عملکرد کلیدهای روغنی

عملکرد کلیدهای روغنی:

روغن معدنی خاصیت عایق بهتری نسبت به هوا دارد. در کلید های روغنی، کنتاکت (تیغه) ثابت و تیغه محرک در داخل روغن عایق غوطه ور می شوند. هرگاه جدا کردن تیغه های حامل جریان در روغن نیاز باشد و انجام شود، قوس در کلید در لحظه جداسازی تیغه ها آغاز می شود و به دلیل این قوس، روغن اکثرا به گازهای هیدروژن بخار می شود و تجزیه می شود و در نهایت حباب هیدروژن در اطراف ایجاد می شود. این حباب گاز بسیار فشرده شده در اطراف قوس مانع از ایجاد مجدد قوس پس از عبور جریان از صفر سیکل جریان می شود. کلیدهای روغنی یکی از قدیمی ترین نوع قطع کننده های مدار است. در این متن قصد داریم عملکرد کلیدهای روغنی را برای شما همراهان عزیز نفیس نور بررسی کنیم.

عملکرد کلیدهای روغنی بسیار ساده است اجازه دهید بحث کنیم. هنگامی که تیغه های حامل جریان در روغن از هم جدا شوند، قوس بین تیغه های جدا شده برقرار می شود. در واقع، هنگامی که جداسازی تیغه ها به تازگی شروع شده است، فاصله بین تیغه های حامل جریان بسیار کوچک است در نتیجه شیب ولتاژ بین تیغه ها زیاد می شود. این شیب ولتاژ بالا بین تیغه ها، باعث یونیزه شدن روغن و در نتیجه قوس بین تیغه ها را آغاز می کند. این قوس مقدار زیادی گرما را در روغن اطراف ایجاد می کند و روغن را تبخیر می کند و روغن را اکثرا به هیدروژن و مقدار کمی متان، اتیلن و استیلن تجزیه می کند. گاز هیدروژن نمی تواند به شکل مولکولی باقی بماند و به شکل اتمی شکسته شود و گرمای زیادی را آزاد می کند.

دمای قوس ممکن است تا ۵۰۰۰oK برسد. با توجه به این درجه حرارت بالا، گاز خیلی سریع قوس را محاصره می کند و حباب گاز در حال رشد به سرعت در اطراف قوس تشکیل می دهد. مشخص شده است که مخلوط گازها تقریباً هزار برابر حجم تجزیه روغن را اشغال می کند. از این شکل می توان فرض کرد که سرعت حباب گاز در اطراف قوس به چه اندازه رشد خواهد کرد. اگر این حباب گاز رو به رشد در اطراف قوس به هر وسیله ای فشرده شود، سرعت فرآیند دفع یونیزه شدن رسانا های گازی یونیزه شده در بین تیغه ها تسریع می شود که به سرعت مقاومت دی الکتریک بین تیغه ها را افزایش می دهد و در نتیجه قوس با عبور صفر جریان خاموش می شود. این عملکرد اساسی کلید قطع روغنی است. علاوه بر تأثیر خنک کنندگی گاز هیدروژن، مسیر قوس را نیز محاصره می کند که به سرعت خاموش شدن قوس در کلید روغنی کمک می کند.

عملکرد کلیدهای روغنی

انواع کلیدهای روغنی:

عمدتاً دو نوع کلید های روغنی وجود دارد:

کلید روغن زیاد یا حجمی یا BOCB: کلید های روغنی BOCB از جمله کلید هایی است که در آن از روغن به عنوان وسیله خاموش کننده قوس الکتریکی استفاده میشود و همچنین از روغن به عنوان مواد  برای عایق کاری بین کنتاکت های حمل کننده جریان و قسمت هایی از زمین شده کلید استفاده می کند. روغن مورد استفاده در اینجا همان روغن عایق ترانسفورماتور است.

کلید کم روغن یا MOCB: این نوع از کلید های از روغن به عنوان ماده  قطع کننده استفاده می کنند. با این حال، بر خلاف کلید های روغنی توده ای، کلید حداقل روغن، واحد قطع کننده را در محفظه عایق در تحت ولتاژ قرار می دهد. روغن عایق فقط در محفظه قطع کننده موجود است. از ويژگي هاي طراحي MOCB مي توان به کاهش روغن اشاره کرد و از اين رو به اين کلید ها، حداقل روغن گفته مي شود.

کلید با روغن زیاد ( توده ای یا حجمی)

ساختار کلید روغنی توده ای:

ساختار اساسی کلید روغنی توده ای بسیار ساده است. در اینجا تمام تیغه ها محرک و تیغه های ثابت درون روغن در درون ظرف بسته شده یا مخزن آهنی غوطه‌ور می شوند. هر زمان که تیغه های حامل جریان در داخل روغن باز شود، قوس بین تیغه های جدا شده تولید می شود. انرژی زیادی از قوس موجود در روغن که باعث تبخیر روغن و همچنین تجزیه آن می شود از قوس الکتریسیته خارج می شود. به همین دلیل فشار گازی بزرگی در داخل روغن ایجاد می شود که سعی در انتقال روغن مایع از اطراف تیغه ها دارد. دیواره داخلی مخزن روغن باید در برابر این فشار بزرگ روغن مقاومت کند. بنابراين مخزن روغن کلید بايد از لحاظ ساختاري به اندازه كافي محكم باشد. یک محفظه هوا بین سطح روغن و سقف مخزن برای روغن جابه جا شده در هنگام تشکیل گاز در اطراف قوس ضروری است به همین دلیل است که مخزن روغن کاملا از روغن پر نمی شود و مقداری از آن از هوا است. درپوش بالای مخزن کلید باید به خوبی روی بدنه مخزن پیچ شده باشد و در کل می بایست بطور صحیح با پایه قفل شود در غیر این صورت ممکن است در هنگام قطع جریان خطای بالا پرتاب شود. در این نوع تجهیزات که روغن قابل انبساط در یک محفظه محکم هوا (مخزن روغن) محصور شده است، باید یک دریچه گاز در مخزن نصب شود. طبیعتاً نوعی از دریچه گاز همیشه روی پوشش مخزن کلید روغنی توده ای ارائه می شود. این ویژگی های بسیار اساسی برای ساخت کلید روغن توده ای است.

کلید روغنی:

هنگامی که تیغه های حامل جریان در روغن از هم جدا شوند، قوس بین تیغه های جدا شده برقرار می شود. این قوس به سرعت حباب گاز را در اطراف قوس تولید می کند. قوس الکتریکی از تیغه ثابت به تیغه متحرک حرکت می کند و طول قوس افزایش یافته و در نتیجه مقاومت قوس افزایش می یابد. افزایش مقاومت باعث کاهش دما و در نتیجه کاهش تشکیل گازها در  اطراف قوس می شود. هنگامی که جریان از صفر عبور می کند، خاموش شدن قوس در کلید روغنی توده ای صورت می گیرد. اگر با دقت بیشتری به پدیده خاموش شدن قوس بپردازیم، بسیاری از عوامل دیگر موثر در خاموش شدن قوس در کلید روغنی توده ای را مشاهده خواهیم کرد. از آنجا که حباب گاز توسط روغن درون محفظه هوای فشرده کاملا بسته شده است، روغن اطراف آن فشار زیادی را روی حباب اعمال می کند که نتیجه آن گاز بسیار فشرده شده در اطراف قوس است. با افزایش فشار، یونیزاسیون گاز افزایش می یابد که به کاهش قوس کمک می کند. خاصیت خنک کننده گاز هیدروژن نیز در فرونشاندن قوس در قطع کننده روغن کمک می کند.

عملکرد کلیدهای روغنی

کلید تک پل با روغن زیاد:

در کلید های روغنی شکاف تکی توده ای  یک جفت تیغه حامل جریان برای هر فاز برق وجود دارد. هر جفت تیغه حامل جریان در این نوع کلید های روغنی توده ای از یک تیغه ثابت و یک تیغه متحرک تشکیل شده است. تیغه ثابت ، ثابت است و در حین باز شدن کلید ، تیغه متحرک از تیغه ثابت جدا می شود. از آنجا که تیغه متحرک از تیغه ثابت در حال جدا شدن است ، قوس در بین تیغه ها ایجاد می شود و در زمان عبور جریان از صفر خطا ، به دلایلی که در فصل قبل توضیح داده می شود خاموش می شود. با گذشت روزها ، تحقیقات بیشتری انجام شده است تا کنترل بهتر قوس در یک کلید روغنی توده ای ای انجام شود. هدف اصلی از توسعه کلید روغن توده ای افزایش فشار ناشی از تبخیر و تفکیک روغن است. از آنجا که در فشار گاز زیاد ، میانگین مسیر آزاد الکترون ها و یونها کاهش می یابد و منجر به دیونیزاسیون مؤثر می شود. بنابراین در صورت افزایش فشار می توان میزان دیونیزاسیون را افزایش داد که به از بین رفتن سریع قوس کمک می کند. مشخص شده است که اگر باز شدن تیغه های ثابت و متحرک در داخل محفظه ی عایقی نیمه بسته انجام شود ، حباب گازی ایجاد شده در اطراف قوس فضای انبساط کمتری خواهد داشت ، از این رو بسیار فشرده می شود. این محفظه قوس نیمه بسته در مدار کلید روغنی توده ای به عنوان محفظه انفجار با تهویه جانبی [۳]شناخته شده است. اصل عملکرد محفظه انفجار با تهویه جانبی کاملاً ساده است ، اجازه دهید توضیح دهیم. فشار ایجاد شده توسط تبخیر و تفکیک روغن در محفظه انفجار با تهویه جانبی با برداشتن تیغه متحرک از طریق یک بسته از صفحات عایق با حداقل فاصله شعاعی در اطراف تیغه حفظ می شود. بنابراین تقریباً تا زمانی که تیغه متحرک یکی از دریچه های جانبی را باز نکند ، فشار از بین نمی رود. سپس گاز هیدروژن فشرده شده می تواند از مسیر قوس فرار کند ، بنابراین یک عمل خنک کننده قدرتمند را در کانال یونیزه شده انجام می دهد.

محفظه قوس در کلید روغن توده ای:

با رسیدن صفر جریان، مقاومت قوس به سرعت در اثر این عمل خنک کننده افزایش می یابد. در جریان بالاتر فشار بیشتری ایجاد می شود و یک کلید روغن توده ای بهترین عملکرد خود را در بالاترین جریان در مقدار نامی خود دارد. کلید روغنی  با شکاف تکی ممکن است هنگام قطع کردن جریانهای کم از قبیل جریان بار باعث ایجاد مشکل شود. پیشرفت های مختلفی در طراحی محفظه فشار یا محفظه انفجاری با تهویه جانبی پیشنهاد شده است تا بر مشکل قطع جریان کم غلبه کند. یک راه حل این امر تهیه یک محفظه روغن مکمل در زیر دریچه های جانبی است. این محفظه روغن مکمل به عنوان محفظه جبران کننده شناخته می شود که منبع تازه روغن را برای تبخیر فراهم می کند تا بتواند منبع روغن تازه را در طول قوس الکتریکی در زمان  قطع کردن جریان کم تغذیه کند.

 کلید دوبل روغنی با روغن زیاد:

پیشرفت های مختلفی در طراحی کلید های روغنی توده ای برای قطع قوس رضایت بخش و ایمن بخصوص در جریانهای زیر مقدار نامی پیشنهاد شده است. یک راه حل برای حل این مشکل استفاده از یک تیغه واسطه بین تیغه های حمل کننده جریان است. قوس در اینجا به دو قسمت به صورت سری تقسیم شده است. هدف در اینجا خاموش کردن قوس دوم با استفاده از فشار گاز و حرکت روغن به دلیل قوس اول است. در این نوع کلید، دو تیغه ثابت وجود دارد که با  یک تیغه متحرک پل زده شده ان. تیغه متحرک با استفاده از میله عایق بندی شده دارای مکانیزم حرکتی کلید روغنی است. با حرکت پل تیغه متحرک به سمت پایین ، شکاف تیغه ی با تیغه ها ثابت در هر دو انتهای پل ارتباطی در حال حرکت ​​ایجاد می شود. از این رو قوس ها در هر دو شکاف تیغه تولید می شوند.

کلید های کم روغن:

از آنجا که حجم روغن در کلید روغن توده ای بسیار زیاد است، احتمال خطر آتش سوزی در سیستم روغن توده ای بیشتر است. جلوگیری از خطر آتش سوزی ناخواسته در سیستم، یک پیشرفت مهم در طراحی کلید روغن است. همانطور که توضیح شده است (کلید های حداقل روغن) استفاده از روغن در قطع کننده مدار بسیار کمتر از کلید روغن توده ای است. تصمیم گرفته شده است كه روغن موجود در کلید فقط به عنوان وسیله خاموش قوس و نه به عنوان وسیله عایق استفاده شود. سپس مفهوم حداقل کلید های روغنی می آید. در این نوع کلید دستگاه قطع قوس در مخزن ماده عایق محصور شده است که به طور کلی دارای ولتاژ سیستم است. به این محفظه اتاقک قوس یا محفظه قطع کننده گفته می شود. فشار گاز ایجاد شده در محفظه قوس بستگی به جریانی دارد که باید قطع شود. قطع جریان بیشتر باعث افزایش فشار گاز در داخل محفظه می شود از این رو فشار قوس بهتر می شود. اما این محدودیت در طراحی محفظه قوس برای فشارهای مکانیکی را ایجاد می کند. با استفاده از مواد عایق بهتری برای محفظه های قوس مانند فیبر شیشه ای، رزین مصنوعی تقویت شده و غیره، کلید های حداقل روغن قادر است به راحتی سطح خطای سیستم را برآورده کند.

عملکرد کلیدهای روغنی

اصول کار یا رفع قوس در کلید های کم روغن:

اصول کار کلیدهای با روغن حداقل یا خاموش کردن قوس در کلید های با روغن حداقل در زیر شرح داده شده است. در کلید های با روغن حداقل، قوس ایجاد شده در تیغه های حامل جریان درون محفظه قوس قرار دارد. از این رو، حباب هیدروژن که توسط روغن بخار شده تشکیل می شود و درون محفظه جمع می شود. با ادامه حرکت، تیغه ها پس از حرکت، برای خروج گاز هیدروژن جمع شده، یک دریچه خروجی در دسترس قرار می گیرد. دو محفظه مختلف قوس وجود دارد که از نظر تهویه در محوطه های قوسی موجود است. یکی تهویه محوری و دیگری تهویه شعاعی است. در تهویه محوری، گازها (بیشتر هیدروژن) که به دلیل تبخیر روغن و تجزیه روغن در طول قوس تولید می شوند، قوس را در جهت محوری یا طولی جارو می کنند.

کاهش قوس در کلید های با روغن:

گاز یونیزه شده در اطراف قوس از طریق دریچه فوقانی جارو می شود و روغن سرد وارد محور قوس الکتریکی از طریق دریچه پایین در جهت محوری می شود نوک تیغه در حال حرکت از ورودی تحتانی عبور کرده و خاموش شدن قوس نهایی در کلید های با روغن حداقل رخ می دهد.

کلید های با روغن حداقل تخلیه محوری:

روغن سرد فاصله بین تیغه ثابت و تیغه در حال حرکت را اشغال می کند و در نهایت کلید های با روغن حداقل در حالت باز قرار می گیرد.
در صورت تهویه شعاعی یا انفجار متقاطع ، گازها (بیشتر هیدروژن) قوس را در جهت شعاعی یا عرضی جابجا می کنند.

انفجار متقابل کلید های با روغن حداقل:

دریچه محوری فشار گاز بالایی را ایجاد می کند و از این رو از مقاومت دی الکتریک بالایی برخوردار است ، بنابراین بیشتر برای قطع جریان کم در ولتاژ بالا استفاده می شود. از طرف دیگر، تهویه شعاعی فشار گاز نسبتاً كم و از این رو استحكام دی الکتریک كم تولید می كند، بنابراین می تواند برای قطع ولتاژ پایین و جریان زیاد استفاده شود. بسیاری اوقات از ترکیب هر دو در کلیدهای با روغن حداقل استفاده می شود به طوری که محفظه برای قطع جریان کم و همچنین جریان زیاد به همان اندازه کارآمد است. این نوع کلید تا ۸۰۰۰ MVA در ۲۴۵ KV در دسترس است.

عملکرد کلیدهای روغنی