في عالم الكهرباء والإلكترونيات ، هناك العديد من الحالات التي تحدث فيها حوادث مؤسفة. سيؤدي ذلك إلى أضرار جسيمة للمباني والمكاتب والمنازل والمدارس والصناعات وما إلى ذلك. الثقة في الجهد والتيار غير صحيحين ، على الرغم من اتخاذ تدابير السلامة. بمجرد تركيب قواطع الدائرة ، فإنه سيتحكم في الارتفاع المفاجئ للجهد والتيار. سوف يساعد من أي حادث. تعتبر قواطع الدائرة بمثابة قلب النظام الكهربائي. هناك أنواع مختلفة من قواطع الدائرة حيث يتم تركيبها وفقًا لتصنيف النظام. في المنزل ، يتم استخدام أنواع مختلفة من قواطع الدائرة وفي الصناعات ، يتم استخدام نوع آخر من قواطع الدائرة. دعونا نناقش الأنواع المختلفة من قواطع الدائرة وأهميتها بالتفصيل.

ما هو قاطع الدائرة؟

قاطع الدائرة الكهربائية هو جهاز تبديل يمكن تشغيله تلقائيًا أو يدويًا لحماية والتحكم في نظام الطاقة الكهربائية . في نظام الطاقة الحديث ، تغير تصميم قاطع الدائرة اعتمادًا على التيارات الضخمة ولمنع القوس أثناء التشغيل.

قاطع دائرة

تشكل الكهرباء التي تصل إلى المنازل أو المكاتب أو المدارس أو الصناعات أو أي أماكن أخرى من شبكات توزيع الكهرباء دائرة كبيرة. تسمى تلك الخطوط المتصلة بمحطة الطاقة المتكونة في أحد الطرفين بالسلك الساخن والخطوط الأخرى المتصلة بالأرض وتشكل طرفًا آخر. عندما تتدفق الشحنة الكهربائية بين هذين الخطين فإنها تطور جهدًا بينهما. بالنسبة للدائرة الكاملة ، يوفر توصيل الأحمال (الأجهزة) مقاومة لتدفق الشحن وسيعمل النظام الكهربائي بأكمله داخل المنزل أو الصناعات بسلاسة.

تعمل بسلاسة طالما أن الأجهزة تتمتع بمقاومة كافية ولا تسبب أي تيار أو جهد زائد. أسباب تسخين الأسلاك هي تدفق الكثير من الشحنات عبر الدائرة أو قصر الدائرة أو التوصيل المفاجئ لسلك الطرف الساخن بالسلك الأرضي سيؤدي إلى تسخين الأسلاك ، مما يتسبب في نشوب حريق. سيمنع قاطع الدائرة مثل هذه المواقف التي تقطع ببساطة الدائرة المتبقية.

العمل الأساسي لأنواع قواطع الدائرة

حسنًا ، نحن ندرك ما هو قاطع الدائرة . الآن ، هذا القسم يشرح على مبدأ عمل قاطع الدائرة .

كمهندس كهربائي ، من الأهمية بمكان معرفة تشغيل هذا الجهاز ، ليس فقط مهندسًا ولكن بالنسبة لجميع الأشخاص الموجودين في هذا المجال ، يجب أن يكونوا على دراية بذلك. يشتمل الجهاز على زوج من الأقطاب الكهربائية حيث يكون أحدهما ثابتًا والآخر متحركًا. عندما يقوم جهتا الاتصال بإجراء اتصال ، يتم إغلاق الدائرة وعندما لا تكون جهات الاتصال هذه معًا ، تنتقل الدائرة إلى حالة مغلقة. تعتمد هذه العملية على ضرورة العامل سواء كان يجب أن تكون الدائرة في حالة مفتوحة أو مغلقة في المرحلة الأولية.

الشرط 1: افترض أن الجهاز مغلق في المرحلة الأولى من أجل إنشاء دائرة ، عندما يحدث أي ضرر أو عندما يفكر العامل في الفتح ، فإن المؤشر المنطقي يحفز تتابع الرحلة الذي يفصل كل من جهات الاتصال عن طريق توفير الحركة إلى الملف المتحرك البعيد عن الملف الثابت.

تبدو هذه العملية بسيطة وسهلة للغاية ، ولكن المضاعفات الحقيقية هي أنه عندما يكون هناك اتصالان بعيدان عن بعضهما البعض ، سيكون هناك تباين كبير مؤقت محتمل بين اثنين من جهات الاتصال التي تسهل انتقال الإلكترون الكبير من إمكانات عالية إلى منخفضة. في حين أن هذه الفجوة المؤقتة بين جهات الاتصال تعمل كعازل كهربائي للإلكترونات لتنتقل من قطب كهربائي إلى آخر.

عندما يكون الاختلاف المحتمل أكثر من قوة قوة العزل ، فستكون هناك حركة للإلكترونات من قطب كهربائي إلى آخر. هذا يؤين الوضع العازل الذي قد يوجه إلى إحداث اشتعال ضخم بين الأقطاب الكهربائية. هذا الاشتعال يسمى قوس . حتى هذا الاشتعال يبقى لبضعة ميكروثانية ، فإنه يمتلك القدرة على إتلاف جهاز الكسارة بالكامل مما يتسبب في تلف المعدات والغلاف بالكامل. من أجل القضاء على هذا الاشتعال ، يجب إطفاء القدرة العازلة التي تفصل بين القطبين قبل تلف الدائرة.

“ما الذي يميز بطاقة sim في حالة استخدام البطاقة؟ ”

ظاهرة القوس

أثناء تشغيل قواطع الدائرة ، يكون القوس هو الذي يجب ملاحظته بوضوح. لذلك ظاهرة القوس في قواطع الدائرة يحدث في وقت الحالات المعيبة. على سبيل المثال ، عندما يكون هناك تدفق واسع للتيار عبر جهات الاتصال قبل أن يحدث النهج الدفاعي ويبدأ الاتصالات.

في اللحظة التي تكون فيها جهات الاتصال في حالة الفتح ، تنخفض منطقة التلامس بسرعة وتحدث زيادة في كثافة التيار بسبب تيار SC الضخم. تؤدي هذه الظاهرة إلى ارتفاع درجة الحرارة وهذا الجيل من الحرارة كافٍ لوسط انقطاع التأين. يعمل الوسط المتأين حيث يتم تثبيت الموصل والقوس بين جهات الاتصال. يخلق القوس مسار مقاومة أدنى للجهات الاتصال وسيكون هناك تدفق لتيار هائل طوال الوقت الذي يوجد فيه القوس. هذا الشرط يضر بتشغيل قاطع الدائرة.

لماذا يحدث القوس؟

قبل معرفة طرق إنهاء القوس ، دعونا نقيم المعلمات المسؤولة عن حدوث القوس. الأسباب هي:

الاختلاف المحتمل الموجود بين جهات الاتصال
الجسيمات المتأينة الموجودة بين جهات الاتصال

هذا الاختلاف المحتمل بين جهات الاتصال كافٍ لوجود قوس حيث أن مسافة جهة الاتصال ضئيلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمتلك وسيط التأين القدرة على الحفاظ على القوس.

هذه هي أسباب القوس جيل.

تصنيف القواطع الكهربائية

تشمل الأنواع المختلفة من قواطع الدائرة ذات الجهد العالي ما يلي

قاطع دارة الهواء
SF6 قواطع دوائر
قاطع الدارة الكهربائية
قاطع دارة الزيت
قاطع دارة الهواء

أنواع قواطع التيار

قاطع دارة الهواء

سيعمل قاطع الدائرة هذا في الهواء ، حيث يكون وسيط التبريد عبارة عن قوس عند الضغط الجوي. في العديد من البلدان ، يتم استبدال قاطع الدائرة الهوائية بقاطع دائرة الزيت. حول قاطع دارة الزيت ، سنناقش لاحقًا في المقالة. وبالتالي فإن أهمية ACB لا تزال خيارًا مفضلاً لاستخدام قاطع الدائرة الهوائية حتى 15KV. هذا لأن قاطع دارة الزيت قد يشتعل عند استخدامه عند 15 فولت.

