کلید قدرت SF6 — ساختار و نحوه عملکرد — به زبان ساده

در آموزش‌های پیشین مجله فرادرس، با دژنکتور یا همان کلید قدرت آشنا شدیم و انواع آن را معرفی کردیم. در این آموزش، مطالبی را درباره کلید قدرت SF6 بیان می‌کنیم.

در کلید قدرت SF6 از گاز هگزا فلوراید گوگرد به عنوان محیط خاموش‌کننده قوس الکتریکی استفاده می‌شود. گاز هگزا فلوراید گوگرد (SF6) یک گاز الکترونگاتیور است و تمایل زیادی به جذب الکترون‌های آزاد دارد. کنتاکت‌های کلید در گاز هگزا فلوراید گوگرد (SF6) با فشار بالا باز می‌شوند و یک قوس بین آن‌ها ایجاد می‌شود. این گاز الکترون‌های آزاد رسانا را در قوس می‌گیرد و یون‌های منفی نسبتاً بی‌حرکت را تشکیل می‌دهد. این از دست دادن الکترون‌های رسانا در قوس به سرعت باعث ایجاد قدرت عایقی کافی برای خاموش شدن قوس می‌شود.

در مقایسه با سایر انواع کلیدهای قدرت، کلید قدرت SF6 در توان بالا و ولتاژ بالا بسیار کارآمد. مدارشکن‌های SF6 در پست‌های فرعی برای تمام ولتاژهای 144 تا 765 کیلوولت یا حتی بالاتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. جریان‌های پیوسته تا 8000 آمپر و قطع متقارن تا 63 کیلوآمپر در 765 کیلوولت و 80 کیلوآمپر در 230 کیلوولت می‌رسند.

ساخت کلید قدرت SF6

کلید قدرت SF6 از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:

• واحد قطع‌کننده
• سیستم گاز

فیلم آموزش حفاظت و رله – جامع و با نکات کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

واحد قطع‌کننده

واحد قطع‌کننده مدارشکن SF6 شامل کنتاکت‌های ثابت و متحرک است که در یک محفظه محصور شده‌اند. این محفظه را محفظه قطع قوس می‌نامند که حاوی گاز SF6 است. محفظه به مخزن گاز گوگرد هگزافلوراید (SF6) متصل است. یک ساز و کار سوپاپی وجود دارد که موجب می‌شود گاز به محفظه قطع قوس برسد. هنگامی که کنتاکت‌های کلید باز می‌شود، مکانیسم سوپاپ اجازه می‌دهد گاز هگزا فلوراید گوگرد با فشار بالا از مخزن به سمت محفظه قطع قوس جریان یابد.

کنتاکت ثابت یک کنتاکت توخالی استوانه‌ای است که جریان را حمل می‌کند و دارای یک جرقه‌گیر شاخکی است. کنتاکت متحرک نیز یک پیستون توخالی با سوراخ‌های مستطیلی در کناره‌ها است.

سوراخ‌ها به گاز هگزا فلوراید گوگرد (SF6) اجازه می‌دهند که پس از جریان در امتداد و در طول قوس از طریق آن‌ها خارج شود. نوک کنتاکت ثابت، کنتاکت متحرک و جرقه‌گیر شاخکی با مواد مقاوم در برابر قوس از جنس مس و تنگستن تشکیل شده است. از آنجا که گاز SF6 پرهزینه است، پس از هر بار عملکرد کلید، با استفاده از سیستم کمکی مناسب، مجدداً ترمیم و بازیابی می‌شود.

سیستم گاز

از آنجا که فشار گاز بسیار زیاد است، باید مراقبت‌های زیادی انجام شود تا از نشت آن در مفاصل جلوگیری شود. سیستم‌هایی با فشار کم و فشار زیاد مجهز به هشدار فشار کم و مجموعه‌ای از کلیدها هستند که در لحظه کاهش فشار گاز به زیر مقدار مشخصی هشدار می‌دهند، زیرا در غیر این‌ صورت قدرت دی‌الکتریک و توانایی خاموش شدن قوس توسط دستگاه کاهش می‌یابد.

در صورت رسیدن به حد خطر، تجهیزات ایمنی کلید قدرت را بی‌حرکت می‌کنند. تجهیزات ایمنی مراقبت می‌کنند که خطا در مدار کنترل به کمپرسور اجازه ندهد اضافه‌فشار را در مخزن با فشار بالا ایجاد کند یا در صورت نشت، عمده گاز را به جو ادامه دهد.

گاز در محفظه فشار بالا در 16 اتمسفر ذخیره می‌شود، در حالی که فشار گاز در طرف کم‌فشار 3 اتمسفر است. درجه حرارت 20 درجه سانتی‌گراد است تا از مایع شدن گاز در محفظه فشار بالا در دمای پایین جلوگیری شود. یک گرم‌کن در محفظه فشار بالا نصب شده است. هنگامی که دمای محیط به زیر 16 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، ترموستات روی سوئیچ تنظیم می‌شود.

اصول عملکرد کلید قدرت SF6

عملکرد یک کلید قدرت SF6 مشابه عملکرد یک کلید قدرت معمولی است که در آموزش‌های قبلی آن‌ها را معرفی کردیم. در حالت بسته بودن کلید قدرت، کنتاکت‌ها با گاز گوگرد هگزا فلوراید (SF6) در فشار حدود 2٫8 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع محصور می‌شوند. هنگامی که مدارشکن عمل می‌کند، کنتاکت متحرک جدا شده و یک قوس بین کنتاکت‌ها زده می‌شود.

فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی 1 در فرادرس

کلیک کنید

حرکت کنتاکت متحرک با باز شدن سوپاپ هماهنگ می‌شود. این سوپاپ به حرکت گاز هگزا فلوراید گوگرد با فشار 14 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع از مخزن به محفظه قطع قوس می‌انجامد.

جریان فشار بالای گاز SF6 به سرعت الکترون‌های آزاد موجود در مسیر قوس را جذب می‌کند و یون‌های منفی بی‌حرکت را تشکیل می‌دهد که به عنوان حامل بار بی‌اثر هستند.

نتیجه این است که محیط بین کنتاکت‌ها به سرعت قدرت دی‌الکتریک بالایی ایجاد می‌کند و باعث از بین بردن قوس می‌شود. پس از عملكرد مدارشکن (يعنی پس از خاموش شدن قوس در مدارشکن)، سوپاپ با عملکرد مجموعه‌ای از فنرها بسته می‌شود.

تصویر متحرک کلید قدرت SF6

در ویدئوی زیر نحوه باز و بسته شدن کلید قدرت SF6 نشان داده شده است.

انواع کلید قدرت SF6

کلید قدرت SF6 توسط چندین تولید‌کننده و در چندین طرح به بازار عرضه شده است. انواع قطع کننده مدار SF6 را می‌توان به دو دسته زیر تقسیم کرد:

• کلید قدرت دو فشار SF6
• کلید قدرت پافر تک‌فشار SF6

در کلید قدرت SF6 از نوع دو فشاری، گاز سیستم فشار بالا از طریق یک نازل در فرایند خاموش شدن قوس به سیستم فشار پایین رها می‌شود. این طرح منسوخ شده است.

سیستم دو فشاری بر اساس طرح انفجار هوا کار می‌کرد و برای ایجاد سیستم حلقه‌بسته برای گازهای خروجی اصلاح شد. پس از خاموش شدن قوس، گازهای موجود در مخزن فشار کم فیلتر و فشرده شده و سپس در مخزن فشار بالا برای استفاده بیشتر ذخیره می‌شوند. گرم‌کن‌ها نیز برای اطمینان از تبدیل گاز به مایع در دماهای پایین نصب شده‌اند، که باعث می‌شوند محیط یک قطع‌کننده غیرقابل استفاده شود.

در کلید قدرت SF6 تک‌فشار، گاز SF6 توسط سیستم سیلندر متحرک فشرده شده و در حین خاموش شدن قوس از طریق نازل آزاد می‌شود. این طرح در طیف وسیعی از ولتاژها از 13٫6 کیلوولت تا 760 کیلوولت محبوبیت بیشتری دارد.

طرح‌های کلید قدرت SF6 برای اولین بار در سال 1957 توسط وستینگهاوس تولید شد. در طرح‌های اولیه از یک سیستم فشار دوگانه استفاده می‌شد که در دهه 1970 با طراحی نوع پافر تک‌فشار جایگزین شد.

طراحی‌های کلید قدرت SF6 (مخزن زنده و مخزن مرده)

در هر دو نوع دو فشار و تک‌فشار، کلید ابزار (سوئیچگیر) SF6 از نوع طراحی مخزن مرده یا طراحی مخزن زنده است.

طراحی مخزن مرده برای تأسیسات بیرونی و مخزن زنده (یا طراحی مدولار) برای تأسیسات داخلی است. مخازن کلید قدرت به طور فزاینده‌ای در پست‌های عایق SF6 برای تأسیسات داخلی یا خارجی ادغام می‌شوند.

فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی 2 در فرادرس

کلیک کنید

کلید قدرت SF6 در طرح‌های زیر موجود است:

• کلید قدرت مخزن زنده
• کلید قدرت مخزن مرده
• طراحی مخزن زمین‌شده

مخزن زنده به این معنی است که قطع در محوطه‌ای که در خط پتانسیل است رخ می‌دهد. چنین کلید قدرتی دارای یک محفظه قطع‌کننده است که روی عایق‌ها نصب شده است و در خط پتانسیل قرار دارد. یک مدارشکن با چنین طراحی مدولار می‌تواند به صورت سری به هم متصل شود تا در سطوح ولتاژ بالاتر کار کند.