کلیدهای قدرت و کاربرد آن ها در سیستم قدرت

کلیدهای قدرت به منظور قطع و وصل خطوط انتقال انرژی، و سایر تجهیزات فشار قوی بکار می‌روند. تجهیزات فشار قوی توسط کلید قدرت به شبکه متصل و یا از شبکه جدا می‌گردند.

هنگامیکه لازم است تا دو قسمت شبکه از یکدیگر جدا شده و یا ارتباط دو قسمت برقرار گردد از کلید فشار قوی استفاده می‌شود. همچنین زمانی که عیبی در تجهیزات و خطوط انتقال انرژی روی دهد و لازم است تا قسمت معیوب فوراً از شبکه جدا گردد، کلیدهای قدرت بطور اتوماتیک قطع شده و از ادامه برقراری عیب در شبکه جلوگیری می‌نماید.

 

انواع قطع و وصل کلیدهای قدرت

قطع و وصل کلیدهای قدرت در شبکه به دو صورت مختلف زیر انجام می‌گیرد:

1- قطع کلید با برنامه قبلی و با اطلاع مسئولان شبکه به منظور انجام تعمیرات، سرویس، بازرسی تجهیزات غیره در این حالت کلید بطور دستی توسط اپراتور قطع و وصل می‌شود.

2- قطع کلید بدون برنامه قبلی که در نتیجه بروز عیب در شبکه روی میدهد. در این حالت کلید بطور اتوماتیک توسط رله‌های حفاظتی و سایر سیستم های کنترل اتوماتیک قطع می‌گردد. در پاره‌ای از تجهیزات نظیر خطوط فشار قوی ممکن است کلید بطور اتوماتیک مجدداً وصل گردد.

بنابراین کلیدهای قدرت یکی از تجهیزات اصلی و پر اهمیت شبکه بوده که در هنگام بروز عیب و یا ضرورت برق‌دار یا بی‌برق نمودن شبکه قطع و وصل می‌گردند.

 

نقش کلیدهای قدرت در سیستم قدرت

نقش اصلی کلیدها در پی بروز عیب در شبکه ظاهر می گردد. چنانچه با بروز عیب و ضرورت قطع اتوماتیک خط، کلید خط به عللی عمل نکرده و یا موفق به قطع جریان عیب نگردد، شبکه با خاموشی موضعی مواجه می‌گردد. ولی درصورتی که به عللی خاموشی کامل باشد این خاموشی توأم با صدمات وخسارات جبران ناپذیر خواهد بود. کلیدها در شرایط کار عادی شبکه و در هنگام وصل بودن، نقش مهمی در تأمین انرژی مصرف کننده‌ها به عهده ندارند نقش اصلی آنها تنها در هنگام بروز عیب ظاهر می‌گردد. در هنگام بروز عیب که قطع و یا وصل فوری آنها ضروری است، ‌باید با صدور فرمان بطور اتوماتیک و با اطمینان کافی عمل نمایند. اختلاف عمده کلیدها با سایر تجهیزات شبکه از همین جا ناشی می‌گردد، در حالیکه کلید در شرایط عادی ممکن است برای مدت طولانی مورد استفاده واقع نگردد، قطع و وصل آن در لحظه بروز عیب می‌بایست از اطمینان فوق‌العاده برخوردار بوده و احتمال بروز عیب در آنها و مکانیزم کار آنها حداقل باشد. هرگونه عیب الکتریکی در شبکه و تجهیزات فشارقوی بصورت انواع مختلف اتصالی ظاهر می گردد. 

رله‌های حفاظتی پیش‌بینی شده بروز عیب را در شبکه احساس کرده و فرمان قطع را به کلید قدرت تعیین شده اعلام می‌دارند. با قطع کلید، قسمت معیوب و صدمه دیده که عیب در آن روی داده است از قسمت های سالم شبکه جدا می گردد. بروز عیب در شبکه امری عادی بوده و قابل پیش‌بینی نمی‌باشد. بطوریکه هیچگاه نمی‌توان بطور کامل و صد در صد از بروز آن جلوگیری نمود و تنها می‌توان با قطع سریع و به موقع کلیدها از ادامه عیب و اثرات مخرب آن در شبکه جلوگیری نمود و خسارات و صدمات ناشی از عیب را به حداقل کاهش داد.

قطع و وصل کلیدها در هنگام بروز عیب و بطور اتوماتیک، بیش از قطع و وصل دستی آن ها اهمیت دارد. در هنگام بروز عیب، جریان خطایی که از کلید می‌گذرد تا چندین کیلو آمپر رسیده و بسیار بیش از جریان عبور کرده از کلید در هنگام قطع و وصل دستی کلید می‌باشد. لذا قطع و وصل کلید در هنگام بروز عیب با دشواری بیشتری صورت گرفته و در شرایط سنگین مربوط به عبور جریان عیب انجام می‌گردد.

عمل اصلی حفاظت شبکه در هنگام بروز اتصال ها و برقراری جریان عیب توسط کلیدهای قدرت صورت می‌پذیرد. با قطع کلید قدرت، قسمت معیوب شبکه از قسمت های بدون عیب و در حال کار شبکه جدا شده و ادامه کار و ثبات شبکه تأمین می‌گردد. بروز هر گونه عیبی در کلید قدرت، بطوریکه با بروز عیب در شبکه و بکار افتادن رله‌های حفاظتی، کلید عمل نکرده و به موقع قسمت معیوب شبکه را جدا ننماید، قطع بی مورد و نابجای سایر کلیدها و از کار افتادن قسمتی از شبکه را به همراه خواهد داشت. عیب در کلید ممکن است ناشی از بروز اشکال در مدار فرمان کلید، بروز عیب در مکانیزم قطع و وصل کلید، عدم توانائی کلید در قطع جریان عیب، افزایش زمان قطع کلید و غیره باشد. 

با توجه به تعداد عیوبی که درخطوط انتقال انرژی و سایر تجهیزات شبکه در سال روی می‌دهند و در کلیه عیوب روی داده کلیدهای قدرت نقش اصلی را در قطع قسمت معیوب و حفظ شرایط عادی شبکه عهده‌دار می‌باشند، اهمیت کلیدهای قدرت و تأثیر آنان در ادامه کار عادی شبکه روشن می‌گردد. عدم قطع به موقع و بجای کلیدها در هنگام بروز عیب منجر به قطع سایر کلیدها در نقاط دیگری از شبکه شده و قسمت های بیشتری از شبکه را با قطع برق و خاموشی مواجه می‌نمایند. تأخیر در قطع کلیدها، مدت باقی بودن عیب و برقراری جریان عیب در شبکه را افزایش داده و بازگشت شبکه را به شرایط عادی دشوارتر می‌نماید.

با روشن شدن اهمیت و نقش کلیدهای قدرت در حفظ شرایط پایداری شبکه و جلوگیری از خاموشی‌های مکرر، درجه اطمینان و قابلیت کلیدهای قدرت تعیین می گردد. این امر موجب می‌شود تا کلیدها از حداکثر اطمینان و توانائی برخوردار باشند. هر قدر عیوب روی داده در کلیدها و مکانیزم کار آنها کمتر باشد، ثبات کار شبکه بیشتر شده و قطعی‌های شبکه کمتر می‌گردد. دستیابی به حداکثر اطمینان در عملکرد کلیدهای قدرت در شبکه و توانائی کامل آنها در قطع جریان عیب، موجب می‌گردد تا بررسی‌های لازم به منظور تعیین توانائی آن ها در قطع جریان عیب و تعیین نوع مناسب آن ها با دقت زیاد و با توجه به کلیه پارامترهای شبکه صورت پذیرد. 

انواع کلید های قدرت

ابتدا کلیدهای قدرت را مطابق با سطح ولتاژ آن ها طبقه بندی می کنیم. بیشترین استفاده کلیدهای قدرت در این سه نوع طبقه بندی می باشد.

1-    کلیدهای قدرت فشار ضعیف

2-   کلیدهای قدرت فشار متوسط

3- کلیدهای قدرت فشار قوی

 

دسته بندی دیگری وجود داردکه بر مبنای مکانیسم عملی که مورد استفاده قرار می گیرد تا کلید را بکار بیندازد شامل سه دسته زیر می باشد:

-       مکانیزم فنری (Spring Mechanism)

-       مکانیزم هیدرولیکی (Hydraulic Mechanism)

-       مکانیزم هوای فشرده یا پنیوماتیکی(Peneumatic Mechanism)

 

یکی دیگر از دسته بندی های بسیار مهم جایی است که بریکرها استفاده می شود. این ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر برسد ولی موقع نصب یک کلید قدرت شما باید دقت کنید که آن درون ساختمان یا هر جایی از بیرون نصب شود. این بخاطر این است که بدنه مکانیکی بیرونی بریکرها براساس دوام و حفاظتی که از آسیب مدارهای داخلی جلوگیری می کنند، طراحی شد. بنابراین دو نوع دسته بندی بر این اساس وجود دارد:

1-    کلیدهایقدرتبیرونیOutdoor Circuit Breakers

2-  کلیدهایقدرتداخلی Indoor Circuit Breakers

 

 

مسئله اصلی در کلید قدرت، خاموش سازی قوس و نیز تحمل اضافه ولتاژهای پس از خاموش سازی قوس می باشد. روش خاموش سازی قوس، عامل اصلی در طراحی و نیز تعیین ظرفیت کلید قدرت می باشد. بر این اساس کلیدهای قدرت با توجه به روش خاموش سازی قوس به صورت زیر دسته بندی می شوند:

 - کلید روغنی

 - کلید هوایی

  - کلید خلأ

 - کلیدSF6 

 

سکسیونر

(سکسیونر)

  اصولا سکسیونر ها وسائل ارتباط دهنده مکانیکی و گالوانیکی قطعات و سیستمهای مختلف می باشند و در درجه اول بمنظور حفاظت اشخاص و متصدیان مربوطه در مقابل برق زدگی بکار برده می شوند.بدین جهت طوری ساخته می شوند که در حالت قطع یا وصل محل قطع شدگی یا چسبندگی بطور واضح و آشکار قابل رویت باشد . بستن یا باز کردن مدارالکتریکی نمی شود برای باز کردن یا بستن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به یک کلید دیگری بنام کلید قدرت خواهیم داشت که قادر است مدار را تحت هر شرایطی باز کند و سکسیونر وسیله ای برای ارتباط کلید قدرت و یا هر قسمت دیگری از شبکه که دارای پتانسیل است به شین می باشد .

طبق قوانین متداول الکتریکی جلوی هر کلید قدرتی از 1کیلوولت به بالا و یا هر دو طرف در صورتیکه ان خط از هر دو طرف پتانسیل می گیردسکسیونر نصب می گردد. برای جلوگیری از قطع ویا وصل بی موقع ودر زیر بار سکسیونر معمولا بین سکسیونر وکلید قدرت چفت وبست(مکانیکی یا الکتریکی)بنحوی برقرار می شود که با وصل بودن کلید قدرت نتوان سکسیونر را قطع ویا وصل کرد. بر خلاف کلید های هوایی ،سکسیونرها قادر به قطع هیچ جریانی نیستند .آنها فقط در جریان صفر باز و بسته می شوند . این کلیدها اصولا جدا کننده هستند که ما را به جدا کردن کلیدهای قدرت روغنی ، ترانسفورماتوها، خطوط انتقال و امثال آنها از شبکه زنده قادر می سازند .سکسیونرها از لوازمات تعمیراتی وتغییر مسیر جریان میباشند.

انواع سکسیونر :

1- سکسیونر تیغه ای یا اره ای

2- سکسیونر کشویی

3- سکسیونر دورانی

4- سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف  

سکسیونر تیغه ای یا اره ای:

برای قطع و وصل ولتاز و حفاظت مطمئن در زمان عملکرد استفاده می شود و بیشتر برای فشار متوسط کاربرد دارد . بر حسب میزان جریانی که از آن عبور می کند تیغه های آن می تواند از ساده به دوبل و از نوع تسمه ای به پروفیلی و میله ای و لوله ای تغییر یابد . این متن برگرفته از سایت مهندسی برق قدرت و شبکه های انتقال و توزیع مهندس هادی حداد خوزانی می باشدنوع اهرمی آن در فشار قوی وفوق فشار قوی کاربرد دارد . این سکسیونر ها به دلیل وجود شرایط جوی و وجود تنش های مختلف بایستی طوری نسب شود که در اثر نیروی برف یا باد به راحتی وصل نگردد.

سکسیونر کشویی:

برای عملکرد ،سکسیونر در جایی استفاده می شود که عمق تابلو کم باشد . این سکسیونرها بیشتر به صورت میله ای در جهت عمودی قطع و وصل می شود و بیشتر در فشار متوسط کار برد دارد .

سکسیونر دورانی:

بیشتر در شبکه های 63Kv به بالا استفاده می شود و عملکرد این سکسیونر به صورت دو بازو در یک پل که جهت چرخش آنها 90 درجه معکوس همدیگر می باشند این نوع کلید در شرایط جوی نا مناسب مقاومت خوبی از خود نشان میدهد.

سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف:

این نوع سکسیونرها بیشتر در شبکه فوق فشار قوی کاربرد دارند و به لحاظ آنکه هر قطب روی یک پایه سوار است لذا از نظر جایگیری در پست حجم کمتری اشغال می کند و بیشتر زیر خط فشار قوی نصب می گردد.

سکسیونر با قطع زیر بار :

این سکسیونرها بدلیل جلوگیری از حجم زیاد پست و جلوگیری از مانور اپراتور و همچنین برای جلوگیری از اینترلاک (تنش) بین سکسیونر و دژنکتور طوری طراحی می شوند که برای قطع و وصل خطی کوچک و یا فیدرهای تغذیه و یا راه اندازی موتورهای فشار قوی و همچنین وصل آنها حدود 5/2 تا10 برابر قدرت قطع آنهاست و جریان قطع این کلیدها 2تا 5/2 برابر جریان نامی است . این نوع سکسیونرها دارای محفظه قطع ضعیفی می باشند که از نوع هوایی می باشند.   

   دژنکتور:  کلیدهای قدرت برای قطع جریانهای عادی و اتصال کوتاه طراحی می شوند .آنها مانند کلیدهای بزرگی رفتار میکنند که توسط شصتی های محلی و یا سیگنالهای مخابراتی توسط سیستم حفاظت از دور می توانند باز ویا بسته شوند . بنابر این ، کلیدهای خودکار در صورتی که جریان و ولتاز خط از مقدار تنظیم شده کمتر و یا بیشتر شوند , دستور قطع را از طریق رله دریافت می کند.

مهمترین کلید های قدرت به شرح زیر می باشند :

کلید قدرت روغنی (OCBS)

کلید قدرت هوایی

کلید قدرت SF6

کلید قدرت خلا  

 

کلید قدرت روغنی (OCBS):

این کلید از بک تانک فولادی پر از روغن عایقی تشکیل شده است.اگر اضافه باری به وجود آید ،پیچک قطع یک فنر قوی را آزاد می کند که سبب کشیده شدن میله عایق وباز شدن کنتاکت ها میگردد . به محض جدا شدن کنتاکت ها جرقه شدیدی ایجاد می شود که سبب تبخیر روغن در اطراف جرقه می گردد . فشار گاز های داغ ایجاد اغتشاشی در اطراف کنتاکت ها میکند که سبب چرخش روغن خنک در اطراف قوس شده ،آن را خا موش می کند . در کلیدهای پر قدرت مدرن قوس در مجاورت یک محفظه انفجار قرار میگیرد، به طوری که گازهای داغ سبب جریان شدید روغن می گردند . این جریان شدید در اطراف قوس برای خاموش کردن آن جاری می شود . سایر انواع کلیدهای قدرت به صورتی طراحی شده اند که قوس الکتریکی در آن توسط یک میدان مغناطیسی خودایجاد شده منحنی وار و طولانی می شود و به قوس در برابر یک سری بشقاب های عایقی دمیده می شود ، به طوری که قوس تکه تکه شده خنک می شود .

کلید قدرت هوایی:

این کلید ها مدار با دمیدن هوای فشرده با سرعت ما فوق صوت به کنتاکت های باز شده قطع می کنند . هوای فشرده در یک مخزن با فشار حدود MPa3 ذخیره شده و توسط یک کمپرسور در پست پر می شود . پر قدرتترین کلید قدرت می تواند جریانهای اتصال کوتاه 40 کیلو آمپر را در ولتاز خط 765 کیلو ولت را در مدت زمان 3 تا 6 سیکل در یک خط hz60 قطع کند . صدایی که از دمیدن هوا ایجاد می شود آن قدر بلند است که از صدا خفه کن در صورت نزدیکی کلید قدرت به مناطق مسکونی باید استفاده می شود .

کلید قدرت SF6:

این کلید کاملا بسته و با گاز عایق شده در هر کجا که فضا کم با شد مانند پست های اول شهر به کار می رود . این کلید ها از انواع دیگر با قدرت های مشابه خیلی کوچکتر و از کلید های هوایی نیز کم صداتر است.

کلید قدرت خلا:

این کلید ها با اصول متفاوتلی از دیگر کلید ها کار می کنند ، زیرا هیچ گازی برای یونیزه شدن در موقع باز شدن کنتاکت ها وجود ندارد . این کلیدها کاملا آب بندی می باشند ودر نتیجه ساکت بوده وهیچ گاه در معرض آلودگی هوا قرار نمی گیرند . ظرفیت قطع انها به حدود kv 30 محدود می شود و برای ولتازهای بالاتر از اتصال سری چند کلی استفاده می شود . از این کلیدها اغلب در سیستم های مترو استفاده می شود.