انجمن برق ایران
معیارهای انتخاب یک کلید فشار قوی

معیارهای انتخاب یک کلید فشار قوی

چکیده :

دژنکتورها یا کلید های فشار قوی طوری طراحی شده اند که بطور اتوماتیک از طریق رله یا به صورت دستی از اتاق فرمان و همچنین از محل، در شرایط تحت ولتاژ و زیر بار و در زمان اتصال کوتاه که جریان عبوری از مدار ممکن است تا 10 برابر جریان نامی در دژنکتور باشد، قادرند مدار را قطع نمایند بدون آنکه آسیبی به آن برسد


 

معیارهای انتخاب یک کلید فشار قوی

1- مقدمه

دژنکتور، کلید فشار قوی ای است که علاوه بر قطع و وصل خط، حفاظت شبکه را نیز بر عهده دارد و در شرایط اتصال کوتاه شدن شبکه، افزایش یا کاهش بیش از حد ولتاژ، افزایش و یا کاهش بیش از حد فرکانس، افزایش حرارت تجهیزات در اثر توان عبوری بیش از حد از آنها یا اضافه بار، از سنکرون خارج شدن ژنراتورها و... اشاره کرد. اتصال کوتاه ها از مهمترین و پر احتمال ترین خطاهایی هستند که در یک شبکه بوجود می آید. این خطاها ممکن است بر اثر برخورد یک یا دو فاز با زمین، اتصال دو یا سه فاز به یکدیگر و .... به وجود آیند که در این حالت جریان زیادی در حدود 10 تا 100 برابر جریان عادی، از شبکه عبور می کند. عبور این جریان می تواند اثرات مختلف و زیان باری روی شبکه داشته باشد که از مهم ترین آن ها می توان به اثرات حرارتی روی تجهیزات اشاره کرد که باعث سوختن و آسیب دیدن عایق آن ها می شود. این امر ممکن است در زمانی در حدود چند ثانیه صورت گیرد. از این رو، رفع خطا در یک سیستم باید در کوتاهترین زمان ممکن صورت گیرد. برای تشخیص حالت های غیرعادی در یک شبکه و ایزوله کردن بخش معیوب از سایر بخش ها از سیستم حفاظت استفاده می شود. به وسیله عملکرد رله ها قسمت معیوب را مجزا می نماید.

2- انواع اتصالی ها

سبب به وجود آمدن اتصالی ها و تاثیرات آن به دو علت زیر می تواند باشد:

الف) تاثیرات داخلی: تاثیرات داخلی که باعث خراب شدن و از بین رفتن دستگاه ها یا خطوط انتقال و توزیع می شود عبارتند از: فاسد شدن قسمت های عایق در یک مولد، ترانسفورماتور، خط، کابل و غیره. این ضایعات و امکانات ممکن است مربوط به عمق عایق، عدم تنظیم صحیح، عدم ساخت صحیح و یا عدم نصب صحیح عایق باشد.

 

ب) تاثیرات خارجی: تاثیرات خارجی شامل تاثیرات زیادی است از آن جمله رعد و برق، اضافه بار که باعث بوجود آمدن حرارت شود، برف و باران، باد و طوفان، شاخه درخت ها، حیوانات و پرندگان، سقوط اشیا اشتباه در عملیات و خسارت هایی که به وسیله مردم وارد می شود و غیره. وقتی که یک اتصالی در مداری رخ دهد، جریان افزایش یافته و ولتاژ (اختلاف پتانسیل) نقصان پیدا می کند. افزایش جریان حرارت زیادی را به وجود آورده که ممکن است منجر به آتش سوزی یا انفجار شود. اگر اتصالی بصورت جرقه باشد، ممکن است خسارت زیادی به بار آورد. برای مثال اگر جرقه ای بر روی خط انتقال نیرو به وجود آمده و سریعاً بر طرف نشود، خط را سوزانده و باعث پاره شدن آن شده و نتیجه سبب قطع برق برای مدت طولانی خواهد شد. نقصان ولتاژ که در اثر یک اتصالی بوجود می آید برای دستگاه های الکتریکی بسیار زیان آور است و اگر این ولتاژ ضعیف برای چند ثانیه ادامه داشته باشد، موتورهای مشترکین از کار باز ایستاده، دوران مولدهای برق نامنظم و نامرتب خواهد شد. پس در صورت وقوع جریان شدید و ولتاژ ضعیف به سبب اتصالی در مدار می بایست به فوریت اتصالی کشف و برطرف گردد و جریان ولتاژ به حالت عادی بازگردانده شود.

 CIRCUIT-breaker

در اغلب موارد خطاهای بوجود آمده در سیستم قدرت، باعث تغییرات ناخواسته و شدید در اندازه ولتاژ یا جریان می شود. از این رو تقریباً در تمامی خطاها با اندازه گیری میزان جریان و ولتاژ، می توان وقوع خطا را تشخیص داد. در سیستم های حفاظت و در مرحله اول با استفاده از ترانس های ولتاژ و جریان، اندازه ولتاژ و جریان کاهش پیدا کرده تا به میزان قابل استفاده برای تجهیزات سیستم حفاظت و کلید فشار قوی برسد.

 

3- مدار وصل دژنکتور (کلید فشار قوی)

با فرمان از راه دور (Remote) از اتاق فرمان و از نزدیک (Local) بوبین وصل دژنکتور که به وسیله برق DC تغذیه می شود، تحریک و دژنکتور یا کلید فشار قوی وصل می گردد.

 

4- مدار قطع دژنکتور (کلید فشار قوی)

به طور اتوماتیک از طریق رله و به طریق دستی از راه دور و نزدیک بوبین قطع دژنکتور (کلید فشار قوی) انرژی دار شده و باعث قطع دژنکتور می گردد، چنانچه عمل قطع صورت نگیرد، اشکالات زیر ممکن است وجود داشته باشند:

مدار قطع دژنکتور اشکال دارد که در این صورت بایستی P آلارم Trip Circuit Failure روی تابلو آلارم ها روشن باشند.

مکانیزم دژنکتور و P یا سیستم خاموش کننده جرقه اشکال دارد که در این صورت آلارم Circuit Breaker Failure دریافت می شود. اصلی ترین استاندارد مربوط به کلیدهای فشارقوی در سری استانداردهای IEC، استاندارد IEC56 می باشد. اصولاً در کلیدهای فشارقوی جدا شدن کنتاکت ها به معنی قطع مدار الکتریکی (چه جریان و چه ولتاژ) نیست و وظیفه ی یک کلید فشارقوی، قطع ارتباط جریانی یک شبکه فشارقوی است. در مورد چگونگی جریان عبوری از کنتاکت های جدا شده و ولتاژ دوسر کنتاکت ها حالات زیادی را می توان برشمرد که در حقیقت بستگی به المان های فشار قوی دارد لیکن به جهت مشخص نمودن دو عامل مهم فوق در قطع یا وصل یک شبکه ی فشارقوی، ذیلاً حالات کاملاً ساده ای بیان می شود.

 circuit-breaker کلید قدرت

1-4- قطع مدار اهمی تک فاز

تا قبل از قطع مدار، ولتاژ و جریان هم فاز می باشند. در نقطه ی شروع به قطع به علت وجود جریان، قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه ی صفر جریان ادامه می یابد و در لحظه ی صفر جریان، جرقه خاموش می شود و از این لحظه  به بعد، ولتاژی که از صفر شروع به صعود می نماید، در دو سر کنتاکت های کلید ظاهر می شود.

نمودار قطع مدار اهمی تک فاز

2-4- قطع مدار سلفی تک فاز

تا قبل از قطع مدار یا جدا شدن کنتاکت ها، ولتاژ و جریان با 90 درجه اختلاف فاز برقرار هستند. در لحظه ی شروع به قطع به علت وجود جریان، جرقه یا قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه ی صفر جریان ادامه می یابد. در لحظه ی صفر، جریان خاموش شده و ولتاژی برابر ماکزیمم ولتاژ شبکه در دو سر کنتاکت باقی می ماند.

