ما الفرق بين قاطع الدائرة الكهربائية ذي الجهد العالي ومفتاح العزل؟

قاطع الدائرة الكهربائية ذو الجهد العالي (أو مفتاح الجهد العالي) هو جهاز التحكم الرئيسي في الطاقة في المحطة الفرعية، وله خصائص إخماد القوس الكهربائي، فعند التشغيل العادي للنظام، يمكنه قطع التيار الكهربائي عن الخط ومختلف المعدات الكهربائية في حالة عدم وجود حمل أو وجود حمل؛ وعند حدوث عطل في النظام، فإنه مزود بحماية المرحل، ويمكنه قطع تيار العطل بسرعة، لمنع اتساع نطاق الحادث.

لا يحتوي مفتاح الفصل على جهاز لإطفاء القوس الكهربائي. ورغم أن اللوائح تنص على إمكانية تشغيله عندما يكون تيار الحمل أقل من 5 أمبير، إلا أنه لا يُشغّل عادةً تحت الحمل. ومع ذلك، يتميز مفتاح الفصل ببنية بسيطة، ويمكن معرفة حالة تشغيله بسهولة من مظهره. كما توجد نقطة فصل واضحة أثناء الصيانة.

يُشار إلى قاطع الدائرة الكهربائية أثناء الاستخدام باسم "المفتاح"، بينما يُشار إلى مفتاح الفصل أثناء الاستخدام باسم "مكبح السكين"، وغالبًا ما يُستخدم الاثنان معًا. وفيما يلي الفروقات بين قاطع الدائرة الكهربائية عالي الجهد ومفتاح الفصل:

1) يمكن فصل مفتاح الحمل عالي الجهد مع وجود حمل، مع وظيفة إطفاء القوس الكهربائي ذاتيًا، لكن قدرة الفصل الخاصة به صغيرة جدًا ومحدودة.

2) مفتاح فصل الجهد العالي لا يحتوي عمومًا على خاصية فصل الحمل، ولا يوجد به غطاء حماية من القوس الكهربائي، كما يوجد مفتاح فصل الجهد العالي الذي يمكنه فصل الحمل، ولكن هيكله يختلف عن مفتاح الحمل، وهو أبسط نسبيًا.

3) يمكن أن يشكل مفتاح الحمل ذو الجهد العالي ومفتاح الفصل ذو الجهد العالي نقطة قطع واضحة. معظم قواطع الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي لا تحتوي على وظيفة عزل، بينما تحتوي قلة منها على هذه الوظيفة.

4) لا يحتوي مفتاح فصل الجهد العالي على وظيفة الحماية، فحماية مفتاح حمل الجهد العالي هي بشكل عام حماية الصمامات، فقط الفصل السريع والتيار الزائد.

5) يمكن أن تكون قدرة قطع التيار لقواطع الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي عالية جدًا في عملية التصنيع. وتعتمد بشكل أساسي على محول التيار مع المعدات الثانوية للحماية. ويمكن أن تحتوي على حماية من قصر الدائرة، وحماية من الحمل الزائد، وحماية من التسرب، ووظائف أخرى.

تصنيف آليات تشغيل المفاتيح

1. تصنيف آلية تشغيل المفتاح

نواجه الآن مشكلة في تصنيف المفاتيح الكهربائية، حيث تُقسم عمومًا إلى أنواع مختلفة: مفاتيح تعمل بالزيت (موديلات قديمة، نادرة الاستخدام حاليًا)، ومفاتيح تعمل بالزيت الخفيف (لا تزال تُستخدم في بعض محطات المستخدمين)، ومفاتيح تعمل بغاز سادس فلوريد الكبريت، ومفاتيح تعمل بالفراغ، ومفاتيح تعمل بنظام العزل الغازي (للأجهزة الكهربائية المدمجة)، وغيرها. يتعلق كل هذا بوسط التقوس الكهربائي في المفتاح. أما بالنسبة لنا، فإن آلية تشغيل المفتاح تُعدّ جانبًا ثانويًا، ولكنه وثيق الصلة بالموضوع.

يمكن تقسيم نوع الآلية إلى آلية تشغيل كهرومغناطيسية (قديمة نسبيًا، وعادة ما يتم تجهيز قاطع الدائرة الكهربائية بالزيت أو أقل زيتًا بها)؛ وآلية تشغيل زنبركية (الأكثر شيوعًا حاليًا، وعادة ما يتم تجهيز SF6 والفراغ و GIS بهذه الآلية)؛ وقد قدمت ABB مؤخرًا نوعًا جديدًا من مشغل المغناطيس الدائم (مثل قاطع الدائرة الكهربائية VM1 الفراغي).

