بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت

مقدمه
فصل اول : مرور کلی کلید های فشار قوی و دسته بندی آن ها
اهداف آموزشی فصل اول
1-1- تعریف
2-1- تقسیم بندی کلیدها از نظر محفظه قطع قوس الکتریکی
3-1- تقسیم بندی کلیدها از نظر مکانیزم عملکرد
فصل دوم : خواص کلید های SF 6
4-1- خواص گاز و کاربرد آن
5-1- کلید های SF 6
فصل سوم : مکانیزم عملکرد و اجزای جانبی کلید

6-1- مکانیزم های عملکرد
7-1- اجزاء جنبی کلید
فصل چهارم : انتخاب کلید های قدرت
8-1- اطلاعات مورد نیاز برای انتخاب کلید
9-1- قدم های انتخاب کلید قدرت
فصل پنجم : تکنولوژی های جدید در طراحی و بهره برداری کلید های قدرت
10-1- بررسی رله‌های کنترلر سوییچینگ کلید‌های قدرت و حالات گذرای مرتبط با آن
11-1- روش‌های مدرن سوییچینگ
12-1- پست‌های فشرده معمولی
13-1- پست های با سیستم PASS
14-1- پست‌های COMPASS
15-1- مزایای مکانیسم‌های اجرایی الحاقی
16-1- طرح راندن موتور
17-1- شرایط مونیتورینگ

مقدمه :
با توجه به توسعه روز افزون پست ها و شبکه های الکتریکی ، بدلیل افزایش چشمگیر مصارف صنعتی در کشور ، که از نمونه های بارز آن میتوان به احداث منطقه ویژه اقتصادی پتروشیمی اشاره نمود، لازم است که تا حد امکان با تجهیزات فشار قوی آشنا شده و اصل عملکرد آنها را بررسی نماییم .

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت

در این جزوه سعی شده است که تجهیزات فشار قوی ( دیژنکتورها ) را مورد بررسی و تحلیل قرار داده و نحوه انتخاب آنها را بنا به معیارهای موجود شرح دهیم . بدون شک این جزوه کامل و خالی از نقص نبوده که امید است خوانندگان محترم با پیشنهادات خود بنده را در این امر یاری نمایند.

فصل اول :
مرور کلی کلیدهای فشار قوی
و دسته بندی آن ها

1-1- تعریف :
منظور از یک کلید قدرت، وسیله ای است که بتواند مدار الکتریکی فشار قوی را در شرایط عادی و شرایط خطا ( با زمان تعریف شده محدود ) قطع و وصل نماید و در این حالت طوری عمل کند که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحوه مطلوبی کنترل شود.
اصلی ترین استاندارد مربوط به کلیدهای فشار قوی در سری استانداردهای I EC استاندارد 56I EC می باشد . اصولا ً در کلیدهای فشار قوی جداشدن کنتاکت ها به معنی قطع مدار الکتریکی ( چه جریان و چه ولتاژ ) نیست بلکه وظیفه یک کلید فشار قوی قطع ارتباط جریانی یک شبکه فشار قوی است. در مورد چگونگی جریان عبوری از کنتاکت های جداشده و ولتاژ دو سر کنتاکت ها حالات بسیاری را می توان برشمرد که در حقیقت بستگی به المانهای شبکه فشار قوی خواهند داشت. در این قسمت جهت مشخص نمودن دو عامل مهم فوق در قطع یا وصل یک شبکه فشار قوی ، حالتهای کاملا ً ساده ای را توضیح خواهیم داد.

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت
در اینجا دو فرض چشم پوشی از ولتاژ قوس و قطع با صفر شدن جریان ، تنها در لحظه عبور از نقطه صفر در نظر گرفته شده است.

1-1-1- قطع مدار سلفی تکفاز :
تا قبل از قطع مدار یا جدا شدن کنتاکت ها، ولتاژ و جریان با 90 درجه اختلاف برقرار هستند . در لحظطه شروع به قطع به علت وجود جریان ، جرقه یا قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه صفر جریان ادامه می یابد . در لحظه صفر ، جریان خاموش شده و ولتاژی برابر ماکزیمم ولتاژ شبکه در سر کنتاکت باقی می ماند.
2-1-1- قطع مدار اهمی تکفاز :
تا قبل از قطع مدار ، ولتاژ و جریان هم فاز می باشند ، در نقطه شروع به قطع به علت وجود جریان ، قوس الکتریکی برقرار می شود و تالحظه صفر جریان ادامه یافته و در لحظه صفر جریان ، جرقه خاموش می شود ، از این لحظه به بعد ولتاژی که از صفر شروع به صعود می نماید در دو سر کنتاکت های کلید ظاهر می شود مراحل فوق الذکر در شکل شماره ( 1) نشان داده شده است.

