کلیدهای خلا در سیستم های قدرت

کلیدهای خلا در سیستم های قدرت

عملكرد كليدهاي خلاء و كليدهاي SF 6در ولتاژ متوسط

مقدمه:

36 است . KV 6 تا KV امروزه كليدهاي خلا ء از مهمترين ابزار گسترده در شبكه الكتريكي در ولتا ژ نامي بين

%70 و در ژاپن 100 % است و در سال 1997 در USA كليدهاي خلا ء توليد شده در اي ن محدوده ول تاژ در اروپا و

روسيه اين مقدار به 50 % رسيده است . مهمترين ويژگي ( در مقايسه با كليدهاي روغني و گازي )كه موجب پيشرفت

سريع كليدهاي خلاء شده است شامل موارد زير است:

(Reliability) ‐ قابليت اعتماد و اطمينان بالا

(Maintenance free) ‐ حداقل تعميرات و نگهداري

‐ غير قابل انفجار و اشتعال

(Enviormental Compability) ‐ سازگار با شرايط محيط

(Endurances) ‐ تعداد دفعات قطع و وصل بالا

(Suitable for use in heavy duty) ‐ مناسب جهت استفاده در شرايط خاص و سخت

امروزه تكنولوژي خلاء به اندازه كافي پيشرفت كرده است، اكنون كليدهايي توليد ميشوند كه ميتوانند جريان اتصال

(Vacuum Circuit Breaker) VCB 100 را قطع كنند. لذا ديگر نيازي به بهبود ظرفيت قطع KA كوتاه تا

٧

كليد مد نظر (maintanence free) نميباشد. امروزه قيمت كمتر كليد ، قابليت اطمينان بالا و بدون نگهداري بودن

است.

تاريخچه:

يك جزء اساسي همه ماشينهاي الكتريكي را تشكيل ميدهند كه ميتوانند (Circuit Breaker) كليدهاي قطع كننده

يك س يستم را راه انداز ي كرده يا آنرا متوقف كنند . كليد قطع كننده با يد بطور رضا يت بخش ي قادر به قطع بار كامل

و جر يانهاي خطا ي پ يش بيني شده باشد . در آغاز صنعت الكتر يسيته، از كل يدهاي دست ي هوا يي برا ي قطع و وصل

مدار استفاده م ي شد . تا زما ني كه اندازه جر ياني كه با يستي قطع گردد كوچك بود، ا ين روش مناسب ي محسوب مي

شد. با افز ايش قدرت س يستمها نياز به قطع و وصل جر يانهاي بالاتر پد يد آمد . لذا ن ي از به وس يله اي با قدرت دي

الكتريك بالا برا ي قطع جر يانهاي بالا بوجود آمد . در آن زمان روغن ترانسفورماتور قدرت د ي الكتر يك ي بالاتر ي

را نسبت به هوا در فشار معمول ي را دارا بود، در نت يجه مهندس ين برق روغن ترانسفورماتور را برا ي بالا بردن قدرت

دي الكتر يكي وس يله به كار برد ند و در نت يجه كل يدهاي قطع كننده روغن ي بوجود آمدند . كنتاكتها در روغن شناور

بودند و امكان قطع كردن جر يان فراهم بود . هر چه جر يان قطع شونده ب يشتر بود، مقدار روغن ب يشتري مورد ن ياز بود .

مقدار روغن به يك فاكتور مانع تبد يل گشت . تلاشها يي برا ي كاهش مقدار روغن مورد ن ي از انجام گرفت . در

اتصالات قد يمي، هنوز ا ين كل يدها د يده م يشوند. از مضرات كل يدهاي روغن ي اين بود كه ا ين كل يدها برا ي عملكرد

تكراري مناسب نبود، ز يرا عمل تكراري موجب كربون يزه كردن روغن م يشود و ن ي از به جا يگزيني آن مي باشد .

٨

همچنين خطر آتش هم وجود داشت . كليدهاي روغ ني روشها ي ايده آ لي بر اي قطع جر يان فراهم نم يكردند و تلاش

براي يافتن وس يله بهتر ي صورت گرفت . متعاقباً كل يدهاي هوايي بوجود آمدند . در اي ن قطع كننده ها وس يله قطع

كننده، هوا در فشار معمول ي بود . جداسازي كنتاكت سر يع بوده و جر يان قطع م يگرديد. براي رس يدن به جداساز ي

سريع كنتاكتها از مغناط يس ها ي قو ي استفاده م يشود. جرقه بد ليل حركت سر يع قادر به دوباره جرقه زن ي نيست . در

اينجا محدود يت سرعت جداساز ي كنتاكتها وجود دارد و ا ين روش برا ي قطع جر يانهاي بالاتر مناسب نبود . هنوز

بوجود آمدند . اين كل يدها air-blast كليدهاي با فشار بالا برا ي قطع جر يانهاي بالا به كار م يرود و متعاقبا كل يد ها ي

(MV) نياز به كمپرسور و خطوط پر فشار داشتند . بعلاوه، عملكرد ا ين قطع كننده ها پر صدا بود . براي فشار متوسط

نيز مشكلاتي وجود (Air Blast Circuit Breaker)ABCB هنوز كليدهاي هوايي بكار ميرود. در كليدهاي

معرف ي شدند . اكنون پ يشرفتها در ا ين دو نوع كل ي د صورت م يگي رد. در SF داشت و پس از آن كل يدهاي خلاء و 6

با ا ين كل ي دها SF اتصالات قد يمي تر هنوز م يتوان كل يدهاي روغن ي را د يد. اما كل يدهاي هو ايي، كل يدهاي خلاء و 6

SF جايگزين م يشوند. در شبكه تا ولتا ژ 600 ولت هنوز از كل يدهاي هو ايي بدل يل گران بودن كل ي دهاي خلاء و 6

استفاده م يشوند ز يرا اين كل يدها و يژگيهاي مشخص برتر ي نسبت به كل ي دهاي هوا يي ندارند . امروزه، كل ي دهاي

هوايي، ارزانترين كليد در سطوح ولتاژ هستند. امروزه استفاده از كليدها به شرح زير است:

– كليد هوايي تا 660 ولت

يا خلاء براي ولتاژ 3.3 كيلو ولت تا 36 كيلو ولت SF – كليد 6

براي ولتاژ بالاتر از 36 كيلو ولت SF – كليد 6

٩

SF منع استفاده از 6

در شكست يك كليد روغني، انفجار روغن داغ يا انفجار كليد ممكن است رخ دهد . در شكست كليد با گاز عايقي

كه در عمليات نظامي بكار “phosgene” نشتي با هوا تركيب شده و تركيب خطرناكي را به نام SF6 ، SF6

ميرود توليد ميشود كه خصوصيات گازهاي كمياب را داشته و توسط ارگانيسم انساني قابل حذف نيست . به همين

در تجهيزات فشار متوسط امضاء SF را به عنوان راه حلي براي منع استفاده از 6 KYOTO دليل كشورها پروتكل

كرده اند.

توسعه كليدها

– كليد هوايي:

سا يز تجه ي زات كوچك است . اما LT استفاده م يشوند . در س يستمها ي LT كليدهاي هو ايي بر رو ي س يستمهاي

ژنراتورها، ترانسفورماتورها و موتورها در حال گسترش هستند . اين افز ايش در اندازه موجب افزا يش جر ي ان نام ي

اين تجه يزات م يگردد. كليدهاي موجود نم يتوانند بر اي اين تجه يزات مناسب باشند . كليدهاي هو ايي تا جر ي ان نام ي

3600 آمپر اكنون موجود هستند كه م يتواند تا 7500 آمپر بر اساس تجه يزات با سا يز بيشتر، افز ايش يابد كه با يد با

پيشرفتهايي در مواد عا يق ساز ي و تك نيكهاي ساخت همراه باشد . با افز ايش سا يز تجه يزات، جر يان خطا ن ي ز افزا يش

4000A 2500 و A مي يابد. ظرفيت قطع جريان اتصال كوتاه كليدها نيز افزايش ياقته است. ظرفيت قطع كليدهاي

120 است. محدوده عملكرد كل يدهاي هوايي تا KA 100 و KA 65 و KA 7500 به ترتيب برابر A و

500 نيز افزايش يابد . قابل V(DC) 750 يا V(AC) 250 است . اين ولتاژ ميتواند تا V(DC) 660 يا V(AC)

١٠

1000 عمل كنند. براي استفاده از اي ن V(AC) ذكر است كه بر اساس استانداردها، انتظار م يرود كه ا ين كل يدها تا

كليدها در ولتاژ عملكرد، ا ين كل يدها با يد پاسخگو ي جر يان اتصال كوتاه باشند . اي ن كل ي دها برا ي قطع جر يانها ي

750 از اين كليدها استفاده م يشود . كلي دهاي موجود V(AC) 1000 مناسب نيستند، لذا تنها تا V(AC) خطا در

ميتوانند قطع و وصل را در 3 تا 5 سيكل انجام دهند . در آينده نزد ي ك اي ن ACB (Air Circuit Breaker)

كليدها قادر خواهند بود تا در 1,5 تا 2 س يكل عمل قطع و وصل را انجام دهند . زمان قطع و وصل كمتر اندازه كابل

هاي فيدر را كاهش ميدهد.

