نحوه عملکرد کلید خلا و کاربردهای آن

نحوه عملکرد کلید خلا و کاربردهای آن
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 جریان الکتریکی 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.
 
 
لطفا دیدگاهتان را در فرم زیر درج نمایید.
        _                 _ 
       | |               | |
  __ _ | |__  __   __  __| |
 / _` || '_ \ \ \ / / / _` |
| (_| || |_) | \ V / | (_| |
 \__,_||_.__/   \_/   \__,_|
                            
                            
کد امنیتی نمایش داده شده در تصویر بالا را وارد فرمایید.
مطالب بیشتر در این زمینه
دستگاه LCR متر چیست؟
 ۱۸ مهر ۱۳۹۸
 گروه تحقیق و توسعه تالی الکتریک

دستگاه LCR متر چیست؟

دستگاه LCR متر ابزاری‌ست که می‌تواند با دقت و سرعت بالایی میزان ظرفیت خازن، مقاومت و اندوکتانس سلف را مشخص کند. از LCR متر با عنوان سلف‌سنج (L)، خازن‎سنج (C) و اهم‌سنج (R) نیز یاد می‌کنند. به علاوه از دیگر اندازه‌گیری‌های دستگاه می‌توان به پارامتر‌هایی همچون Q (ضریب توان)، D (ضریب اتلاف)، سوسپتانس ...  ادامه مطلب 
توربین انبساطی ( Expansion Turbines ) چیست؟
 ۱۸ مهر ۱۳۹۸
 گروه تحقیق و توسعه تالی الکتریک

توربین انبساطی ( Expansion Turbines ) چیست؟

توربینهای انبساطی  (Expansion Turbines)   یا همان تورب واکسپندرها (Turbo Expanders) ماشین های چرخشی مدرن می باشند که انرژی فشار گاز یا جریان بخار را به کار مکانیکی تبدیل می کند.بطوریکه گاز یا بخار در توربین انبساط پیدا می کند . اگر سرد شدن گاز یا جریان بخار هدف اصلی باشد کار مکانیکی که بدین صورت تولید گردد ...  ادامه مطلب 
چمدانی که برق تولید می کند!
 ۱۸ مهر ۱۳۹۸
 گروه تحقیق و توسعه تالی الکتریک

چمدانی که برق تولید می کند!

در حال حاضر وجود چمدان‌هایی که درون آن‌ها چند باتری تعبیه شده موضوع جدیدی نیست، اما اخیرا شرکت "Rollogo" چمدانی موسوم به "Rollogo Escape S" توسعه داده است که مجهز به پاور بانک است، اما انرژی مورد نیاز خود را از باتری دریافت نمی‌کند بلکه از چرخ‌هایش به دست می‌آورد. چمدان مذکور از چرخش چرخ‌های ...  ادامه مطلب 
کابل زیر دریا ( submarine cable )
 ۱۸ مهر ۱۳۹۸
 گروه تحقیق و توسعه تالی الکتریک

کابل زیر دریا ( submarine cable )

کابل ارتباطی زیردریایی ( Submarine communications cable) کابلی مستقر در بستر دریا و میان دو ایستگاه زمینی است که انتقال سیگنال‌های مخابراتی یا انتقال برق را در امتداد اقیانوس ممکن می‌سازد. اولین کابل‌های ارتباطی زیردریایی در دهه ۱۸۵۰ برای انتقال ترافیک تلگراف ساخته و نصب شدند. نسل‌های بعدی کابل، برای انتقال ...  ادامه مطلب 
موتور القایی خطی (LIM)
 ۱۴ مهر ۱۳۹۸
 گروه تحقیق و توسعه تالی الکتریک

موتور القایی خطی (LIM)

موتور القایی خطی (LIM) نوع خاصی از موتور‌های القایی است که به منظور دست‌یابی به حرکتی در راستای یک خط مستقیم (به جای حرکت دورانی موتور‌های مرسوم) از آن استفاده می‌شود. این موتور‌ها یک اعجاز مهندسی برای تبدیل یک موتور عادی به موتوری دیگر در کاربرد‌های خاص هستند که اصول کاری تقریبا مشابهی دارند، اما ...  ادامه مطلب