شکل شماره 1: مراحل قطع مدار اهمی تکفاز

3-1-1- قطع مدار خانی تکفاز :
تا قبل از قطع مدار ، ولتاژ و جریان با 90 درجه اختلاف فاز برقرار هستند . در لحظه شروع به قطع بعلت وجود جریان ، قوس الکتریکی برقرار می شود و تا لحظه صفر جریان ، ادامه می یابد . در لحظه صفر جریان ، قوس خاموش می شود و به علت شارژ اولیه خازن تا ولتاژ Umax ، ولتاژ دو سر کنتاکت برابر تفاضل Umax و U شبکه خواهد بود که نتیجتا ً بعد از یک دورهتناوب به دو برابر ولتاژ ماکزیمم می رسد . مراحل فوق الذکر در شکل شماره ( 2 ) نشان داده شده است.

شکل شماره 2: مراحل قطع مراحل قطع مدار خازنی تکفاز
این 3 مثال ساده که شاید در عمل هرگز به چنین صورت خاصی اتفاق نیفتد . به این جهت ذکر شد که 2 موضوع مهم در قطع کلید ها عنوان شود:

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت
نکته اول ، جریان قوس می باشد به عبارت دیگر با جداشدن کنتاکت ها ، جریان عبوری صفر نمی شود و مابین زمان شروع به قطع کلید یا جداشدن کنتاکت ها و قطع مدار باید تفاوت قائل شد . البته چون جریان در کلید های فشار قوی معمولا ً در لحظه عبور از صفر خاموش می شود. لذا ولتاژهای ضربه در سیستم بوجود نخواهد آمد.
نکته دوم با صفر شدن جریان و خاموشی قوس بسته به مقدار ولتاژ اعمال شده به کنتاکت های باز کلید و با توجه به محیط یونیزه فوق العاده گرم مابین کنتاکت ها ، امکان شروع مجدد قوس الکتریکی وجود خواهد داشت. ( این ولتاژ را ولتاژ برگشتی یا باز یافتنی یا RECOVERY VOLTAGE و شروع جرقه را RESTRIKING گویند ) . با توجه به مطالب عنوان شده لازم است بعد از صفر شدن جریان و یا در حوالی آن بطریقی نسبت به خنک کردن گازهای داغ قوس و خارج کردن یونهای حامل جریان عمل کرد.
مثال های ذکر شده همچنین نشاندهنده دشواری بیشتر در قطع مدارهای سلفی می باشد . زیرا بلافاصله بعد از قطع جریان ، ولتاژ بازگشتی بالایی خواهیم داشت . همچنین از مثال های فوق آشکار می شود که ولتاژ بازگشتی در مدار خازنی ممکن است دیرتر از حالت قطع مدار سلفی بوجود آید لکن مقدار این ولتاژ بیشتر از حالت قطع مدار سلقی می باشد. ضمنا به راحتی ملاحظه می گردد که در صورت وجود مقاومتی موازی با کنتاکت های کلید در یک مدار سلفی ، ولتاژ باز گشتی ندر اثر قطع کنتاکت ها از صفر شروع شده و ولتاژ بازگشتی شدیدی نخواهیم داشت. گاها ً این موضوع در ساخت کلید هایی مجهز با مقاومت سریع قطع یا ( OPENING RESISTOR) بکار گرفته می شوند.

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت
4-1-1- وصل مدار اهمی تکفاز :
همانطوریکه ملاحظه شد در قطع مدارها ، قوس الکتریکی رخ خواهد داد . در وصل کلیدها نیز همواره این حالت وجود خواهد داشت. به عبارت دیگر با نزدیک شدن کنتاکت های کلید در لحظه ای که ولتاژ دو سرکنتاکت ها از ولتاژ شکست مورد نیاز بیشتر می شود قوس الکتریکی بروز می نماید. در یک مدار اهمی در لحظه برقراری قوس الکتریکی دقیقا ً جریانی که همفاز ولتاژ می باشد از کنتاکت های کلید عبور خواهد نمود. مراحل فوق الذکر در شکل شماره ( 3 ) نشان داده شده است.

شکل شماره 3: مراحل وصل مدار اهمی تکفاز
5-1-1- وصل مدار سلفی تکفاز :
در لحظه وصل کلید و برقراریقوس الکتریکی بعلت عدم امکان جهش جریان الزاما ً می بایست جریان از دو بخش سینوسی و ثابت تشکیل شده باشد ه در صورت عدم وجود مقاومت اهمی بخش ثابت میرا نمی شود و با وجود مقاومت اهمی بصورت نمایی میرا می شود. مقدار جریان در صورت در نظر گرفتن مدار سلفی کامل عبارت است از :

ماکزیمم این مقدار عبارت است از :

اگرL / U را مقدار موثر جریان اتصال کوتاه فرض کنیم [ زیرا حالت سلفی کامل بدون وجود مقاومت اهمی ، مشابه حالت اتصال کوتاه شبکه می باشد ] می توان گفت که ماکزیمم مقدار جریان ضربه ای که می تواند در حین وصل کلید رخ دهد.