سازندگان از موتورها ي يونيورسال بر اي شارژ فنرها ي كل يدهاي كنترل از راه دور استفاده م يكنند. كليدهاي آينده از

كه به طور الكترونيكي كنترل مي شود براي شارژ فنرها استفاده خواهند كرد. brushless موتورهاي

اكنون كل يدها شامل كنتاكتها ي اكس يد نقره كاديم با كنتاكتها ي اضاف ي جرقه است. برخي سازندگان ظرفي ت اتصال

و ذرات ديونيزه اي كه اطراف كنتاكت قرار ميگيرند افز ايش داده اند . arcing كوتاه را با استفاده از يك كنتاكت

ماده اصلي كنتاكت، خاكستر فلزي تنگستن نقره است.

استفاده از مكان يزم ها ي عملكرد پ يشرفته، بطر ي ها ي كنترل آرك ، طراح ي به ينه، مواد كنتاكت ي مرغوب و

موتورهاي شارژ كننده با گشتاور فنر ي بالا موجب استقامت بالا ي مكا نيكي و الكتر يكي م يگردد. امروزه، كل ي دها از

مكانيزم ها ي كم ا ينرسي استفاده م يكنند كه موجب زمان قطع و وصل كمتر ي م يشود. عمر مكا نيكي و الكتر يك ي 2

تا 2,5 برابر كليدهاي اوليه است.

١١

– كليدهاي خلاء:

85 ني ز موجود م يباشد . در KV 36 موجود هستند اما در ژاپن كل ي دهاي خلاء تا KV كليدهاي خلاء تا ولتاژ

كليدهاي خلاء هنگام جدا شدن كنتاكتها، آرك ب ين كنتاكتها بوجود مي آي د. اي ن آرك، سطح كنتاكت را ذوب

ميكند و جار ي شدن جر يان را تا بخار شدن فلز در الكترود منفي يا مثبت ادامه ميدهد. پس از نزديك شدن جريان به

صفر طبيعي، كاتد ديگر ماده اي براي فراهم كردن سطح يونيزه ندارد و جاري شدن جريان متوقف ميشود.

هنگاميكه الكترود اصل ي دوباره كاتد م يشود، يونها جامد شده و د يگر يوني براي برقراري جريان و جود ندارد لذا در

كليد خلاء قطع جر يان هم يشه در اول ين جر يان صفر اتفاق م ي افتد . اي ن قطع بودن حالت گذراست و ه يچ ضربه

ولتاژي بر سيستم توز يع ايجاد نم يكند. فاصله كنتاكت ي لازم بدل يل استقامت د ي الكتر يك ي بالا ي خلاء ، بين يك

١٢

چهارم تا سه چهارم ا ينچ است . مكانيزم كم اينرسي در اين فاصله بوجود مي آيد. قطع جريانهاي خازني يا جريانهاي

با ضريب توان كم القايي با استفاده از كليد خلاء امكان پذير است.

در حال حاضر، طراح ي جد يدي در قطع كننده خلاء حاضر است كه در آن آرك از حالت انتشار به ح الت جمع

شونده با قرار دادن آرك د ر م يدان مغناط يس ي محور ي صورت م يگي رد. آرك رو ي سطح كنتاكت م يچرخد تا

گرمايش محل ي بوجود آ يد. با عبور جر يان از طر يق س يم پ يچهاي تنظ يم شده ا ين م يدان را ا يجاد م يكند، روش د يگر،

طراحي كنتاكت برا ي دادن مس ير جر يان لازم برا ي تو ليد م يدان است . اينها الكترودها ي م ي دان مغنا طيسي محو ي

دارد. 31.5  KA ناميده ميشوند. اين روش مزايايي را در جريانهاي بالاتر از

10 در هر م يكرو ثا نيه م يتوانند عمل كنند . زمان قطع ا ين KV در حال حاضر كل يدهاي خلاء تحت ولتاژ گذرا تا حد

0-3 است. min-co-3min-co كليدها كمتر از 2 سيكل است. فرمان عملكرد

:SF – كليدهاي 6

non- جدي دترين آنها نوع . non-puffer و نوع puffer وجود دارد- نوع دو فشاري، نوع SF سه نوع كليد 6

است كه در آن انرژي آرك فشار لازم براي قطع جريان را توليد ميكند. از فوايد اين نوع اين است كه نياز puffer

استفاده م يشود . SF دارد . در و لتاژ بالا تنها از كل ي دهاي 6 puffer به 20 % انرژي مورد ن ياز نسبت به كل ي د نوع

ديگر استفاده نميشوند. مهندسين به دنبال واسطه اي با خصوصيات بهتر air blast كليدهاي كم روغن يا كليدهاي

gap هستند اما هنوز نت يجه اي حاصل نشده است . از كل يد خلاء در ولتاژ بالا استفا ده نم يشود ز يرا تجه ي زات SF از 6

است و نياز به جابجا يي ز ياد كنتاكتها و مكان يزم عملكرد سنگ ين دارد و ن ي ز گرانتر از كل ي دهاي SF بيشتر از نوع 6

١٣

245 ، عمر ز ي اد و دسترس ي KV طراح ي ساده و فشرده، قطع منفرد تا ،SF خواهد بود . از مز اياي كل يدهاي 6 SF6

آسان به قسمتهاي مختلف مكانيزم عملكرد ميباشد.

SF مقايسه بين كليد خلاء و كليد 6

تا كنون تعداد بس يار ز يادي از كل يدهاي روغن ي در توز يع ولتاژ متوسط استفاده شده است . مضرات ز يادي در استفاده

از روغن به عنوان وسيله خاموش كردن در كل يدها وجود دارد . اشتعال پذ يري و هز ينه بالا ي نگهدار ي از معا ي ب آن

هستند. به هم ين د ليل تو ليدكنندگان و استفاده كنندگان تلاش خود را برا ي يافتن ماده د يگري بر اي خاموش كردن

پديد آمدند ولي بدليل مضرات ي كه داشتند ا ي ن نوع Magnetic air و Air blast متمركز كرده اند. كليدهاي

كليدها نيز نتوانستند بازار خوب ي را به خود اختصاص دهند . انواع جد يداين نوع قطع كننده ها سنگين و حج يم

برا ي خاموش كردن و د يگر ي با SF هستند. تحقيقات بيشتري انجام شد و دو نوع قطع كننده، يكي با واسطه 6

بر اي خاموش كردن بطور همزمان به وجود آمدند . اين دو نوع جد يد به زود ي جا يگزين انواع Vacuum واسطه

قديمي م ي گردند. در اين نوع قطع كننده ها نيز معايب كمي وجود دارد. يكي از بزرگترين مشكلات اين است كه

استفاده كننده كل يدها متما يل به كل يدهاي روغن ي قد يمي دارند. هر چند با گذر زمان ا ي ن تما ي ل كم شده و نوع

جديد قطع كننده ها در ب ين استفاده كنندگان جا افتاده و سرانجام به طور كامل جا يگزين كل يدهاي روغن ي خواهند

شد.

١۴

و خلاء و نگاه ي به ا ينكه كدام بر د يگري رجحان دارد صورت گرفته است . ابتدا هر SF مقايسه اي بين كل يد نوع 6

نوع را جداگانه بررسي كرده و سپس به مقايسه آنها مي پردازيم.

(VACUUM CIRCUIT BREAKERS) كليدهاي خلاء

در كل يد خلاء، قطع كننده خلاء بر اي عمل قطع و تول يد جر يان ها ي بار و خطا به كار م يرود. هنگامي كه كنتاكتها ي

قطع كننده جدا م يشوند، جر ياني كه با يد قطع شود، دشارژ جرقه بخار فلز آغاز گشته و از طريق پلاسما تا صفر شدن

جريان بعد ي جار ي م ي شود . سرانجام جرقه خاموش شده و بخار فلز ي هدا يتگر در ط ي چند م يكرو ثان ي ه رو ي

سطوح فلزي متراكم مي شود. در نتيجه استقامت دي الكتريكي در قطع كننده، بسيار سريع بالا مي رود.

خصوصيات ماده خلاء به طور عمده به ماده و شكل كنتاكت ها بستگ ي دارد. در ط ي زمان توسعه آنها ، مواد

كنتاكتي ز يادي مورد استفاده قرار گرفته است . اكنون پذ يرفته شده است كه آل ي اژ كروم -مس بدون اكس يژن

بهترين ماده براي كليدهاي فشار قو ي است . در اي ن آلي اژ كروم (oxygen free copper chromium alloy)

درميان مس بصورت دانه ها ي ر يز پخش م ي شود . اين ماده و يژگيهاي خوب ي در خاموش كردن جرقه را داشته و

تمايل كم ي بر اي جوش دادن كنتاكت و جر يان شكست كم ي را هنگام قطع ج ريان القا يي نشان م يدهد . استفاده از

اين ماده خاص، جريان شكست را به 4 تا 5 آمپر محدود مي كند.

