نحوه عملکرد کلید خلا و کاربردهای آن

  • امتیاز:
  • 4.9
  • از
  • 5
  • تعداد رای:
  • 8
  • تعداد بازدید:
  • 131

ساختار داخلی کلید قطع کننده خلا

بریکر یا مدارشکن تجهیزی است که ،مدارهای الکتریکی را در برابر جریان های نا خواسته ای که در اثر اتصال کوتاه ناشی از اضافه بار بوجود می آید، محافظت می کند.عملکرد اصلی این تجهیز، قطع جریان،هنگام تشخیص خطا می باشد.کلید خلا (vacuum circuit breaker) نوعی از بریکرها می باشد، که قوس الکتریکی را در محفظه خلا خاموش می کند.عملیات فعال کردن و بستن کنتاکت های حامل جریان و قطع و خاموش کردن آرک در یک محفظه خلا صورت می گیرد، که به آن قطع کننده خلا می گویند.

ساختار کلید قطع کننده خلا

تکنولوژی قطع کننده خلا برای اولین بار در سال 1960 معرفی شد و هنوز هم این تکنولوژی در حال توسعه و پیشرفت می باشد.با گذشت زمان و با توجه به گسترش تکنولوژی های مختلف مهندسی، اندازه کلید های خلا نسبت به اندازه آنها در سال 1960، کوچکتر شده است.

قطع کننده خلا

ساختار کلید قطع کننده خلا

قطع کننده خلا شامل یک محفظه استیل مخصوص آرک، در مرکز عایق های سرامیکی می باشد. فشار خلا در قطع کننده خلا به طور معمول زیر bar 10-6 نگه داشته می شود. مواد استفاده شده برای کنتاکت های حامل جریان نقش اساسی در عملکرد مدار شکن خلا ایفا می کند. آلیاژ مس (مس بیسموت یا مس- کروم) ایده آل ترین مواد برای تولید کنتاکت های مدارشکن خلا (VCB) است.

مطابق شکل بالا، کلید خلا دارای یک کنتاکت ثابت، یک کنتاکت متحرک و یک قطع کننده خلا می باشد. کنتاکت متحرک توسط فولاد ضد زنگ، که در زیر آن قرار دارد به یک دستگاه کنترلی متصل شده است. با توجه به آب بندی محفظه خلا و استفاده از یک مخزن شیشه ای یا مخزن سرامیکی به عنوان عایق خارجی، احتمال نشت از بین می رود.

نحوه عملکرد کلید خلا

شکل زیر قسمتهای مختلف یک کلید خلا، زمانی که کنتاکت ها به علت شرایط غیر عادی، وقوع آرک بین کنتاکت ها، تولید آرک در اثر یونیزه شدن یونهای فلز با توجه به مواد سازنده کنتاکت ها، از هم جدا شده اند را نشان می دهد.

قسمت های مختلف کلید خلا

خاموش سازی آرک در قطع کننده خلا، متفاوت تر از بریکرهای دیگر می باشد. جدا شدن کنتاکت ها باعث آزاد شدن بخار می شود که فضای کنتاکت را پر کرده اند و شامل یون های مثبت آزاد شده توسط مواد سازنده کنتاکت ها می باشد. میزان بخار آزاد شده به جریان آرک بستگی دارد. زمانی که جریان کاهش می یابد، میزان بخار آزاد شده کم می شود و زمانی که جریان به صفر می رسد، اگر چگالی بخار کاهش یابد، خاصیت دی الکتریک خود را دوباره باز می یابد. زمانی که جریان داخل محفظه که می خواهد قطع شود بسیار کوچک باشد، قوس الکتریکی در چند مسیر موازی قرار می گیرد. جریان کل به چندین آرک موازی تقسیم می شود که همدیگر را دفع می کنند و در سطح کنتاکت پخش می شوند. به این عمل، آرک انتشار یافته می گویند که به راحتی می تواند قطع شود.در جریان های بسیار زیاد، آرک در یک ناحیه کوچک متمرکز می شود؛ دلیل این اتفاق بخارشدن سریع سطح کنتاکت می باشد. موقعی که قوس در حالت انتشار باقی بماند، قطع قوس الکتریکی ممکن می شود. اگر این قوس الکتریکی توسط سطح کنتاکت سریعا حذف گردد، آرک دوباره فعال می شود. خاموش سازی آرک در قطع کننده خلا، شدیدا تحت تاثیر مواد سازنده و شکل کنتاکتها و تکنیک های در نظر گرفته شده برای بخار مواد می باشد. به دلیل اینکه آرک در مسیرهای متفاوتی پخش می شود بنابراین دمای کلید بالا نمی رود. بعد از خاموش سازی آخرین آرک، سریعا قدرت دی الکتریک دوباره بازمی گردد، که مختص بریکرهای خلا می باشد. این کلیدها برای کلیدزنی خازنی، که درعملکردشان دوباره آرک رخ نمی دهد، مناسب می باشند. جریان کم، قبل از صفر شده جريان الکتريکی قطع می شود، که ممکن است باعث خرد شدن شود و سطح آن بستگی به مواد سازنده کنتاکت دارد.

به عبارت دیگر، در جریان صفر قوس الکتریکی خلا خاموش می شود و رسانش الکتریکی بخار فلز در سطح کانتکت تغلیظ می شود. در این مرحله، کانتکت ها از هم جدا هستند از این رو هیچ سوالی برای تبخیر دوباره سطح کانتکت برای چرخه جریان بعدی وجود ندارد. این بدان معنی است که قوس الکتریکی را نمی توان دوباره برقرار کرد. از این رو مدارشکن خلا مانع از برقراری دوباره قوس الکتریکی با تولید قدرت دی الکتریک بالا در شکاف کانتکت بعد از جریان صفر می شود. دو نوع شکل قوس الکتریکی وجود دارد. برای قطع شدن جریان تا 10KA ، قوس الکتریکی روشن می ماند و فرم تخلیه بخار کل سطح کانتکت را پوشش می دهد. بالاتر از 10KA قوس الکتریکی روشن، به طور قابل توجهی با میدان مغناطیسی خود منقبض می شود. پدیده مافوق حرارت (over heating) در مرکز کانتکت افزایش پیدا می کند. به منظور جلوگیری از این پدیده، طراحی کانتکت باید به گونه ای باشد که قوس الکتریکی ثابت باقی نماند ولی حرکت با میدان مغناطیسی خود را ادامه دهد. به ویژه طراحی شکل کانتکت مدارشکن خلا، حرکت قوس الکتریکی در امتداد سطح کانتکت ها را ثابت نگه می دارد. در نتیجه باعث حداقل و یکسان شدن فرسایش کانتکت می شود.

مزایای VCB

خلا به دلیل داشتن قدرت عایقی بسیار زیاد، نسبت به دیگر موارد خاصیت بسیار قوی در خاموش سازی آرک دارد. - کلید قطع کننده خلا دارای عمر بالا می باشد. - برخلاف بریکرهای روغنی (OCB) یا بریکرهای هوایی (ABCB)، انفجار کلیدهای خلا (VCB)اجتناب ناپذیر است.این کار باعث افزایش ایمنی پرسنل می شود. - بدون خطر آتش سوزی - بریکر خلا دارای سرعت عمل بالا بوده بنابراین برای پاکسازی خطا ایده آل می باشد. VCB برای عملیات مکرر مناسب می باشد. - بدون نیاز به نگهداری - بدون انتشار گاز به هوا و دارای عملکرد بی صدا

معایب کلید خلا ( VCB )

- ایراد اصلی VCB در ولتاژهای بیش از 38 کیلوولت مقرون به صرفه نمی باشد. - هزینه بریکرها در ولتاژهای بالا افزایش می یابد ، به این دلیل که در ولتاژهای بالا (بالای 38KV)، به دو عدد بریکر نیاز است که با هم سری شوند.- علاوه بر این، تولید VCB ها در اندازه های کوچک، غیر اقتصادی است.

کاربردهای بریکرخلا

امروزه کیلد خلا، به عنوان قابل اطمینان ترین تکنولوژی قطع جریان برای سوئیچگیرهای ولتاژ متوسط شناخته شده است. این کلید نسبت به تکنولوژی کلیدهای قطع کننده دیگر، به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد. این تکنولوژی عمدتا مناسب برای کاربردهای ولتاژ متوسط می باشد. تکنولوژی خلا برای استفاده در ولتاژهای بالا توسعه یافته، ولی از لحاظ تجاری امکان پذیر نمی باشد. کلیدهای خلا، در سوئیچگیر دارای پوشش فلزی و همچنین بریکرهای دارای پوشش چینی (porcelain) مورد استفاده قرار می گیرد.

  • نحوه عملکرد و کاربردهای کلید خلا سایت www.elprocus.com