آشنايي با قطع كننده هاي ولتاژ (سكسيونرها) و كليدهاي قدرت (ديژنكتورها)

به طور كلي كليدها وسيله ارتباط سيستمهاي مختلف هستند و باعث عبور و يا قطع جريان مي شود. كليد در حالت بسته يعني عبور جريان و يا در حالت باز يعني قطع جريان داراي مشخصاتي به شرح زير مي باشد :

1- در حالت قطع داراي استقامت الكتريكي كافي و مطمئن در كل قطع شدگي است.

2-در حال وصل بايد كليد در مقابل كليه جريانهايي كه امكان عبور آن در مدار هست حتي جريان اتصال كوتاه مقاوم و پايدار باشد و اين جريانها و اثرات ناشي از آن نبايد كوچكترين اختلالي در وضع كليد و هدايت صحيح جريان به وجود آورد. بدين ترتيب بايد كليد فاز قوي در مقابل اثرات ديناميكي و حرارتي جريانها مقاومت باشد. البته براي اينكه ساختمان كليد ساده تر و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد. اغلب استقامت الكتريكي و ديناميكي و حرارتي كليد را توسط دستگاههاي حفاظتي تا حدودي محدود مي كنند كليدهاي فشار قوي را مي توان برحسب وظايفي كه به عهده دارند به انواع مختلف زير تقسيم نمود :

1-   كليد بدون بار يا سكسيونر

2-   كليد قابل قطع زير بار يا سكسيونر قابل قطع زير بار

3-   كليد قدرت يا ديژنكتور

1-     سكسيونر ساده :

سكسيونر وسيله قطع و وصل سيستمهايي است كه تقريباً بدون جريان هستند به عبارتي ديگر سكسيونر قطعات و وسايلي را كه فقط زير ولتاژ هستند از شبكه جدا مي سازد. برحسب اين تعريف در صورتي كه اختلاف پتانسياي بين دو كنتاكت سكسيونر ظاهر نشود قطع آن بلامانع است. همينطور وصل سكسيونر كه بين دو كنتاكت آن تفاوت پتانسيلي موجود نباشد مجاز خواهد بود از آنچه گفته شد چنين نتيجه مي شود كه در واقع سكسيونر يك ارتباط دهنده يا قطع كننده مكانيكي بين سيستمها است. سكسيونر بايد در حالت بسته يك ارتباط مكانيكي محكم و مطمئن در كنتاكت هر قطب برق و الکتریکرار سازد و مانع افت ولتاژ گردد لذا بايد مقاومت عبور جريان در محدوده سكسيونر كوچك باشد تا حرارتي كه در اثر كار مداوم در كليد ايجاد مي شود از حد مجاز تجاوز نكند.

اين حرارت توسط ضخيم كردن تيغه و بزرگ كردن سطح تماس در كنتاكت و فشار تيغه در كنتاكت دهنده كوچك نگه داشته مي شود در ضمن بايد سكسيونر طوري ساخته شود كه در اثر جرم و وزن تيغه يا فشار باد و برف و غيره خود به خود بسته نشود.

 موارد استعمال سكسيونرها :

به منظور حفاظت اشخاص و متصديان مربوطه در مقابل برق و الکتریک زدگي بكار برده مي شود به اين جهت طوري ساخته مي شوند كه در حالت قطع شدگي يا چسبندگي به طور واضح وآشكار قابل رويت باشند. يعني در هواي آزاد انجام گيرند. از‌ آنجايي كه سكسيونر باعث بستن يا بازكردن مدار الكتريكي نمي شود (براي بازكردن و بستن هر مدار الكتريكي فشار قوي احتياج به يك كليد ديگري خواهيم داشت به نام) كليد قدرت كه قادر است مدار را تحت هر شرايطي باز كند سكسيونر وسيله اي است براي ارتباط كليد قدرت به شين و يا هر قسمت ديگري از شبكه كه داراي پتانسيل است. سكسيونر را مي توان از نظر ساختماني به انواع مختلف زير تقسيم نمود :

1- تيغه اي        2- كشويي        3-دوراني         4-قيچي اي.

سکسیونر تیغه ای یا اره ای: برای قطع و وصل ولتاز و حفاظت مطمئن در زمان عملکرد استفاده می شود و بیشتر برای فشار متوسط کاربرد دارد . بر حسب میزان جریانی که از آن عبور می کند تیغه های آن می تواند از ساده به دوبل و از نوع تسمه ای به پروفیلی و میله ای و لوله ای تغییر یابد . نوع اهرمی آن در فشار قوی وفوق فشار قوی کاربرد دارد . این سکسیونر ها به دلیل وجود شرایط جوی و وجود تنش های مختلف بایستی طوری نسب شود که در اثر نیروی برف یا باد به راحتی وصل نگردد.

سکسیونر کشویی: برای عملکرد ،سکسیونر در جایی استفاده می شود که عمق تابلو کم باشد . این سکسیونرها بیشتر به صورت میله ای در جهت عمودی قطع و وصل می شود و بیشتر در فشار متوسط کار برد دارد .

سکسیونر دورانی: بیشتر در شبکه های 63Kv به بالا استفاده می شود و عملکرد این سکسیونر به صورت دو بازو در یک پل که جهت چرخش آنها 90 درجه معکوس همدیگر می باشند این نوع کلید در شرایط جوی نا مناسب مقاومت خوبی از خود نشان میدهد.

سکسیونر قیچی ای یا پانتوگراف: این نوع سکسیونرها بیشتر در شبکه فوق فشار قوی کاربرد دارند و به لحاظ آنکه هر قطب روی یک پایه سوار است لذا از نظر جایگیری در پست حجم کمتری اشغال می کند و بیشتر زیر خط فشار قوی نصب می گردد.

سکسیونر با قطع زیر بار : این سکسیونرها بدلیل جلوگیری از حجم زیاد پست و جلوگیری از مانور اپراتور و همچنین برای جلوگیری از اینترلاک (تنش) بین سکسیونر و دژنكتور طوری طراحی می شوند که برای قطع و وصل خطی کوچک و یا فیدرهای تغذیه و یا راه اندازی موتورهای فشار قوی و همچنین وصل آنها حدود 5/2 تا10 برابر قدرت قطع آنهاست و جریان قطع این کلیدها 2تا 5/2 برابر جریان نامی است . این نوع سکسیونرها دارای محفظه قطع ضعیفی می باشند که از نوع هوایی می باشند.

براي جلوگيري از قطع و وصل بي موقع و در زير بار سكسيونر معمولاً بين سكسيونر و كليد قدرت چفت و بست مكانيكي يا الكتريكي به نحوي برق و الکتریکرار مي شود كه هنگام وصل بودن كليد قدرت سكسيونر را به هيچ وجه نتوان قطع يا وصل كرد.

مشخصات مهم يك سكسيونر كه گوياي مشخصات فني و استقامت الكتريكي و ديناميكي است.

ولتاژ نامي  Vn

جريان نامي In

جريان اتصال كوتاه ضربه اي  Is

جريان اتصال كوتاه كوتاه مدت (معمولاً 1 تا 3 ثانيه) Ith

2-     سكسيونرهاي قابل قطع زيربار :

به علت اينكه در بيشتر شبكه ها و پستهاي كوچك كليد قدرت و سكسيونر و وسايل اضافي مربوط به چفت و بست آنها مبالغ زيادي از مخارج و هزينه كل تاسيسات را شامل مي گردد و به علت اينكه در اغلب موارد نصب كليد قدرت با مزاياي قطع و وصل سريع آن حتماً لازم و ضروري نيست كليد سكسيونر قابل قطع زير بار طرح و ساخته شد سكسيونر قابل قطع زير بار در ضمن اينكه بايد وظيفه يك سكسيونر را انجام دهد يعني در ضمن برداشتن ولتاژ يا قطع شدگي قابل رويت و مطمئن در مدار شبكه فشار قوي بوجود آورد بايد قادر باشد مانند يك ديژنكتور نيز قدرتها و جريانهاي كوچك الكتريكي را نيز قطع كند لذا هر سكسيونر قابل قطع زير بار بايد داراي وسيله اي براي قطع فوري جرقه باشد. سكسيونر قابل قطع زيربار اصولاً داراي قدرت وصل بسيار زياد است و مي تواند شدت جريانهايي با شدت 25 تا 75 كيلوآمپر را به خوبي وصل كند.

ولي قدرت قطع آن كم واز 400 تا 1500 آمپر تجاوز نمي كند لذا نتيجه مي شود كه اين كليدها براي قطع جريان اتصال كوتاه ساخته نشده و مناسب هم نمي باشند. در صورتي مي توان از سكسيونر قابل قطع زيربار در شبكه هاي فشار قوي استفاده كرد كه مجهز به فيوزهاي فشارقوي باشند فيوزهاي فشار قوي در ولتاژ 20 كيلو ولت داراي قدرت قطعي در حدود 400 مگاولت آمپر مي باشند كه جريان اتصال را در همان مراحل ابتدايي قطع مي كنند از آنچه گفته شد نتيجه مي شود كه سكسيونر قابل قطع زيربار فقط براي قطع جريان نامي شبكه مناسب است و جريان اتصال كوتاه را فيوز قطع مي كند نه كليد البته بايد متذكر شد كه پس از قطع جريان اتصال كوتاه توسط سوختن فيوز ساچمه فيوز به طور خودكار باعث قطع سكسيونر به صورت سه فازه خواهد شد چون سكسيونر قابل قطع زيربار بايد مدارهاي حاصل جريان را قطع و وصل بكند. بنابراين بايستي مجهز به محفظه احتراق بوده كه در داخل آن محفظه احتراق جرقه و قوس الكتريكي حاصل از قطع و وصل جريان را خاموش كند.

به محض فرمان قطع كليد تيغه اصلي از كنتاكت تيغه اصلي از كنتاكت ثابت كليد جدا مي شود و قوس الكتريكي كه ايجاد مي گردد در اثر دو عامل زير خاموش مي گردد :

1-  در اثر حرارت قوس الكتريكي مقداري گاز از سطح داخلي عايق متصاعد شده كه باعث خنك شدن جرقه شده و عمل خاموش شدن جرقه را سهل تر مي سازد.

2-  فاصله بين دو كنتاكت داراي جرقه در اثر بازشدن فنر در داخل محفظه احتراق به سرعت زياد شده اين اضافه فاصله باعث قطع جرقه مي گردد.

3-     كليد قدرت يا ديژنكتور :

ديژنكتور كليدي است كه مي تواند در موقع لزوم جريان عادي شبكه و در موقع بروز خطا جريان اتصال كوتاه و يا جريان اتصال زمين و يا هر نوع جرياني با هر اختلاف فازي را سريعاً قطع كند در اتصال سه فاز كه يك حالت خاصي از بار متعادل است با اينكه فرمان قطع به هر سه قطب كليد يكجا و در يك زمان داده مي شود ولي قطع هر سه فاز تقريباً در فاصله يك چهارم پريود كه معمولاً از نظر زماني بسيار كوتاه است انجام مي گيرد. در انتخاب ديژنكتور بايد به نكات زير توجه شود :

1-  ولتاژ نامي كليد كه معمولاً برابر ولتاژ شبكه اي است كه كليد در آن نصب مي شود و مي تواند حدود 15% هم از ولتاژ شبكه كوچكتر باشد.

2-   جريان نامي كليد كه مساوي با بزرگترين جريان كار معمولي شبكه است.

3-  قدرت نامي قطع ديژنكتور كه بايد با قدرت اتصال كوتاه در محل كليد مطابقت كند در ضمن با همين قدرت قطع قدرت وصل نامي ديژنكتور نيز عملاً مشخص مي شود زيرا برحسب تعريف VDEبايد قدرت وصل كليد در حدود 5/2 برابر قدرت قطع آن باشد.

انواع ديژنكتورها :

1- روغني           2-كم روغن            3-هوايي ‍(هواي فشرده)           4-گازي(گاز SF6)

كليدهاي با قطع و وصل خودكار :

در وسايل خانگي، صنعتي و تجاري كليدهاي بسياري يافت مي شوند كه فرمان قطع خود را از سيستم يا وسيله ديگري دريافت مي كنند و در نتيجه وسايل متصل به مداري را بطور اتوماتيك كنترل مي كنند برخي از انواع مهم اين كليدها را در ذيل تشريح مي كنيم :

1-كليدهاي ساعتي : اين كليدها براي قطع و وصل اتوماتيك مدارها در ساعت معين بكار گرفته مي شوند. برخي از اين مدارها نظير چراغهاي ويترينها و چراغ خيابانها مي باشند. در انتخاب اين نوع كليدها لازم است به جريان مدار وظرفيت كليدها كه برحسب آمپر داده مي شود توجه شود.

اين كليدها ساختمانهاي مختلف دارند. در يك نوع آن از موتور كوچكي كه از نوع سنكرون انتخاب مي شود استفاده مي شود كه البته در صورت قطع برق و الکتریک از كار مي ايستد. در نوع ديگر ساعت مجهز به فنر است كه توسط موتور برق و الکتریکي كوك مي شود و در صورت قطع برق و الکتریک بكار خود ادامه مي دهد و دچار اختلال نمي گردد. در وصل كليدهاي ساعتي حتماً بايد فيوزي براي حفاظت موتور و فيوز ديگري براي حفاظت مدار بكار برد.

2-كليد فشاري : اين كليدها از تغييرات فشار فرمان مي گيرند و براي كنترل موتورهايي كه تلمبه و يا كمپرسورها را مي گردانند يا براي قطع توربين هاي بزرگ در صورت كم شدن فشار روغن ياتاقانها مورد استفاده قرار مي گيرند.

3-كليد حدي (محدود كننده ماميكر و سوئيچ) : اين كليدها از حركت و برخورد ماشين با وسايل متحرك به نقطه ثابتي فرمان مي گيرد و حركت آنها را كنترل مي كند. اين كليدها در جرثقيل ها وآسانسورها در مكاني كه حداكثر تغيير مكان مجاز دستگاه را معين مي كند نصب مي شود و دستگاه در برخورد به دسته آن مدار را قطع مي كند و سبب توقف مي گردد. از اين كليد در مدارهاي فرمان براي كنترل و محدود كردن حركت قسمتهاي مكانيكي، تغيير جهت حركت و در تايمرها و شناورها و … بعنوان كليد قطع يا وصل استفاده مي شود. ساختمان اين كليد مانند شستي بوده و توسط سيستم متحرك به آن نيروي فشار وارد شده و يا كشيده مي شود. به همين دليل سر اهرم متحرك آن بفرمهاي مختلف ساده، قرقره اي، گلوله اي و … مي باشد. در ميكروسوئيچ نيز مانند شستي، يا برطرف شدن نيروي مكانيكي وارده به اهرم آن مجدداً انرژي ذخيره در فنر ميكروسوئيچ آن را به حالت اول برمي گرداند.

4-كليدهاي حرارتي : اين كليدها از تغييرات درجه حرارت فرمان قطع و وصل مي گيرند و در وسايل مثل سيستم حرارتي مركزي و يا يخچال و اتوبرق و الکتریکي مورد استفاده قرار مي گيرند.

بي متال ‍(رله حرارتي) :

جهت حفاظت موتور در برابر اضافه بار از قطع كننده حرارتي (بي متال) استفاده مي شود اساس كار رله حرارتي مانند فيوز حرارتي بي متال مي باشد. رله حرارتي داراي سه كنتاكت ورودي و سه كنتاكت خروجي مي باشد كه در مدارات قدرت و بين كنتاكتور و موتور قرار مي گيرد دور هر بي متال چند دور سيم مقاومت دار پيچيده شده كه از آن جريان عبور مي كند. در اثر عبور جريان از سيم بي متالها گرم شده و خم مي شوند. مقدار خم شدن بي متال بستگي به درجه حرارت و همچنين مقدار جريان عبوري از موتور دارد. گرماي حاصل بيش از حد مجاز بي متال را خم كرده و روي كنتاكت كناري كه در مدار فرمان قرار مي گيرد اثر گذاشته و تيغه وصل را قطع نموده و مي تواند تيغه به كنتاكت ديگري وصل شده و لامپ خبر را روشن و آژيري را به صدا درآورد. روي هر بي متال پيچ تنظيم جريان نيز وجود دارد كه توسط آن مي توان جريان را به اندازه لازم تنظيم نمود ‍(با توجه به جريان نامي موتور). پس از عمل كردن بي متال كنتاكتور قطع شده و بي متال مجدداً سرد و به حالت اول خود بازمي گردد، در اغلب بي متالها كنتاكت باز شده و پس از سردشدن بي متال به حالت اول خود باز نمي گردد و بسته نمي شود و بايستي با فشار دادن دكمه اي كه روي بي متال قرار دارد مجدداً به حالت وصل درآورد.

در بعضي رله هاي حرارتي حالت MAN و AUTO وجود دارد كه با قراردادن اهرم روي AUTO پس از عمل كردن رله، مجدداً بعد از مدتي به حالت اوليه درمي آيد.

 تايمر(كليد زماني) :

تايمر كليدي است مركب كه مانند شستي يا ميكروسوئيچ به مدار كنتاكتور فرمان مي دهد. فرق تايمر با شستي يا ميكروسوئيچ در نوع فرمان دادن آن مي باشد شستي بوسيله دست فرمان مي گيرد، اما تايمر پس از گذشت مدت زماني كه روي آن تنظيم مي شود بطور خودكار فرمان مي دهد. بنابراين مي توان گفت كه تايمر يك شستي اتوماتيك است. تايمر جزء كليدهاي مركباست، چون از انرژي واسطه اي براي قطع و وصل استفاده مي كند. تايمر موارد استعمال زيادي در صنعت دارد، يكي از مهمترين مورد استعمال تايمر در راه اندازي موتورهاي سه فازه بصورت ستاره و مثلث مي باشد.

تايمرها در انواع مختلف ساخته مي شوند كه به شرح چند نوع آن مي پردازيم :

1-تايمر موتوري (رله زماني موتوري) : اين تايمر داراي يك موتور كوچك جريان متناوب يك فاز مي باشد كه با عبور جريان به حركت درآمده و سرعت آن توسط چرخ دنده هايي كم شده و صفحه ديسك مانندي كه روي آن يك زايده قرار دارد را به حركت در مي آورد. (اين صفحه در روي محور موتور قرار دارد) با رسيدن اين زايده به ميكروسوئيچ داخل تايمر باعث فشار به اهرمي شده و كنتاكتهاي ديگر را قطع مي نمايد. زمان عمل تايمر بستگي به محل صفحه و در حقيقت بستگي به فاصله زايده روي صفحه تا اهرم ميكروسوئيچ دارد. لذا براي تنظيم زمان تايمر مي توان پيچي كه روي تايمر مي باشد و مدرج است را براي زمان دلخواه تنظيم نمود.

2-تايمر الكترونيكي : از اين تايمر براي تنظيم زمانهاي كمتر از ثانيه تا چند ثانيه استفاده مي شود. ساختمان اين تايمر از مدارات و اجزاء الكترونيكي استفاده شده و با شارژ يا شارژ شدن يك خازن، بوبين رله تحريك مي شود. در ساده ترين نوع تايمر الكترونيكي يعني در تايمر نوع خازني رله هنگامي وصل مي شود كه خازن شارژ شده و ولتاژ دو سر آن برابر ولتاژ وصل رله شود (پس از وصل رله بار ذخيره شده در خازن روي مقاومتي كه توسط كنتاكت باز رله به دو سر خازن وصل مي شود) تخليه مي گردد. در اين مدار با تغيير ظرفيت خازن مي توان تايمر را تنظيم نمود.

3-تايمر پنيوماتيك : اين تايمر داراي يك كپسول هوا و يك بوبين (سيم پيچ) با هسته آهني مي باشد. وقتي كه بوبين تحريك شود، هسته متحرك را جذب مي نمايد، در اثر جذب هسته متحرك اهرم بالاي آن قطعه اي را كه بشكل دم آهنگري است فشار خواهد داد و هواي داخل دم از طريق سوپاپ خارج مي شود. وقتي كه بوبين از تحريك خارج شود. فنر دم را منبسط مي كند. دم  از طريق سوپاپ تنظيم از هوا پر مي شود. انبساط دم در رابطه با پيچ تنظيم فرق مي كند. كار اين تايمر شبيه تايمر موتوري مي باشد با اين تفاوت كه تايمر موتوري پس از وصل موتور آن به ولتاژ شروع بكار كرده و بعد از زمان تعيين شده براي آن عمل مي كند ولي تايمر پنيوماتيك پس از قطع بوبين آن از ولتاژ شروع به كار كرده و بعد از زمان تعيين شده براي آن عمل مي كند.

4-تايمر حرارتي (رله زماني حرارتي) : اين تايمر داراي بي متال مي باشد و زمانيكه جريان وارد آن مي شود گرم شده و پس از مدتي عمل قطع يا وصل را انجام مي دهد. دقت اين تايمر زياد نيست (سرما و گرماي محيط روي آن اثر مي گذارد) به همين جهت از آن در برق و الکتریک صنعتي استفاده نمي كنند، ولي بصورت رله زماني و راه پله در سيم كشي ساختمان مور داستفاده قرار مي گيرد.

تايمرها بطور كلي به دو نوع تقسيم بندي مي شوند :

الف- تايمر با تاخير در وصل (ON – DELAY) به اين نوع تايمر بايد انرژي داده شود و سپس رله عمل كرده و كنتاكتي را باز يا بسته نمايد. مانند رله زماني موتوري.

ب- تايمر با تاخير در قطع (OFF – DELAY) اين تايمر بعد از قطع انرژي عمل كرده و كنتاكتي را باز يا بسته مي نمايد. مانند رله زماني پنيوماتيكي.

زمان تعيين شده در تايمرها خيلي دقيق بوده و حدود دهم ثانيه مي باشد.

تايمرها را همواره بايستي همراه كنتاكتور بكار برد و هيچ وقت نبايد از آن بجاي كليد استفاده نمود.