کلیدهای‌روغنی- انواع ( توده ای و حداقل روغن)

کلیدهای‌روغنی ( از نوع توده ای و حداقل روغن)

روغن معدنی خاصیت عایق بهتری نسبت به هوادارد. در کلید‌های‌‌روغنی ، کنتاکت (تیغه) ثابت و تیغه محرک در داخل روغن عایق غوطه ورمی‌شوند. هرگاه جداکردن تیغه‌های حامل جریان در روغن نیازباشد و انجام‌شود ، قوس در کلید در لحظه جداسازی تیغه ها آغازمی‌شود و به دلیل این قوس ، روغن اکثرا به گازهای هیدروژن بخار می‌شود و تجزیه می‌شود و در نهایت حباب هیدروژن در اطراف ایجادمی‌شود. این حباب گاز بسیار فشرده‌شده در اطراف قوس مانع از ایجاد مجدد قوس پس از عبور جریان از صفر سیکل جریان‌می‌شود. کلیدهای‌روغنی یکی از قدیمی ترین نوع قطع کننده‌های مداراست.

عملکردکلیدهای‌روغنی

عملکرد کلیدهای‌روغنی بسیار ساده‌است اجازه‌دهید بحث‌کنیم.

هنگامی که تیغه‌های حامل جریان در روغن از هم جداشوند ،

قوس بین تیغه‌های‌جدا شده برقرارمی‌شود.

در واقع ، هنگامی که جداسازی تیغه ها به تازگی شروع‌شده‌است ، فاصله بین تیغه‌های حامل جریان بسیار کوچک‌است در نتیجه شیب ولتاژ بین تیغه ها زیادمی‌شود. این شیب ولتاژ بالا بین تیغه ها ، باعث یونیزه شدن روغن و در نتیجه قوس بین تیغه ها را آغازمی‌کند. این قوس مقدار زیادی گرما را در روغن اطراف ایجادمی‌کند و روغن را تبخیرمی‌کند و روغن را اکثرا به هیدروژن و مقدار کمی متان ، اتیلن و استیلن تجزیه‌می‌کند.

در ادامه

گاز هیدروژن نمی‌تواند به شکل مولکولی باقی بماند و به شکل اتمی شکسته‌شود و گرمای زیادی را آزادمی‌کند.دمای قوس ممکن است تا 5000^oK برسد. با توجه به این درجه حرارت بالا ، گاز خیلی سریع قوس را محاصره‌می‌کند و حباب گاز در حال رشد به سرعت در اطراف قوس تشکیل‌می‌دهد. مشخص‌شده‌است که مخلوط گازها تقریباً هزار برابر حجم تجزیه روغن را اشغال‌می‌کند. از این شکل می‌توان فرض‌کرد که سرعت حباب گاز در اطراف قوس به چه اندازه رشدخواهد‌کرد.

اگر این حباب گاز رو به رشد در اطراف قوس به هر وسیله ای فشرده‌شود ، سرعت فرآیند دفع یونیزه شدن رسانا های گازی یونیزه شده در بین تیغه ها تسریع‌می‌شود که به سرعت مقاومت دی الکتریک بین تیغه ها را افزایش‌می‌دهد و در نتیجه قوس با عبور صفر جریان خاموش‌می‌شود. این عملکرد اساسی کلید قطع روغنی‌است. علاوه بر تأثیر خنک کنندگی گاز هیدروژن ، مسیر قوس را نیز محاصره‌می‌کند که به سرعت خاموش‌شدن قوس در کلید‌روغنی کمک‌می‌کند.

انواع کلیدهای‌روغنی

عمدتاً دو نوع کلید‌های‌روغنی وجوددارد

کلید روغن زیاد یا حجمی یا BOCB

کلید‌های‌روغنی BOCB از جمله کلید‌هایی‌است که در آن از روغن به عنوان وسیله خاموش‌کننده قوس الکتریکی استفاده‌می‌شود و همچنین از روغن به عنوان مواد برای عایق کاری بین کنتاکت های حمل کننده جریان و قسمت هایی از زمین شده کلید استفاده‌می‌کند. روغن مورد استفاده در اینجا همان روغن عایق ترانسفورماتوراست.

