با کلید خلا و کاربردهای آن آشنا شوید

کلید خلا چیست؟

کلید خلا (VACUUM CIRCUIT BREAKER) نوعی مدار شکن یا کلید برق است که در آن خاموش شدن قوس الکتریکی (ARC) در خلاء انجام می شود. این فناوری برای کاربرد عمدتاً فشار متوسط ​​مناسب است. برای ولتاژ بالاتر هم فناوری خلاء توسعه یافته است اما از نظر تجاری قابل دوام نیست. عملیات باز و بسته شدن کنتاکت های حامل جریان و قطع قوس مربوطه در یک محفظه خلاء در بریکر صورت می گیرد که به آن قطع کننده خلا و یا به طور خلاصه VCB می گویند. در این مقاله درباره این قطعه حیاتی در سیستم های برقی مانند تابلو برق می پردازیم، با ما همراه باشید.

ساختار کلید خلا (VCB)

یک کلید خلا شامل یک محفظه قوس فولادی در مرکز عایق های سرامیکی است که به طور متقارن چیده شده اند. فشار خلاء داخل یک قطع کننده خلاء معمولاً بین 10 تا 6 بار حفظ می شود. مدارشکن خلا عموماً یه محفظه از جنس استیل دارد. ذکر این نکته ضروری است که عملکرد این کلید، تا حد زیادی به جنس مواد به کار رفته برای ساخت کنتاکت های آن بستگی دارد. به طور معمول از آلیاژ مس بیسموت یا مس/کروم می توان یک کلید خلا بهینه و ایده آل به دست آورد.

یک مقاله جذاب دیگر بخوانید: تابلو برق صنعتی چیست؟

اجزای مختلف کلید VCB

کلید خلا دارای یک سطح تماس ثابت، یک کنتاکت متحرک و یک قطع کننده وکیوم می باشد. بخش تماسی متحرک به وسیله فولاد ضد زنگ، که در پایین آن قرار گرفته به یک دستگاه کنترلی وصل شده است. با توجه به ایزوله سازی محفظه خلا و بکارگیری یک منبع شیشه ای یا سرامیکی تحت عنوان عایق خارجی، احتمال نشت در آن به طور کامل از بین می رود.

تاریخچه مدارشکن خلا

مواد مورد استفاده برای کنتاکت های انتقال جریان، نقش مهمی در عملکرد مدارشکن خلاء ایفا می کند. Cu/Cr ماده ایده آل برای ایجاد تماس های VCB است. فناوری قطع کننده خلاء اولین بار در سال 1960 معرفی شد. اما هنوز هم یک فناوری در حال توسعه است. با گذشت زمان، اندازه قطع کننده خلاء نسبت به اندازه اولیه آن در دهه 1960 به دلیل پیشرفت های فنی مختلف در این زمینه مهندسی کاهش می یابد. هندسه تماس نیز با گذشت زمان در حال بهبود است، از تماس لب به لب روزهای اولیه به تدریج به شکل مارپیچی، شکل فنجان و تماس میدان مغناطیسی محوری تغییر می کند.

شاید برایتان جالب باشد: برق گیر چیست و چه کاربردی دارد؟

کاربرد کلید خلا

قطع کننده مدار خلا امروزه به عنوان قابل اعتمادترین فناوری قطع جریان برای تابلو برق فشار متوسط ​​شناخته می شود. در مقایسه با سایر فناوری های قطع کننده مدار، به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد.

مزایای کلید خلا یا VCB

طول عمر کلیدهای وکیوم بسیار بیشتر از انواع دیگر کلیدهای مدار است. هیچ احتمال خطر آتش سوزی مانند مدارشکن روغن وجود ندارد. این بسیار سازگار با محیط زیست نسبت به مدار شکن SF6 است. علاوه بر این انقباض VCB کاربر پسند است. تعویض قطع کننده خلاء (VI) بسیار راحت است. قدرت دی الکتریک خلاء هشت برابر بیشتر از هوا و چهار برابر بیشتر از گاز SF6 است. این استحکام دی الکتریک بالا، خاموش کردن قوس خلاء را در شکاف تماس بسیار کوچک ممکن می سازد. برای شکاف تماس کوتاه، جرم تماس کم و عدم فشرده سازی محیط، انرژی محرک مورد نیاز در مدار شکن خلاء حداقل است. خاصیت عایقی بالایی این کلید، باعث خاموش کردن سریع قوس یا آرک می شود.

این مقاله را از دست ندهید: آشنایی با کلید مینیاتوری MCB

نحوه عملکرد مدار شکن خلاء

هدف اصلی هر قطع کننده مدار، خاموش کردن قوس در هنگام عبور جریان از صفر است، با ایجاد استحکام دی الکتریک بالا در بین کنتاکت ها به طوری که برقراری مجدد قوس پس از جریان صفر غیرممکن می شود. هنگامی که دو ناحیه تماس چهره به چهره به تازگی از یکدیگر جدا می شوند، فوراً از هم جدا نمی شوند، سطح تماس روی تماس در حال کاهش است و در نهایت به یک نقطه می رسد و سپس در نهایت لمس می شوند. اگرچه این اتفاق در کسری از میکروثانیه رخ می دهد، اما این یک واقعیت است.

مرحله دوم عملکرد کلید خلا

در این لحظه از لمس کنتاکت ها در خلاء، جریان عبوری از کنتاکت ها روی آخرین نقطه تماس روی سطح تماس متمرکز شده و یک نقطه داغ ایجاد می کند. از آنجایی که این یک خلاء است، فلز روی سطح تماس به دلیل آن نقطه داغ به راحتی تبخیر می شود و یک رسانه رسانا برای مسیر قوس ایجاد می کند. سپس قوس شروع می شود و تا صفر فعلی ادامه می یابد.

مرحله سوم در عملکرد مدارشکن خلا

در جریان صفر این قوس خلاء خاموش می شود و بخار فلز رسانا دوباره بر روی سطح تماس متراکم می شود. در این مرحله، کنتاکت‌ها قبلاً از هم جدا شده‌اند، بنابراین بحث تبخیر مجدد سطح تماس برای چرخه بعدی جریان وجود ندارد. این بدان معناست که قوس را نمی توان دوباره برقرار کرد. به این ترتیب مدارشکن خلاء با تولید استحکام دی الکتریک بالا در شکاف تماس پس از جریان صفر از برقراری مجدد قوس جلوگیری می کند.

در همین رابطه بخوانید: فیوز الکتریکی به زبان ساده

نقش شکل قوس در طراحی کلید برق

به طور کلی، دو نوع شکل قوس وجود دارد. برای قطع جریان تا 10 کیلو آمپر، قوس پخش شده و به صورت تخلیه بخار باقی می ماند و کل سطح تماس را می پوشاند. اما در بیش از 10 کیلو آمپر، قوس منتشر شده به طور قابل توجهی توسط میدان مغناطیسی خود منقبض می شود. این پدیده باعث گرم شدن بیش از حد تماس در مرکز آن می شود. برای جلوگیری از این امر، طراحی کنتاکت ها باید به گونه ای باشد که قوس ثابت نماند بلکه با میدان مغناطیسی خود به حرکت ادامه دهد. شکل ویژه سطح تماس طراحی شده کلید خلا باعث می شود که قوس ثابت منقبض در امتداد سطح کنتاکت ها حرکت کند و در نتیجه باعث حداقل و یکنواخت فرسایش تماس شود.

خلاصه مقاله

1- سیرکوئیت بریکر یا مدارشکن وسیله ای است که یک مدار الکتریکی را در برابر جریان های ناخواسته ای که ممکن است در اثر اتصال کوتاه ناشی از اضافه بار ایجاد شوند محافظت می کند می آید. روش عملکرد این قطعه، قطع جریان در زمان تشخیص خطا می باشد.

2-در کلید خلا، عملیات فعال سازی و بسته شدن سطوح تماس حامل جریان الکتریکی، و قطع و خاموش شدن قوس الکتریکی، همگی در یک محفظه خلاء یا وکیوم صورت می پذیرد. 

3- کلید VCB برای ولتاژهای بیشتر از 38 KV مقرون به صرفه نیست. زیرا اولاً باید به جای یک بریکر، از دو عدد به صورت سری شده استفاده شود. همچنین ساخت کلید خلا در ابعاد کوچک صرفه اقتصادی ندارد. 

ساخت تابلو برق صنعتی با بهترین تجهیزات

شرکت آداک بهین نیرو، به پشتوانه سال ها تجربه درخشان و کسب رضایت صدها مشتری گرانقدر خود، مفتخر به طراحی و ساخت انواع تابلو برق صنعتی، پست کمپکت، تجهیزات روشنایی، بدنه آماده تابلو برق، سینی و نردبان کابل می باشد. ما برای انجام سفارش ساخت تابلو برق شما در هر نقطه از ایران آمادگی کامل داریم. انواع تابلو برق فشار ضعیف و فشار متوسط و پست کامپکت در مجموعه آداک به صورت صفر تا صد طراحی و ساخته می شوند. برای مشاهده محصولات ما لطفاً از کاتالوگ آنلاین محصولات آداک دیدن فرمایید. برای ثبت سفارش خرید تابلو برق با شماره زیر تماس حاصل فرموده و از مشاوره کارشناسان آداک بهره مند شوید:

دفتر مرکزی آداک: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144498064

ایمیل: sales@adakbn-co.com