10 جرقه خلاء بصورت تخل يه(دشارژ) پخش شده م يسوزد . در جر يانها ي بالاتر جرقه به KA در جر يان كمتر از

شكل مجتمع در محل آند تبد يل م يشود. جرقه جمع شده كه در يك مكان برا ي مدت طولا ني باق ي م ي ماند م يتواند

از نظر حرارت ي فشار ز يادي بر كنتاكتها وارد آورد تا دما يي كه د يونيزه شدن محوطه كنتاكت را در جر يان صفر م ي

١۵

تواند موجب شود . براي غلبه بر ا ين مشكل با يد ريشه جرقه از سطح كنتاكت جابجا شود .به منظور رس يدن به اي ن

هدف، يك م يدان مغناط يسي ايجاد م ي كنند كه عمود بر محور جرقه قرار دارد . اين م يدان شعاع ي منجر به چرخش

سريع ر يشه جرقه حول كنتاكت گشته كه موجب پخش يكنواخت گرما از رو ي سطح م يشود . كنتاكت ها در ا ي ن

نامي ده ميشوند كه به طور (radial magnetic field electrodes) نوع، الكترودهاي ميدان مغناطيس ي شعاع ي

عمده در كليدهاي خلاء در كاربردهاي فشار متوسط استفاده ميشوند.

طراحي جد يدي در قطع كننده ها ي خلاء نيز بوجود آمده است كه در آن سوئ يچينگ جرقه از حالت پراكنده به

حالت مجتمع با قرار دادن جرقه در محور م يدان مغناطيسي صورت ميگيرد. اين نوع م ي دان ميتواند با عبور ج ري ان

جرقه از م يان پ يچكي كه به طور مناسب در خارج بطر ي خلاء قرار گرفته است فراهم شود . همچن ين اي ن مي دان

ميتواند با طراح ي كنتاكت برا ي ايجاد مس ير كنتاكت ي لازم فراهم شود . اين نوع كنتاكتها، الكترودها ي محور ي م ي دان

31.5 ايجاد مي كند. KA مغناطيسي ناميده ميشوند. اين اصول، فوايد زيادي را حين جريان اتصال كوتاه تا بيش از

SF كليدهاي گازي 6

SF بعد از جدا شدن كنتاكتها از طر يق جرقه ا ي كه پلاسما ي آن شامل گاز د ي ونيزه شده 6 ،SF در كل يدهاي 6

است، جار ي شدن جر يان ادامه م ي يابد. سپس در ح ين سوختن، جرقه مواجه با جر يان ثابت ي از گاز كه گرم ا از آن

گسترش م ي يابد م يگردد. هنگامي كه گرما در جر يان نزو لي جار ي م ي شود، جرقه در جريان صفر خاموش ميشود .

ادامه يافتن جار ي شدن گاز سرانجام گپ كنتاكت را د ي ونيزه م يكند و استقامت د ي الكتر يك ي لازم را ب راي

جلوگيري از جرقه مجدد را فراهم مي كند.

١۶

مسير جار ي شدن گاز، به عنوان مثال هنگام ي كه مواز ي يا در عرض محور جرقه است، تاث ير ز يادي در بازده پروسه

قطع جرقه دارد . تحقيقات نشان داده است كه جار ي شدن گاز به طور محور ي مشكلات ي ايجاد م يكند كه موجب

شدت و تداوم تعامل بين گاز و پلاسما در زمان نزديك شدن جريان به صفر ميگردد.

جاري شدن عرض ي گاز خنك كننده جرقه به طور كل ي در عمل با عبور دادن جرقه در گاز ساكن بدست م ي آ ي د.

هرچند اين پروسه قطع كردن موجب بي ثباتي جرقه شده و موجب نوسانات زياد توانايي قطع سازي كليد گردد.

براي رسيدن به جريان محوري گاز نسبت به جرقه، تغييرات فشار بايد در طول آر ك بوجود آيد . اولين توليدات

استفاده ميكردند . در air-blast را در كليدهاي (two pressure principle) مبناي دو فشاري SF كليدهاي 6

اينجا مقدار مشخصي از گاز در فشار بالا نگهداري ميشود و به بطري جرقه وارد ميشود . دراين زمان، در دومين

طراحي توليد گاز فشار بالا و كمپرسور وابسته حذف شدند. در اينجا تغييرات فشاري در پيستون متصل به كنتاكتهاي

متحركي كه گاز را در سيلندر كوچك هنگام باز بودن كنتاكتها كمپرس ميكند ايجاد ميشود . عيب سيستم اين است

يك مكانيزم عمل كننده ارتباطي قدرتمند نياز دارد. puffer كه اين سيستم

هيچكدام از دو كلي د مزبور نميتوانند با كليدهاي روغني از نظر قيمت رقابت كنند . قسمت مهم قيمت در كليدهاي

مكانيزم عملكرد آن است، در نتيجه تلاش براي رسيدن به كاهش يا حذف اين فاكتور اضافي puffer

هزينه، صورت ميگيرد . اين تلاشها روي استفاده از انرژي آرك به تنهايي براي ايجاد مستقيم اختلاف فشار مورد نياز

متمركز شده است . اين تحقيقات منجر به توس عه كليد خود فشار شده است كه در آ ن فشار اضافي با استفاده از

انرژي آرك براي گرم كردن گاز تحت شرايط كنترل بكار ميرود.

١٧

در طي مراحل اوليه تو سعه، پيستون كمكي به مكانيزم قطع كننده اضافه شده تا اطمينان قط ع را در جريانهاي كوچك

مطمئن سازد . پيشرفت هاي بعدي در اين تكنولوژي اين نياز را حذف كرده و در طراحي هاي اخير مكانيزم عملكرد

تنها بايد انرژي لازم براي حركت كنتاكتها فراهم شود.

rotating-arc SF6 ) SF به موازات پيشرفت طراحي خود فشار، نتايج ديگري در آرك چرخشي كليد گازي 6

بدست آمد. در اين طراحي آرك در اثر گاز ساكن وادار به چرخش ميگردد . حركت (gas circuit breaker

cross flow ) مرتبط بين آرك و گاز ديگر محوري نيست بلكه شعاعي است يا به عبارتي مكانيزم گردش عرضي

است. انرژي لازم عمل كننده مورد نياز كليدها در اين نوع نز مينيمم ميباشد. (mechanism

و خلاء SF جدول 1- مشخصات تكنولوژي قطع كننده هاي جريان 6

SF كليدهاي 6 (VCB) كليد خلاء

كم است زيرا مكانيزم

تنها بايد جرم كمي

را در سرعت متوسط در

فاصله بسيار كوچكي را

حركت دهد.

كم است زيرا مكانيزم

تنها بايد جرم كمي

را در سرعت متوسط در

فاصله بسيار كوچكي را

حركت دهد.

ملزومات انرژي عملكرد

زياد بوده زيرا مكانيزم بايد

انرژي لازم براي كمپرس

كردن گاز را فراهم كند.

ملزومات انرژي

عملكرد

١٨

به علت ولتاژ خيلي كم روي بخار فلزي جرقه،

انرژي بسيار كم است(ولتاژ آرك بين 50 تا

100 ولت است.)به خاطر هدايت بالاي انرژي ، SF جرقه در گاز 6 آرك كم است  ولتاژ آرك بين 150 تا 200 ولت است.) انرژي جرقه بدليل انرژي خيلي كم آرك ،حركت سريع آرك روي كنتاكت و بدليل اين واقعيت كه بيشتر بخار فلزي روي كنتاكت دوباره متمركز ميشود، فرسايش كنتاكت بسيار كم است. به دليل انرژي كم،

فرسايش كنتاكت كم است. فرسايش كنتاكت هيچ وسيله اضافي خاموش

سازي مورد نياز نيست. خلاء در

10 بار يا كمتر از آن، – فشار 7 وسيله خاموش سازي ايده الاست. قطع كننده ها به صورت عمري تضمين ميشوند تا نظارت بر خلاء نيازي نباشد. خصوصيات دي الكتريك و خاموش SF گاز 6 سازي بسيار عالي را داراست. پس از خاموش شدن جرقه ، مولكولهاي گازي گسسته به طور را تشكيل دهد. SF كامل تركيب شده تا دوباره 6 اين به معني مصرف كم وسيله خاموش سازي است. فشار گاز به راحتي و به طور دائم قابل بررسي است. اين عملكرد در قطع كننده هايي كه به طور عمري تضمين شده اند نيازي نيست.وسايل اطفاي آرك هيچ وسيله خاموش سازي

براي خاموش كردن آرك خلاء مورد نياز نيست. ديونيزه شدن فشار ايجاد ميشود و بنابراين جريان گاز به مقدار فشار ايجاد ميشود و بنابراين جريان گاز مستقل از مقدار جريان است. جريانهاي بزرگ عملكرد سوئيچينگ در

رابطه با شكست جريان بسيار سريع گپ كنتاكت قطع تمام جريانها، چه بزرگ و چه

كوچك را مطمئن ميسازد.

جريانهاي گذراي با فركانس بالا ميتواند قطع شوند. مقدار

جريان شكست بوسيله ماده كنتاكتي استفاده شده معين

ميشود. وجود كروم در كنتاكت با خلاء نيز آلياژ ميشود.جريان قطع شده وابسته است.

جريانهاي زياد به شدت سرد ميشوند و جريانهاي كم به آرامي سرد

ميشوند. جريانهاي گذراي فركانس بالا در حالت كلي نميتواند قطع شوند.

ديونيزه شدن گپ كنتاكت بدليل خواص الكترونگاتيوي گاز و توليدات SF6 به سرعت پيش

ميرود. يا كم با همان شدت خنك

ميشوند. فقط مقادير كمي از جريان گذراي فركانس بالا،

اگر وجود داشته باشد ميتواند قطع شود. ديونيزه شدن

گپ كنتاكت به سرعت پيش ميرود، بدليل خواص

و SF الكترونگاتيوي گاز 6 توليدي آرك

10–50 تعداد عملكرد اتصال كوتاه 10–50 30–100

5000–10000 تعداد عملكرد در بار كامل 5000–10000 10000–20000

5000–20000 تعداد عملكرد مكانيزم 5000–20000 10000–30000

٢٠

كه به محدوده تعداد عمل قطع كنندگي خود رسيده باشند را ميتوان پياده سازي SF قطع كننده هاي كليدهاي 6

كرد و بصورت شرايط جديدي بازسازي كرد . اما تجربه عملي نشان ميدهد كه تحت شرايط سرويس عادي، قطع

هرگز احتياج به تعميرات ندارند ، به همين دليل سازندگان لوازم جانبي براي تعميرات را ارائه SF كننده هاي 6

نميدهند. در عوض آن را همانند كليدهاي خلاء به صورت ضمانت دائمي طراحي ميكنند.

مكانيزم عملياتي همه انواع كليدها احتياج به تعميرات دارند و برخي بيشتر از برخي ديگر به دليل انرژي كه بايد

تامين كنند نياز به تعميرات دارند . براي كليدهاي خلاء فاصله بين سرويس دادن بين 10000 تا 20000 عمليات

كه مكا نيزم آن انرژي بيشتري را بايد جابجا كند ، 5000 و غير آن 20000 puffer از نوع SF است. براي نوع 6

عمليات است.

تعميرات لازم كليد به عنوان وظيفه آن يعني تعداد عمليات ها در يك بازه زماني و مقدار جريان هاي قطع شده

كه SF بستگي دارد . بر اساس تعداد عملياتهايي كه در بخش قبل صحبت شد واضح است كه كليدهاي خلاء و 6

براي مصارف عمومي و صنعتي به كار ميروند تحت شرايط عادي به حد مقدار جريان قطعي نميرسند، بنابراين

احتياج به تعمير و يا تعويض قطع كننده يك استثنا بوده و از اين جهت كليدها بي نياز از مراقبت هستند.

تعميرات و نگهداري، بر اين اساس محدود به تميز نگه داشتن س طوح و بازرسي و روغنكاري مكانيزم از جمله

و سويچ هاي جانبي است. (trip-linkage) اتصالات پرش

٢١

بهتر است كه از مدل (arc furnace) در مواردي كه احتيلج به عمليات با تعداد زياد ميباشد مانند ديگ قوس

استفاده شود كه در اين حالت توصيه ميشود كه برآوردي از هزينه تعميرات و نگهداري كليد ارائه گردد. SF6

قابليت اطمينان:

time to ) قابليت اطمينان يك قطعه با زمان ميانگين كاركرد تا خرابي و يا ميانگين بازه هاي زماني بين خرابي

تعريف ميشود . (failure(MTF)

و خلاء هر دو از يك فناوري استفاده ميكنند و بنابر اين از اين جهت يكسانند . SF امروزه كليدها (دژنكتورهاي) 6

قسمتهاي متحرك بيشتر از SF اما در ارتباط ب ا قطع كننده هاي آن اختلاف فاحشي وجود دارد . در كليدهاي 6

كليدهاي خلاء مي باشد.

اما مقايسه قابليت اطمينان اين دو فناوري بر اساس تعداد اجزا از لحاظ طرح، جنس و عملكرد به دليل واسطه هاي

متفاوت كاملا متفاوت است . قابليت اطمينان به عوامل بسياري از جمله اندازه، طرح، مواد مصرفي، روش ساخت،

آزمايشها و روند كنترل كيفيت كه به سادگي قابل بررسي هستند، بستگي دارد.

در اين حال تجربه سرويس كافي براي هر دو نوع وجود دارد كه بتوان يك مقايسه عملي در اين مورد انجام داد.

مروري بر داده هاي موجود سرعتها اين امر را تائيد ميكند كه تفاوت قابل تشخيصي د ر قابليت اطمينان بين اين دو

نوع كليد وجود ندارد و اينكه هر دو فناوري قابليت اطمينان بالايي تحت شرايط عادي و غير عادي از خود نشان

ميدهند.

٢٢

قطع جريانهاي خطا:

بر روي تمام كليدهاي طراحي شده (IEC امروزه آزمايشات نوعي ب ر اساس استاندارهاي ملي و بين المل لي ( 56

توسط سازندگان نامي انجام ميگيرد . اين موجب تضمين قطع هر گونه جريان خطاي تا ماكزيمم مقدار مجاز برا ي

بزرگ هستند، اين گونه جريانها DC آن كليد ميشود . همچنين هر دو نوع كليد قادر به قطع جريانهايي با مولفه

هنگامي پديد مي آيند كه اتصال كوتاه در اطراف ژنراتور پديد آيد . آزمايشهاي مربوطه نشان داده اند كه انواع

بزرگتر از 100 درصد را دارا DC خاصي از كليدهاي از هر دو نوع كليد قابليت قطع جريانهاي خطا با مولفه

هستند. هنگامي كه چنين كاربردي مورد نظر اس ت براي داشتن نظرات كارشناسانه توصيه ميگردد با سازنده مشورت

شود.

كه بعد از قطع يك جريان خطا پديد مي آيد كليدهاي خلاء (recovery voltage) در ارتباط با ولتاژ بازگشت

SF 5 را تحمل كنند در صورتيكه نوع 6 KV تا ماكزيمم RRV معمولا ميتوانند مقدار ولتاژهايي با مقادير

2 ميباشد .در كاربردها مثلا نصب محدود كننده هاي جريان ( KV 1 تا KV محدودتر بوده و اين مقدار بين

توصيه ميشود كه آهنگ افزايش ولتاژ بازگشت گذرا كنترل شود. (current limiting choke

٢٣

قطع جريانهاي القايي كوچك:

عبارت جريان القايي اينجا به معني آن جريانهاي كوچكي است كه تقري ب ا به طور خاص القايي هستند، مانند

ترانسفورماتورهاي بدون بار، در هنگام استارت موتورها يا موتور در حال كار بدون بار يا سيم پيچهاي راكتور پديد

مي آيند . در بحث قطع اين نوع جريانها توسط كليد مهم است كه پديده گذراي فشار قوي و فشار متوسط را تميز

دهيم. اين پديده ها گذراي فشار متوسط علاوه بر بقيه عوامل ، نتيجه قطع جريان قبل از رسيدن به صفر طبيعي آن

ميباشد.

تمام كليدها وقتي جريانهايي به اندازه چند صد آمپر ، به دليل عدم تعادل در آرك از آانها ميگذرد، ميتوانند به

سرعت جريان را قطع كنند، قبل از آنكه به صفر برسند . اين پديده به عنوان “قطع جريان واقعي ” شناخته ميشود .

هنگام رخ دادن اين پديده انرژي ذخيره شده در القاگرها ي سمت بار از طريق خازنهاي خط به زمين سيستم (

خازنهاي سيم پيچها و كابل ها) نوسان كرده و باعث افزايش ولتاژ ميگردد.

دامنه افزايش ولتاژ تابعي از مقدار جريان قطع شده ميباشد، هر چه جريان قطع شده كمتر باشد، دامنه ولتاژ اضافي نيز

كمتر است . علاوه بر نوع كليد، پارامترهاي سيستم هنگام نصب، فاكتورهايي در تعيين حداكثر جريان قطعي هستند .

به خصوص ظرفيت موازي سيستم با كليد حائز اهميت است.

در اصل با نوع كليد مشخص ميشوند . مقدار جريان قطعي از 0.5 تا 15 آمپر ميباشد SF جريان قطعي كليدهاي 6

با جريان قطعي كمتر از 3 آمپر به خصوص مطلوب ميباشد. (self-pressuring) كه رفتار كليدهاي خودفشار

است. SF اين قطع “نرم” مربوط به خصوصيات خاص طراحي خودفشار و خواص 6

٢۴

در سالهاي اوليه طراحي كليدهاي خلاء، قطع جريانهاي كوچك القايي به دليل مواد مورد استفاده در اتصالات (

مشكلاتي ايجاد مي كرد . استفاده از اتصالات كروم -مس جريان قطعي را به 2 تا 5 آمپر رساند . امكان (contact

افزايش ولتاژ غير مجاز به دليل جريان قطعي به مقادير قابل اغماض كاهش يافته است.

