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
ایمنی الکتریکی برای کودکان
 ۱۹ اردیبهشت ۱۴۰۲
 مهندس کهن یزدی

ایمنی الکتریکی برای کودکان

الکتریسیته یک پدیده طبیعی است که از ذرات استاتیک باردار شده، یا جریان های دینامیکی ایجاد می شود. مردم معمولا الکتریسیته(برق)، انرژی و توان را با هم به اشتباه می گیرند اما این سه مفهوم متفاوت هستند. انرژی (energy) واحد اندازه گیری قدرت، نیرو و ظرفیت مورد نیاز برای انجام کار است.  توان  (power)واحد اندازه ...  ادامه مطلب 
مزایا و معایب خودرو های برقی
 ۱۹ اردیبهشت ۱۴۰۲
 مهندس کهن یزدی

مزایا و معایب خودرو های برقی

مزایای خودروهای برقی دوستدار با محیط زیست: خودروهای برقی هیچ آلاینده ای تولید نمی کنند و این قابلیت، آنها را به دوستدار محیط زیست تبدیل می کند. این بدان معناست که آنها به آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای کمک نمی کنند، که یک مزیت قابل توجه در مبارزه با تغییرات آب و هوایی است. * صرفه جویی در ...  ادامه مطلب 
نحوه عملکرد شبکه برق
 ۲۳ آذر ۱۴۰۱
 مهندس کهن یزدی

نحوه عملکرد شبکه برق

تا زمانی که با قطعی برق مواجه نشویم، برقی را که از شبکه برق خود دریافت می کنیم، مسلم فرض کنیم. اغلب ما در زمان قطعی برق دچار اضطراب می شویم تا بتوانیم برق مورد نیاز خود را تامین کنیم. شبکه برق، برق را از نیروگاه ها به خانه ها و مشاغل در سراسر کشور می رساند. شبکه وسیع تولید، انتقال و تحویل برق آن تضمین می‌کند که ...  ادامه مطلب 
نحوه انتخاب منبع تغذیه (پاور) کامپیوتر
 ۲۳ آذر ۱۴۰۱
 مهندس کهن یزدی

نحوه انتخاب منبع تغذیه (پاور) کامپیوتر

یکی از کم هیجان انگیزترین، اما مهم ترین قطعات کامپیوتر، منبع تغذیه است. البته رایانه های شخصی با برق کار می کنند، و این برق مستقیماً از دیوار به تمام اجزای داخل کیس رایانه شخصی تامین نمی شود. در عوض، الکتریسیته از جریان متناوب (AC) ارائه شده توسط شرکت برق به جریان مستقیم (DC) مورد استفاده اجزای ...  ادامه مطلب 
لوازم برقی پر مصرف خانگی
 ۲۲ آذر ۱۴۰۱
 مهندس کهن یزدی

لوازم برقی پر مصرف خانگی

آیا می دانستید که مایکروویو شما بیشتر از پمپ آب شما انرژی مصرف می کند؟ بسیاری از صاحبان خانه متوجه نیستند که برخی از وسایل روزمره خانگی که استفاده می کنند، واقعا می توانند قبض انرژی آنها را افزایش دهند. در اینجا برخی از وسایل پر مصرف که در خانه شما هستند آورده شده است: 1. اتوی لباس: اتو کردن لباس ها شاید به ...  ادامه مطلب