کلید گازی SF6 – ساختار کلید گازی SF6 – عملکرد، مزایا و معایب کلید گازی SF6

کاربرد کلید و انواع آن

سیستم‌های قدرت امروزی، با تعداد زیادی دستگاه الکتریکی مرتبط سروکار دارند. اگر هرگونه خطا شامل اتصال کوتاه، خطای کابل و اضافه بار در تابلو برق رخ دهد، ممکن است تجهیزات و شبکه برق آسیب ببیند. برای مصون ماندن این سیستم ها از بروز آسیب، عیوب باید در اسرع وقت برطرف شوند. بنابراین برای جدا کردن قطعات معیوب و اتصال مجدد آن ها به نوع خاصی از دستگاه کلید برق مانند مدار شکن نیاز است. قطع کننده مدار یا Circuit Breaker یک وسیله الکتریکی است که برای محافظت از سیستم های قدرت در برابر جریان خطا، اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده می شود. کلیدهای مدار در بازار انواع مختلفی دارند مانند کلید روغنی ، کلید خلا، بادی بلاست، سولفور هگزا فلوراید، داخلی، فنری، پنوماتیکی و غیره. بنابراین، در این مقاله به یکی از انواع بریکرها، یعنی کلید گازی SF6 و نحوه کار با آن می پردازیم. 

ویژگی های کلید گازی SF6 

کلید قدرت سولفور هگزا فلوراید یکی از انواع کلیدهای (CB) است که از گاز سولفور هگزا فلوراید تحت فشار برای خاموش کردن قوس الکتریکی  استفاده می کند. این یک گاز دی الکتریک است که دارای خواصی مانند خاموش کردن قوس و خاصیت عایقی برتر است. از این وسیله عمدتاً برای خاموش کردن قوس در بریکرهای ولتاژ بالا در شبکه های برق و نیروگاه های تا ۸۰۰ کیلو ولت استفاده می شود. زمان کار این کلید برق عمدتاً بر اساس سازندگان آن متفاوت است، اما زمان کار معمولی حدود ۱۸ تا ۲۰ ثانیه است. محدوده ولتاژ قطع کننده مدار SF6 در شبکه های برق ۸۰۰ کیلو ولت و در سیستم های توزیع ۳۵ کیلو ولت می باشد.  هنگامی که یک قوس در میان کنتاکت های بریکر ایجاد می شود، الکترون های آزاد را از آن جذب می کند و به یون های منفی تبدیل می شود. در مقایسه با الکترون ها، این ها سنگین تر هستند. به دلیل وزن زیاد یون ها، می توان تحرک آن ها را کاهش داد. در گاز SF6 بار دارای تحرک کمتری است که باعث افزایش توان دی الکتریک محیط می شود زیرا حرکت بار مسئول ایجاد جریان است.

خاموش کردن قوس در مدار شکن 

قبل از اینکه در مورد خاموش کردن قوس صحبت کنیم، باید بدانیم قوس چیست. در قطع کننده مدار، در حین باز کردن کنتاکت های حامل جریان، محیط وسط کنتاکت های باز به شدت یونیزه می شود که در سراسر آن جریان قطع کننده خط مقاومت کمتری پیدا می کند و همچنان در سراسر این خط تامین می شود، حتی کنتاکت های حامل جریان از هم جدا می شوند. از نظر فیزیکی وقتی جریان از یک کنتاکت به کنتاکت دیگر می گذرد، خط به حدی گرم می شود که شعله ور می شود. این به عنوان قوس خاموش کردن قوس همچنین قطع قوس نیز نامیده می شود. اگر می خواهید ولتاژهای بالا را قطع کنید، باید مراقب باشید که مقدار شارش جریان در زمان باز شدن کنتاکت را کاهش دهید تا انتقال فلز کاهش یابد. بنابراین کاهش جریان باعث افزایش عمر کنتاکت ها می شود.

ساختار کلید گازی SF6

کلید گازی SF6 شامل دو بخش اساسی است که عمدتاً واحد قطع کننده و سیستم گاز است.

واحد قطع کننده 

در کلید گازی SF6، واحد قطع کننده شامل کنتاکت های ثابت و متحرک است که در داخل یک محفظه محصور شده اند. کنتاکت های متحرک از طریق بازوی فعال شده توسط یک مکانیسم به جلو و عقب حرکت می کنند. در اینجا این محفظه به عنوان محفظه قطع قوس که شامل گاز SF6 می باشد شناخته می شود. این محفظه را می توان به طور مستقیم به مخزن گاز متصل کرد، جایی که یک مکانیسم سوپاپ اجازه می دهد تا گاز به سمت محفظه قطع قوس برود.

ساختار کنتاکت ثابت و متحرک

کنتاکت ثابت یک کنتاکت استوانه‌ای توخالی است که از طریق یک شیپور قوس دار متصل می‌شود، در حالی که کنتاکت متحرک می‌تواند یک استوانه توخالی از طریق سوراخ‌های مستطیلی در طرفین باشد. این سوراخ‌ها به گاز اجازه می‌دهند که یک بار در امتداد و در سراسر قوس جریان پیدا کند. کنتاکت ها از طریق یک ماده مس- تنگستن پوشیده شده اند. گاز SF6 گران است. بنابراین پس از هر عملیات قطع کننده مدار، از طریق سیستم کمکی مناسب تمیز و بازیابی می شود.

سیستم گاز

گاز SF6 بسیار پرهزینه است و انتشار گازهای حاصل از آن برای محیط اطراف خطرناک است. بنابراین، هر جا که این گاز مورد استفاده برای پردازش مجدد ترکیب شود، از یک سیستم گاز بسته استفاده می شود. فشار آن نیز حفظ می شود. زیرا قدرت دی الکتریک آن تا حد زیادی به آن بستگی دارد. هنگامی که فشار گاز بسیار زیاد است، باید مراقب بود که با ایجاد پوسته‌گیری ایده‌آل، از نشت گاز در محل اتصالات جلوگیری شود.

اتصال هر دو سیستم فشار ضعیف و فشار قوی را می توان از طریق هشدار دهنده های مبتنی بر فشار پایین و چندین کلید قفل انجام داد که در صورت کاهش فشار گاز تحت یک مقدار مشخص، هشدار می دهند، در غیر این صورت استحکام دی الکتریک کاهش می یابد و ظرفیت خاموش کردن قوس الکتریکی کاهش می یابد. دمای ۲۰ درجه سانتیگراد برای جلوگیری از مایع شدن گاز SF6 در محفظه فشار بالا استفاده می شود. یک بخاری با دمای کمتر در محفظه فشار بالا متصل می شود. هنگامی که دمای محیط به کمتر از ۱۶ درجه سانتیگراد رسید، یک ترموستات برای روشن شدن وصل می شود.

کلید گازی SF6 چطور کار می کند؟

به طور کلی، کنتاکت های کلید برق در شرایط کاری عادی بسته می شوند. هنگامی که خطا در سیستم رخ می دهد، کنتاکت های مدار شکن به طور جداگانه کشیده می شوند و یک قوس بین آن ها ایجاد می شود. جابجایی کنتاکت های متحرک را می توان از طریق دریچه ای که با فشار ۱۶kg/cm^2 وارد گاز پرفشار داخل محفظه قطع کننده قوس می شود، هماهنگ کرد. گاز SF6 الکترون‌های آزاد را در خط قوس جذب می‌کند تا یون‌هایی را تشکیل دهد که در آن یون‌ها مانند یک حامل بار عمل نمی‌کنند. این یون ها قدرت دی الکتریک گاز را افزایش می دهند، بنابراین قوس می تواند خاموش شود. این روش نیروی گاز را تا ۳ کیلوگرم بر سانتی متر مربع کاهش می دهد. 

مقایسه کلید گازی SF6 و کلید خلا

انواع کلید گازی SF6

سه نوع کلید گازی SF6 وجود دارد که شامل موارد زیر می شود.

• نوع غیر پافری
• نوع پافری تک فشاری
• نوع پافری دو فشاری

نوع غیر پافری

اولین مدارشکن یا CB اختراع شده Nonpuffer است که حاوی سیلندر پافری نیست. اصل کار این کلید برق مشابه Air Blast بریکر است. الکتریکی یا Electercal ARC شناخته می شود.

نوع پافری تک فشار

این نوع کلید قدرت عمدتا حاوی سیلندر پافری است که یک سیلندر توخالی متغیر است. این سیلندر مانند یک پل بین دو تماس پایدار عمل می کند. از طریق کنتاکت ها به صورت محوری به سمت بالا و پایین می لغزد تا تماس بین دو کنتاکت پایدار برقرار و قطع شود. در این نوع کلید برق، گاز SF6 را می توان از طریق سیلندر متحرک فشرده کرد و در حین خاموش شدن قوس، گاز را در سرتاسر نازل رها کرد. این نوع قطع کننده مدار برای طیف وسیعی از ولتاژها که از ۱۳.۶ کیلو ولت تا ۷۶۰ کیلو ولت متغیر است بسیار محبوب است.

نوع پمپ فشار دوگانه

مدار شکن فشاری دوگانه اشامل گاز فشرده SF6 در داخل یک سیلندر برای خاموش کردن قوس است. در این بریکر، گاز را می توان از سیستم فشار قوی به سیستم فشار پایین با استفاده از یک نازل در طول فرآیند خاموش شدن قوس آزاد کرد. این نوع طراحی قدیمی است، بنابراین دیگر چندان از آن استفاده نمی شود.

مزایای کلید گازی SF6

از مزایای کلید گازی SF6 می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• خاصیت گاز SF6 خاموش کردن قوس است که در مقایسه با هوا ۱۰۰ برابر موثر است.
• زمان قوس بسیار کوتاه
• استحکام دی الکتریک به دلیل الکترونگاتیوی بالاست
• جریان بزرگ می تواند به دلیل قدرت دی الکتریک بالا قطع شود
• طراحی فشرده و جمع و جوری دارد 
• تمام انواع سوئیچینگ را انجام می دهد.
• این CB شامل یک سیستم گاز مدار بسته بدون نشتی است.
• قابل استفاده در شرایط آب و هوایی سخت
• عملکرد بدون صدا
• نیاز به نگهداری کمی دارد

معایب مدارشکن سولفور هگزا فلوراید

از معایب این وسیله می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• در مقایسه با اکسیژن، سنگین تر است.
• این بریکرها گران هستند
• نشتی آن باید کنترل شود
• نیاز به حمل و نقل ویژه دارد
• بازسازی و ترکیب مجدد این گاز نیاز به تجهیزات اضافی دارد

کاربردهای کلید گازی SF6

از کاربردهای کلید گازی SF6 می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• این بریکرها برای محافظت از مدارهای مبتنی بر ولتاژ بسیار بالا تا ۸۰۰ کیلو ولت استفاده می شوند
• این می تواند یک مدار مبتنی بر ولتاژ بالا را برای هر نوع تعمیر و نگهداری و بازرسی قطع کند
• این کلید از سیستم های توزیع و انتقال نیرو محافظت می کنند.
• این تجهیز در شبکه های برق و نیروگاه های تولید برق استفاده می شود
• خطوط توزیع و کنترل برق
• مورد استفاده در مدارهای قدرت برای حفاظت از خط
• در مدارهای یکسو کننده و خازن استفاده می شود
• در حفاظت ترانسفورماتور استفاده می شود