3-4- قطع مدار خازنی تک فاز

تا قبل از قطع مدار، ولتاژ و جریان با 90 درجه اختلاف فاز برقرار هستند. در لحظه ی شروع به قطع به علت وجود جریان، قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه ی صفر جریان ادامه می یابد. در لحظه ی صفر جریان، قوس خاموش می شود و به علت شارژ اولیه ی خازن و ولتاژ Umax وجود دارد و ولتاژ دو سر کنتاکت برابر تفاوت Umax و U شبکه خواهد بود که نتیجتاً بعد از یک سیکل دو برابر ولتاژ ماکزیمم می گردد. مراحل ذکر شده در شکل زیر نشان داده شده است.

قطع مدار خازنی تک فاز

نکته ی اول جریان قوس می باشد، به عبارت دیگر با جداشدن کنتاکت ها، جریان عبوری صفر نمی شود و مابین زمان شروع به قطع کلید فشار قوی یا جدا شدن کنتاکت ها و قطع مدار باید تفاوت قائل شد و البته چون جریان در کلیدهای فشار قوی معمولاً در لحظه ی عبور از صفر خاموش می شود، لذا ولتاژهای ضربه در سیستم به وجود نخواهد آمد.

نکته دوم اینست که با صفر شدن جریان و خاموشی قوس بسته به مقدار ولتاژ اعمال شده به کنتاکت های باز کلید و با توجه به محیط یونیزه و فوق العاده گرم مابین کنتاکت ها، امکان شروع مجدد قوس الکتریکی وجود خواهد داشت، این ولتاژ را ولتاژ برگشتی یا بازیافتنی یا Recovery Voltage و شروع جرقه را Restriking گویند. با توجه به مطالب عنوان شده لازم است بعد از صفر شدن جریان و یا در حوالی آن به طریقی نسبت به خنک کردن گازهای داغ قوس و خارج کردن یون های حامل جریان عمل کرد.

مثال های ساده ی فوق همچنین نشان دهنده ی دشواری بیشتر در قطع مدارهای سلفی می باشد. زیرا بلافاصله بعد از قطع جریان، ولتاژ بازگشتی بالایی خواهیم داشت. همچنین از مثال های فوق آشکار می شود که ولتاژ بازگشتی با وجود اینکه ممکن است دیرتر از حالت قطع مدار سلفی در مدار خازنی به وجود آید. لیکن مقدار این ولتاژ بیشتر از حالت قطع مدار سلفی می باشد. حالات مربوط به ترکیبی از مقاومت و سلف و غیره و همچنین مدارات نوسانی و قطع سه فاز را می توان در مراجع عنوان شده یافت.

ضمناً براحتی ملاحظه می گردد که در صورت وجود مقاومت موازی با کنتاکت های یک کلید در یک مدار سلفی، ولتاژ بازگشتی در اثر قطع کنتاکت ها از صفر شروع شده و لذا ولتاژ بازگشتی شدیدی نخواهیم داشت. از این موضوع گاهاً استفاده شده و کلیدهای فشار قوی مجهز با مقاومت سریع قطع یا Opening Resistor بکار گرفته می شوند.

4-4- وصل مدار اهمی تک فاز

همانطوریکه ملاحظه شد در وصل و قطع مدارها، قوس الکتریکی رخ خواهد داد. در وصل کلیدها نیز همواره این حالت وجود خواهد داشت، به عبارت دیگر با نزدیک شدن کنتاکت های کلید فشار قوی در لحظه ای که ولتاژ دو سر کنتاکت ها از ولتاژ شکست مورد نیاز بیشتر می شود، قوس الکتریکی بروز می نماید. در یک مدار اهمی در لحظه ی برقراری قوس الکتریکی دقیقاً جریانی که هم فاز ولتاژ می باشد، از کنتاکت های کلید عبور خواهد نمود. مراحل ذکر شده در شکل زیر نشان داده شده است.