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت
41/1 الی 82/2 برابر مقدار موثر جریان متناوب اتصال کوتاه است . البته در عمل این مقدار 5/2 یا 2 ؟؟ 8/1 در نظر گرفته می شود که همان جریان دینامیک عنوان شده در بررسی اتصال کوتاه می باشد. مراحل فوق الذکر در شکل شماره ( 4 ) نشان داده شده است.

شکل شماره 4: مراحل وصل مدار سلفی تکفاز
6-1-1- وصل مدار خازنی تکفاز :
در این حالت اگر خازن بی بار باشد تنها در صورتیکه در لحظه عبور از ولتاژ صفر کلید بسته شود جریان رفتار عادی خود را خواهد داشت . ولی در غیر اینصورت بعلت اینکه می بایست در لحظه وصل کنتاکت ها ، جهش ولتاژی در مدار خازنی داشته باشیم . حتما ً جریان های ضربه ای ایجاد می شود با وجود اینکه در عمل بعلت وجود سلف ها و مقاومت های اهمی مدار ، جریان ضربه تا حدی محدود می گردد و جریان جهشی یا ضربه به صورت نمایی میرا خواهد شد ولی با این وجود وصل مدار خازنی مشکلات عمده ای را برای کلید در بر دارد. مراحل فوق الذکر در شکل شماره ( 5 ) نشان داده شده است .

شکل شماره 5: مراحل وصل مدار خازنی تکفاز
2-1- تقسیم بندی کلید ها از نقطه محفظه قطع قوس الکتریکی :
کلید های فشار قوی از نقطه نظر محفظه قطع جرقه الکتریکی ( ARC ) به انواع مختلفی تقسیم می شود که عبارتند از :
الف – کلیدهای قدرت روغنی
ب- کلیدهای قدرت با محفظه آبی
ج- کلیدهای قدرت قطع بادی ( AIR BLAST )
د – کلیدهای قدرت کم روغن ( MINIMUM OIL )
ه – کلیدهای خلاء ( VACUUM )
و – کلیدهای SF6
نوع الف و ب از انواع بسیاری قدیمی می باشند و هم اکنون کاربردی ندارند . کلیدهای نوع ج و د با وجود اینکه هنوز در شبکه ایران مورد استفاده قار می گیرند لکن بتدریج در حال خارج شدن از رده هستند و کلید نوع 5 نیز در سطوح 63 کیلو ولت به بالا کاربرد ندارد. در حال حاضر تنها کلید مطرح در ولتاژهای 63 کیلو ولت به بالا کلید SF6 می باشد .

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت
در اینجا مختصری در مورد کلیدهای فوق الذکر توضیح داده خواهد شد . ولی بع علل مختلف از جمله : نیاز به عملیات نگهداری بیشتر ، حجم بزرگتر کلید ها نیاز به تعمیرات اساسی در دوره های زمانی کمتر ،قابلیت اطمینان پایین تر ، ارتباط زمان قطع جرقه با جریان عبوری بطوریکه قبلا ً نیز عنوان شد در سطوح ولتاژی 63 کیلو ولت و بالاتر کلیدهای SF6 به کار می روند لذا توضیحات آتی بیشتر مربوط به این نوع کلیدها خواهد بود.

الف : کلیدهای قدرت روغنی :
در این کلیدها روغن بیشتر وظیقه عایقی را بر عهده دارد و از مکانیزم خاصی برای قطع جرقه استفاده نمی شود . جرقه در اثر ازدیاد طول ،ناشی از جدا شدن کنتاکت ها از بین می رود این کلید ها دارای فضای خالی در بالای رون بوده تا در اثر انبساط حجم روغن ( بعلت بخار شدن روغن ) در لحظات قطع اتصال کوتاه و بروز جرقه از انفجار جلوگیری شود.
ب – کلید ها با محفظه قطع آبی :
در این کلیدها از آب بعنوان ماده خاموش کننده جرقه استفاده می شود مکانیزم عملکزد بدین گونه است که ابتدا ، حرارت جرقه موجب تجزیه و تبخیر آب می گردد و با خاموشی جرقه در نقطه صفر جریان ، قطرات آب ، داخل محیط یونیزه پاشیده می شود که این امر موجب خنک شدن جرقه و

بررسی مباحث نوین در طراحی و بهره ‌برداری از کلید ‌های قدرت

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر