أنواع مفاتيح القطع و الوصل و كيفية اختيارها

أنواع مفاتيح القطع و الوصل و كيفية اختيارها

أنواع مفاتيح القطع و الوصل و كيفية اختيارها

 

انواع مفاتيح القطع و الوصل

تقسم انواع مفاتيح القطع و الوصل بطريقتين و هما جهد التشغيل و طريقة اخماد القوس الكهربي .

انواع مفاتيح القطع و الوصل طبقا لجهد التشغيل .

  • مفاتيح قطع و وصل جهد منخفض حتي 1 كيلو فولت .
  • مفاتيح قطع و وصل متوسط من اكبر من الكيلو فولت حتي 33 كيلو فولت .
  • مفاتيح قطع و وصل جهد عالي من اكبر من 33 كيلو فولت حتي 240 كيلو فولت .
  • مفاتيح قطع و وصل جهد فائق اكبر من 240 كيلو فولت .

انواع مفاتيح القطع و الوصل طبقا لطريقة إخماد القوس الكهربي .

  • مفاتيح القطع و الوصل الهوائية او ذات الدفع الهوائي .

أولا : مفاتيح القطع و الوصل الهوائية ذات الجهد دالمنخفض  .

جميع مفاتيح القطع و الوصل ذات الجهد المنخفض هي مفاتيح هوائية و بدون هواء مضغوط حيث لا يحتاج إطفاء الشرارة الي ذلك و اشهر الانواع المستخدمة هي :

  • مفاتيح قطع و وصل ذات صندوق مشكل moulded case circuit breaker تتكون هذه المفاتيح من صندوق مصنوع من مادة عازلة و قطبي المفتاح الثابت و المتحرك لا يمكن استبداله حيث يكون المفتاح محكم الغلق و يجب استبدال المفتاح بأكمله اذا حدث به عطل او تاكل فى قطبي التلامس كما يوجد بالمفتاح مقسم قوس و اقصي تياري للتشغيل المتصل فى مثل هذه الانواع هو في حدود 1200 أمبير .

و لتيار القصر فى حدود 100000 امبير الا ان هذه القيم تتغير مع التطور فى الصناعة و تكون هذه القواطع مزدوة بمتمات ضد زيادة التيار في حالة حدوث قصر او ارتفاع فى التيار كما تكون مزودة بمتمات للاحساس بارتفاع درجات الحرارة اي ان القاطع مزود باجهزة الحماية اللازمة للجهود المنخفضة .

  • مفاتيح قطع و وصل القوس ذات الجهد المنخفض low voltage power circuit breaker و تكون هذه القواطع من وحدات يمكن استبدالها و يمكن صيانتها و تغيير قطبي المفتاح الثابت و المتحرك و اقصي تيار تشغيل لمثل هذا النوع في حدود 4000 امبير و تيار القصر فى حدود 30000 امبير .

ثانيا : مفاتيح القطع و الوصل الهوائية ذات الجهود المتوسطة و العالية فى هذه المفاتيح يتم استخدام الهواء المضغوط بين 18 – 20 كيلو جرام / سم2 لإخماد القوس و تعمل هذه المفاتيح على جهود من 6.6 كيلو فولت و حتي اكبر من 400 كيلو فولت و تغطي بالطبع الجهود عند 132 كيلو فولت و بسعة فى حدود 7500 ميجا فولت امبير و تتميز هذه المفاتيح عن غيرها بما يلي :

  • التخلص من مخلفات القوس بعد اخماده عن طريق دفعه بالهواء المضغوط خارج المفتاح .
  • سرعة التشغيل .
  • قصر مدة تكون القوس .
  • عدم تاكل قطبي المفتاح الثابت و المتحرك نظرا لقصر مدة القوس .
  • سهولة الصيانة .
  • حساسيتها لجهد اعادة الاشغال .

و هناك نوعان للمفاتيح ذات الدفع الهوائي .

  • مفاتيح ذات دفع هوائي مستعرضة Cross blast air breaker تستخدم هذه القطواع فى الجهود المتوسطة و العالية و لكن داخل اماكن مغلقة و يلاحظ فى مثل هذا النوع من مفاتيح القطع و الوصل ان حركة القطب المتحرك عرضية و يتم دفع القوس الكهربي فى اتجاه القوس الكهربي فى اتجاه مجزئات القوس ( arc spliters ) مع اطالته و تتكون مجزئات القوس من المعدن بالاضافة لبعض المواد العازلة التي تنتج غازات تساع على وقف تاين الغازات و من ثم اطفاء الشرارة و يتكون القطبان الثابت و المتحرك من النحاس المغطي بطبقة من الفضة لمنع الصدا و التاكل و في مثل هذا النوع لا تستخدم مقاومة على التوازي مع الشرارة اتوماتيكي و في حالة استخدامها فانها توضع فى اماكن عند مجزئات التيار و يعتمد استخدامها على عدد المجزئات الموجود فى القطاع .
  • القواطع الهوائية المحورية ذات الدفع الهوائي .

فى هذا النوع من القواطع تكون حركة القطب المتحرك رأسية و هنا يكون القوس الناتج راسيا و يتحرك الهواء من فتحات فى اتجاه ظهور الشرارة .

  • مفاتيح القطع و الوصل الزيتية .

القواطع الزيتيم يتم فيها اطفاء القوس الكهربي داخل الزيت و تتميز هذه القواطع بما يلي :

  • امتصاص الطاقة الناتجة من القوس الكهربي .
  • يمكن استخدام الزيت كمبرد للحرارة الناتة من القوس الكهربي .
  • يتميز الزيت بان شدة عزله عالية جدا .

عيوب هذا النوع من القواطع .

  • يمكن ان يشتعل الزيت من جراء ارتفاع درجة الحرارة .
  • يحتاج الزيت الي عملية اعادة ترشيح كل فترة و تيحرك الزيت بين القطبين الثابت و المتحرك تحت تاثير العوامل الاتية :
  • تحت تاثير الضغط الناتج عن الفرق الطبيعي بين القطبين و خزان الزيت .
  • بواطسة التضاغط الناتج من القوي الكهرمغناطيسية نتيجة القوس .
  • بواسطة التضاغط الناتج بوسائل خارجية مرتبطة بطبيعة تصميم القاطع .

امثلة القواطع الزيتية :

  • قواطع زيتية ذات حجم زيت صغير minimum oil circuit breaker يكون القطبين الثابت و المتحرك مغموسين تماما داخل الزيت و يكون الخزان مؤرض و يلاحظ ان القطبين مقسمين الي جزئين ( double break ) و يلاحظ ان الشرارة تتولد داخل الزيت و يتم اطفاءها داخله مما ينشأ عنه قوه كهرومغناطسية تؤثر على الزيت فتدفعه الي اعلي و لذلك يجب ان يكون غطاء الخزان قوي .

و يلاحظ ايضا ان حركة القطب المتحرك تكون الي اسفل عند فتح القاطع . و في النوع المعروف بـ ( double break ) يكون القوس على هيئة جزئين علي التوالي و هذا قد يسبب مشكلة للمفاتيح الزيتية حيث يكون توزيع الجهود غير منتظم علي الجزء المتحرك .

  • قواطع ذات حجم كبير oil circuit breeker تتكون هذه القواطع من خزان قوي ملئ بالزيت و ايضا فى هذا النوع من القواطع يتكون القضيب المتحرك من قضيب اجوف و عندما يتحرك القطب المتحرك يظهر القوس الكهربي يبين القطبين الثابت و المتحرك فيتدفق الزيت بينهما و ذلك لمضان عدم اشتعال القوس مرة اخري لوجود الجهد العابر المستعاد و يمكن ان يندفع الزيت نتيجة تولد غازات فى خزان الزيت تتمدد فتضغط لينفتح خزان الزيت و يندفع ليزيل اثار اطفاء القوس و يرفع شدة العزل و عادة ما يتم تغيير القطبين الثابت و المتحرك بعد حدوث 10000 فصل و غلق بما في ذلك التشغيل بدون احمال .
  • القواطع الغازية ( sulphur hexafluoride circuit breakers ) يتميز غاز سادس فلوريد الكبريت ( SF6 ) SF6 CB , S بالميزات الاتية :
  • متزن حراريا و لا يتفاعل مع المعادن .
  • شدة العزل لهذا الغاز تعادل 2.4 مرة شدة العزل الهواء .
  • يكون فى الحالة الغازية عند 9 درجات مئوية 48 فهرنهيت .
  • اثقل من الهواء بحوالي 5 مرات .
  • غير سام و ليس له تاثير ضار فى الظروف الطبيعية على الانسان .
  • فلوريدات المعادن التي تتكون عند حدوث القوس الكهربي فى درجات الحرارة العالية عادة ما تكون عازلة .

المميزات السابقة اهلت غاز SF6 دون غيره من الغازات لكي يستخدم فى اطفاء القوس الكهربي .

و يتكون مفتاح القطع الغازي SF6 من قطبين ثابت و متحرك مصنوعان من النحاس و مثبتان على عازلين من الصيني و يوجد خزانات مليئة بغاز SF6 و مضغوطة بضغط حوالي 3.5 بار .

و يتراوح العمر الافتراض للقطبين الثابت و المتحرك بين 10 – 20 عملية فصل لتيار القصر و بين 2000 – 4000 عملية فتح فى وجود تيار الحمل و يوجد مفاتيح قطع غازية بين 115 ك ف و 230 ك ف ذات سعة قطع تتراوح بين 10 ميجا فولت امبير الي 20 ميجا فولت امبير و زمن الفصل فيها اقل من 3 دورات لتيار القصر .

  • مفاتيح القطع المفرغة .

يتكون القاطع اساسا من غرفة مفرغة لدرجة 710 زئبق و يوجد بداخلها القطبان الثابت و المتحرك و تتميز هذه المفاتيح بما يلي :

  • صغر حجم الغرفة المفرغة التي يتم اطفاء الشرارة بها .
  • زمن الفصل فى حدود نصف دورة لتيار القصر .
  • شدة العزل لمقاومة انهيار الثغرة الهوائية الصغيرة كبيرة حيث تم استخدام الهواء المفرغ كوسط عازل .
  • تتميز المفاتيح المفرغة بانها الاقرب الي المثالية .
  • عدم احتوائها على سوائل قابلة للاشتعال او غازات قد تتسرب .
  • خفة الوزن و هدوء التشغيل .
  • لا تحتاج الي صيانة .

عيوب هذه القواطع :

  • تتصاعد كمية من الغازات من القطبين الثابت و المتحرك عند درجات الحرارة العالية .
  • قد يتعرض القطبين الثابت و المتحرك للانهيار او التاكل مما يعني استبدال الغرفة الزجاجية بالكامل .
  • تعرض المفاتيح الغازية لزيادة فى الجهد بين القطبين الثابت و المتحرك .

و تنقسم المفاتيح المفرغة الي قسمين :

  • قسم يتحمل حتي 10 كيلو امبير كتيار قصر .
  • قسم يتحمل اكثر من 10 كيلو امبير كتيار قصر .

و العمر الافتراضي لقطبي القطع و الوصل هو حوالي 100 عملية عند مرور تيار القصر و حوالي 20000 عملية عند التيار المقنن و في اي حال من الاحوال يجب تغيير الحجرة المفرغة الي تحتوي على التلامسات بعد حوالي 30000 دورة قطع و وصل حتي اذا تمت بدون حمل .

و عند ترك القطب المتحرك يمتد القوس بينه و بين القطب الثابت و يمر التيار بالصفر فينطفي القوس و يؤدي ارتفاع درجة الحرارة الي تكون بخار معدني يتكثف على القطبين الثابت و المتحرك فى زمن لا يتعدي بضعة ميكرو ثواني مما يؤدي الي ارتفاع سريع جدا لمتانة العزل الكهربي و من ثم الي عدم اعادة اشتعال القوس الكهربي .

كيفية اختيار القاطع .

لاختيار قطاع لا بد ان تتوافر فيه مجموعة من الشروط و من اهمها :

  • الجهد المقنن Rated voltage و هو الجهد الذي يعمل عليه مفتاح القطع و الوصل و تنسب اليه سعه المفتاح و يمثل اقصي قيمة لجهد التشغيل المسموح به .

جهد الصمود The withstand voltage و هو يمثل القيمة التي يجب ان يتحملها العزل فى المفتاح و هو مقياس تحمل العزل للجهود العابرة و جهد اعادة الاشتعال و يكون عادة ضعف جهد التشغيل فى حالة الموجات الجيبية و من اربعة الي ستة اضعاف جهد التشغيل فى الموجات الدفعية .

تيار الفتح ( Ib ) Breaking current و هو يمثل القيمة الفعالة لتيار القصر الذي يستطيع القطاع فصله .

  • تيار الاغلاق المقنن Im Making current يتم عندما يصل التيار الي صفر داخل المفتاح اما فى حالة الاغلاق اذا ما حدث و لا زال العطل موجود اي ان الدائرة فى حالة قصر فانه يمكن ان يحدث و التيار فى دورته او قيمته العظمي .