باعث بزرگتر شدن کلید می شود بایستیاز موتور با توان بالاتر یا گیریبکس استفاده شود. در این روش منبع ذخیره انرژی یک فنر است، در زمانیکه قطع یا وصل کلید اتفاق نمی افتد فنر وصل به تدریج شارژ می شود و با آزاد کردن ضامن فنر این فنر قادر به وصل سریع کلید است. با توجه به اینکه ممکن است وصل کلید بر روی شبکه خطا دار انجام شود، لذا بلا فاصله پس از وصل کلید بایستس آمادۀ قطع آن باشیم. به همین دلیل فنر وصل قویتر از فنر قطع انتخاب می شود و در حین وصل کلید فنر قطع نیز شارژ شده و آماده قطع مدار است. معمولاً ساختمان فنر ها به گونه ای است که با یک بار شارژ، چندین بار می توان عمل قطع و وصل را انجام داد . برای تأمین انرژی مورد نیاز عملکرد کلید گاهی از چند فنر موازی استفاده می شود .

مزایای مکانیزم فنری:
1)      عدم نشتی از سیستم و بروز حوادث ناشی از آن 2) عدم تلفات انرژی در سیستم3) امکان شارژ دستی در صورت قطع تغذیۀ الکتریکی 4) عدم نیاز به لوله های رابط، واشرها و سیستم آب بندی.
 

معایب مکانیزم فنری:
1) سر و صدای زیاد هنگام عملکرد کلید 2) زیاد بودن تجهیزات متحرک الکتریکی 3) نیاز به تنظیم فنر هنگام تغییر دما در فصول مختلف4) انرژی در ابتدا و انتهای حرکت نبایستی یکسان باشد و مکانیزم هایی برای دمپینگ(میرا کردن) لازم است.

مکانیزم سیستم های پنو ماتیک:
در سیستم پنوماتیک هوا در مخزن مجزا تحت فشار قرار می گیرد و با لوله های ارتباطی به کلید منتقل می شود، در کلیدهای نوع هوایی که نیاز به هوای فشرده برای خاموش کردن قوس الکتریکی دارد می توان از این سیستم ها استفاده نمود. نسبت به سیستم هیدرولیکی ساختمان ساده ای داشته و تعمیر و نگهداری آن آسانتر است . زمان عملکرد کلید در این مکانیزم کمتر از فنر شارژ شده است . سر و صدای بیشتری نسبت به سایر مکانیزم ها دارد ضمناً بایستی فشار هوا با توجه به دمای محیط تنظیم شده و از لحاظ عدم وجود نشتی کنترل شود.

مکانیزم هیدرولیکی (Hydroulic mechanism)
در این سیستم معمولاً از روغن جهت حرکت سریع کنتاکتها استفاده می شود با توجه به این که فشار روغن را نمی توان مانند گاز زیاد کرد لذا از هوا یا ازت جهت ایجاد فشار مورد نیاز برای باز و بسته کردن کلید استفاده می شود. فشار حدود300Bar مکانیزم هیدرولیکی معمولاً در کلیدهای فشار قوی و یا پستهای GIS استفاده می شود.این مکانیزم طوری طراحی می شود که بدون افت فشار زیاد قادر به چند مرحله قطع و وصل کلید باشد.

ویژگی های مکانیزم هیدرویکی :
1) عملکرد بدون سر و صدا 2) زمان کم قطع و وصل به دلیل اینرسی پایین مکانیزم فرمان.

سکسیونر( Disconect Switch )
سکسیونر قابلیت قطع و وصل جریان را ندارد و فقط می تواند جریان محدود از جمله جریان بی باری و خازنی خطوط را قطع کند، پس از قطع جریان توسط کلید قدرت از سکسیونر به عنوان کلید بدون بار به منظور برداشتن ولتاژ از بقیۀ تجهیزات استفاده می شود اگر با وصل سکسیونر جریان از آن عبور کند و یا اگر با قطع سکسیونر جریان بار قطع شود نبایستی به سکسیونر فرمان داد مگر در شرایط زیر:
1) سکسیونر بسته ای که از آن جریان می گذرد را مجاز نیستیم باز کنیم2) سکسیونر بازی که اگر بسته شود از آن جریان عبور می کند مجاز نیستیم ببندیم
دستورالعمل باز کردن سکسیونر:1) قطع دژنکتور مربوطه2) قطع سکسیونر مورد نظر .
دستورالعمل بستن سکسیونر:1) اطمینان از باز بودن دژ نکتور 2) بستن سکسیونر مورد نظر 3) بستن دژنکتور.
 
خواص مورد انتظار سکسیونرDs
1) قابلیت عبور جریان نامی را در شرایط محیطی به صورت دائمی داشته باشد به نحوی که دمای آن از حد مجاز تجاوز ننماید2)قابلیت عبور جریان اتصال کوتاه را تا مدت زمان مشخص و بدون اضافه حرارت داشته باشد3) قابلیت تحمل ولتاژ با توج به سطح عایقی تعیین شده را دارا بوده و در حالت قطع باید اضافه ولتاژ میان کنتاکتها را تحمل نماید 4) سکسیونرهای مورد استفاده در شبکه های انتقال معمولاً مجهز به محفظۀ قطع نبوده و غیر قابل قطع و وصل زیر بار است.
سکسیونر قابل قطع زیر بار ضمن اینکه بایستی وظیفۀ یک سکسیونر را انجام دهد، باید قادر باشد مانند یک دژ نکتور قدرتهای کوچک الکتریکی را هم قطع کند . سکسیونر قابل قطع زیر بار دارای قدرت وصل زیاد است و می تواند جریان های 25 تا 75 کیلو آمپر را بخوبی وصل کند ولی دارای قدرت قطع کم در حدود 400 تا 1500 آمپر هستند پس در صورتی می توانند بر روی شبکه هایی که امکان عبور جریان اتصال کوتاه را دارند به کار روند که جریان قطع توسط کلید یا فیوز مهار شود. هدف از بکار گیری سکسیونر قطع قابل رویت مدار هست تا از قطع بودن مدار اطمینان حاصل شود ، همچنین وظیفۀ جدا نمودن باسها و یا استفاده شینه بندی چند باسه نیز از دیگر کاربردهای سکسیونر است. سکسیونرهای سر خط انتقال مجهز به تیغۀ زمین است تا بار خازنی خط انتقال را دشارژ نماید، در غیر این صورت ولتاژ چند ده/10 کیلو ولت روی خط باقی مانده و کار کردن روی خط خطرناک است، این تیغه یک اتصال زمین مستقیم و قال مشاهده در سر خط انتقال یا ثانویه ترانس ایجاد می نماید.

انواع مختلف سکسیونر:  
1) تیغه ای 2) کشویی3)دورانی4)قیچی

1) سکسیونر تیغه ای:
این سکسیونرها که برای ولتاژهای تا 30kv به صورت یک پل وسه/3 پل ساخته می شوند، دارای تیغه هایی هستند که ضمن قطع کلید عمود بر سطح افقی (در سطح محور پایه ها) حرکت می کنند و در بالای ایزولاتور قرار می گیرند. سکسیونر تیغه ای برای فشار قوی به صورت یک پل ساخته می شوند و فرمان قطع و وصل آنها عموماً کمپرسی با هوای فشرده انجام می گیرد.
 
2)سکسیونر کشویی:
سکسیونر کشویی برای کیوسک با قفسه هایی که دارای عمق کم هستند بسیار مناسب است در این سکسیونر تیغۀ متحرک در موقع قطع در امتداد خود (در امتداد سطح افقی یا عمود بر سطح محور پایه ها) حرکت می کند و بدین جهت فضای اضافی برای تیغه در حالت قطع از بین می رود.
 
3)     سکسیونر دورانی:
سکسیونر دورانی که برای ولتاژهای زیاد به خصوص 60kv و 110kv ساخته می شود به جای یک تیغه بلند و یک کنتاکت ثابت دارای دو تیغۀ متحرک و دورانی می باشد که با برخورد آنها به هم ارتباط الکتریکی برقرار می شود. در این نوع کلید حرکت به موازات سطح افقی و یا عمود بر سطح محور پایه ها انجام می گیرد و دارای این وضعیت است که با کوچک کردن 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 کنتاکتها در زمستان احتیاج به نیروی اضافی برای باز کردن آنها نیست.

4)سکسیونر قیچی:
سکسیونر قیچی برای فشارهای زیاد بسیار مناسب است زیرا به علت اینکه کنتاکت آن شین با هوایی تشکیل می دهد احتیاج به دو پایه عایق مجزا از یکدیگر که در فشار قوی باعث می شود اعاد بزرگتر و وزن آنها سنگین تر شود و فقط شامل یک پایۀ عایقی است که چنگک یا تیغۀ قیچی مانند کنتاکت دهند روی آن نصب می شود و با حرکت قیچی مانندی با شین یا سیم هوایی ارتباط پیدا می کند، مورد استعمال سکسیونر قیچی که به آن سکسیونر ستونی نیز گفته می شود در شبکه ایست که دارای دو شین به ازای هر فاز در سطح و ارتفاع مختلف نسبت به زمین و بالای هم باشد و سکسیونر ارتباط عمودی بین ان دو شین را فراهم می سازد.

[amir hasanpour]

سپاس از شما

[mehdiheidary]

مممنون از شما

[Ghasem]

مطلب کامل و مفید