جريانهاي گذراي با فركانس بالا به دليل جرقه زني يا دوباره جرقه زني در فاصله اتصال باز پديد مي آيند.

اگر در حين عمليات باز شدن، ولتاژ صعودي بين اتصالات بازشونده از قدرت دي الكتريك بين آنها بيشتر شود

دوباره جرقه زني ات فاق مي افتد . جريان گذراي با فركانس بالاي توليد شده ميتواند جريان صفرهاي با فركانس بالا

توليد كند و باعث قطع مجدد توسط كليد شود.

با كليدهايي كه توانايي قطع جر يانهاي زودگذر با فركانس بالا را دارند دوباره جرقه زدن باعث پد يده قطع جر ي ان

مجازي م يگردد. اين پد يده زما ني رخ م يدهد كه يك دوباره جرقه زن ي در فاز ي كه در حال اصلاح است جر ي ان

گذراي با فركانس بالا يي را در فازها ي د يگر كه دارا ي فركانس جر ي ان سرو يس هستند القا كند . اي ن ترك ي ب

تناوبات در جر يان بار يك جر يان ظاهر ي صفر را ا يجاد م يكند و كل يد جر يان را قطع م يكند.گرچه مقد ار جر ي ان بار

ممكن است بس يار بالا باشد ا ين پد يده قطع جر يان مجاز ي نام دارد و منجر به قطع جر يانهايي بس يار بالاتر از مقاد يري

كه خود كليد در شرايط عادي قطع ميكند، مي شود. از نتايج قطع جريان مجازي، اضافه ولتاژهاي بسيار بالاست.

از نظر كاربردي SF جدول 2-مقايسه تكنولوژي كليدهاي خلاء و 6

معيار SF كليد 6 (VCB) كليد خلاء

٢۵

30 تا 100 برابر جريان اتصال كوتاه

نامي

10 تا 15 برابر جريان اتصال كوتاه ناميجريان انباشته

5000 بار ظرفيت قطع كنندگي جريان كليد – 10000-20000 بار 10000

عمر عملكرد مكانيكي o-c 5000-20000 بار عمل o-c 10000-30000 بار عمل

تعداد عملكرد قبل از تعمير o-c 5000-20000 بار عمل o-c 10000-30000 بار عمل

5 سال زمان بين دو مكانيزم سرويس – 5-10 سال 10

هزينه خدمات پايين، هزينه مواد بالا

هزينه خدمات بالا، هزينه مواد پايين مبلغ نگهداري

بالا بالا قابليت اطمينان

بسيار بالا بالا استقامت دي الكتريك فاصله

بين دو كنتاكت

آزمايشات گسترده نشان م ي دهد كه كل يدهاي خود فشار به دل ي ل خواص خود مزا ي اي فراوان ي در كنترل پد ي ده

و نوع خلاء دارند. SF گذراي با فركانس بالا نسبت به كليدهاي پخش كننده 6

٢۶

در سالهاي اخير در زمينه خصوصيات كليدهاي خلاء در ارتباط با پديده هاي دوباره جرقه زني و قطع جريان مجازي

تحقيقات گسترده ا ي صورت گرفته است . اين تحق يقات نشان م يدهد كه كل ي دهاي خلاء دوباره جرقه زن ي ها يي

شديدتر و بنابرا ين اضافه ولتاژها يي شد يدتر از د يگر انواع كل يدها ايجاد م ي كنند . به هر حال ا ين حالت در م واردي

خاص از سوئ يچينگ مثل قطع موتورها هنگام استارت و آن هم با احتمال پا يين پ يش م ي آ يند. اضافه ولتاژها ي پد ي د

metal oxide ) آمده در اين موقعيت ها را ميتوان به مقادير امن به كمك رفع كننده هاي بار اضافي اكسيد فلزات

رساند. (surge diverter

جدول 3- در ارتباط با كاربردهاي كليدزني

معيار SF كليد 6 (VCB) كليد خلاء

بالا DC مطلوب مطلوب قطع جريان اتصال كوتاه با مولفه

بسيار مطلوب در شرايط معين

در هر RRV>1-2 KV)

ميلي ثانيه) مطلوب است.

قطع جريان اتصال كوتاه با ولتاژ

(High RRV) بازگشت بالا

مطلوب مطلوب قطع ترانسفورماتورها

مطلوب، مراحلي بايد براي جلوگيري از

اضافه ولتاژ هنگام شكست جريان براي

مطلوب قطع راكتورها

٢٧

جريان كمتر از 600 آمپر اعمال شود.

مطلوب( بدن دوباره جرقه زني) مطلوب( بذون دوباره جرقه زني) قطع خازنها

مطلوب ، در بعضي موارد راكتورهاي

محدود كننده جريان، براي محدود كردن

جريان هجومي لازم است.

مطلوب ، در بعضي موارد

راكتورهاي محدود كننده جريان،

براي محدود كردن جريان

هجومي لازم است.

قطع خازنهاي

back to back

مطلوب، مراحلي بايد براي جلوگيري

از اضافه ولتاژ اعمال شود.

مناسب براي عملكرد مطلوب قطع ديگ جرقه

مدرنيزه كردن كليدهاي قطع كننده روشي براي افزايش عمر وسايل كليدزني

بسياري از شركتها و تجه يزات صنعت ي عمر 20 تا 30 سال پخش تجه يزات الكتر يك ي را دارند كه به انتها ي

عمر مف يد آنها نزد يك است . اداره موفق مدرن يزه كردن وسا يل اتصال ي ي ا پروسه گسترش عمر، راه ي بر اي

ماكزيمم كردن قاب ليت اطم ينان و كاركرد درست در ح ين م ينيمم كردن ق يمتهاست. براي صورت گرفتن ا ي ن،

ارزيابي كامل س يستم هم بصورت تكن يكي و هم اقتصاد ي با يستي صورت پذ يرد. اين ارزش يابي پ يچي ده امكان

٢٨

گستره وس يعي بر اي جا يگزيني تجه يزات موجود با تجه يزات جد يد را برا ي ادامه نگهدار ي عمر تجه ي زات تا

هنگاميكه خرابي رخ دهد فراهم ميكند.

انتخاب روش بهينه بر اساس ارزيابي فاكتورهاي زير است:

– تجهيزات يدكي؛ آيا تجهيزات يدكي درست موجود است؟ و اگر هست براي چه مدت و چه قيمتي؟

– قابليت اطم ينان؛ چه مقدار وسا يل اتصال ي بدتر شده و اكنون چه مدت م يتوانند عمل كنند؟ آ ي ا

حفاظت رله اي هنوز كافي است؟ آيا سيستم ميتواند اطمينان لازم را دوباره تعديل كند؟

– نگهداري پذيري؛ آيا تجربه پرسنلي كافي براي انجام نگهداري تجهيزات كهنه وجود دارد؟

باشند. آي ا آموزش خاص PCB يا asbest – سلامت و محيط؛ تجهيزات قديمي ممكن است شامل

براي نگهداري، نصب و دسترس پذيري اكنون موجود است؟

– تغييرات س يستم و تبد يل به سوئ يچينگ جد يد؛ تكنولوژ ي نيازهاي جد يد تجه يزاتي را به صورت بار و

ظرفيت قطع ساز ي م يتواند ايجاد كند . همچنين، تكنولوژ ي جد يدتر در كاربردهاي خاص سوئ يچينگ

عملكرد بهتري دارند. آيا تجهيزات موجود تغييرات را تحمل ميكنند؟

– هزينه كل ي؛هزينه كل ي شامل نگهدار ي س يستم بر اساس مدرن يزه شدن يا برنامه ها ي جا يگزيني چقدر

است؟

٢٩

ارزشيابي وسائل

ارزيابي او ليه با يستي رو ي اجزا وسائل مانند كابل، باس بار و عا يق سازي باشد .( ارزي ابي بعد ي تجهي زات كه

جايگزين يا مدرنيزه مي شوند، مانند كليدهاي خلاء و رله هاي حفاظتي، بعداً انجام ميگيرد.)

ارزيابي شامل:

– بررسي كامل وسائل و سلولهاي موجود

– بررسي باس و كابل ها ( شامل فاصله ها ي اضاف ي، بررس ي اتصالات و ا يجاد گشتاور مجدد برا ي

مقادير توصيه شده)

– بررسي عايق سازي از نظر گرمايش، بريدگي يا ترك خوردگي

– بررسي به هم پيوستگي المان ها

– چك كردن و كاليبره كردن رله هاي حفاظتي موجود

در بيشتر موارد اين ارزيابي به اين نتيجه ميرسد كه وسايل موجود 25 تا 30 سال ديگر ميتوانند عمر كنند.

مدرنيزه شدن كليدهاي قطع كننده

فاز دوم ارز يابي، ارز يابي قطع كننده ها است . به عنوان وسائل اصل ي عمل كننده در تجه يزات نياز به آنال يز

گسترده است . بيشتر كل يدهاي كهنه از نوع مغناط يس هو ايي يا نوع روغن ي است و تعداد كم ي مربوط به

است. SF تكنولوژي قديمي خلاء يا 6

سه قسمت اصلي در مدرنيزه كردن كليدها فرض ميشود: نگهداري، نصب، سوارسازي/تعويض

٣٠

بر طبق SF نگهداري_ نگهدار ي كل يدهاي مغناط يس هو ايي و كل يدهاي م ين يمم روغن و /ي ا كل ي دها 6

برنامه نگهدار ي اصل ي سازندگان با يد صورت گ يرد، كه شامل تست و جا يگزيني قسمتها يي بر اساس

قسمت بند ي مشخصات اصل ي است . نگهداري روت ين شامل تست الكتر يكي، حذف كردن و چك كردن

خرابي ممكن است بوس يله استفاده از حلال ها و ) puffer آرك و عملكرد تست د يافراگم ها ي لاست يكي

پاك كننده ها بوجود آ يد.) . موتورها، رله ها و س يم پ يچ ها چك شده اند و مكان يزم پاك شده و روغ ن ي

كاري شده است (با روغن توص يه شده توسط سازنده ) قسمتها ي مع ي وب جا يگزين شده اند . نگهدار ي

SF كليدهاي كم روغن شا مل مراحل اضاف ي جا يگزيني روغن واسطه قطع و وصل م يباشد . كلي دهاي 6

مضافا نياز به چك كردن فشار قطع اطلاع دهنده و كنتاكت ها ي تر ي پ و حذف و ذخ ي ره گاز با واحد

جابجايي گاز صورت ميگيرد.

پياده و سوار ساز ي/ تعويض_در بس ياري از كل يدهاي قد يمي تر از 10 سال، مكانيزم جايگزيني كامل

يا قسمتها يي از آن د يگر موجود ن يست. موارد د يگر با يد مانند جا يگزيني قسمتها ي موجود با قسمتها ي

استفاده شده يا بالعكس فرض شود.

پياده ساز ي كل يدها و تعو يض آنها در سرو يس سازنده ها انجام م يشود. كليد بسته بند ي شده و قسمتها ي

اصلي آن بر طبق مشخصات سازنده چك م يشود. قسمتهايي كه خارج از سطح تولرانس ي هستند جا يگزين

ميشوند تا مشابهت بيشتري را با استاندارد اصلي كليد ايجاد كند.

٣١

پياده ساز ي و سوار كردن كل يد ممكن است شامل تعو يض شود . جايگزيني قسمتها ي موجود ( مانند بطر ي

هاي قطع كننده و يا مكانيزم عمل كننده جديد) روي فريم موجود كليد. از آنجا كه تبد يل تغيي ر طراح ي

روي واحد بايستي انجام گيرد. ANSI است، تستهاي كامل

قطع جريان در خلاء:

كليد خلا ء نيازي به واسطه هاي عايق سازي و قطع كنندگي ندارد . در واقع، قطع كننده شامل مواد يونيزه شونده

نيست. در هر مورد، در جداسازي كنتاكتها، آرك بخار ي فلزي بصورت گدازه اي از مواد بخار شده كنتاكت،

توليد ميشود . بخار فلزي با انرژي خارجي تا زمانيكه جريان به صفر طبيعي برسد، ادامه مي يابد . در اين لحظه، كاهش

سريع چگالي بار حامل و اجتماع سريع بخار فلزي، منجر به بازيابي سريع خواص دي الكتريكي ميشود . لذا قطع

كننده خلاء، ظرفيت عايق سازي و مقاومت در برابر ولتاژ گذراي بازگشتي را باز يافته و آرك را خاموش ميكند.

از آنجائيكه قدرت بالاي دي الكتريكي در خلاء قابل دستيابي است، حتي در فواصل كم، قطع مدار هنگام

جداسازي كنتاكتها در چند ميلي ثانيه قبل از عبور از جريان صفر طبيعي ، تضمين شده است. طراحي خاص كنتاكت

و مواد استفاده شده و همچنين مدت محدود عملكرد و ولتاژ كم آرك موجب كاهش اجزاي كنتاكت و عمر

طولاني آن ميگردد. بعلاوه، خلاء از اكسيد شدن و آلودگي جلوگيري ميكند.

تعميرات و نگهداري :

تعميرات مورد نياز كليدهاي خلاء عبارت است از:

٣٢

روغنكاري قسمتهاي متحرك كليد پس از هر 10000 بار قطع و وصل معادل هر 10 سال يكبار

كه قطعه اصلي كليد ميباشد پس از 30000 (Vacuum Interrupter) تعويض كپسول يا بطري خلا ء

بار قطع و وصل، كه جايگزيني آن به سهولت تعويض يك دستگاه فيوز فشار متوسط در تابلو ميباشد.

موارد قابل توجه عبارتند از:

– بازرسي و كنترل روغن در دنكتورهاي كم روغن هر چند ماه يكبار از نظر سطح روغن، پل ها

– تست روغن از نظر عايقي

SF در پل هاي دژنكتور 6 SF – بازرسي فشار گاز 6

– تعويض خود پل يا حتي گاهي تعويض دژنكتور در مورد آسيب ديدگي در اثر اتصال كوتاه

قابليت اطمينان :

يكي از اصلي ترين وظيفه كليدها حفاظت تجهيزات الكتريكي در تاسيسات مختلف در مقابل جريانهاي

اتصال كوتاه يا جريانهاي زياد غير نرمال ميباشد كه به طور خلاصه عبارتند از:

– اتصال كوتاه سه فاز

– اتصال كوتاه دو فاز به هم

– اتصال كوتاه دو فاز به هم و به زمين

– اتصال كوتاه يك فاز به زمين

– اتصال كوتاه زمين دوبل

٣٣

به Vacuum و SF جدول زير بيانگر مقايسه تعداد قطعات متحركي است كه در كليدهاي كم روغن، 6

SF كار رفته و بيانگر اين واقعيت است كه تعداد قطعات متحرك در كليدهاي خلاء به مراتب كمتر از 6

و كم روغن بوده و در نتيجه آمار خرابي اين نوع كليدها خيلي كمتر از كليدهاي نوع ديگر ميباشد.

خلاء نوع كليد SF كم روغن 6

22 تعداد قطعات هر قطب 52 43

9 تعداد قطعات متحرك هر قطب 24 18

2 قطعات قطب در بطري جرقه 24 17

سازگاري با شرايط محيط:

كليدهاي خلاء فشار متوسط در محيط هايي با شرايط زير داراي كارايي بالايي ميباشند و هيچگونه

جريان ندارند: Rating مشكلي از نظر

– رطوبت نسبي در 24 ساعت % 95

45 كليدهاي خلاء حتي بيشتر از جريان نامي شان ºc – طبق منحني مشخصه جريان دما در دماهاي

تحمل عبور جريان را دارا ميباشند.

موارد فوق بيانگر اين مساله است كه كليدهاي خلاء سازگاري كامل با شرايط محيطي را دارا ميباشند.

٣۴

تعداد قطع و وصل كليد در پريود زماني مشخص:

– تا 10000 بار قطع و وصل كليد هيچ گونه احتياجي به روغن كاري ندارد.

– تا 10000 بار قطع و وصل كليد هيچ گونه احتياجي به تنظيم مجدد ندارد.

– تعويض كپسول يا بطري خلا ء كه قسمت اصلي و حياتي كليدهاي خلاء ميباشند بعد از هر 30000 بار

قطع و وصل بايد تعويض گردد كه به سادگي قابل انجام است.

رقم فوق پس از 2000 بار قطع و وصل در جريان نامي است و SF – در صورتيكه در مورد كليدهاي 6

بايد كنتاكتها عوض شود كه خود مستلزم زمان 2 الي 3 روز كاري ميباشد.

Application Type of circuit breaker

Vacuum circuit

breaker

SF6 breaker

With

self-quenching

system

oil circuit

breaker

switching

Unloaded transformers ٭٭ ٭ ٭٭٭

Unloaded cables and overhead lines ٭ ٭٭ ٭٭٭

Motors ٭٭ ٭٭ ٭٭

Capacitors out ٭ ٭٭٭ ٭٭٭

٣۵

Capacitors and paralleling them ٭ ٭٭ ٭٭٭

Single-phase traction system ٭ ٭٭ ٭٭٭

Arc furnaces ٭ ٭٭ ٭٭٭

Maintenance required with medium ٭٭ ٭ ٭٭٭

switching frequency (less than 200

operations per year)

Mailtanance required with high ٭ ٭٭ ٭٭٭

switching frequency (more than 200

operations per year)

٭ : Less suitable

٭٭ : Well suitable

٭٭٭ : Very suitable

آزمونهاي زماني كليدها؛ ابزاري قدرتمند براي رفع اشكال كليدهاي معيوب

يك شبكه قدرت نياز به تعويض مداوم پيكر بندي مدارهايش دارد كه اين مستلزم وارد يا خارج كردن قسمتهاي

متفاوت در زمانهاي متفاوت است . قطع كننده هاي مدارهاي قدرت ( كه امكان وارد يا خارج كردن يك بخش از

1000 به بالا ميباشند. V تجهيزات را ايجاد ميكند) شامل ساختاري براي قطع و وصل مدارهايي با ولناژ نامي

قطع كننده مدار اصلي عبارتند از:

٣۶

– سوئيچ قطع

مورد استفاده اصلي آن براي جدا كردن يك بخش از مدار براي تعميرات است . سوئيچ قطع توانايي قطع جريان را

ندارد و عمليات آن بايد بدون هيچگونه جرياني در مدار صورت گيرد . يك و سيله مطمئني است كه معمولاً يك

كنتاكت قطع قابل ديد دارد كه ميتواند در حالت باز قفل شود.

– قطع كننده

اين سوئيچ براي باز يا بسته كردن مدار يا قطع جريانهاي نامي طراحي شده، سريعتر از سوئيچ قطع عمل ميكنند و

توانايي اخلال جريان را داراست.

– دژنكتور

دژنكتور مانند قطع كننده ميباشد . علاوه بر آن توانايي قطع جريان اتصال كوتاه را نيز دارد . دژنكتور وسيله مطلق

براي محافظت مدار ميباشد.

و دوباره در مكان نصب هم تست (Routine Testing) هر دژنكتور در كارخانه آزمايش ميشود

و به طور متناوب تا پايان عمرش مورد آزمايش قرار ميگيرد. اين آزمايش براي (commisioning test) ميشود

تشخيص وضعيت واقعي دژنكتور قبل از راه اندازي ، داشتن نقطه شروعي براي دنبال كردن تكامل كليد

ميباشد.يكي از مهمترين آزمايشها آزمايش دقت زماني كليد است كه شامل:

– اندازه گيري دقيق لحظه اي كه اتصالها تغيير موقعيت ميدهند.

– بررسي اختلاف كنتاكتها

٣٧

– بررسي حركت و سرعت كنتاكتها

مقادير اندازه گيري شده با حدود مج از تولرانس ها مقايسه ميشوند . در اغلب موارد مقادير بدست آمده از

آزمايشهاي محل نصب به عنوان مقادير مرجع به كار ميروند . هرگونه انحراف از اين مقادير با آناليز درست تعيين

ميكند كه چه عكس العملي بايد اتخاذ شود.

اما قبل از بررسي دقيقتر آزمايشهاي زماني بهتر است كه اول دژنكتور را بشناسيم.

(Circuit Breaker) كليد قطع كننده

دژنكتور از مهمترين و پيچيده ترين نوع تجهيزات قطع كننده مدارهاي قدرت است كه به دليل توانايي مهم در قطع

جريانهاي بزرگ اتصال كوتاه بعد از نقش عاديش در هدايت، جداسازي و قطع جريانهاي نامي است.

اجزاي مدار قدرتي دژنكتور جائي است كه جريان اصلي وارد يا قطع ميشود و شامل:

(Arcing Chamber) – اتاقك قوس

اتاقك قوس يك حجم بسته شامل يك اتصال ثابت، يك اتصال متحرك و يك محيط قطع كننده است . هنگاميكه

كنتاكت متحرك و ثابت به هم وصل شوند جريان برقرار شده و هنگاميكه از هم جد ا شوند، جريان قطع ميگردد .

هنگاميكه اتصالات از هم جدا ميشوند جرقه زده ميشود . وسيله قطع كننده موظف به خاموش كردن جرقه و

بين دو اتصال باز است. (Isolation) جداسازي

براي ولتاژهاي بالا چندين اتاقك با هم سري ميشوند كه در اين حالت يك خازن مدرج با هر اتاقك موازي شد ه

تا ولتاژ دو سر اتصالات را هنگام جدايي متعادل كند.

٣٨

(Insertion Resistor) – مقاومت جاگذاري

تغييرات ناگهاني خصوصيات مدار هنگام عملكرد دژنكتور اتفاق مي افتد . ضربه هاي ولتاژ پيك كه مقدار آن با

خصوصيات مدار مشخص ميشود، توليد ميشوند . اين ضربه ها ممكن است كه به م قادير بالايي برسند كه بايد كاهش

داده شوند. يك روش شناخته شده بستن و باز كردن مدار در دو يا سه مرحله بر روي مقاومتها است.

هنگام باز شدن : مقدار ضربه ولتاژ معمولا در سطوح قابل قبول است، هنگاميكه جريان نامي يا جريانهاي اتصال

كوتاه را قطع ميكنيم ولي در زمان قطع جريانهاي خازني يا القايي كوچك مقادير آن به طرز خطرناكي بالا ميرود.

هنگام بسته شدن : انرژي دادن ناگهاني به مدار هميشه پاسخهاي ولتاژ در سطوح متوسط توليد ميكند به استثناي بستن

و دوباره بستن بر روي خطوط بلند بدون بار كه پاسخهاي ولتاژ به عنوان تابعي از طول خط، لحظه بسته و دوباره بسته

شدن و عدم هماهنگي سه قطب ميتواند به مقادير بسيار زيادي برسد.

يك مقاومت با مقدار از پيش تعيين شده به طور سري با يك اتصال اضافي بسته ميشود و هر دو بطور موازي با

اتاقك قوس بسته ميشوند.

كليد اضافي طوري برنامه ريزي شده كه چند ميلي ثانيه قبل از اتصالات اصلي در هنگام بسته شدن بسته شود و چند

ميلي ثانيه هنگام باز شدن بعد از اتصالات اصلي باز شود. اين تاخير برنامه ريزي شده، زمان جاگذاري ناميده ميشود.

٣٩

مكانيزم عملكرد

جايي است كه انرژي لازم براي جدا كردن اتصالات و اطفاء قوس توليد ميشود . اين مكانيزم شامل وسائلي به نام

انباره هاي انرژي براي ذخيره انرژي مورد نياز است . نمونه هايي از اين انباره ها، فنرها، سيلندرهاي شارژ شده با

.(nitrogen-charged cylinder ) نيتروژن

رايج ترين مكانيزم هاي عمل در دژنكتورها: عملكرد فني، عملكرد هيدروليكي و عملكرد پنيوماتيكي

۴٠

كنترل

فرمان عملكرد در بخش كنترل توسط پاسخ الكتريكي به مدت يك كسر ثانيه داده ميشود . اين زمان درفرايند

مكانيزم منجر به عملكرد كامل دژنكتور شده كه توانايي قطع جريان اتصال كوتاه را دارد.

كنترل شامل قسمتهاي زير ميباشد:

– سيمپيچهاي بستن و باز كردن

– سيستم كنترل رله اي

– فشارگرها و كليدهاي فشاري

– سيستم هشدار و نظارت

– منبسط كردن دوباره سيستم براي بازگرداندن انرژي داده شده در هنگام عمليات

خصوصيات عملكرد

دژنكتور داراي خصوصيات عملكرد مخصوصي است . معمولاً براي مدت هاي طولاني باز يا بسته است و در

موقعيت هاي خاص، موقعيتش تع ويض ميشود و به ندرت جريانهاي اتصال كوتاه را حس ميكند . بايد قابليت تغيير

وضعيت را بعد از دوره هاي طولاني عدم فعاليت داشته باشد.

۴١

عملكرد صحيح : كنترل دژنكتور بايد انجام صحيح بسته شدن را با هر مقدار جريان بسته شدن تضمين كند و

همچنين قطع در لحظه مورد نظر به وسيل ه آزاد كردن به طريق مكانيكي يا به وسيله يك رله انرژي ذخيره شده در

انباره ها را مطمئن سازد.

اين انرژي با ني روهاي هنگام بستن يا باز كردن مدار اعم از تحت بار يا بدن بار و يا حتي نيروهاي قويتر هنگام اتصال

كوتاه مدار مقابله كند. اين به اين معني است كه انرژي اضافي بايد بوسيله يك سيستم ميراساز مناسب كاهش داد.

چرخه هاي عملكرد

دژنكتور بايد توانايي اجرايي چرخه هاي عملياتي متفاوت را داشته و بتواند جريانهاي اتصال كو تاه را در كمترين

زمان قطع كند، و هر چه سريعترصورت گيرد براي شبكه بهتر است.

پيشرفتهاي جديد زمان پاسخگويي را از 5 تا 3 سيكل به 2 سيكل رسانده استو در حال حاضر انتظار ميرود كه به

مقدار 1 سيكل برسد. عمليات بايد قابل اطمينان، كاملاً درست و به سادگي قابل اجرا باشد.