2. آلية التشغيل الكهرومغناطيسية

تعتمد آلية التشغيل الكهرومغناطيسية كلياً على قوة الشفط الكهرومغناطيسية الناتجة عن تيار الإغلاق المتدفق عبر ملف الإغلاق لإغلاق زنبرك الفصل والضغط عليه. ويعتمد الفصل بشكل أساسي على زنبرك الفصل لتوفير الطاقة.

لذلك، فإن تيار الفصل في آلية التشغيل من هذا النوع صغير، لكن تيار الإغلاق كبير جدًا، ويمكن أن يصل في اللحظة إلى أكثر من 100 أمبير.

لهذا السبب، يجب على نظام التيار المستمر في المحطة الفرعية فتح وإغلاق ناقل الطاقة للتحكم فيه. توفر وحدة الإغلاق الرئيسية طاقة الإغلاق، بينما تزود وحدة التحكم الرئيسية حلقة التحكم بالطاقة.

يتم توصيل ناقل الإغلاق مباشرةً بحزمة البطارية، ويكون جهد الإغلاق هو جهد حزمة البطارية (عادةً حوالي 240 فولت). يتم استخدام تأثير تفريغ البطارية لتوفير تيار كبير عند الإغلاق، ويكون الجهد حادًا جدًا عند الإغلاق. أما ناقل التحكم، فيتم توصيله عبر سلسلة سيليكونية خافضة للجهد ووحدة تحكم رئيسية (يتم التحكم بها عادةً عند 220 فولت)، ولن يؤثر الإغلاق على استقرار جهد ناقل التحكم. نظرًا لأن تيار الإغلاق لآلية التشغيل الكهرومغناطيسية كبير جدًا، فإن دائرة الإغلاق الوقائية لا تمر مباشرةً عبر ملف الإغلاق، بل عبر موصل الإغلاق. يتم توصيل دائرة الفصل مباشرةً بملف الفصل.

ملف إغلاق الموصل عادةً ما يكون من النوع الذي يعمل بالجهد، وتكون قيمة مقاومته كبيرة (بضعة كيلو أوم). عند تنسيق الحماية مع هذه الدائرة، يجب الانتباه إلى الإغلاق للحفاظ على بدء التشغيل بشكل عام. ولكن هذا ليس مشكلة، ففصل الدائرة يحافظ على إمكانية بدء تشغيل الموصل بشكل عام، وبالتالي تظل وظيفة منع القفز موجودة. يتميز هذا النوع من الآليات بزمن إغلاق طويل (120-200 مللي ثانية) وزمن فتح قصير (60-80 مللي ثانية).

3. آلية تشغيل الزنبرك

يُعد هذا النوع من الآليات الأكثر شيوعًا في الوقت الحاضر، حيث يعتمد إغلاقه وفتحه على الزنبرك لتوفير الطاقة، ولا يوفر ملف الإغلاق القفزي سوى الطاقة اللازمة لسحب دبوس تحديد موضع الزنبرك، لذا فإن تيار الإغلاق القفزي يكون عادةً منخفضًا. ويتم ضغط طاقة الزنبرك المخزنة بواسطة محرك تخزين الطاقة.

حلقة ثانوية لمشغل تخزين طاقة الربيع

بالنسبة لآلية التشغيل المرنة، يقوم ناقل الإغلاق بشكل أساسي بتزويد محرك تخزين الطاقة بالطاقة، والتيار ليس كبيرًا، لذلك لا يوجد فرق كبير بين ناقل الإغلاق وناقل التحكم. وبفضل الحماية المنسقة، لا توجد عمومًا حاجة إلى إيلاء اهتمام خاص للمكان.

4. مشغل المغناطيس الدائم

يُعد مشغل المغناطيس الدائم آلية طبقتها شركة ABB على السوق المحلية، وقد تم تطبيقها لأول مرة على قاطع الدائرة الكهربائية الفراغي VM1 10kV.

مبدأ عملها مشابه تقريبًا للنوع الكهرومغناطيسي، حيث أن عمود الدوران مصنوع من مادة مغناطيسية دائمة، والمغناطيس الدائم يحيط بالملف الكهرومغناطيسي.

في الظروف العادية، لا يتم شحن الملف الكهرومغناطيسي، وعندما يتم فتح المفتاح أو إغلاقه، يتم تغيير قطبية الملف باستخدام مبدأ الجذب أو التنافر المغناطيسي، مما يؤدي إلى فتحه أو إغلاقه.

على الرغم من أن هذا التيار ليس صغيراً، إلا أن المفتاح "يخزن" بواسطة مكثف ذي سعة كبيرة، والذي يتم تفريغه لتوفير تيار كبير أثناء التشغيل.

تتمثل مزايا هذه الآلية في صغر حجمها وقلة أجزائها الميكانيكية الناقلة، لذا فإن موثوقيتها أفضل من آلية التشغيل المرنة.

بالتزامن مع جهاز الحماية الخاص بنا، تقوم حلقة الفصل بتشغيل مرحل الحالة الصلبة عالي المقاومة والذي يتطلب منا فعليًا تزويده بنبضة عمل.

لذلك، فإن المفتاح، الذي يحافظ على الحلقة، لا يمكن تشغيله بالتأكيد، ولن يتم تشغيل حماية القفزة (الآلية نفسها مع القفزة).

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه بسبب جهد التشغيل العالي للمرحل ذي الحالة الصلبة، فإن التصميم التقليدي TW السالب متصل بدائرة الإغلاق، مما لن يتسبب في تشغيل المرحل ذي الحالة الصلبة، ولكنه قد يتسبب في فشل بدء تشغيل مرحل الموضع بسبب الجهد الجزئي الزائد.

1. أسطوانة العزل العلوية (مع غرفة إطفاء القوس الكهربائي الفراغي)

2. أنزل أسطوانة العزل

3. مقبض الفتح اليدوي

4. الهيكل (آلية تشغيل مغناطيسية دائمة مدمجة)

محول الجهد

6. تحت السلك

7. محول التيار

8. عبر الإنترنت

يمكن الاطلاع على عملية التحليل والمعالجة المحددة لهذه الحالة التي تمت مواجهتها في الميدان في قسم حالات تصحيح الأخطاء من هذه الورقة، حيث توجد أوصاف تفصيلية.

توجد في الصين منتجات تعمل بآلية المغناطيس الدائم، لكن جودتها لم تكن ترقى إلى المستوى المطلوب سابقًا. وفي السنوات الأخيرة، تحسنت الجودة تدريجيًا في السوق. ونظرًا لتكلفتها، فإن آلية المغناطيس الدائم المحلية لا تحتوي عادةً على مكثف، ويتم توفير التيار مباشرةً من خلال موصل الدائرة.

تعتمد آلية التشغيل لدينا على موصل التشغيل/الإيقاف (عادةً ما يكون من النوع المختار للتيار)، ويمكن بدء التشغيل بشكل عام عن طريق التثبيت ومنع القفز.

5. مفتاح من نوع FS وغيره

ما ذكرناه أعلاه هو قواطع الدائرة (المعروفة باسم المفاتيح)، ولكن قد نصادف ما يسميه المستخدمون مفاتيح FS في بناء محطات الطاقة. مفتاح FS هو في الواقع اختصار لمفتاح الحمل + المصهر السريع.

نظرًا لأن المفتاح أغلى ثمنًا، تُستخدم دائرة FS هذه لتوفير التكاليف. يتم إزالة التيار العادي بواسطة مفتاح الحمل، ويتم إزالة تيار العطل بواسطة المصهر السريع.

يُعد هذا النوع من الدوائر شائعًا في أنظمة محطات الطاقة ذات الجهد 6 كيلوفولت. غالبًا ما تكون الحماية المصاحبة لهذه الدائرة ضرورية لمنع الفصل أو للسماح بإزالة تيار الانصهار بسرعة عن طريق التأخير عندما يكون تيار العطل أكبر من تيار الفصل المسموح به لمفتاح الحمل. قد لا يرغب بعض مستخدمي محطات الطاقة في حماية حلقة التثبيت.

بسبب رداءة جودة المفتاح، قد لا يكون التلامس المساعد موجودًا، وبمجرد بدء تشغيل دائرة الحفظ، يجب أن تعتمد على التلامس المساعد للقاطع لفتحه قبل العودة، وإلا فسيتم إضافة تيار إغلاق القفزة إلى ملف إغلاق القفزة حتى يحترق الملف.

صُمم ملف إغلاق الوصلة ليتم تزويده بالطاقة لفترة قصيرة. إذا استمر التيار لفترة طويلة، فمن السهل أن يحترق. ومن الضروري وجود حلقة تثبيت، وإلا فمن السهل جدًا أن تحترق نقاط التلامس الواقية.

بالطبع، إذا أصر المستخدم الميداني، يمكن أيضًا إزالة حلقة التثبيت. بشكل عام، تتمثل الطريقة البسيطة في قطع الخط الموجود على لوحة الدائرة والذي يحافظ على نقطة التلامس المفتوحة عادةً للمرحل مع طرف التحكم الأنثوي الموجب.

في موقع تصحيح الأخطاء، يجب الانتباه إلى أنه في حالة تشغيل وإيقاف المفتاح، يكون مؤشر الوضع مطفأً (باستثناء حالة عدم تخزين الطاقة في الزنبرك، حيث ستظهر لوحة التحكم تنبيهًا بذلك). يجب فصل الطاقة عن وحدة التحكم فورًا لمنع احتراق ملف المفتاح. هذا مبدأ أساسي يجب مراعاته في الموقع.