کلید های قدرت, مقالات
کلید هوایی – ساختار – کاربرد و نحوه ی عملکرد
فروردین
کلید هوایی
کلید هوایی
MCB ( کلید مینیاتوری) – ساختار، عملکرد، انواع و کاربردها
انواع مختلف رله‌ها، ساختار، عملکرد و کاربردهای آن‌ها
فهرست مطالب
۱-کلید چیست؟
۲-کلید هوایی
۳-ساختار
۴-اصول عملکرد
۵- انواع
۵-۱-کلید قطع هوایی نوع قطع مسطح یا کلید هوایی انفجار – متقاطع(Plain Break Type Air Break Circuit Breaker or Cross-Blast Air Circuit Breaker)
۵-۲-کلید قطع هوایی با مجاری هوایی(Air Chute Air Break Circuit Breaker)
۵-۳-کلید هوایی نوع، خاموش‌کننده جرقه در اثر فشار مغناطیسی(Magnetic Blowout Type Air Break Circuit Breaker)
۵-۴-کلید انفجار هوایی(Air Blast Circuit Breaker)
۵-۴-۱-کلید انفجار محوری(Axial blast breaker)
۵-۴-۲-انفجار محوری با کنتاکت‌های کشویی متحرک(Axial blast with sliding moving contact)
۶- مزایای کلید انفجار هوایی
۶-۱-معایب کلید انفجار هوایی
۶-۲- کاربردها و استفاده‌ها
۱-کلید چیست؟
کلید دستگاهی است که قادر می‌باشد تا
- یک مدار را به صورت دستی یا توسط کنترل از راه دور و تحت شرایط عادی وصل یا قطع کند.
- مدار را به صورت خودکار در شرایط بروز خطا (مثل جریان بیش از حد، اتصال کوتاه و…) قطع کند.
- یک مدار را به صورت دستی یا توسط کنترل از راه دور در شرایط خطا، وصل نماید.
کلید برای مکانیزم سوئیچ کردن و حفاظت از سیستم، مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه‌ها و تجهیزات مرتبط دیگر مثل فیوزها، رله‌ها، سوئیچ‌ها و… نیز برای این منظور هم راستا با کلید‌ها استفاده می‌شوند. کلید‌ها به طور گسترده در صنعت و همچنین سیستم‌های قدرت برای کنترل و حفاظت از اجزای مختلف مدار مثل تابلوهای سوئیچ، مبدل‌ها، موتورها، مولدها / ژنراتورها و… استفاده می‌شوند و سیستم را پایدار و مطمئن می‌سازند.
انواع مختلف کلید هوایی در بازار وجود دارد و ما آن‌ها را به طور کامل شرح می‌دهیم.
۲-کلید هوایی
نوعی کلید که در هوا (که در این نوع کلید هوا به عنوان ماده ی خاموش کننده‌ی جرقه استفاده می شود) در فشار جو عمل می‌کند را کلید هوایی می‌گویند. کلید هوایی به طور کامل کلید روغنی را جایگزین کرده‌است. در کشورهای مختلف، همچنان استفاده از کلید هوایی تا KV15 ترجیح داده‌می‌شود چرا که همانند کلید روغنی، احتمال بروز آتش روغن در آن وجود ندارد.
۳-ساختار
شکل زیر اجزای اصلی و بیرونی یک ACB را نشان می‌دهد (کلید هوایی ولتاژ پایین جریان محدود ABB EMax و کلید انتخابی (بدون محدودیت جریان)).
برچسب‌های بیرونی کلید (جریان و ولتاژ اسمی = kA1 و V415)
- دکمه‌ی خاموش
- دکمه‌ی روشن
- نشاندهنده‌ی وضعیت کنتاکت‌های اصلی کلید
- نشاندهنده‌ی شارژ یا دشارژ بودن فنر کلید
- دکمه‌ی تنظیم مجدد
- نشانگرهای LED
- کنترلر
- موقعیت «اتصال»، «تست» و «عایق» (مکانیزم ضامن / قفل سه وضعیتی)
- قفل کاربر
- شاخص موقعیت «اتصال»، «آزمون» و «عایق»
- کانتکت‌های آشکار ساز موقعیت جداساز اتصال (CE)، آزمون (CD) و موقعیت (CT)
- پلاک نامی
- نمایشگر دیجیتال
- دستگیره‌ی ذخیره‌ی انرژی مکانیکی
- نوسان (ورودی/خروجی)
- مخزن غلتانک
- دکمه‌ی تنظیم مجدد تریپ خطا
(کلید هوایی ولتاژ پایین جریان محدود ABB EMax و کلید انتخابی (بدون محدودیت جریان))
- صفحه‌ی فولادی پشتیبان استراکچر کلید
- ترانسفورماتور جریان(CT) برای بخش حفاظت و تریپ
- جعبه‌ی عایق‌کاری فازها
- ترمینال‌های افقی
5a. صفحات برای کنتاکت‌های اصلی ثابت
5b. صفحات برای کنتاکت‌های جرقه‌زنی ثابت
6a. صفحات برای کنتاکت‌های متحرک اصلی
6b. صفحات برای کنتاکت‌های جرقه‌زنی متحرک
- محفظه‌ی جرقه‌زنی
- جعبه‌ی ترمینال برای کلید هوایی ثابت – کانتک های کشویی برای کلید هوایی کشویی
- واحد تریپ و حفاظت
- کنترل باز و بسته کردن کلید
- فنرهای بستن
۴-اصول عملکرد
اصول کاری کلیدهوایی از دیگر انواع کلید تا حدی متمایز می‌باشد. هدف اصلی کلید محفاظت در برابر برقراری مجدد جرقه بعد از جریان صفر‌است که در آن شکاف بین کانتکت ها، ولتاژ بازیابی سیستم را تحمل خواهد کرد. این نوع کلید، همین کار را البته به روشی متفاوت انجام می‌دهد. در حین وقفه‌ی جرقه، یک ولتاژ جرقه به جای ولتاژ تغذیه، ایجاد می‌کند. ولتاژ جرقه به صورت حداقل ولتاژ مورد نیاز برای حفظ جرقه، تعریف می‌شود. این مدار شکن، این ولتاژ را به سه روش مختلف افزایش می‌دهد:
- ولتاژ جرقه را می‌توان با سرد کردن پلاسمای جرقه افزایش داد. به محض این که دمای پلاسمای جنبش ذره در پلاسمای جرقه کاهش یافت، گرادیان ولتاژ بیشتری برای حفظ جرقه نیاز‌است.
- با تقسیم جرقه به تعدادی مجموعه جرقه، ولتاژ جرقه افزایش خواهد یافت.
- ولتاژ جرقه را می‌توان با طولانی کردن مسیر جرقه، افزایش داد. با افزایش طول مسیر جرقه، مقاومت مسیر سبب افزایش ولتاژ بیشتر جرقه‌ی اعمال شده در مسیر شده و از این رو ولتاژ افزایش می‌یابد.
این نوع کلید در سطح ولتاژ تا KV1 فعالیت می‌کند. شامل دو زوج کنتاکت است. زوج کنتاکت اصلی جریان را حمل کرده و از مس ساخته شده است. زوج کنتاکت اضافی از کربن ساخته شده‌است. وقتی کلید باز باشد، کنتاکت‌های اصلی در ابتدا باز می‌گردد. در هنگام باز شدن کنتاکت اصلی، کنتاکت جرقه، در تماس با همدیگر باقی می‌ماند. وقتی کنتاکت جرقه از هم جدا شدند، فرایند جرقه زنی آغاز می‌گردد. این مدار شکن برای ولتاژ متوسط مناسب نیست.
۵-انواع
چهار نوع ACB در کنترل و حفاظت و کلید زنی پایدار تابلوهای ولتاژ ضعیف و ولتاژ متوسط داخلی(Indoor) استفاده‌می‌شود.
- 1- کلید قطع هوایی نوع قطع مسطح یا کلیدهوایی انفجار – متقاطع(Plain Break Type Air Break Circuit Breaker or Cross-Blast Air Circuit Breaker)
- 2- کلیدهوایی نوع خاموش‌کننده در اثر فشار مغناطیسی(Magnetic Blowout Type Air Break Circuit Breaker)
- 3- کلید قطع هوایی با مجاری هوایی(Air Chute Air Break Circuit Breaker)
- 4- کلید انفجار هوایی(Air Blast Circuit Breaker)
۵-۱-کلید قطع هوایی نوع قطع مسطح یا کلیدهوایی انفجار – متقاطع(Plain Break Type Air Break Circuit Breaker or Cross-Blast Air Circuit Breaker)
کلید دارای یک محفظه‌‌است که پیرامون کنتاکت‌ها، قرار گرفته‌است. این محفظه را «مجاری جرقه» (arc chute) می‌گویند. جرقه داخل این محفظه رانده‌می‌شود. مجاری جرقه به سرد شدن جرقه کمک‌می‌کند. مجاری جرقه از برخی مواد نسوز ساخته‌شده‌است. دیواره‌های داخلی مجاری جرقه به صورتی ساخته‌شده‌اند که نه تنها سبب به هم نزدیک شدن جرقه می‌شوند همچنین آن را به داخل کانال مارپیچی ساخته شده در دیواره‌ی مجاری ، هدایت می‌کنند.
مجاری جرقه با استفاده از صفحات جداسازی فلزی، به یک تعداد اتاقک کوچک تقسیم می‌شود. صفحات جداسازی فلزی، تقسیم کننده‌های جرقه هستند و هر کدام از اتاقک‌های کوچک مثل یک مجاری کوچک جرقه عمل می‌کنند. جرقه‌ی اولیه به مجموعه‌ای از جرقه‌ها تقسیم می‌شود و با این کار ولتاژ جرقه از ولتاژ سیستم، بیشتر می‌گردد. این نوع سیستم انتخاب مناسبی برای کاربردهای ولتاژ پایین هستند.
۵-۲-کلید قطع هوایی با مجاری هوایی(Air Chute Air Break Circuit Breaker)
در کلید هوایی با مجاری هوایی، دو نوع کنتاکت یعنی «کنتاکت‌های اصلی» و «کنتاکت‌های کمکی یا کنتاکت‌های جرقه‌زنی» وجود دارد. کنتاکت‌های اصلی از مس ساخته شده‌اند و صفحات نقره‌ای دارای مقاومت پایین و هدایت جریان در نزدیکی آن‌ها قرار دارند. کنتاکت‌های کمکی یا جرقه‌زنی از آلیاژ مس ساخته شده‌اند تا در برابر گرما مقاوم باشند و از آسیب کنتاکت‌های اصلی به سبب جرقه‌زنی جلوگیری نمایند و همچنین در هنگام نیاز و استهلاک به سادگی قابل تعویض می‌باشند. در حین عملیات کلید، کنتاکت‌های کمکی یا جرقه‌زنی بسته هستند و بعد از کنتاکت‌های اصلی کلید، باز می‌شوند.
۵-۳-کلیدهوایی نوع، خاموش‌کننده جرقه در اثر فشار مغناطیسی(Magnetic Blowout Type Air Break Circuit Breaker)
کلید‌های هوایی خاموش‌کننده جرقه در اثر فشار مغناطیسی، کنترل مغناطیسی را در لحظه‌ی جرقه‌زنی ایجاد می‌کنند تا جرقه را در داخل کلید خاموش‌کنند. خاموش کردن جرقه با‌استفاده از میدان مغناطیسی ایجاد‌شده توسط جریان در سیم‌پیچ‌های blowout یا به اختصار خاموش کننده که به صورت سری به مداری که می خواهیم قطع کنیم و متصل گردیده‌اند ایجاد‌می‌شود. این سیم‌پیچ‌ها را « سیم‌پیچ خاموش‌کننده به وسیله‌ی فشار مغناطیسی » می‌گویند. میدان مغناطیسی، ایجاد جرقه در کلید را کنترل و خاموش نمی‌کند، اما جرقه را به سمت مجاری هایی هدایت می‌کند که در آن‌ها جرقه طولانی‌شده، سرد‌شده و خاموش می‌گردد. این نوع مدار شکن تا KV11 مورد‌استفاده قرار می‌گیرند.
۵-۴-کلید انفجار هوایی(Air Blast Circuit Breaker)
این نوع کلید برای سیستم‌هایی تا ولتاژ KV245، KV420 و حتی بیشتر استفاده‌می‌شود. کلید انفجار هوایی به دو دسته تقسیم می‌گردد:
- کلید انفجار محوری(Axial blast breaker)
- انفجار محوری با کنتاکت‌های کشویی متحرک(Axial blast with sliding moving contact)
۵-۴-۱-کلید انفجار محوری(Axial blast breaker)
در این نوع کلید کنتاکت‌های حرکتی با کمک یک فنر فشرده‌شده با کنتاکت‌های ثابت در تماس هستند. در حالت نرمال بسته کلید یک سوراخ نازل شکل روی کنتاکت‌های ثابت وجود دارد
که به وسیله‌ی نوک کنتاکت متحرک بسته بسته شده‌است و هوایی نمی تواند از این روزنه عبور کند. زمانی که خطا اتفاق می‌افتد، فشار بالا در محفظه‌ی هوا ایجاد‌می‌شود.
فشار هوا بر فشار فنر غلبه کرده و باعث تغییر شکل فنر می‌شود و از این رو کنتاکت متحرک از کنتاکت ثابت جدا‌شده و سوراخ نازل باز می‌شود. در همین زمان، هوای فشرده از طریق نازل در طول جرقه دمیده‌می‌شود.
این جریان هوای محوری در طول جرقه باعث دراز تر و خنک‌تر‌کردن جرقه می‌شود و در نتیجه ولتاژ جرقه از ولتاژ سیستم خیلی بیشتر‌می‌شود به طوری که ولتاژ سیستم توانایی نگه داشتن و ایجاد جرقه را نخواهد‌داشت .
طرح نمادین کلیدهوایی انفجار محوری
۵-۴-۲-انفجار محوری با کنتاکت‌های کشویی متحرک(Axial blast with sliding moving contact)
کنتاکت‌های حرکتی بر روی پیستونی ثابت‌شده که توسط یک فنر حمایت می‌شود. انفجار سبب انتقال جرقه به سمت الکترود جرقه‌زنی‌می‌شود.
۶-مزایای کلید انفجار هوایی
- کلید انفجار هوایی گزینه‌ی مناسبی برای‌استفاده در جایی‌است که عملکرد متناوب و زیاد مورد نیاز‌است و دلیل آن هم انرژی کمتر جرقه می‌باشد.
- خطر آتش‌سوزی در عملکرد کلید انفجار هوایی، برطرف گردیده‌است.
- کلید انفجار هوایی دارای اندازه‌ی کوچکی است چرا که توان دی‌الکتریک با سرعت فزاینده‌ای در حال افزایش‌است (و این سبب می‌شود شکاف نهایی کنتاکت‌های که برای خاموش کردن جرقه مورد نیاز‌است، بسیار کوچک باشد).
- سرعت کلید در حین عملیات انفجار هوایی، بسیار زیاد‌است.
- خاموش کردن جرقه، بسیار سریع‌تر صورت می‌گیرد.
- طول مدت جرقه در تمام مقادیر جریان یکسان‌است.
- پایداری عملکرد را می‌توان حفظ نمود و این به سرعت عملکرد کلید‌ها بستگی دارد.
- نگهداری کمتری نیاز دارد.
۶-۱-معایب کلید انفجار هوایی
- تأمین کننده‌ی هوا نیازمند نگهداری بیشتری‌است.
- دارای کمپرسور هوای با ظرفیت بالا‌ست.
- احتمال افت فشار هوا از طریق اتصالات لوله‌های هوا وجود دارد.
- احتمال افزایش زیاد ولتاژ جرقه‌زنی مجدد (high rate rise of re-striking voltage)و برش جریان (current chopping) وجود دارد.
- هوا خصوصیات خاموش‌سازی جرقه‌ی نسبتاً کمتری دارد.
۷-کاربرد و استفاده از این کلید
- برای حفاظت از کارگاه‌ها بکار می‌رود.
- برای حفاظت ماشین‌های الکتریکی استفاده‌می‌شود.
- این کلید همچنین در سیستم اشتراک‌گذاری جریان الکتریسیته و NGD حدود kV 15 بکار برده‌می‌شود.
- برای حفاظت از ترانسفورماتورها، خازن‌ها و مولدها استفاده‌می‌شود.
- در ولتاژ بالا و پایین و جریان های کم و زیاد می توان از این کلید استفاده‌کرد.