انواع دژنكتورها

وظيفه دژنكتور قطع جريانهاي القايي و خازني ضعيف تا جريانهاي اتصال كوتاه شديد ميباشد كه نتيجه آن اطفاء

قوس ميباشد . پس مساله اساسي مساله قوس است . مسئله ديگر ضربه هاي ولتاژ بالا است كه اين مربوط به

خصوصيات مدار نصب شده ميباشد .يكي از عوامل بزرگ موثر در ظرفيت دژنكتور وسيله قطع كننده است كه طرح

interrupting ) و نحوه عملكرد آن را تغيير ميدهد. بر اساس اين اصل دژنكتورها بر اساس وسيله قطع كننده شان

طبقه بندي ميشوند. (medium

۴٢

وسيله قطع كننده : تعداد چشمگيري از مواد، كيفيت قابل قبولي را براي وسيله قطع دارند . اما سازندگان دژنكتورها

سه مورد از آنها را ترجيح ميدهند كه اين به دليل خواص عايق سازي و قطع سازي عا لي اين مواد است كه منجر به

كارايي بالا و طراحي اقتصادي ميگردد. اين مواد از اين قرارند:

-1 روغن معدني:

روغن معدني تا چندي پيش مناسبترين محيط بود . مخصوصاً در حالتي كه خالص باشد خاصيت بسيار عالي عايقي از

خود نشان ميدهد كه در وسايلي از قبيل خازنها و ترانسفورما تور ها كه هوا نفوذ ناپذيرند بكار ميروند . به هر حال

دژنكتورها سوراخهاي تنفس دارند و روغن با آرك در تماس است . بنابراين در روغن ناخالصيهايي به شكل

رطوبت و غبار شامل ذرات كربن يافت ميشود كه خاصيت عايقي آن را به طرز چشمگيري كاهش ميدهد . شرايط

تعويض روغن به ساختار دژنكتور بستگي داشته و توسط سازنده مشخص ميشود.

-2 هواي فشرده:

بعضي از مزاياي هواي جو ، خصوصيات عايقي خوب و در دسترس بودن و تقريباً بي هزينه بودن تهيه آن است .

90 را بين اتصالات با فاص له KV خصلت عايقي آن با افزايش فشار، افزايش ميابد . در عمل ميتوان ولتاژ قطع تا

1 در فشار 10 بار و 1.5 برابر اين مقدار براي همان فاصله در فشار 20 بار را بدست آورد. cm

در دژنكتورهاي هوايي از هواي فشرده براي قطع استفاده ميشد، بعدها براي عايقبندي بين اتصالات باز بكار رفت كه

در جعبه اي مقاوم در برابر فشار قرار گرفته بود كه اين امر باعث كاهش قابل ملاحظه اي در فاصله اتصالات شد.

۴٣

كيفيت هوا براي دژنكتورهاي هوايي : بايد توجه داشت كه خاصيت عايقي هوا به شدت تحت تاثير رطوبت تغيير

ميكند. بسيار اهميت دارد كه هيچگونه تقطير در عايقها يا مجاري هوا اتفاق نيفتد وگرنه يك پرش داخلي اتفاق مي

افتد (قطع). نصب كمپرسور خشك كننده هاي گران قيمت هزينه هاي عمليات دژنكتورهاي هوا را افزايش ميدهد.

: (SF -3 هگزا فلورايد گوگرد( 6

برخي از انواع گازها كه الكترونگاتيو هستند خاصيت عايقي قويتري نسبت به هوا از خود نشان ميدهند .از جمله

هگزا فلورايد گوگرد كه در طراحي سيستم هاي الك تريكي به دليل خاصيت عايقي و خاموش سازي قابل توجه

جرقه استفاده بسيار دارد . پنج مرتبه سنگين تر از هواست، بي رنگ، بي بو و غير سمي است (اگر تازه باشد ) و آتش

هم نميگيرد و قدرت دي الكتريكي آن 3 برابرهواست . در هنگام جرقه به طور جزيي تجزيه شده، در حضور

رطوبت و ديگ ر ناخالصيها تركيبات اسيدي توليد ميكند كه به محفظه هاي عايقي و فلزات حمله ميكند . راه

در دماي عادي گازي است SF جلوگيري از اين مساله استفاده از آلومينيوم فعال شده در درون محفظه گاز است . 6

20° مايع ميشود كه اين براي خاصيت عايقي آن بسيار c -60° مايع شده و در فشار 20 بار در c و در فشار جو در

يا نيتروژن مخلوط گردد. CF مضر است. براي كابرد در دماهاي پايين بايد با گازهايي مثل 4

دژنكتورهاي روغني

اولين دژنكتورهاي فشار بالا دژنكتورهاي با بخش عمده روغن بودند و بعد از آنها دژنكتورهايي با حداقل روغن

وارد عرصه شدند . در دژنكتوره اي روغني، قوس بخشي از روغن را به 70 درصد هيدروژن و 20 درصد استيلن و

همچنين ذرات كربني تجزيه ميكند.

۴۴

دژنكتورهايي با روغن بالا شامل يك مخزن فولادي است كه تا بخشي از روغن پرشده و بدنه آن با پرسلين يا مواد

عايقي يا بوشينگ عايقبندي شده است.

170 و چند قطع كننده تا ولتاژ KV دژنكتورهاي با حداقل ر وغن براي ولتاژهاي بالا يك قطع كننده تا ولتاژ

230 و بالاتر ميباشند. KV

اتصالات در يك قسمت عايق استوانه اي هر كدام در يك سمت قرار ميگيرند . در مقايسه با دژنكتورهاي روغن كم

اتصال زمين به حذف بوشينگهاي آسيب پذيري و مخزن فلزي در نزد يكي قوس اصلاح شده است و روغن در اين

طرح ديگر به زمين متصل نيست و ميزانش با ضريب 10 تا 20 كاهش يافته است.

يك وسيله كنترل قوس در اتاقك به كار ميرود كه طول قوس و زمان آن و در نتيجه انرژي آن را كاهش مي دهد .

هنگاميكه دژنكتور عمل قطع را شروع ميكند، قوس با يك حر كت محوري روغن اطفاء ميشود . در محدوده اتصال

كوتاه قوس به عنوان تابعي از جريان خنثي ميشود، قوس با پاشيدن روغن به شكل عمودي به محورش خنثي ميشود .

بيشتر دژنكتورهاي كم روغن براي بسته شدن سريع طراحي ميشوند . آنها بايد قابليت قطع جريان اتصال كوتاه را تا

دوبار در با زه هاي زماني 0.2 تا 0.3 ثانيه داشته باشند . بنابراين وسيله كنترل قوس بايد به اندازه كافي روغن داشته

باشد كه بتواند عمليات دوم را انجام دهد.

دژنكتورهاي هوايي

170 تا KV تا چند وقت پيش دژنكتورهاي هوايي در محدوده ولتاژ بالا و ولتاژ بسيار بالا غالب بودند . در محدوده

. 100KA 20 تا KA 800 و ظرفيت شكست KV

۴۵

80 بهينه شده است . در KV 100 چندين اتاقك بصورت سري دارند و هر عنصر براي KV دژنكتورهاي بالاي

12 اتاقك سري براي هر فاز داشتند اما اكنون تنها 8 اتاقك دارند . گرچه افزايش فشار ،800KV ابتدا دژنكتورهاي

ضريب دي الكتريك را افزايش ميدهد اما كافي نيست و مقاومتهاي جاگذاري براي كاهش /افزايش در ولتاژ بكار

ميروند.دژنكتورهاي هوايي به خوبي قابل تطبيق با نيازهاي شبكه هاي فشار قوي هستند . به عنوان مثال، قرار دادن

مقاومتهاي جاگذاري در يك يا دو مرحله براي كاهش /افزايش ولتاژ به سادگي قابل انجام ا ست.همچنين قادر است

به بازه هاي قطع كوتاهي برسد، 2 سيكل و حتي كمتر كه پايداري شبكه را افزايش ميدهد.

دژنكتورهاي هوايي عموما داراي فن آوري بالا و كار آمد ند و قابليت تحمل الكتريكي و مكانيكي بالايي دارند .

عمر اتصالات به دليل عمر كوتاه و ولتاژ كم قوس كم ميباشد. دژنكتورهاي هوايي فشرده دو ايراد عمده دارند:

– نصب ايستگاههاي كمپرسور گران قيمت

– عمليات پر صدا

:SF دژنكتورهاي 6

800K براي تمام ولتاژها از 14.4 تا SF محيط بسيار مناسبي براي خنثي كردن قوس ميباشد . دژنكتورهاي 6 SF6

63 م وجود ميباشد . آنها در طرحهاي مخزن بدون جريان، KA 4000 و قطع متقارن A ولت و جريانهاي پيوسته تا

موجود ميباشند. GIS مخزن با جريان و طرح

به قابليت اطمينان بالايي رسيده و با تمام پديده هاي قطعي تطبيق داده SF در طول سالهاي گذشته دژنكتورهاي 6

شده اند . آنها را ميتوان بر اساس نياز پست عمودي يا افقي نصب كرد . بالا ر فتن سريع دي الكتريك پلاسماي قوس

۴۶

مقاومتهاي جايگذاري را بي استفاده كرده و باعث ساده تر شدن طرح دژنكتور ميشود . سيستم كاملاً SF در نوع 6

بسته گاز در آن مانع مصرف شدن در هنگام عمليات شده و بنابراين در هر محيطي تطبيق كند . طراحي كمپكت آن

به تعميرات و SF به طرز چشمگيري فضاي مورد ن ياز و هزينه هاي نصب را كاهش ميدهد به علاوه دژنكتورهاي 6

نگهداري كمتري نياز دارند.__