کلید قدرت

منظور از یک کلید قدرت،وسیله ای است که بتواند مدار الکتریکی فشار قوی را در شرائط عادی و شرایط خطا (با زمان تعریف شده محدود)قطع و وصل نماید و در این حالت طوری عمل کند که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحو مطلوبی کنترل شود.

تعریف:

منظور از یک کلید قدرت،وسیله ای است که بتواند مدار الکتریکی فشار قوی را در شرائط عادی و شرایط خطا (با زمان تعریف شده محدود)قطع و وصل نماید و در این حالت طوری عمل کند که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحو مطلوبی کنترل شود.

اصلی ترین استاندارد مربوط به کلیدهای فشار قوی در سری استانداردهای IEC  56 اصولا در کلیدهای فشار قوی جدا شدن کنتاکتها به معنی قطع مدار الکتریکی (چه جریان و چه ولتاژ)نیست و وظیفه یک کلید فشار قوی قطع ارتباط جریانی یک شبکه فشار قوی است در مورد چگونگی جریان عبوری از کنتاکتهای جدا شده و ولتاژ دو سر کنتاکتها حالات بسیاری را می توان بر شمرد که در حقیقت بستگی به المانهای شبکه فشار قوی خواهد داشت لکن به جهت مشخص نمودن دو عامل مهم فوق در قطع یا وصل یک شبکه فشار قوی،ذیلا حالات  کاملا ساده ای بیان می شوند.

 1- قطع مدار اهمی تکفاز

2- قطع مدار سلفی تکفاز

3- قطع مدار خازنی تکفاز 

4- وصل مدار اهمی تکفاز

5- وصل مدار سلفی تکفاز

6- وصل مدار خازنی تکفاز

 تقسیم بندی کلیدها از نقطه نظر محفظه قطع قوس الکتریکی:

کلیدهای فشار قوی از نقطه نظر محفظه قطع جرقه الکتریکی (ARC)به انواع مختلفی تقسیم می شود که عبارت است از :

الف - کلیدهای قدرت روغنی

ب - کلیدهای قدرت با محفظه آبی

ج - کلیدهای قدرت قطع بادی (AIRBLAST)

د - کلیدهای قدرت کم روغن (MINIMUMOIL)

ه - کلیدهای خلاء (VACUUM)

و - کلیدهای گازی SF6

نوع الف و ب از انواع بسیار قدیمی می باشند و هم اکنون کاربردی ندارند،کلیدهای نوع ج و د با وجود اینکه در شبکه ایران نیز وجود دارندلکن در حال خارج شدن از رده هستند و کلید نوع ه نیز در سطوح 63KV به بالا کاربرد ندارند.در حال حاظر تنها کلید مطرح در ولتاژهای 63KV به بالا کلید SF6 می باشد،لذا در این مقاله به این نوع کلیدها توجه خواهد شد. البته این موضوع مورد تاکید استانداردهای وزارت نیرو نیز می باشد.

ذیلا توضیح مختصری در مورد کلیدهای فوق عنوان می شود ولی به علت عملیات مختلف از جمله نیاز به عملیات نگهداری بیشتر ، حجم بزرگتر کلیدها ،نیاز به تعمیرات اساسی در دوره های زمان کمتر ، قابلیت اطمینان پائین تر و ارتباط زمان قطع جرقه با جریان عبوری ،به طوری که قبلا نیز عنوان گردید،در سطوح ولتاژی 63KV و بالتر منحصرا کلیدهای SF6 به کار می روند و توضیحات آتی بیشتر در مورد این کلیدها خواهد بود. جهت توضیحات بیشتر در مورد باقی کلیدها می توان به کتاب تجهیزات نیروگاه تالیف آقای مهندس سلطانی مراجعه نمود.

الف - کلیدهای روغنی :

در این نوع کلیدها روغن بیشتر وظیفه عایقی را بر عهده دارد واز مکانیزم خاصی برای قطع جرقه استفاده نمی شود و جرقه در اثر ازدیاد طول حادث از جدا شدن کنتاکتها از بین می رود. این کلیدها دارای فضای خالی بالای روغن بودند تا در اثر انبساط حجم روغن بعلت بخار شدن روغن در لحظات قطع اتصال کوتاه و بروز جرقه از انفجار جلوگیری می شود.

ب - کلیدها با محفظه قطع آبی:

در این کلیدها از آب به عنوان ماده خاموش کننده جرقه استفاده می شود و در این کلیده ابتدا ،حرارت جرقه موجب تبخیر و تجزیه  آب  می گردد و با خاموشی جرقه در نقطه صفر جریان،قطرات آب داخل محیط یونیزه پاشیده می شود که این امر موجب خنک شدن جرقه و جذب یونهای آزاد شده و جرقه در حالت خاموش باقی می ماند.

ج - کلیدهای قطع بادی:

در این کلیدها بعد از ایجاد فاصله کمی مابین کنتاکتهای کلید با دمیدن باد با سرعت بالا ، یونها و گازهای داغ از محیط خارج می شود و با خاموش شدن جرقه به طور همزمان فاصله کنتاکتها افزایش می یابد و دریچه دمش باد نیز مسدود می شود.در این کلیدها از انرژی جرقه برای خاموش کردن آن استفاده نمی شود و هوا توسط کمپرسوری دمیده می شود این کلیدها معمولا  مجهز به خازنهای موازی  با کنتاکتها هستند.

 د - کلیدهای کم روغن:

در این کلیدها روغن تنها وظیفه خنک کردن جرقه و خارج کردن یونها را بر عهده دارد و مستقیما وظیفه عایقی بین دو کنتاکت را نخواهد داشت ،نتیجتا حجم روغن در این کلید بسیار کمتر از کلید روغنی است.در این کلید در واقع محفظه جرقه حجم کمی دارد که در اثر حرارت جرقه،روغن موجود در آن بسیار گرم شده و فشار بخار متصاعد شده بسیار بالا می رود نتیجتا استقامت الکتریکی کنتاکتها در مقابل ولتاژ سیستم و ولتاژ برگشتی افزایش می یابد،همزمان با زیاد شدن فاصله کنتاکتها با محفظه بندی خاص کلید ، روغن به صورت مخصوصی در آن به جریان می افتد و موجب خنک شدن گازها در محفظه جرقه و خروج یونها از آن می شود و در فاصله زمانی کوچک اطراف نقطه صفر ، جرقه یا قوس خاموش می شود.بعضی از انواع این کلیدها به پمپ گردش روغن جهت خاموش کردن جرقه یا قوس مربوط به جریانهای کوچک مجهز می باشند.

 ه - کلیدهای خلاء:

اصولا عاملی که باعث هدایت جریان و ایجاد قوس الکتریکی در هنگام جدا شدن کنتاکتها از یکدیگر می باشد ، حاملهای باردار یا یونها هستند،در خلاء کامل چون هیچ ماده یونیزه یا حامل باردار وجود ندارد ، لذا جدا شدن کنتاکتها بصورت تئوریک می بایستی بدون ایجاد قوس باشد،البته در عمل به علت تبخیر مختصر سطوح کنتاکتها ،محیط حامل یونها باردار ، که مناسب برقراری قوس الکتریکی است ایجاد می شود.با عبور جریان از نقطه صفر ، این ذرات معلق فلز ، سریعا سرد شده و بر روی کنتاکتها می نشینند و نتیجتا جرقه خاموش می شود. در واقع در کلید خلاء از مقاومت بالای خلاء در مقابل بازگشت ولتاژ و نبود یا کمبود ذرات هادی جریان در فضای مابین کنتاکتها استفاده می شود.در عمل این کلیدها تا ولتاژ 36KV بکار می روند.

و - کلیدهای گازیSF6:

در کلیدهایSF6 از گاز SF6 به عنوان عایق مابین قطعات مختلف و همچنین به عنوان خاموش کننده جرقه یا قوس الکتریکی استفاده می شود.در حال حاضر کلیدهایSF6 بعنوان مطمئن ترین ومناسب ترین کلید در شبکه های فشار قوی شناخته شده و بکار می روند و می توان گفت که هیچ یک از کلیدهای دیگر قابلیت رقابت کیفی با این کلید را ندارند . نکته مهم دیگر نیز قیمت اقتصادی این کلیدها      می باشد . هم اکنون در شبکه ایران ، تمام تقلضاهای جدید این نوع کلید را مد نظر دارند و یکی از شرکتهای داخلی نیز تحت لیسانس یکی از سازندگان معتبر نسبت به ساخت این کلیدها تا سطح ولتاژ 400KV اقدام می نماید.

                                                                                                                                                                  ترکیب سولفور هگزا فلوراید(SF6)با اعمال مستقیم گاز فلوئور بر روی گوگرد در سال 1900 در فرانسه انجام شد. در همان سالها ، پایداری بالای شیمیایی این گاز تحت قوس الکتریکی نیز مشخص گردید.بعدها از همین خواص در عایقبندی تجهیزات فشار قوی استفاده به عمل آمد.

-خواص خاموش کنندگی:

 SF6ماده بسیار علی برای قطع قوس الکتریکی می باشد.انرژی بالای تجزیه این گاز، قوس را به خوبی خنک می کند و خاصیت الکترو نگاتیو بودن آن سریعا الکترونهای آزاد را جذب کرده و باعث می شود تا تحمل ولتاژهای بالا ممکن گردد. تحت شرایط مشابه قدرت خاموش کنندگی درSF6 بیش از صد برابر هوا می باشد.

-خواص استقامت الکتریکی:                                                                                                                               استقامت الکتریکی گازSF6 تحت شرایط مشابه بیش از دوبرابر  استقامت عایقی هوا است.خاصیت الکترونگاتیو بودن گازSF6 و نقش آن در جمع آوری الکترونهای آزاد عامل اصلی این قابلیت است.

نکته مهم این است که اضافه شدن مقدار کمی گاز SF6 ، استقامت عایقی هوا را به شدت افزایش میدهد ولی برعکس اضافه شدن هوا به گاز SF6 تاثیر چندانی بر روی استقامت عایقی آن ندارد.

-سایر خواص فیزیکی:           

 SF6 گازی بی بو،بی رنگ،غیرسمی و غیر قابل اشتعال است و وزن ملکولی آن برابر 146.06 می باشد که 5 برابر سنگینتر از هوا می باشد.خواص خاموش کنندگی و عایقی گاز SF6 به دانسیته آن بستگی دارد و به همین جهت از دانسیته سنج در کنترل مقدار گاز در کلید استفاده می شود.دانسیته مناسب جهت استفاده در تجهیزات فشار قوی در محدوده 25 کیلوگرم بر متر مکعب تا 70 کیلوگرم بر متر مکعب است.برای درجه حرارتهای پائین باید توجه شود که دانسیته گاز به حدی نباشد که که در شرایط سرد سبب مایع شدن گاز گردد. مطابق استاندارد ، مقدار مجاز نشتی گاز SF6 کمر از یک درصد در سال می باشد.

-عملکرد  تحت شرایط تخلیه الکتریکی:  

تخلیه الکتریکی سبب تجزیه گازSF6 می شود که تحت شرایط عادی قابل برگشت است.

SF6<=======>S+6F 

پس از تجزیه گاز ، فعل و انفعال ثانویه با الکترودهای فلزی تصعید شده ترکیبات گاز یا جامد را بوجود می آورند.این ترکیبات خود نیز مواد عایقی خوبی هستند لذا رسوب آنها روی مقره از خاصیت عایقی نمی کاهد.اما در صورتی که رطوبت در محفظه از حدخاصی بالاتر باشد ترکیب هیدروژن فلوراید HF ایجاد می شود ، که این ماده شدیدا هر نوع ماده ای که شامل Sio2 باشد(همانند شیشه و چینی)را مورد آسیب قرار می دهد لذا حتما باید میزان رطوبت در محفظه در حد پائین نگه داشته شود.

CuF2+H2O=======>CuO+2HF  

SF4+H2O=======>SOF2+2HF

استانداردIEC376 استاندارد مربوط به مشخصات گاز SF6 می باشد.

 http://ibis.blogfa.comمنبع: