رله وحفاظت الکتریکی

حفاظت سیستم های الکتریکی

مقدمه :

هرگاه صحبت از حفاظت سیستم های الکتریکی می کنیم ، این سوال برایمان ایجاد می گردد که " حفاظت از چه ؟ " . . .

می دانیم که منظور از حفاظت در سیستم های الکتریکی ، محافظت شبکه در برابر خطا

می باشد .

لذا در ابتدا باید به تعریف خطا از دیدگاه الکتریکی بپردازیم .

خطا : اگر به هر دلیلی ، جریان و ولتاژ از حالت عادی خارج شوند ؛ خطا به وجود آمده است که می تواند ماندگار باشد یا گذرا .

با این تعریف که در سیستم حفاظت ، می خواهیم از بروز خطا جلوگیری کنیم باید اجزاء یک سیستم حفاظتی را بشناسیم .

اجزاء یک سیستم حفاظتی :

1 – دیدبان ( ترانسفورماتورهای اندازه گیری )

2 – تحلیل گر ( رله )

3 – عملگر ( کلید های فشار قوی )

1. ترانسفورماتورهای اندازه گیری :

از آنجایی که در هنگام بروز خطا ، میزان جریان و ولتاژ از حالت عادی خارج می شوند ، بنابراین باید دستگاه هایی وجود داشته باشند تا در هر لحظه میزان آنها را اندازه گرفته تا سیستم حفاظت قادر به تصمیم گیری در مواقع خطا باشد .

ترانسفورماتورهای اندازه گیری دو نوع اند ؛ ترانس جریان ( CT ) و ترانس ولتاژ ( PT )

ترانس جریان ( CT ) :

ترانس های جریان از نظر ساخت مشابه ترانس های قدرت تک فاز هستند و از قوانین اساسی ترانسفورماتورها تبعیت می کنند . اتصال ترانس های جریان به این گونه است که سیم پیچ اولیه آن به طور سری با شبکه در مدار قرار می گیرد و تمام جریان فاز از آن عبور می کند و در ثانویه آن نیز دستگاه های اندازه گیری یا رله ها قرار می گیرند . بنابراین در CT ها ، در شرایط کارکرد نامی ، جریان ثانویه تابعی از جریان اولیه است ؛ که البته معمولا 1 یا 5 آمپر می باشد .

انواع CT ها عبارتند از :

1 – هسته پایین ( Tank Type )

2 – هسته بالا ( Top Core Type )

3 – بوشینگی ( Bushing Type ) : بر روی بوشینگ ترانس قدرت نصب می گردد .

ترانس ولتاژ ( PT ) :

ترانس ولتاژ که به PT یا VT معروف است ؛ در واقع یک ترانس کاهنده تک فاز با قدرت پایین است که ولتاژ شبکه را به 100 یا 110 ولت مورد نیاز تجهیزات اندازه گیری و حفاظت کاهش می دهد .

PT ها ، همانگونه که از اسم آنها پیداست ؛ برای اندازه گیری ولتاژ می باشند و به صورت موازی بین فاز و زمین در مدار قرار می گیرند .

ترانس ولتاژ با مقسم خازنی ( CVT ) : نوعی ترانس ولتاژ بوده که در آن ، ابتدا توسط یک مقسم ولتاژ خازنی ، ولتاژ فشار قوی کاهش می یابد و سپس یک ترانس القایی برای کاهش ولتاژ خروجی مقسم خازنی ، ولتاژ خروجی را برای دستگاه های اندازه گیری و حفاظت آماده می کند .

همچنین از این مقسم خازنی در سیستم PLC به عنوان خازن کوپلاژ استفاده می شود .

2. رله :

پس از آنکه ترانسفورماتورهای اندازه گیری مقدار کمیت های مورد نظر را اندازه گرفتند حالا باید دید که این مقادیر در حد عادی شبکه قرار دارد و یا خیر .

اگر مقادیر دیده شده توسط دیدبانان سیستم حفاظتی از حد عادی خود خارج شود ، این بدان معناست که سیستم دچار خطا شده است که بلافاصله باید آن قسمت که دچار خطا شده را از شبکه سراسری جدا کرد .

وسیله ای که این تحلیل را انجام می دهد ، رله نام دارد .

در واقع رله وسیله ای است که در موقع پیش آمدن خطا در قسمتی از شبکه ، متوجه خطا می شود ، شدت آن را می سنجد و دستگاه های هشدار دهنده را آماده می کند و یا در صورت لزوم خود اقدام می نماید و سبب قطع مدار می شود .

همانگونه که گفته شد رله ها از سه بخش مجزا ولی به هم پیوسته تشکیل شده اند :

1 – تشخیص :

( رله که وظیفه تحلیل را بر عهده دارد باید مقادیر دیده شده را تشخیص دهد . )

2 – مقایسه :

( مقادیر دیده شده توسط دیدبان باید با مقادیر تنظیم شده برای رله مقایسه شود . )

3 – فرمان :

( در صورتی که مقدار دیده شده با مقدار تنظیم شده برای رله مطابقت نداشت ، رله بلافاصله فرمان صادر می کند که می تواند به صورت آلارم باشد ویا دستور قطع . )

چند نمونه از انواع رله :

رله اضافه جریان ( Over Current ) :

اساس عملکرد این رله به این صورت است که اگر جریان اندازه گیری شده ، از جریان تنظیم شده روی رله بیشتر باشد ؛ این رله عملکرد خواهد داشت .

این رله در خطوط توزیع به عنوان حفاظت اصلی و در خطوط فوق توزیع و انتقال به عنوان حفاظت پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرد .

رله اضافه جریان جهتی ( Directional O.C ) :

زمانی که جریان خطا می تواند از دو جهت برقرار شود ، در این حالت نمی توان از رله اضافه جریان به تنهایی استفاده نمود و قابلیت انتخاب سیستم حفاظتی به منظور محدود کردن خاموشی نقض می گردد .

در این حالت باید از رله های جهتی استفاده نمود تا علاوه بر تشخیص جریان خطا ، جهت آن را نیز تشخیص دهد تا عملکرد مناسبی داشته باشد .

کاربرد این نوع رله ها در خطوط از دو سو تغذیه شده ، شبکه های رینگ و شبکه هایی که از یک خط دو مداره تغذیه می شوند ، می باشد .

رله اتصال به زمین ( Earth Fault ) :

این رله یک نوع رله جریانی است که همانند رله اضافه جریان عمل می نماید و اتصالی های فاز به زمین را تشخیص می دهد .

رله دیستانس ( Distance ) :

یک رله امپدانسی بوده ، به این معنی که اگر در قسمتی از شبکه به عنوان مثال اتصال کوتاهی رخ دهد ؛ امپدانس خط کاهش پیدا کرده و رله عمل می کند .

رله دیستانس دارای زون بندی می باشد . مثلا :

زون 1 : امپدانس تنظیمی زون 1 برابر با 80% تا 90% امپدانس کل خط اول تنظیم

می شود و زمان عملکرد رله در زون 1 برابر با صفر تنظیم می شود .

زون 2 : امپدانس تنظیمی زون 2 برابر با 50% امپدانس کل خط دوم به اضافه امپدانس کل خط اول تنظیم می شود .

زون 3 : امپدانس تنظیمی زون 3 برابر با 20% امپدانس کل خط سوم به اضافه امپدانس کل خط اول و دوم تنظیم می شود .

رله دیفرانسیل ( Differential ) :

این رله برای برای حفاظت ترانسفورماتور در برابر اتصالی های داخلی به کار می رود .

اصول کار این رله به این صورت است که اختلاف جریان ورودی و خروجی ترانس را دریافت کرده و در صورت مختلف بودن این دو جریان ، رله عمل کرده و در غیر این صورت عمل نمی کند .

اما با توجه به عدم وجود جریان های برابر در طرف اولیه و ثانویه و اختلاف زاویه بین آنها برای یکسان سازی جریان های اولیه و ثانویه از ترانس های مَچ در مدارات رله دیفرانسیل استفاده می گردد و به منظور پایدار کردن رله دیفرانسیل از یک سری مقاومت پایدار کننده استفاده می گردد تا این رله در حالت عادی هیچگونه عملکردی نداشته باشد .

رله اتصال زمین محدود شده ( Restricted Earth Fault ) یا به اختصار ( REF ) :

این رله مشابه رله دیفرانسیل بوده و برای اتصالی های فاز با زمین در داخل ترانسفورماتور به کار می رود . این رله به صورت جداگانه در دو طرف ترانس نصب می شود .

رله اضافه ولتاژ ( Over Voltage ) :

این رله برای حفاظت تجهیزات در مقابل اضافه ولتاژ می باشد .

باتوجه به اینکه اضافه ولتاژ باعث آسیب رساندن به عایق بندی تجهیزات می گردد ، این رله با زمان عملکرد در حدود چند ثانیه فرمان قطع را می دهد .

این رله معمولا در 120% ولتاژ نامی تنظیم می گردد .

رله کمبود ولتاژ ( Under Voltage ) :

این رله زمانی عملکرد خواهد داشت که افت ولتاژ شدید داشته باشیم و تنظیم آن روی 80% ولتاژ نامی شبکه با زمان عملکرد چند ثانیه می باشد .

در صورت پایین بودن ولتاژ از مقدار تنظیم شده ، این رله تعدادی از بارها را حذف

می نماید .

رله بوخهلتس :

در اثر گرم شدن روغن ترانس و اتصالی های خفیف داخلی ، روغن ترانس تجزیه شده و یک سری حباب های گازی ، شکل می گیرد که در بالای ترانس جمع شده و به سمت کنسرواتور حرکت می نماید .

این رله بین تانک اصلی و کنسرواتور قرار دارد و فشار ناشی از این گاز در ابتدا باعث آلارم می گردد و در صورت شدید بودن اتصالی در داخل ترانس ، روغن با سرعت زیاد از تانک اصلی به سمت کنسرواتور حرکت می کند که باعث عملکرد رله بوخهلتس و تریپ ترانس می گردد .

رله جانسون :

این رله عملکردی مشابه رله بوخهلتس دارد و برای حفاظت تپ چنجر استفاده می شود و به دلیل تعویض مداوم تپ و ایجاد جرقه مداوم ، تجزیه روغن برای تپ چنجر بیشتر از روغن تانک اصلی بوده و به همین دلیل فرمان آلارم در این رله وجود ندارد و فقط در صورت بروز اتصالی شدید ، فرمان قطع ( فرمان تریپ ) را صادر می کند .

رله فشار روغن :

برای جلوگیری از ترکیدن تانک اصلی ترانس یا تپ چنجر در صورت بالا رفتن فشار روغن ، از این رله استفاده می شود .

این رله شرایطی ایجاد می کند تا روغن از یک نقطه از تانک ترانس یا تپ چنجر خارج گردد .

رله اتوریکلوزر :

با توجه به این نکته که چیزی حدود 80% تا 85% خطاهای خطوط انتقال را خطاهای گذرا تشکیل می دهند ، لذا در چنین حالاتی برای برگرداندن فوری شبکه ، از این نوع رله ها استفاده می شود .

این رله بعد از قطع شدن خط مجدداً فرمان وصل را صادر کرده ، اگر خطا رفع شده باشد شبکه به حالت عادی خود برمی گردد و در غیر این صورت پس از یک تاخیر زمانی مجدداً وصل می نماید که معمولا این کار 3 بار انجام می شود .

3. کلیدهای فشار قوی :

پس از تشخیص خطا توسط رله ، دستگاه هایی موظف اند تا آن قسمت از شبکه را که دچار خطا شده است از قسمت های سالم جدا کنند تا خطا گسترش نیابد . انجام این عملیات توسط عملگرهای سیستم حفاظتی که کلیدهای فشار قوی نام دارند ، انجام می شود .

کلیدهای فشار قوی به سه دسته کلی تقسیم می شوند :

1 – کلیدهای قدرت یا بریکرها ( Circuit Breaker )

2 – کلیدهای غیر قابل قطع زیر بار یا سکسیونرها ( Disconnect Switch )

3 – سکسیونرهای قابل قطع زیر بار ( Load Disconnect Switch )

هر یک از کلیدها دارای وظایف خاصی هستند که بر اساس این وظایف طراحی و ساخته

می شوند .

بریکرها قادر هستند تا هر نوع جریان عبوری از سیستم را تحت هر شرایطی قطع و وصل نمایند . از آنجایی که جریان های عادی و اتصال کوتاه قادرند در زمان جدا شدن کنتاکت ها جرقه شدید ( قوس ) ایجاد کنند ، لذا این کلیدها باید دارای مکانیزمی به نام مکانیزم خاموش کننده قوس باشند تا با قطع سریع جرقه ایجاد شده ، مانع از بین رفتن کنتاکت ها و خود کلید گردند . بدین منظور بریکرها دارای محفظه ای به نام محفظه قطع یا اتاقک جرقه هستند تا عمل قطع و وصل کنتاکت ها تحت شرایط خاصی در این محفظه صورت گیرد .

سکسیونرها کلیدهایی هستند که در زمان عبور جریان الکتریکی امکان قطع و وصل کردن آنها وجود ندارد و تنها قادرند که تحت جریان های بسیار کم شارژ خازنی خطوط یا

جریان های بی باری ترانسفورماتورها عمل کنند . با توجه به شرایط مذکور ، در طراحی این نوع کلیدها نیازی به استفاده از محفظه جرقه نمی باشد .

این موضوع سبب قرار گرفتن کنتاکت های سکسیونرها در فضای آزاد می شود تا ضمن قابل رویت بودن مکانیزم عملکرد ، باز و بسته شدن آنها به راحتی قابل مشاهده باشد .

کلیدهای نوع سوم که سکسیونرهای قابل قطع زیر بار نامیده می شوند ، قادر به قطع و وصل جریان هایی در حد جریان نامی می باشند . لذا این نوع کلیدها مجهز به مکانیزم جرقه گیر هستند و با توجه به این واقعیت که این کلیدها قادر به قطع و وصل جریان هایی بیشتر از جریان های نامی نیستند ، حفاظت سیستم در مقابل این جریان ها توسط فیوز سری شده با کلید صورت می گیرد .

این نوع کلیدها در شبکه های توزیع و فوق توزیع کاربرد زیادی دارند .

علت به وجود آمدن قوس الکتریکی بین دو کنتاکت :

هنگام جدا شدن کنتاکت های کلید ، به علت به وجود آمدن اختلاف پتانسیل بین دو کنتاکت ، یک میدان الکتریکی قوی به وجود می آید که شدت آن در لحظه اول جدا شدن کنتاکت ها بیشتر از لحظه نهایی بوده و این میدان به بارهای الکتریکی موجود در بین کنتاکت ها نیرو وارد می کند و موجب جهت گیری ( پرتاب یا جهش ) این بارها می شود ؛ که نتیجه آن

به وجود آمدن قوس الکتریکی بین دو کنتاکت می باشد .

در واقع علت اصلی به وجود آمدن قوس ، یونیزه شدن فضای بین دو کنتاکت بوده که یونیزاسیون نام دارد .

روش های خاموش کردن قوس :

خاموش کردن هر چه سریع تر قوس یکی از مسائل مهم در کلیدهاست . زیرا با کوچک کردن مدت قوس ، اولا انرژی تلف شده در کلید که به صورت حرارت شدیدی ظاهر می شود ، کاهش می یابد ؛ ثانیا با قطع سریع قوس ، دستگاه هایی که کلید به منظور حفاظت از آنها در نظر گرفته شده است ، کمتر آسیب می بینند .

البته لازم به ذکر است که انرژی حرارتی تولید شده در کلید به سه عامل زیر بستگی دارد :

1 – شدت جریان

2 – مدت زمان وجود قوس

3 – ولتاژ دو سر قوس

یکی از مهمترین روش های کاهش انرژی ناشی از قوس ، جلوگیری از برگشت مجدد قوس پس از گذشتن جریان از صفر است .

به عبارت دیگر باید استقامت الکتریکی بین دو کنتاکت در لحظه صفر شدن جریان که لحظه قطع خود به خود قوس نیز می باشد آنچنان زیاد گردد که امکان برگشت مجدد قوس وجود نداشته باشد .

همچنین در این حالت کلید باید قادر باشد انرژی حرارتی قوس را تحمل و یا دفع نماید .

روش های مختلفی برای کاهش انرژی حرارتی ناشی از قوس وجود دارد که در زیر به چند نمونه از آنها اشاره می شود :

1 – ازدیاد طول قوس

2 – تشدید خنک کردن

3 – مقطّع کردن قوس

4 – خاموشی در نقطه صفر

5 – خازن موازی با کنتاکت ها

6 – خلاء

انواع خاموش کننده های قوس :

1 – خاموش کننده جامد :

خاموش کننده جامد سه نوع است :

A ) خاموش کننده ای که در اثر حرارت می سوزد :

این خاموش کننده ها به خاموش کننده دانه ای معروف می باشند . مثل خاک کوارتز که در فیوزهای فشار قوی با قدرت قطع زیاد کاربرد دارند .

B ) خاموش کننده ای که حرارت را جذب می کند ، بدون اینکه تغییر شکل دهد :

این وسیله ها در تماس مستقیم با جرقه قرار می گیرند و ظرفیت حرارتی زیاد آن به عنوان یک خنک کننده ، موثر واقع می شود . در این نوع کلیدها از سرامیک و سفال استفاده

می شود و برای تسریع در خنک کردن ، قوس به وسیله نیرویالکترودینامیکی ناشی از یک میدان مغناطیسی به دیواره های این عنصر خاموش کننده ، فشرده می شود و برای جلوگیری از حرارت موضعی ، قوس را خیلی سریع در روی سطح دیواره سرامیک می دواند .

C ) خاموش کننده ای که در اثر حرارت تبخیر می شود :

در این نوع کلیدها قشر بسیار نازکی از سطح عایق که در تماس با جرقه الکتریکی می باشد در اثر حرارت شدید قوس تبخیر می شود و گاز متصاعد شده اطراف قوس را می پوشاند و باعث خاموش شدن قوس می شود .

به این کلیدها به خاطر اینکه گاز از جسم جامد متصاعد می شود ؛ کلید با گاز جامد نیز گفته می شود .

لازم به ذکر است که از این دسته مواد ، می توان به آمینوپلاست ها و فیبرها اشاره کرد .

2 – خاموش کننده مایع :

مایعاتی که برای قطع قوس الکتریکی به کار می روند ، عبارتند از : روغن و آب .

A ) روغن : اولین مایعی که در ساختماند کلیدهای فشار قوی به کار برده شد ، روغن معدنی بود . روغن معدنی در هنگام قوس تجزیه شده و گاز هیدروژن تولید می کند که در خنک کردن قوس موثر است . یکی از معایب روغن معدنی قابل اشتعال بودن آن است . برای حل این مشکل دانشمندان روغن ترکیبی از فلوئور و سیلیکین کشف کردند که علاوه بر دارا بودن تمام خواص روغن معدنی ، قابل اشتعال نباشد . اما به دلیل قیمت بالای آن ، استفاده از آن هنوز اقتصادی نیست .

B ) آب : آب در تماس با قوس الکتریکی که دارای حرارت فوق العاده ای است ، به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود . علاوه بر این در هنگام عبور قوس از آب ، آب بخار شده و پس از آن تقطیر می شود . مشکل اصلی آب عایق نبودن آن است . همچنین سریع تبخیر می شود و در دمای صفر درجه سلسیوس یخ می زند و از آنجایی که آب هادی جریان الکتریکی است ، لذا دو کنتاکت کلید در حالت قطع نمی توانند در داخل آب قرار گیرند ، بلکه پس از قطع قوس باید یک فاصله هوایی مناسب بین آنها وجود داشته باشد .

3 – خاموش کننده گاز :

خاموش کننده های گازی سه نوع هستند ؛ ازت ، هیدروژن ، SF6 .

A ) ازت : ساختمان کلیدهای فشار قوی در ابتدا با کلیدهای هوایی شروع شد . در این کلیدها ماده خاموش کننده جرقه در همان هوایی است که اطراف کنتاکت های کلید را پوشانده و موثرترین آنها گاز ازت موجود در هوا می باشد . البته چون گاز ازت دارای هدایت حرارتی چندان خوبی نیست ، اثر خنک کننده آن نیز کم است و از این جهت در کلیدهای فشار قوی با قدرت زیاد ، از هوای فشرده و یا از گاز دیگری که اثر خنک کنندگی بیشتری دارد ، استفاده می شود . اما در کلیدهای با قدرت کم ، هوا یک عامل موثر بسیار خوب است .

B ) هیدروژن : اثر خاموش کنندگی گاز هیدروژن نسبت به گاز ازت خیلی بیشتر است ؛ زیرا هیدروژن دارای قابلیت حرارتی بهتری نسبت به گازهای دیگر است . ولی به علت گرانی ، از این گاز به عنوان ماده اولیه خاموش کننده استفاده نمی شود ، بلکه کلیدها را با عایقی پر می کنند که در موقع ایجاد قوس بین کنتاکت ها ، گاز هیدروژن به خودی خود به وجود آید .

C ) گاز SF6 : این گاز دارای خاصیت عایقی و هدایت حرارتی عالی است . به علت گرانی قیمت آن ، باید ساختمان کلید طوری باشد که گاز SF6 ضمن کار مصرف نشده و از بین نرود . از این جهت کلیدهای SF6 دارای یک مدار بسته برای این گاز هستند .

انواع بریکر :

دسته بندی کلیدها ، بر اساس مکانیزم خاموش کننده قوس می باشد . لذا انواع بریکرها بر این اساس عبارتند از :

1 – بریکر روغنی

( Bulk Oil Circuit Breaker )

2 – بریکر کم روغن

( Minimum Oil Circuit Breaker )

3 – بریکر هوای فشرده یا بریکر بادی

( Air Blast Circuit Breaker )

4 – بریکر گازی یا بریکر SF6

( Gas Circuit Breaker or SF6 Circuit Breaker )

5 – بریکر خلاء

( Vaccum Circuit Breaker )

بریکر روغنی :

این نوع بریکر ، قدیمی ترین نوع بریکر بوده و هم اکنون کاربردی نداشته و تقریبا تمام آنها با بریکرهای جدید جایگزین شده اند . ساختمان این نوع کلیدها بسیار ساده بوده و از یک مخزن بزرگ فلزی پر از روغن تشکیل شده است و کنتاکت ها در داخل روغن غوطه ور می باشند . نقش اصلی روغن در این نوع از بریکرها ، همان نقش عایقی بین قسمت های زنده که قسمت های تحت ولتاژ مثل کنتاکت ها می باشند ؛ و بدنه زمین شده بریکر بوده و وظیفه دوم آن نیز خاموش کردن قوس است .

هنگام به وجود آمدن قوس ، مقداری از روغن تجزیه شده و گاز هیدروژن ، متصاعد شده و همانند حبابی قوس را در بر گرفته و موجب خاموش شدن قوس می شود .

از معایب این نوع بریکرها می توان به مواردی از قبیل : حجم روغن بسیار زیاد در ولتاژهای بالا ، اشغال فضای زیاد ، حمل و نقل دشوار و . . . اشاره کرد .

بریکر کم روغن :

در این نوع از بریکرها ، روغن تنها وظیفه خاموش کنندگی قوس را بر عهده دارد و وظیفه عایقی اجزاء تحت ولتاژ را بر عهده نداشته و مقره های پرسلینی این وظیفه را انجام می دهند لذا حجم روغن در این نوع از بریکرها نسبت به نوع روغنی به شدت کاهش می یابد .

در بریکرهای کم روغن یا نیمه روغنی ، هنگامی که قوس ایجاد می شود ؛ روغن به طور عرضی و عمود بر محور قوس ، به قوس برخورد می کند و علاوه بر تجزیه شدن روغن و تشکیل حباب گازی پیرامون قوس ، این برخورد عرضی موجب ازدیاد طول قوس نیز شده که این ازدیاد طول ، خود نقش مهمی در خاموش شدن قوس خواهد داشت .

نکته قابل توجه اینکه حجم روغن مورد استفاده در بریکرهای کم روغن ، 10% نوع روغنی می باشد ؛ که این موضوع خود نمایانگر حجم و وزن کمتر این نوع از بریکرها در مقایسه با نوع روغنی می باشد .

بریکر هوای فشرده یا بریکر بادی :

بر خلاف بریکرهای روغنی و کم روغن که عامل خاموش کردن قوس به وسیله مایع روغن صورت می گرفت ، در بریکرهای بادی از هوای سرد فشرده استفاده می شود . به همین علت نام دیگر این نوع از بریکرها ، بریکر هوایی یا بریکر هوای فشرده است .

از ویژگی های بسیار مهم این بریکرها آن است که عامل خاموش کننده قوس که همان هوای با فشار و با مقدار ثابت است ؛ مستقل از قوس ایجاد شده و جریان عبوری از کنتاکت ها

می باشد .

این موضوع باعث می شود تا زمان خاموش شدن قوس ، وابسته به فشار و حجم هوای داخل مخزن مربوطه باشد .

بنابراین زمان قطع این بریکرها تحت کنترل بوده که معمولا زمان بسیار کمی می باشد .

بریکر گازی یا بریکر SF6 :

در این نوع از بریکرها از گاز هگزا فلوئورید گوگرد به عنوان ماده خاموش کننده قوس و همچنین عایق بین دو کنتاکت در حالت باز بودن کلید استفاده می شود .

چند نمونه از خصوصیات این گاز :

غیر قابل اشتعال است ، میزان تراکم گاز SF6 پنج برابر هوا می باشد ، ولتاژ تحمل عایقی آن در فشار 2.35 اتمسفر ، برابر با ولتاژ عایقی هوا و در فشار 3 اتمسفر ، تحمل عایقی گاز SF6 از روغن نیز بیشتر است و از همه مهم تر اینکه گاز SF6 الکترونگاتیو بوده ؛ به ای معنا که در صورت پیدایش قوس الکتریکی ، الکترون های جهت دار که تشکیل قوس الکتریکی داده اند را پراکنده کرده و از این طریق موجب خاموش شدن قوس می شود .

چهار مرحله قطع قوس در بریکرهای SF6 :

1 – اتصال :

در این حالت کلید بسته است .

2 – تراکم :

حرکت کنتاکت ها با جا به جایی یک پیستون درون یک سیلندر حاصل می گردد که نتیجه آن تراکم گاز SF6 می باشد .

3 – انژکسیون یا تزریق :

به دلیل تراکم گاز SF6 و به تبع آن اختلاف فشار درون و بیرون سیلندر ، جریانی از گاز به وجود آمده و به قوس تزریق می شود .

4 – قطع :

در اثر تزریق گاز که البته به طور عمود بر قوس می باشد ، قوس خاموش می شود .

بریکر خلاء :

به طور کلی حامل های باردار از جمله الکترون های آزاد ، باعث هدایت جریان و ایجاد قوس الکتریکی می گردند . لذا در خلاء با توجه به عدم وجود هیچ گونه ذرات باردار ، استقامت الکتریکی بین دو کنتاکت تحت ولتاژ به حداکثر خود افزایش می یابد که با هیچ کلید دیگری قابل مقایسه نیست .

در خلاء کامل ، چون هیچ عنصری وجود ندارد ، پس بار الکتریکی هم وجود ندارد . در هنگام جدا شدن کنتاکت ها ، مقداری از سطح آنها بر اثر عبور جریان و حرارت ایجاد شده ، تبخیر می گردد و قوس از طریق همین مواد تشکیل شده و همچنان برقرار می ماند تا جریان از صفر بگذرد . در این حالت ، محیط بین کنتاکت ها نیز به خاطر کم شدن جریان ، قدری خنک تر شده و تبخیر فلز رخ نمی دهد . بخارهای فلزی نیز مجددا بر روی کنتاکت ها رسوب کرده و در نتیجه فضای بین دو کنتاکت بریکر ، استقامت الکتریکی کافی در برابر ولتاژ برگشتی را می یابد و قوس الکتریکی بدون ماده خاموش کننده خاصی ، به خودی خود خاموش می شود .

البته نکته قابل توجه این است ؛ که در اینجا منظور از خلاء ، یک خلاء نسبی یا اصطلاحا خلاء صنعتی می باشد . زیرا اگر خلاء واقعی به وجود آید به دلیل اختلاف فشار بین

قسمت های درونی و بیرونی ، کلید پودر می شود . لذا باید توجه داشت که در کلیدهای خلاء ضمن ایجاد یک خلاء صنعتی ، استقامت مکانیکی کلید تحت الشعاع قرار نگیرد .

انواع مکانیزم عملکرد برای بریکرها :

1 – عملکرد سلونوئدی

2 – عملکرد موتوری

3 – عملکرد فنر قابل شارژ توسط موتور یا اصطلاحا شارژ فنر *

4 – سیستم روغن هیدرولیک *

5 – سیستم باد پنوماتیک *

سیستم های عملکرد رایج معمولا در اکثر موارد شارژ فنر بوده و یا در مواردی روغن هیدرولیک و همچنین در صورت وجود بریکر بادی از مکانیزم عملکرد باد پنوماتیک استفاده می شود .

برخی از انواع سکسیونرها :

سکسیونر دورانی یک طرفه ( افقی )

سکسیونر دورانی دو طرفه ( افقی )

سکسیونر دورانی سه ستونه

سکسیونر دورانی عمودی

سکسیونر زانویی

سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف

سکسیونر زمین

سکسیونرهای قابل قطع زیر بار

در زیر توضیحات مختصری در مورد چند نمونه از سکسیونرها آمده است :

سکسیونر دورانی یک طرفه ( افقی ) :

این سکسیونرها از دو پایه عایقی تشکیل شده اند که یکی از پایه های عایقی این سکسیونرها از نوع دورانی بوده که توسط مکانیزم عملکرد ، قابل چرخش افقی 90 درجه می باشد .

با چرخش این پایه عایقی ، کنتاکت متحرک از یک سر ، از کنتاکت ثابت جدا می شود که نامگذاری سکسیونر دورانی یک طرفه به همین علت است .

البته با توجه به وجود دو ستون عایقی ، این نوع سکسیونرها را جزء سکسیونرهای دوستونه نیز قلمداد می کنند .

سکسیونر دورانی دو طرفه ( افقی ) :

این نوع از سکسیونرها دارای دو تیغه ( کنتاکت ) متحرک می باشند که روی دو ستون عایقی متحرک قرار می گیرند . با چرخش این دو ستون عایقی توسط مکانیزم عملکرد ، دو کنتاکت مورد نظر به موازات افق و سطح زمین و به صورت دورانی با گردش 90 درجه به حرکت در می آیند .

همچنین این سکسیونرها به سبب حرکت دورانی هر دو کنتاکت ، به سکسیونرهای دورانی دوبل ( Double Rotation ) نیز معروف هستند .

سکسیونر دورانی سه ستونه :

این نوع از سکسیونرها دارای سه پایه عایقی می باشند که دو پایه کناری کنتاکت ها ثابت بوده ولی پایه وسط ، قابل دوران است ( حرکت بالگردی دارد ) و توسط مکانیزم عملکرد ، به چرخش در می آید .

سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف :

این نوع از سکسیونرها دارای یک پایه عایقی بوده که بازوی سکسیونر بر روی آن قرار

می گیرد و در کنار این پایه نیز یک پایه عایقی دورانی متصل به مکانیزم عملکرد واقع شده است . کنتاکت متحرک تقریبا شبیه به قیچی است و دارای دو بازو بوده که از وسط ، توسط بست لولایی به هم متصل شده است .

در حالت باز ، تیغه ها در پایین و روی ستون مقره در حالت خمیده قرار دارند و در حالت بسته ، با مکانیزم خاصی ، تیغه های متحرک در قسمت بالا به محل اتصال که یک میله فلزی متصل به شین یا سیم هوایی است ؛ هدایت شده و با آن از دو طرف تماس پیدا می کند .

استفاده از این نوع از سکسیونرها ، باعث کاهش ابعاد پست می شود .

لذا کاربرد آن در سطوح ولتاژ 230 کیلوولت و بالاتر از آن ، بسیار مناسب می باشد .

معمولا این نوع از سکسیونرها ، به عنوان سکسیونر اتصال به شین و نیز به عنوان سکسیونر ابتدای خط به کار می روند . همچنین کاربرد آنها در پست هایی که شینه بندی آنها در ارتفاع های مختلفی صورت گرفته ، بسیار مناسب است .

سکسیونر زمین :

پس از قطع دو طرف یک خط توط بریکرها و باز نمودن سکسیونرهای مربوطه ، جهت ایجاد ایمنی و به منظور کار کردن روی خط ، از سکسیونر زمین استفاده می شود .

به عبارت دیگر ، تفاوت اساسی این نوع سکسیونر با دیگر سکسیونرها آن است که سکسیونر زمین ، وظیفه ارتباط هر فاز را با زمین ( پتانسیل صفر ) دارد . پس سکسیونر زمین به صورت موازی با هر فاز واقع می شود . ولیس دیگر سکسیونرها به صورت سری در هر فاز قرار می گیرند .

این نوع سکسیونرها گاهی به صورت مستقل و گاهی نیز بر روی یک پایه فلزی سکسیونر دیگر و به صورت مشترک نصب می شوند ؛ که نوع مشترک از نظر اقتصادی و ایجاد اینترلاک مکانیکی مناسب تر است .

باید توجه داشت که سکسیونر زمین وقتی می تواند عمل کند که سکسیونر خط باز باشد ؛ که این امر از طریق اینترلاک ( قفل داخلی ) مکانیکی یا الکتریکی رعایت می شود .

نکته قابل ذکر اینکه : برای سکسیونر خط و بریکر نیز اینترلاک وجود دارد ؛ به این معنا که تا وقتی بریکر باز نشده نباید سکسیونر باز شود و تا وقتی که سکسیونر بسته نشده نباید بریکر را بست . ( قانون کفش و جوراب )

موارد کاربرد سکسیونر زمین :

دو طرف خطوط انتقال ، دو طرف ترانسفرماتورهای قدرت و شینه ها و . . .

مکانیزم فرمان سکسیونرها عموما موتوری یا دستی می باشد ؛ زیرا به دلیل قطع بدون بار آنها ، نیاز به سرعت در قطع مدار محسوس نمی باشد .

سکسیونرهای قابل قطع زیر بار :

در اکثر شبکه های توزیع و فوق توزیع و پست های کوچک ، استفاده از بریکر و سکسیونر به همراه وسایل جانبی آنها ، مخارج و هزینه های کل سیستم را افزایش می دهد . لذا به علت نیاز به قطع و وصل سریع جریان ، نیاز به نوعی سکسیونر ، به نام سکسیونر قابل قطع زیر بار محسوس است .

این نوع کلیدها ، علاوه بر اینکه باید وظیفه یک سکسیونر را بر عهده داشته باشند ؛ یعنی با برداشتن ولتاژ ، یک قطع شدگی قابل رویت و مطمئن در مدار ایجاد کنند ، علاوه بر این باید قادر باشند تا جریان هایی در حد جریان نامی را قطع و وصل نمایند . پس تفاوتی که سکسیونرهای قابل قطع زیر بار با بریکرها دارند ، در میزان جریان قطع و وصل آنهاست .

سکسیونرهای قابل قطع زیر بار دارای قدرت وصل زیادی هستند ولی قدرت قطع آنها در حد جریان نامی مدار می باشد . لذا این کلیدها برای قطع اتصال کوتاه نمی باشند .

برای رفع این مشکل از یک فیوز سری با این کلید استفاده می شود ؛ تا فیوز ، سیستم را در مقابل جریان های اتصال کوتاه محافظت نماید .

نحوه قرار گرفتن فیوز با تیغه اصلی سکسیونر به گونه ای است که با عبور جریان اتصال کوتاه از تیغه ها و سوختن فیوز ، جریان قطع شده و تیغه سکسیونر در حالت باز قرار

می گیرد .

همچنین برای تامین سرعت زیاد در قطع جریان نامی ، از مکانیزم شارژفنر در این نوع از سکسیونرها استفاده می شود و همچنین سکسیونرهای قابل قطع زیر بار دارای مکانیزم خاموش کننده قوس نیز می باشند .

سکسیونرهای سوزنی ، آنتنی و گاز جامد از سکسیونرهای قابل قطع زیر بار هستند .

مراجع :

درس حفاظت سیستم های الکتریکی : دکتر حسن آبروش

رله وحفاظت الکتریکی

حفاظت سیستم های الکتریکی

مطالب مشابه :

دانشگاه تمیشان گروه ict

دریافت کارت ورود به جلسه و نحوه ویرایش اطلاعات کنکور کاردانی پیوسته و ناپیوسته علمی کاربردی مهر90

رله وحفاظت الکتریکی

مصاحبه با آقای دکتر محمد محمد پور عمران ریاست دانشگاه علم وصنعت

آدرس و شماره تلفن دانشگاههای آزاد سراسر کشور قسمت4

تصویر مدار آسانسور

نرم افزار ارسال ایمیل تحت وب Asp.NET 2