کلید کم روغن یا MOCB

این نوع از کلید‌های از روغن به عنوان ماده قطع‌کننده‌استفاده‌می‌کنند. با این حال ، بر خلاف کلید‌های‌روغنی توده ای ، کلید حداقل روغن ، واحد قطع‌کننده را در محفظه عایق در تحت ولتاژ قرارمی‌دهد. روغن عایق فقط در محفظه قطع کننده موجوداست. از ويژگي هاي طراحي MOCB مي‌توان به کاهش روغن اشاره‌کرد و از اين رو به اين کلیدها، حداقل روغن گفته‌می‌شود.

کلید با روغن زیاد ( توده ای یا حجمی)

ساختار کلید‌روغنی توده ای

ساختار اساسی کلید‌روغنی توده ای بسیار ساده‌است. در اینجا تمام تیغه‌ها محرک و تیغه‌های ثابت درون روغن در درون ظرف بسته شده یا مخزن آهنی غوطه‌ورمی‌شوند. هر زمان که تیغه‌های حامل جریان در داخل روغن‌بازشود ، قوس بین تیغه‌های جدا شده تولیدمی‌شود. انرژی زیادی از قوس موجود در روغن که باعث تبخیر روغن و همچنین تجزیه آن‌می‌شود ، از قوس الکتریسیته خارج‌می‌شود. به همین دلیل فشار گازی بزرگی در داخل روغن ایجادمی‌شود که سعی در انتقال روغن مایع از اطراف تیغه هادارد. دیواره داخلی مخزن روغن باید در برابر این فشار بزرگ روغن مقاومت کند.

بنابراين مخزن روغن کلید بايد از لحاظ ساختاري به اندازه كافي محكم‌باشد. یک محفظه هوا بین سطح روغن و سقف مخزن برای روغن جابه جا شده در هنگام تشکیل گاز در اطراف قوس ضروری‌است. به همین‌دلیل‌است که مخزن روغن کاملا از روغن پرنمی‌شود و مقداری از آن از هوا است. درپوش بالای مخزن کلید باید به خوبی روی بدنه مخزن پیچ شده‌باشد و در کل می بایست بطور صحیح با پایه قفل‌شود در غیر این صورت ممکن‌است در هنگام قطع جریان خطای بالا پرتاب‌شود. در این نوع تجهیزات که روغن قابل انبساط در یک محفظه محکم هوا (مخزن روغن) محصورشده‌است ، باید یک دریچه گاز در مخزن نصب‌شود . طبیعتاً نوعی از دریچه گاز همیشه روی پوشش مخزن کلید‌روغنی توده ای ارائه‌می‌شود. این ویژگی‌های بسیار اساسی برای ساخت کلید روغن توده ای‌است.

خاموش شدن قوس در کلید‌روغنی توده ای

کلید‌روغنی

هنگامی که تیغه‌های حامل جریان در روغن از هم جداشوند .

قوس بین تیغه‌های جداشده برقرارمی‌شود.

این قوس به سرعت حباب گاز را در اطراف قوس تولیدمی‌کند.

قوس الکتریکی از تیغه ثابت به تیغه متحرک حرکت‌می‌کند و طول قوس افزایش یافته و در نتیجه مقاومت قوس افزایش‌می‌یابد. افزایش مقاومت باعث کاهش‌دما و در نتیجه کاهش تشکیل گازها در اطراف قوس‌می‌شود. هنگامی که جریان از صفر عبور می‌کند ، خاموش شدن قوس در کلید‌روغنی توده ای صورت‌می‌گیرد اگر با دقت بیشتری به پدیده خاموش شدن قوس بپردازیم ، بسیاری از عوامل دیگر موثر در خاموش‌شدن قوس در کلید‌روغنی توده ای را مشاهده خواهیم‌کرد.

از آنجا که حباب گاز توسط روغن درون محفظه هوای فشرده کاملا بسته‌شده‌است ، روغن اطراف آن فشار زیادی را روی حباب اعمال‌می‌کند ، که نتیجه آن گاز بسیار فشرده‌شده در اطراف قوس‌است. با افزایش فشار ، یونیزاسیون گاز افزایش‌می‌یابد که به کاهش قوس کمک‌می‌کند. خاصیت خنک کننده گاز هیدروژن نیز در فرونشاندن قوس در قطع کننده روغن کمک‌می‌کند.

کلید تک پل با روغن زیاد (Single Break Bulk Oil Circuit Breaker)

در کلید‌های‌روغنی شکاف تکی توده ای یک جفت تیغه حامل جریان برای هر فاز برق وجوددارد. هر جفت تیغه حامل جریان در این نوع کلید‌های‌روغنی توده ای از یک تیغه ثابت و یک تیغه متحرک تشکیل شده‌است. تیغه ثابت ، ثابت‌است و در حین باز شدن کلید ، تیغه متحرک از تیغه ثابت جدامی‌شود. از آنجا که تیغه متحرک از تیغه ثابت در حال جدا شدن‌است ، قوس در بین تیغه ها ایجادمی‌شود و در زمان عبور جریان از صفر خطا ، به دلایلی که در فصل قبل توضیح‌داده‌می‌شودخاموش‌می‌شود.

با گذشت روزها ، تحقیقات بیشتری انجام‌شده‌است تا کنترل بهتر قوس در یک کلید‌روغنی توده ای ای انجام‌شود. هدف اصلی از توسعه کلید روغن توده ای افزایش فشار ناشی از تبخیر و تفکیک روغن است. از آنجا که در فشار گاز زیاد ، میانگین مسیر آزاد الکترون‌ها و یونها کاهش‌می‌یابد و منجر به دیونیزاسیون مؤثرمی‌شود.

بنابراین کلیدهای‌روغنی

در صورت افزایش فشار می‌توان میزان دیونیزاسیون را افزایش‌داد که به از بین رفتن سریع قوس کمک‌می‌کند. مشخص‌شده‌است که اگر باز شدن تیغه‌های ثابت و متحرک در داخل محفظه ی عایقی نیمه بسته انجام‌شود ، حباب گازی ایجاد‌شده در اطراف قوس فضای انبساط کمتری خواهدداشت ، از این رو بسیار فشرده‌می‌شود. این محفظه قوس نیمه بسته در مدار کلید‌روغنی توده ای به عنوان محفظه انفجار با تهویه جانبی شناخته شده‌است. اصل عملکرد محفظه انفجار با تهویه جانبی کاملاً ساده‌است ، اجازه دهید توضیح‌دهیم.

فشار ایجاد شده توسط تبخیر و تفکیک روغن در محفظه انفجار با تهویه جانبی با برداشتن تیغه متحرک از طریق یک بسته از صفحات عایق با حداقل فاصله شعاعی در اطراف تیغه حفظ‌می‌شود. بنابراین تقریباً تا زمانی که تیغه متحرک یکی از دریچه های جانبی را بازنکند ، فشار ازبین‌نمی‌رود. سپس گاز هیدروژن فشرده‌شده می‌تواند از مسیر قوس فرارکند ، بنابراین یک عمل خنک‌کننده قدرتمند را در کانال یونیزه شده انجام‌می‌دهد.

محفظه قوس در کلید روغن توده ای

با رسیدن صفر جریان ، مقاومت قوس به سرعت در اثر این عمل خنک کننده افزایش‌می‌یابد. در جریان بالاتر فشار بیشتری ایجادمی‌شود و یک کلید روغن توده ای بهترین عملکرد خود را در بالاترین جریان در مقدار نامی خوددارد. کلید‌روغنی با شکاف تکی ممکن است هنگام قطع کردن جریانهای کم از قبیل جریان بار باعث ایجاد مشکل‌شود.

پیشرفت‌های مختلفی در طراحی محفظه فشار یا محفظه انفجاری با تهویه جانبی پیشنهادشده‌است تا بر مشکل قطع جریان کم غلبه‌کند. یک راه حل این امر تهیه یک محفظه روغن مکمل در زیر دریچه های جانبی‌است. این محفظه روغن مکمل به عنوان محفظه جبران کننده شناخته‌می‌شود که منبع تازه روغن را برای تبخیر فراهم‌می‌کند تا بتواند منبع روغن تازه را در طول قوس الکتریکی در زمان قطع کردن جریان کم‌تغذیه‌کند.

کلید دوبل روغنی با روغن زیاد Double Break Bulk Circuit Breaker Oil

پیشرفت‌های مختلفی در طراحی کلید‌های‌روغنی توده ای برای قطع قوس رضایت بخش و ایمن بخصوص در جریان‌های زیر مقدار نامی پیشنهادشده‌است. یک راه حل برای حل این مشکل استفاده از یک تیغه واسطه بین تیغه‌های حمل کننده جریان‌است. قوس در اینجا به دو قسمت به صورت سری تقسیم‌شده‌است.

هدف در اینجا خاموش‌کردن قوس دوم با استفاده از فشار گاز و حرکت روغن به دلیل قوس اول‌است. در این نوع کلید ، دو تیغه ثابت وجوددارد که با یک تیغه متحرک پل زده شده ان. تیغه متحرک با استفاده از میله عایق بندی شده دارای مکانیزم حرکتی کلید‌روغنی‌است. با حرکت پل تیغه متحرک به سمت پایین ، شکاف تیغه ی با تیغه‌ها ثابت در هر دو انتهای پل ارتباطی در حال حرکت ایجادمی‌شود. از این رو قوس ها در هر دو شکاف تیغه تولیدمی‌شوند.

کلید‌های کم روغن

از آنجا که حجم روغن در کلید روغن توده ای بسیار زیاداست ، احتمال خطر آتش سوزی در سیستم روغن توده ای بیشتراست. جلوگیری از خطر آتش سوزی ناخواسته در سیستم ، یک پیشرفت مهم در طراحی کلید روغن‌است.همانطور که توضیح‌شده‌است (کلید‌های حداقل روغن)استفاده از روغن در قطع کننده مدار بسیار کمتر از کلید روغن توده ای‌است. تصمیم گرفته شده‌است كه روغن موجود در کلید فقط به عنوان وسیله خاموش قوس و نه به عنوان وسیله عایق استفاده‌شود. سپس مفهوم حداقل کلید‌های‌روغنی‌می‌آید. در این نوع کلید دستگاه قطع قوس در مخزن ماده عایق محصورشده‌است که به طور کلی دارای ولتاژ سیستم‌است.

به این محفظه اتاقک قوس یا محفظه قطع کننده گفته‌می‌شود. فشار گاز ایجاد شده در محفظه قوس بستگی به جریانی دارد که باید قطع‌شود. قطع جریان بیشتر باعث افزایش فشار گاز در داخل محفظه‌می‌شود ، از این رو فشار قوس بهترمی‌شود. اما این محدودیت در طراحی محفظه قوس برای فشارهای مکانیکی را ایجادمی‌کند. با استفاده ازمواد عایق بهتری برای محفظه‌های قوس مانند فیبر شیشه ای ، رزین مصنوعی تقویت‌شده و غیره ، کلید‌های حداقل روغن قادراست به راحتی سطح خطای سیستم را برآورده‌کند.

اصول کار یا رفع قوس در کلید‌های کم روغن

اصول کار کلید‌های با روغن حداقل یا خاموش کردن قوس در کلید‌های با روغن حداقل در زیر شرح داده‌شده‌است. در کلید‌های با روغن حداقل ، قوس ایجادشده در تیغه‌های حامل جریان درون محفظه قوس قراردارد.

از این رو ، حباب هیدروژن که توسط روغن بخار‌شده تشکیل‌می‌شود ، درون محفظه جمع‌می‌شود. با ادامه حرکت ، تیغه ها پس از حرکت ، برای خروج گاز هیدروژن جمع‌شده ، یک دریچه خروجی در دسترس‌قرارمی‌گیرد دو محفظه مختلف قوس وجوددارد که از نظر تهویه در محوطه های قوسی موجوداست. یکی تهویه محوری و دیگری تهویه شعاعی‌است. در تهویه محوری ، گازها (بیشتر هیدروژن) که به دلیل تبخیر روغن و تجزیه روغن در طول قوس تولیدمی‌شوند ، قوس را در جهت محوری یا طولی جارومی‌کنند.

بیایید به اصول کارکلید‌روغنی با حداقل روغن با محفظه قوس دریچه محوری‌بپردازیم: