آشنایی با کلید روغنی و نقش آن در مدار

کلید روغنی چیست؟

روغن معدنی خاصیت عایقی بهتری نسبت به هوا دارد. در کلید روغنی کنتاکت ثابت و کنتاکت متحرک در داخل روغن عایق غوطه ور می شوند. هرگاه کنتاکت های حامل جریان در روغن جدا شوند، قوس در کلید برق در لحظه جدا شدن کنتاکت ها مقدار دهی اولیه می شود و در اثر این قوس الکتریکی، روغن بخار شده و عمدتاً در گاز هیدروژن تجزیه می شود. در نهایت حباب هیدروژن در اطراف ایجاد می شود. این حباب گاز بسیار فشرده در اطراف قوس، از برخورد مجدد آن پس از رسیدن جریان به صفر در چرخه جلوگیری می کند. کلید روغنی یکی از قدیمی ترین انواع کلیدهای مدار است. در این مقاله در وبلاگ آداک، به معرفی کامل این کلید، بررسی انواع آن و نحوه عملکرد آن در تابلو برق می پردازیم. با ما همراه باشید. 

نحوه عملکرد کلید روغنی

عملکرد مدارشکن روغنی بسیار ساده است. بیایید درباره آن بحث کنیم. هنگامی که کنتاکت های حامل جریان در روغن از هم جدا می شوند، یک قوس بین کنتاکت های جدا شده کلید روغنی ایجاد می شود. در واقع، زمانی که جداسازی کنتاکت ها به تازگی شروع شده است، فاصله بین کنتاکت های فعلی کم است و در نتیجه گرادیان ولتاژ بین کنتاکت ها زیاد می شود. این گرادیان ولتاژ بالا بین سطوح تماس، روغن را یونیزه کرده و در نتیجه باعث ایجاد آرک بین آن ها می شود. این قوس مقدار زیادی گرما در روغن اطراف ایجاد می کند و روغن را تبخیر می کند و آن را عمدتاً در 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 می شود و گرمای زیادی آزاد می کند.

یونیزاسیون گازی در کلید روغنی

دمای قوس ممکن است تا 5000 درجه کلوین برسد. به دلیل این دمای بالا، گاز به سرعت در اطراف آن آزاد می شود و حباب گازی با رشد بسیار سریع در اطراف آرک تشکیل می دهد. مشخص شده است که مخلوط گازها حجمی در حدود هزار برابر نفت تجزیه شده را اشغال می کند. از این شکل می توان فرض کرد که اندازه حباب گاز در اطراف قوس با چه سرعتی رشد می کند. اگر این حباب گاز در حال رشد در اطراف قوس به هر وسیله ای فشرده شود، سرعت فرآیند یونیزاسیون محیط گازی یونیزه شده در بین کنتاکت ها تسریع می شود که به سرعت قدرت دی الکتریک بین کنتاکت ها را افزایش می دهد. در نتیجه قوس در تقاطع صفر خاموش می شود. چرخه فعلی این عملیات، اساس کار کلید روغنی است. علاوه بر آن، اثر خنک کنندگی گاز هیدروژن که مسیر قوس را احاطه کرده است، به خاموش شدن سریع آن در قطع کننده مدار روغنی نیز کمک می کند.

در همین رابطه بخوانید: تابلو بانک خازنی چیست؟

انواع کلید روغنی

به طور عمده دو نوع مدارشکن روغنی وجود دارد:

نوع بالک یا BOCB

کلید روغنی بالک یا BOCB از انواع قطع کننده های مدار است که در آن از روغن به عنوان ماده خاموش کننده قوس و همچنین عایق بین کنتاکت های حامل جریان و قطعات ارت شده بریکر استفاده می شود. روغن مورد استفاده در bulk oil circuit breaker همان روغن عایق ترانسفورماتور است.

نوع حداقل روغن یا MOCB

در این نوع کلیدهای روغنی هم از روغن به عنوان رسانه قطع کننده استفاده می کنند. با این حال، برخلاف مدار شکن روغنی بالک، یک minimum oil circuit breaker، واحد قطع کننده را در محفظه عایق قرار می دهد. روغن عایق فقط در محفظه قطع موجود است. ویژگی های طراحی MOCB کاهش نیاز به روغن است و از این رو این قطع کننده ها را کلید حداقل روغن می نامند.

