کلید قدرت از نظر قیمت، ابعاد و اندازه و وظیفه ای که بر عهده دارند نقش تعیین کننده ای در طراحی تابلو خواهند داشت.
به منظور طراحی تابلو برق آشنایی با کلید ها و نحوه عملکرد آن ها اجتناب ناپذیر است.
در این مقاله با کلید های قدرت، تاریخچه، نحوه عملکرد و مزایا و معایب هریک از آن ها آشنا خواهیم شد.
1# تاریخچه کلید قدرت
مطابق شکل زیر از سال 1910 کلید های روغنی با حجم خیلی زیاد مورد استفاده قرار می گرفتند.
اما از 1955 تا 1985 کلید های قدرت کم حجم روغن طراحی و تولید شدند.
در همین دوره کلید های قدرت خاموش کننده با هوا نیز تولید شدند و تولید آن ها نیز متوقف شد و ادامه نیافت.
در برخی تاسیسات هنوز کلید های کم حجم روغنی که سال ها پیش استفاده شده اند، وجود دارند.
بنابراین به منظور عیب یابی، تغییر و یا نگهداری این تاسیسات آشنایی با این نوع کلید های قدرت ضروری است.
کلید های گازی و خلا از 1965 تاکنون طراحی و تولید می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند.
2# اجزای مختلف کلید قدرت
در شکل زیر اجزاء مختلف یک کلید قدرت نشان داده شده است.
در ادامه انواع کلید های قدرت در چند دسته بندی مورد بحث و بررسی قرار خواهند گرفت.
3# انواع کلید قدرت
کلید های قدرت از نظر نوع محیط خاموش کننده قوس به انواع زیر تقسیم می شوند.
- روغن با حجم بالا
- هوا
- کم حجم روغن
- گاز
- خلاء
در ادامه با هریک از انواع کلید های قدرت بیشتر آشنا خواهیم شد.
1-3# کلید MV روغنی حجم بالا
کلید قدرت روغنی حجم بالا از جمله کلید هایی است که
در آن از روغن به عنوان وسیله خاموش کننده قوس الکتریکی استفاده می شود.
همچنین از روغن به عنوان عایق بین کنتاکت های حامل جریان استفاده می کند.
روغن مورد استفاده در اینجا همان روغن عایق ترانسفورماتور است.
2-3# کلید MV کم حجم روغن
این نوع از کلید های قدرت نیز از روغن به عنوان ماده قطع کننده استفاده می کنند.
بر خلاف کلید های روغن با حجم بالا، واحد قطع کننده را در محفظه عایق تحت ولتاژ قرار می دهند.
روغن عایق فقط در محفظه قطع کننده موجود است.
از ویژگی های طراحی کلید قدرت کم حجم روغن می توان به کاهش مصرف روغن اشاره کرد.
روغن درون کلید ابتدا شفاف است اما پس از چند بار کلیدزنی خاصیت عایقی آن از بین رفته و ممکن است موجب انفجار کلید شود.
بنابراین روغن درون این کلید ها باید به طور منظم بررسی و در صورت لزوم تعویض شود.
نیاز به تعمیر و نگهداری مستمر و منظم و تعویض روغن و قطعات از معایب این کلید هاست.
3-3# کلید MV خاموش کننده با هوا
در این کلید ها برای خاموش کردن جرقه ناشی از قطع جریان از محفظه های جرقه گیر بزرگ استفاده می شود.
این محفظه ها از جنس سیلیس و یا آزبِست بوده و به صورت مشبک و لایه لایه ساخته می شوند.
جرقه‌گیر، باعث تقسیم جرقه به جرقه‌های کوچکتر شده که این جرقه‌ها زودتر خاموش می‌شوند.
برای هدایت جرقه به داخل جرقه گیر از کنتاکت های جرقه زن استفاده می شود و
گاها از یک دمنده و یا حلقه مغناطیسی استفاده می شود.
4-3# کلید MV گازی
دراین نوع کلیدها از گاز SF6 یا هگزا فلوئورید گوگرد به عنوان خاموش‌کننده جرقه، عایق بین دو کنتاکت و نگهدارنده ولتاژ استفاده می‌شود.
استقامت الکتریکی گاز SF6 به ۲ تا ۳ برابر استقامت الکتریکی هوا می‌رسد و
در صورتی که فشار آن به ۳ تا ۵ اتمسفر برسد، استقامت الکتریکی آن ۱۰ برابر هوا خواهد بود.
این گاز درمقابل حرارت زیاد نیز پایدار و غیر قابل اشتعال است.
همچنین گاز هگزا فلوئورید گوگرد دارای قابلیت هدایت حرارتی بسیار زیادی می باشد.
مهمترین عیب این گاز گلخانه ای آسیب رساندن به محیط زیست است.
کشور ما نیز طبق عهدنامه کیوتو موظف به کاهش استفاده از گاز SF6 است.
در کشور ما، در ولتاژهای بالا جایگزینی برای کلید های گازی وجود ندارد اما در ولتاژ متوسط می توان از کلید های خلاء بهره گرفت.
5-3# کلید MV خلاء
این تجهیز قطعه اصلی و هسته اصلی مدارشکن های ولتاژ متوسط و ولتاژ بالا به حساب می‌آید.
هنگام جداشدن کنتاکت ها، در خلا آرک رخ داده که بلافاصله خاموش می‌گردد.
این نوع کلید ها بهترین و فراگیرترین کلید های MV شناخته شده تاکنون هستند.
در زیر مزایای کلید MV خلاء نسبت به سایر کلید ها ذکر شده است.
- ریسک پایین انفجار و اشتعال
- ابعاد کوچکتر و وزن کمتر
- صدای کمتر نسبت به انواع دیگر
- خاموش کردن جرقه در محیط خلاء سازگار با محیط زیست
- غیرقابل اشتعال بودن کلید های خلاء
- تعمیر و نگهداری کمتر
- عمر مکانیکی بالاتر
- سرعت قطع و وصل بالاتر
- تلفات حرارتی پایین تر
- تغییرات جریان مجاز کمتر نسبت به دما
بالا بودن سرعت قطع و وصل کلید قدرت معمولا یک مزیت است اما
در مواردی که با قطع و وصل بارهای سلفی بزرگ سر و کار داریم (مثلا موتورهای MV) یک تهدید محسوب می شود.
رابطه ولتاژ کلید زنی برابر است با تغییرات (مشتق) جریان نسبت به زمان ضربدر میزان اندوکتانس موتور بر حسب میلی هانری.
بنابراین با افزایش سرعت کلیدزنی تغییرات جریان نسبت به زمان بیشتر می شود و
در نتیجه ولتاژ کلیدزنی به شدت افزاش خواهد یافت.
بنابراین برای قطع و وصل بارهای موتوری با اندوکتانس بالا از کلید هایی استفاده می شود که
سرعت کلیدزنی پایین تری داشته باشند.
4# میزان عملکرد کلید قدرت
عملکرد یک کلید قدرت بر اساس پارامترهای زیر تعیین می شود.
1-4# تعداد عملکرد مکانیکی
طبق جدول زیر به کلاس تقسیم بندی می شوند.
2-4# نیاز به تعمیر و نگهداری
در جدول زیر دو کلاس مربوط به تعمیر و نگهداری مشخص شده است.
3-4# احتمال بروز ولتاژ بازیابی گذرا (TRV)
وقتی اتصال کوتاه تک فاز رخ می دهد فقط در فازی که دچار اتصال کوتاه شده آرک وجود دارد و
از دو فاز دیگر جریان نامی عبور می کند.
این فاز کمی دیرتر از دو فاز دیگر قطع خواهد شد.
در این مدت (از لحظه اتصال کوتاه تا قطع کلید قدرت) دو فاز دیگر دچار اضافه ولتاژ خواهند شد.
این اضافه ولتاژ ناشی از آرک فاز دیگر به عنوان ولتاژ بازیابی گذرا شناخته می شود.
کلید های قدرت بر اساس احتمال بروز ولتاژ بازیابی گذرا طبق جدول زیر به دو کلاس تقسیم می شوند.
5# مقایسه کلی کلید های قدرت
در جدول زیر بین کلید های قدرت کم حجم روغن، گازی و خلاء یک مقایسه کلی (بدون توجه به برند، ولتاژ کار و …) انجام شده است.
6# استانداردهای کلید قدرت
کلید های قدرت فشار متوسط که برای قطع و وصل جریان های متناوب اتصال کوتاه با ولتاژهای 1000 ولت و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند باید
مطابق استاندارد IEC-62271-100 طراحی، ساخته و مورد آزمون قرار گیرند.
مشخصات فنی کلید های قدرت فشار متوسط شامل تجهیزات عملیاتی و کمکی که باید طبق استاندارد مورد بررسی قرار بگیرند شامل موارد زیر می شود.
- نوع محفظه قطع کلید (خلاء، گاز SF6 و روغنی)
- نوع کلید از نظر نحوه قرارگیری در تابلو: ثابت، ارابه ای، کشویی
- جریان نامی
- ولتاز نامی
- فرکانس نامی
- ولتاژ مقاوم در فرکانس قدرت و ولتاژ مقاوم در ولتاژ ضربه صاعقه
- قدرت قطع یا جریان قطع اتصال کوتاه
- ایستادگی کلید در برابر جریان اتصال کوتاه و مدت زمان تحمل
- جریان پیک اتصال کوتاه
- جریان وصل اتصال کوتاه
جریان وصل اتصال کوتاه مربوط به زمانی است که
مدار بدون برق است ولی اتصال کوتاه رخ داده است.
به عنوان مثال به منظور تعمیرات، خط را بی برق کرده ایم و برای اطمینان یک سر کابل ارت شده است.
اگر پس از انجام تعمیرات ارت کابل برداشته نشود ولی کلید وصل شود با جریان وصل اتصال کوتاه مواجه خواهیم شد.
- ولتاژ بازیابی گذرا مرتبط با جریان قطع اتصال کوتاه
- توالی عملکرد کلید (Operating Sequence)
- مقاومت کنتاکت ها
- تعداد کنتاکت های کمکی
- نوع و مقدار ولتاژ نامی تغذیه موتور شارژ فنر و بوبین
- تعداد بوبین های قطع و وصل
- نوع مکانیزم (موتور شارژ فنر و دستی)
- مجهز بودن به قطعاتی نظیر شمارنده قطع و وصل و رله مسدود کننده وصل مجدد
- محل قرارگیری مکانیزم (مقابل کلی)
- مجهز بودن به فشارسنج گاز در نوع گازی
- مجهز بودن به نشانگر وضعیت قطع و وصل کلید
- مجهز بودن به نشانگر وضعیت شارژ فنر
خلاصه
در این مقاله با انواع کلید های قدرت، تاریخچه، نحوه عملکرد، مزایا و معایب آن ها، مقایسه و استانداردهای مربوطه آشنا شدیم.
درباره نویسنده : آریا کاری
نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.