وصل مدار اهمی تکفاز

5-4- وصل مدار سلفی تک فاز

در لحظه ی وصل کلید و برقراری قوس الکتریکی به علت عدم امکان جهش جریان الزاماً می بایست جریان از دو بخش سینوسی و ثابت تشکیل شده باشد که در صورت عدم وجود مقاومت اهمی بخش ثابت میرا نمی شود. و با وجود مقاومت اهمی بصورت نمایی میرا می شود.

مقدار جریان در صورت در نظر گرفتن مدار سلفی کامل عبارت است از:

فرمول وصل مدار سلفی تکفاز

اگر   U/ωL را مقدار موثر جریان اتصال کوتاه فرض کنیم (زیرا حالت سلفی کامل بدون وجود مقاومت اهمی، مشابه حالت اتصال کوتاه شبکه می باشد) می توان گفت که ماکزیمم مقدار جریان ضربه ای که می تواند در حین وصل کلید رخ دهد 1/41 الی 2/82 برابر مقدار موثر جریان متناوب اتصال کوتاه است. البته در عمل این مقدار 2/5 در نظر گرفته می شود که همان جریان دینامیک عنوان شده در بررسی اتصال کوتاه می باشد. مراحل ذکر شده در شکل زیر نشان داده شده است.

وصل مدار سلفی تک فاز

 

6-4- وصل مدار خازنی تک فاز

در این حالت اگر خازن بی بار باشد تنها در صورتیکه در لحظه عبور از ولتاژ صفر کلید بسته شود جریان رفتار عادی خود را خواهد داشت. ولی در غیر اینصورت بعلت اینکه می بایست در لحظه وصل کنتاکت ها، جهش ولتاژی در مدار خازنی داشته باشیم، حتماً جریان های ضربه ای ایجاد می شود. با وجود اینکه در عمل بعلت وجود سلف ها و مقاومت های اهمی مدار، جریان ضربه تا حدی محدود می گردد و جریان جهشی یا ضربه به صورت نمایی میرا خواهد شد ولی با این وجود وصل مدار خازنی مشکلات عمده ای را برای کلید فشار قوی در بر دارد.مراحل ذکر شده در شکل زیر نشان داده شده است.

 وصل مدار خازنی تک فاز

 

 استانداردهای مربوط به کلیدهای قدرت 

 

استاندارد تست مدارشکن های فشارقوی IEEE37.09

 

 

استاندارد مدارشکن های فشار قوی IEEE C37.04) AC)

 

استاندارد IEC 60898-1 برای مدارشکن های AC

 

استاندارد IEC 60898-2 برای مدارشکن های AC و DC

 

استاندارد IS 13118 مشخصات مدارشکن های فشار قوی AC

 

پیشنهاد میکنیم از نشریه مشخصات فنی عمومی و اجرایی کلید قدرت در پست های فشار قوی1-403 دیدن نمایید

 

همچنین از فیلم های آموزشی کلیدهای قدرت زیر دیدن نمایید

 

وسایل و لوازم جانبی در مدارشکن های هوایی

 

اجزای کلیدهای قدرت و عملکرد آن

 

انواع مدارشکن هوایی

 

مدارشکن خلاء vaccum circuit breaker

 

مدارشکن روغنی oil circuit breaker

 

مدارشکن SF6

 

کلید قدرت با مکانیزم شارژ فنری

 

مکانیزم فنری یا شارژر فنری کلیدهای قدرت

 

مرجع: مقاله ی  معیارهای انتخاب یک کلید فشار قوی از مهندس امیر نظام آذرشب، ماهنامه علمی تخصصی فناوری سیمان

  • ۱۳۹۵/۰۷/۲۲
  • 0
این مطلب را به اشتراک بگذارید
avatars
نویسنده : تیم تولید محتوای ایکهربا

نظرات خود را با ما درمیان بگذارید

مطالب مرتبط