مدار شکن روغنی بالک

در ادامه درباره جزئیات بیشتر کلید روغنی فله یا بالک صحبت می کنیم.

ساختار کلید روغنی بالک

ساختار اولیه کلیدهای روغنی بالک بسیار ساده است. در اینجا تمام کنتاکت های متحرک و های ثابت در داخل ظرف آهنی بسته یا مخزن آهنی در روغن غوطه ور می شوند. هر زمان که کنتاکت های حامل جریان در داخل روغن باز می شوند، قوس بین کنتاکت های جدا شده ایجاد می شود. انرژی زیادی از قوس موجود در روغن که باعث تبخیر روغن و همچنین تجزیه آن می شود، دفع می شود. به همین دلیل فشار گاز زیادی در داخل روغن ایجاد می شود که سعی می کند روغن مایع را از اطراف کنتاکت ها جابجا کند. دیواره داخلی مخزن روغن باید این فشار زیاد روغن جابجا شده را تحمل کند. بنابراین مخزن روغن کلید روغنی بالک باید در ساخت و ساز به اندازه کافی قوی باشد.

سایر ویژگی های کلید بالک روغنی

یک بالشتک هوا بین سطح روغن و سقف مخزن برای قرار دادن روغن جابجا شده در هنگام تشکیل گاز در اطراف قوس ضروری است. به همین دلیل است که مخزن روغن به طور کامل با روغن پر نمی شود، بلکه تا سطح مشخصی که هوا در مخزن کم است پر می شود. پوشش بالای مخزن باید به طور محکم روی بدنه پیچ شود و کل ساختار باید به درستی با فونداسیون محکم شود در غیر این صورت ممکن است در هنگام قطع جریان خطای زیاد به بیرون بپرد. در این نوع تجهیز که روغن قابل انبساط در یک مخزن هوابسته (مخزن روغن) محصور شده است، باید یک دریچه گاز روی درپوش مخزن تعبیه شود. به طور طبیعی نوعی دریچه گاز همیشه بر روی پوشش مخزن کلید روغنی بالک ارائه می شود. این ویژگی بسیار اساسی برای ساخت Bulk Oil Circuit Breaker است.

شاید برای شما مفید باشد: کلید خلا VCB چیست؟

خاموش کردن قوس در کلید روغنی بالک

هنگامی که کنتاکت های حامل جریان در روغن از هم جدا می شوند، یک قوس بین کنتاکت های جدا شده ایجاد می شود. این قوس حباب گازی به سرعت در حال رشد در اطراف قوس تولید می کند. با دور شدن کنتاکت متحرک از تماس ثابت، طول قوس افزایش می یابد و در نتیجه مقاومت قوس افزایش می یابد. افزایش مقاومت باعث کاهش دما و در نتیجه کاهش تشکیل گازهای اطراف قوس می شود. خاموش شدن قوس در کلید برق روغنی بالک زمانی اتفاق می افتد که جریان از نقطه عبور صفر می گذرد.

سایر عوامل موثر

اگر پدیده خاموش کردن قوس را به طور دقیق تری بررسی کنیم، بسیاری از عوامل دیگر را بر خاموش شدن قوس در کلید روغنی بالک تأثیر می گذارد. از آنجایی که حباب گاز توسط روغن داخل مخزن کاملاً هوا بسته محصور شده است، روغن اطراف آن فشار زیادی را بر حباب وارد می کند که منجر به فشرده شدن گاز شدید در اطراف قوس می شود. با افزایش فشار، یونیزاسیون گاز افزایش می یابد که به خاموش شدن قوس کمک می کند. اثر خنک کنندگی گاز هیدروژن نیز به خاموش کردن قوس در کلید روغنی کمک می کند.

کلید روغنی بالک تک پل

در مدار شکن روغنی بالک تک پل (Single Break) برای هر فاز مدار قدرت یک جفت کنتاکت حامل جریان وجود دارد. هر جفت سطوح تماسی حامل جریان در این کلید روغنی بالک از یک کنتاکت ثابت و متحرک تشکیل شده است. سطح تماس متحرک در حین باز شدن کلید مدار، از تماس ثابت دور می شود. در حین این دور شدن، قوس بین کنتاکت ها ایجاد می شود و به دلایلی که در مقالات قبل در آداک، توضیح داده شد، در هنگام عبور جریان خطا از نقطه صفر، خاموش می شود. با گذشت زمان، تحقیقات بیشتری برای بهبود کنترل قوس الکتریکی در کلید برق روغنی بالک تک پل انجام شده است. هدف اصلی توسعه مدار شکن روغنی بالک، افزایش فشار حاصل از تبخیر و تفکیک روغن است. از آنجایی که در فشار گاز بالا، میانگین مسیرهای آزاد الکترون ها و یون ها کاهش می یابد که منجر به دییونیزاسیون موثر می شود. بنابراین اگر بتوان فشار را افزایش داد، سرعت دیونیزاسیون افزایش می یابد که به خاموش شدن سریع قوس کمک می کند.

این مقاله را از دست ندهید: سرج ارستر یا برق گیر چیست؟

استفاده از یک مکانیزم خنک کنندگی جدید

مشخص شده است که اگر باز کردن کنتاکت‌های ثابت و متحرک در داخل یک محفظه عایق نیمه بسته انجام شود، حباب گاز ایجاد شده در اطراف قوس، فضای کمتری برای انبساط پیدا می‌کند، بنابراین به شدت فشرده می‌شود. این محفظه قوس نیمه بسته عایق در مدار کلید روغنی بالک به عنوان دیگ انفجار جانبی یا دیگ جت متقاطع شناخته می شود. اصل کار کراس جت پات بسیار ساده است. بیایید بحث کنیم. فشار ایجاد شده توسط تبخیر و تفکیک روغن در دیگ با تهویه جانبی (با خارج کردن تماس متحرک از طریق تعدادی صفحه عایق با حداقل فاصله شعاعی در اطراف تماس) حفظ می شود. بنابراین تا زمانی که تماس متحرک یکی از دریچه های جانبی را نپوشاند عملاً هیچ فشاری آزاد نمی شود. سپس گاز هیدروژن فشرده می تواند از مسیر قوس خارج شود، بنابراین یک خنک کننده قدرتمند بر روی ستون یونیزه شده اعمال می کند.

محفظه قوس الکتریکی در کلید روغنی بالک

هنگامی که جریان به صفر رسید، مقاومت قوس به دلیل این عمل خنک کننده به سرعت افزایش یافت. در جریان های شکست بالاتر، فشار تولید شده بزرگ تر خواهد بود. یک کلید روغنی بالک بهترین عملکرد خود را در بالاترین جریان خود ارائه می دهد. بهبودهای مختلفی در طراحی محفظه فشار یا محفظه انفجاری با تهویه جانبی برای غلبه بر مشکل قطع جریان کم پیشنهاد شده است. یکی از راه حل های این کار، ایجاد یک محفظه روغن مکمل در زیر دریچه های جانبی است. این محفظه تکمیلی روغن به عنوان محفظه جبران شناخته می شود. این منبع تازه ای از روغن را برای تبخیر شدن به منظور برگشت گاز تمیز بیشتر در مسیر قوس در هنگام تخلیه جریان کم فراهم می کند.

کلید روغنی بالک دو پل

پیشرفت‌های مختلفی در طراحی کلید روغنی بالک برای قطع قوس رضایت‌بخش و ایمن به‌ویژه در جریان‌های کمتر از حداکثر نامی پیشنهاد شده است. یکی از راه حل های این مشکل، استفاده از یک تماس میانی بین کنتاکت های حامل جریان است. قوس در اینجا به دو قسمت متوالی تقسیم می شود. هدف در این جا خاموش کردن سریع قوس دوم با استفاده از فشار گاز و حرکت روغن ناشی از قوس اول است. در مدار شکن روغنی بالک دو پل، دو کنتاکت ثابت وجود دارد و توسط یک کنتاکت متحرک پل می شوند. کنتاکت متحرک به وسیله یک میله عایق با مکانیزم محرک کلید مدار روغن تعبیه شده است. همان طور که پل تماس متحرک به سمت پایین حرکت می کند، شکاف های تماس با کنتاکت های ثابت در هر دو انتهای پل تماس متحرک میانی ایجاد می شود. از این رو قوس ها در هر دو شکاف تماس ایجاد می شوند.

مطالعه این مقاله را هم به شما توصیه می کنیم: آشنایی با فیوز الکتریکی 

کلید برق حداقل روغن 

از آنجایی که حجم روغن در کلید روغنی بالک بسیار زیاد است، احتمال خطر آتش سوزی در سیستم بالک بیشتر است. برای جلوگیری از خطر آتش سوزی ناخواسته در سیستم، یکی از پیشرفت های مهم در طراحی مدارشکن روغنی معرفی شده است. در آن استفاده از روغن در آن بسیار کمتر از مدل بالک است. تصمیم گرفته شده است که روغن در کلید برق فقط به عنوان ماده خاموش کننده قوس استفاده شود نه به عنوان یک ماده عایق.

ویژگی های کلید حداقل روغن

در این نوع کلید برق، دستگاه قطع کننده قوس در مخزنی از مواد عایق قرار می گیرد که به طور کلی در پتانسیل زنده سیستم قرار دارد. به این محفظه، محفظه قوس دار یا دیگ منقطع می گویند. فشار گاز ایجاد شده در محفظه قوس به جریانی که باید قطع شود بستگی دارد. جریانی که باید قطع شود بیشتر باعث افزایش فشار گاز در داخل محفظه می شود، بنابراین قوس بهتر خاموش می شود. اما این محدودیتی را در طراحی محفظه قوس برای تنش های مکانیکی ایجاد می کند. با استفاده از مواد عایق بهتر برای محفظه های قوس مانند الیاف شیشه، رزین مصنوعی تقویت شده و غیره، حداقل قطع کننده مدار روغن می تواند به راحتی سطوح خطای سیستم را افزایش دهد.

مکانیزم خاموش کردن قوس در کلید کمترین روغن

اصل کار کلید روغنی کمینه در زیر توضیح داده شده است. در یک کلید حداقل روغن، قوس کشیده شده در سراسر کنتاکت های حامل جریان در داخل محفظه قوس دار قرار می گیرد. از این رو، حباب هیدروژن تشکیل شده توسط روغن تبخیر شده در داخل محفظه محبوس می شود. همانطور که کنتاکت ها به حرکت خود ادامه می دهند، پس از حرکت مشخص، یک دریچه خروجی برای تخلیه گاز هیدروژن به دام افتاده در دسترس می شود. دو نوع مختلف محفظه قوس دار موجود است که از نظر هواگیری در محفظه های قوس دار ارائه می شود.

• تهویه محوری
• تهویه شعاعی 

در تهویه محوری، گازهایی (بیشتر هیدروژن) که به دلیل تبخیر روغن و تجزیه روغن در حین قوس تولید می شوند، قوس را در جهت محوری یا طولی جارو می کنند. گاز یونیزه شده اطراف قوس از طریق دریچه بالایی خارج می شود و روغن سرد از طریق دریچه پایینی در جهت محوری وارد محفظه قوس الکتریکی می شود به محض اینکه نوک تماس متحرک از دهانه دریچه پایینی عبور کرد و خاموش شدن قوس نهایی در حداقل قطع کننده مدار روغن رخ می دهد.

کلید برق حداقل روغن با تهویه محوری

روغن سرد شکاف بین تماس ثابت و تماس متحرک را اشغال می کند و کلید روغنی در نهایت در موقعیت باز قرار می گیرد. در حالی که در مورد تهویه شعاعی یا انفجار متقاطع، گازها (بیشتر هیدروژن) قوس را در جهت شعاعی یا عرضی جارو می کنند. در تهویه شعاعی فشار گاز نسبتاً کم و در نتیجه قدرت دی الکتریک پایین تولید می کند. بنابراین می توان از آن برای قطع ولتاژ پایین و جریان بالا استفاده کرد. اغلب از ترکیب هر دو در کلید برق حداقل روغن استفاده می شود تا محفظه به همان اندازه برای قطع جریان کم و همچنین جریان زیاد کارآمد باشد. این نوع قطع کننده مدار تا 8000 مگاولت آمپر در 245 کلوین موجود می باشد.

ساخت تابلو برق با بهترین تجهیزات

مقاله ای که مطالعه کردید، حاصل تلاش تیم تولید محتوای وبسایت شرکت آداک بهین نیرو می باشد. آداک طراح و سازنده تابلو برق صنعتی، پست کمپکت، سیستم های روشنایی، بدنه آماده تابلو برق، سینی و نردبان کابل با بهترین کیفیت است. به پشتوانه سال ها تجربه و انجام صدها پروژه منطقه ای، کشوری و بین المللی، ما آماده همکاری با شما عزیزان هستیم. به منظور استعلام قیمت تابلو برق و بهره مندی از خدمات مشاوره رایگان، با کارشناسان ما تماس بگیرید.