قواطع دوائر نوع الهواء

نوعان من قواطع الهواء

قاطع دارة هواء عادي
قواطع الهواء

قاطع دارة الهواء العادي

يُطلق على قاطع دارة الهواء العادي أيضًا قاطع الدائرة المتقاطعة. في هذا ، يتم تزويد قاطع الدائرة بغرفة تحيط بجهات الاتصال. تُعرف هذه الغرفة باسم شلال القوس.

هذا القوس مصنوع للقيادة فيه. في تحقيق تبريد قاطع دارة الهواء ، سوف يساعد شلال القوس. من المواد المقاومة للحرارة ، يتم عمل شلال القوس. تتشكل الجدران الداخلية لمزلقة القوس بحيث لا يتم إجبار القوس على الاقتراب. سوف يقود إلى قناة اللف المسقطة على جدار شلال مقوس.

يحتوي المزلق القوسي على العديد من المقصورات الصغيرة والعديد من الأقسام التي تكون عبارة عن ألواح معدنية منفصلة. هنا تتصرف كل من المقصورات الصغيرة كمزلق قوس صغير وتعمل لوحة الفصل المعدنية مثل مقسمات القوس. ستكون جميع الفولتية القوسية أعلى من جهد النظام عندما ينقسم القوس إلى سلسلة من الأقواس. إنه مفضل فقط لتطبيقات الجهد المنخفض.

قواطع الهواء

تُستخدم قواطع Airblast لجهد نظام يبلغ 245 كيلو فولت و 420 كيلو فولت وأيضًا أكثر. قواطع Airblast من نوعين:

قواطع الانفجار المحورية
انفجار محوري مع اتصال متحرك منزلق.

قواطع الانفجار المحوري

في قاطع الانفجار المحوري ، سيكون التلامس المتحرك لكسر الانفجار المحوري على اتصال. يتم تثبيت فتحة الفوهة عند ملامسة القاطع في حالة مغلقة عادة. يحدث خطأ عند إدخال ضغط عالٍ إلى الغرفة. الجهد الكهربي كافٍ للحفاظ على هواء عالي الضغط عند تدفقه عبر فتحة الفوهة.

نوع انفجار الهواء

مزايا دورق حلبة الهواء

يتم استخدامه عندما يكون التشغيل المتكرر مطلوبًا بسبب طاقة القوس الأقل.
إنه خالي من المخاطر من الحريق.
صغير الحجم.
يتطلب صيانة أقل.
التبريد القوسي أسرع بكثير
سرعة قاطع الدائرة أعلى بكثير.
المدة الزمنية للقوس هي نفسها لجميع قيم التيار.

عيوب قواطع الهواء

يتطلب صيانة إضافية.
يحتوي الهواء على خصائص إطفاء قوس أقل نسبيًا
يحتوي على ضاغط هواء عالي السعة.
من تقاطع أنبوب الهواء ، قد يكون هناك فرصة لتسرب ضغط الهواء
هناك فرصة لارتفاع معدل الارتفاع في إعادة ضرب التيار وتقطيع الجهد.

تطبيق واستخدامات قواطع الهواء

يتم استخدامه لحماية المنشآت والآلات الكهربائية والمحولات والمكثفات والمولدات
كما يستخدم قاطع دارة الهواء في نظام مشاركة الكهرباء و GND بحوالي 15Kv
تستخدم أيضًا في التيارات المنخفضة والعالية وتطبيقات الجهد.

SF6 قواطع دوائر

في قاطع الدائرة SF6 ، تعمل جهات الاتصال الحاملة للتيار في غاز سادس فلوريد الكبريت المعروف باسم قاطع الدائرة SF6. إنها خاصية عزل ممتازة وسلبية كهربائية عالية. يمكن فهم أن التقارب العالي لامتصاص الإلكترونات الحرة. يتكون الأيون السالب عندما يصطدم الإلكترون الحر بجزيء غاز SF6 ويمتصه جزيء الغاز هذا. الطريقتان المختلفتان لربط الإلكترون بجزيئات غاز SF6 هما

SF6 + e = SF6
SF6 + e = SF5- + F

ستكون الأيونات السالبة التي تتشكل أثقل بكثير من الإلكترون الحر. لذلك ، عند مقارنتها بالغازات الشائعة الأخرى ، يكون التنقل العام للجسيم المشحون في غاز SF6 أقل بكثير. تعتبر حركة الجسيمات المشحونة مسؤولة بشكل رئيسي عن توصيل التيار عبر الغاز. وبالتالي ، بالنسبة للجسيمات المشحونة الأثقل والأقل حركة في غاز SF6 ، فإنها تكتسب قوة عازلة عالية جدًا. خاصية نقل الحرارة الجيدة للغاز بسبب اللزوجة الغازية المنخفضة. يعتبر SF6 أكثر فعالية 100 مرة في وسائط التبريد بالقوس من قاطع الدائرة الهوائية. يتم استخدامه لكل من أنظمة الطاقة الكهربائية ذات الجهد المتوسط والعالي من 33KV إلى 800KV.

قواطع دوائر SF6

أنواع قواطع الدائرة في SF6

قاطع دائرة SF6 ذو قاطع مفرد مطبق حتى 220
قاطع دائرة SF6 يستخدم حتى 400
أربعة قاطعات SF6 مطبقة حتى 715V

قاطع الدارة الكهربائية

قاطع الدائرة الفراغية عبارة عن دائرة يستخدم فيها فراغ لإنهاء القوس. يتميز بطابع الاسترداد العازل ، ومقاطعة ممتازة ، ويمكنه مقاطعة التيار عالي التردد الذي ينتج عن عدم استقرار القوس ، المتراكب على تيار تردد الخط.

سيكون لمبدأ تشغيل VCB جهتي اتصال تسمى الأقطاب الكهربائية ستظل مغلقة في ظل ظروف التشغيل العادية. افترض أنه عند حدوث خطأ في أي جزء من النظام ، يتم تنشيط ملف الرحلة لقاطع الدائرة ، وفي النهاية يتم فصل جهة الاتصال.

“كيفية صنع صندوق طباخ شمسي ”

قاطع الدارة الكهربائية

يتم فتح ملامسات قاطع التيار في الفراغ ، أي من 10-7 إلى 10-5 يتم إنتاج قوس بين نقاط التلامس عن طريق تأين الأبخرة المعدنية للتلامسات. هنا يتم إطفاء القوس بسرعة ، يحدث هذا لأن الإلكترونات والأبخرة المعدنية والأيونات الناتجة أثناء القوس تتكثف بسرعة على سطح ملامسات CB ، مما يؤدي إلى استعادة سريعة لقوة العزل.

مزايا

تتميز VCBs بأنها موثوقة ومضغوطة وذات عمر طويل
يمكنهم مقاطعة أي تيار خطأ.
لن تكون هناك مخاطر الحريق.
لا يصدر ضوضاء
لديها قوة عازلة أعلى.
يتطلب طاقة أقل لعملية التحكم.

قاطع دارة الزيت

في هذا النوع من الدوائر ، يتم استخدام زيت التكسير ، لكن يفضل استخدام الزيت المعدني. يعمل بشكل أفضل خاصية العزل من الهواء. يتم غمر جهة الاتصال المتحركة والاتصال الثابت داخل الزيت العازل. عندما يحدث فصل التيار ، عندئذٍ يتم تهيئة ملامسات الناقل في الزيت ، ويتم تهيئة القوس الموجود في قاطع الدائرة في لحظة فصل التلامسات ، وبسبب هذا القوس في الزيت يتبخر ويتحلل في غاز الهيدروجين ويخلق أخيرًا فقاعة الهيدروجين حول القوس.

تمنع فقاعة الغاز المضغوطة للغاية هذه والقوس إعادة ضرب القوس بعد أن يصل التيار إلى صفر تقاطعات في الدورة. OCB هو أقدم نوع من قواطع الدائرة.

أنواع مختلفة من قواطع الدائرة في نوع الزيت

قاطع دارة الزيت السائب
قاطع دارة الزيت الأدنى

قاطع دارة الزيت بالجملة (BOCB)

في BOCB ، يتم استخدام الزيت لقوس وسط التبريد وأيضًا لعزل الوسائط بين الأجزاء الأرضية لقاطع الدائرة والتلامس الحامل للتيار. يتم استخدام نفس الزيت العازل للمحول.

ينص مبدأ عمل BOCB على أنه عندما يتم فصل جهات الاتصال الحاملة للتيار في الزيت ، يتم إنشاء قوس بين جهات الاتصال المنفصلة. سينتج القوس الذي تم إنشاؤه فقاعة غاز سريعة النمو حول القوس. ستبتعد جهات الاتصال المتحركة عن التلامس الثابت للقوس مما يؤدي إلى زيادة مقاومة القوس. هنا ستؤدي المقاومة المتزايدة إلى خفض درجة الحرارة. ومن هنا فإن التكوينات المختزلة للغازات تحيط بالقوس.

عندما يمر التيار من خلال عبور الصفر ، يحدث تبريد القوس في BOCB. في الوعاء المحكم تمامًا ، يتم وضع فقاعة الغاز داخل الزيت. سيحيط الزيت بضغط مرتفع على الفقاعة ، مما ينتج عنه غاز مضغوط للغاية حول القوس. عندما يزداد الضغط ، يزداد أيضًا إزالة الأيونات من الغاز ، مما يؤدي إلى تبريد القوس. سيساعد غاز الهيدروجين في تبريد التبريد القوسي في قاطع دارة الزيت.

مزايا

خاصية التبريد جيدة بسبب التحلل
النفط لديه قوة عازلة عالية
يعمل كعازل بين الأرض والأجزاء الحية.
سوف يمتص الزيت المستخدم هنا طاقة القوس أثناء التحلل

سلبيات

لن يسمح بسرعة عالية للمقاطعة
يستغرق وقتا طويلا الانحناء.

قاطع دارة الزيت الأدنى

إنه قاطع دارة يستخدم الزيت كوسيط للمقاطعة. سيضع قاطع دارة الزيت الأدنى وحدة المقاطعة في غرفة عازلة عند الإمكانات الحية. لكن المواد العازلة متوفرة في حجرة المقاطعة. يتطلب كمية أقل من الزيت لذلك يسمى الحد الأدنى لقاطع دارة الزيت.

مزايا

يتطلب صيانة أقل.
إنها مناسبة لكل من التشغيل التلقائي واليدوي.
يتطلب مساحة أصغر
تكلفة كسر السعة في MVA أقل أيضًا.

سلبيات

يتدهور النفط بسبب الكربنة.
هناك احتمال حدوث انفجار وحريق
نظرًا لأنه يحتوي على كمية أقل من الزيت ، تزداد الكربنة.
من الصعب جدًا إزالة الغازات من الفراغ بين جهات الاتصال.

علاوة على ذلك ، يتم تصنيف قواطع الدائرة على أساس الأنواع المختلفة وهي:

على أساس فئة الجهد

يعتمد التصنيف الأولي لقواطع الدائرة على الجهد الوظيفي الذي سيتم استخدامه. يوجد نوعان رئيسيان من أنواع قواطع الدائرة الكهربائية القائمة على الجهد وهما:

الجهد العالي - يتم تنفيذه عند مستويات جهد تزيد عن 1000 فولت. وهي مقسمة إلى أجهزة 75kV و 123kV.
الجهد المنخفض - يتم تنفيذه عند مستويات الجهد أقل من 1000 فولت

بناءً على نوع التثبيت

يتم تقسيم هذه الأجهزة أيضًا اعتمادًا على موقع التثبيت مما يعني إما مواقع مغلقة أو مفتوحة. بشكل عام ، يتم تشغيلها على مستوى عالٍ للغاية من الفولتية. تم تصميم قواطع الدائرة المغلقة ليتم استخدامها داخليًا في المبنى أو تلك التي تحتوي على مركبات مقاومة للطقس. الاختلاف الحاسم بين هذين النوعين هو إنشاءات التعبئة والمركبات بينما التصميم الداخلي مثل المعدات والوظائف الحالية متشابهة تقريبًا.

بناءً على نوع التصميم الخارجي

اعتمادًا على التصميم الإنشائي المادي ، تكون قواطع الدائرة مرة أخرى من نوعين:

نوع الخزان الميت - هنا ، توجد معدات التحويل في الوعاء عند الإمكانات الأساسية وهي محاطة بوسط التدريع والمقاطعات. هذه هي في الغالب قيد الاستخدام في الولايات المتحدة.

نوع الخزان الحي - هنا ، توجد معدات التحويل في الوعاء بأقصى إمكانات وهي محاطة بوسط التدريع والمقاطعات. تستخدم في الغالب في أوروبا والدول الآسيوية

بناء على نوع الوسيط المقاطعة

هذا هو التصنيف الحاسم لقواطع الدائرة. هنا ، يتم تصنيف الأجهزة اعتمادًا على نهج تدمير القوس وعلى وسيط المقاطعة. بشكل عام ، ظهر كلاهما كمعايير أساسية في بناء قواطع الدائرة وحكموا العوامل الإنشائية الأخرى. في الغالب ، يتم استخدام الزيت والهواء كوسيطين للمقاطعة. بصرف النظر عن هذه ، هناك أيضًا سداسي فلوريد الكبريت والفراغ الذي يعمل كوسيط للمقاطعة. هذين هما الأكثر استخداما هذه الأيام.

قواطع دوائر HVDC

إنه جهاز تبديل يعيق التدفق العام للتيار في الدائرة. عندما يحدث أي ضرر ، يخلق هذا المسافة بين نقاط التلامس الميكانيكية في الجهاز وبالتالي ينتقل قاطع الدائرة إلى حالة الفتح. هنا ، يكون كسر الدائرة معقدًا إلى حد ما لأن تدفق التيار أحادي الاتجاه فقط ولا يوجد تيار فارغ. يتمثل الاستخدام الأساسي لهذا الجهاز في عرقلة نطاق الجهد العالي للتيار المستمر في الدائرة. بينما تعيق دائرة التيار المتردد القوس بسلاسة في حالة التيار الفارغ لأن تبديد الطاقة يكاد يكون صفرًا. تحتاج مسافة الاتصال إلى استعادة القدرة العازلة لتحمل مستوى التعافي المؤقت للجهد.

عملية HVDC

في حالة أجهزة فصل دارة التيار المستمر ، تكون المشكلة أكثر تعقيدًا لأن موجة التيار المستمر لن يكون لها تيارات فارغة. ويؤدي انسداد القوس الملزم إلى تطوير مستويات جهد استرجاع عابر ضخمة ويقضي على عدم وجود إعاقة للقوس ويسبب تلفًا نهائيًا في الملامسات الميكانيكية. في بناء جهاز HVDC ، واجه المرء في الغالب ثلاث مشاكل وهي:

إعاقة إعادة ضبط القوس
خلل في الطاقة المخزنة
توليد تيار فارغ اصطناعي

قواطع الدائرة القياسية

تراقب هذه الأجهزة بشكل حاسم وظائف الجهاز. قواطع الدائرة القياسية هذه ذات قطب واحد وقطب مزدوج.

قواطع الدائرة أحادية القطب

تحتوي هذه الأجهزة على ميزات

تستخدم في الغالب في التطبيقات المنزلية
يحمي سلك نشط واحد
هذه توفر ما يقرب من 120 فولت من الجهد إلى الدائرة
لديهم القدرة على إدارة 15 أمبير إلى 30 أمبير
تتكون قواطع القطب الواحد من ثلاثة أنواع وهي بالحجم الكامل (بعرض 1 بوصة) ، ونصف الحجم (بعرض نصف بوصة) ، ومزدوجة (بعرض بوصة واحدة تتكون من مفتاحين وتدير زوجين من الدوائر).

قواطع الدائرة المزدوجة القطب

تحتوي هذه الأجهزة على ميزات

هذه توفر ما يقرب من 120V / 240V من الجهد إلى الدائرة
لديهم القدرة على إدارة 15 أمبير إلى 30 أمبير
تستخدم في الغالب في تطبيقات ضخمة مثل السخانات والمجففات
يحمي اثنين من الأسلاك النشطة

في هذه المقالة ، تمت مناقشة الأنواع المختلفة من قواطع الدائرة ، مثل قاطع الدائرة الهوائية ، وقاطع الدائرة SF6 ، وقاطع الدائرة الفراغية ، وقاطع دارة الزيت بتفصيل قصير فقط لفهم المفهوم الأساسي حول قواطع الدائرة هذه . كما تمت مناقشة تقسيمهم الفرعي جنبًا إلى جنب مع المزايا والعيوب. لقد ناقشنا كل مفهوم بوضوح شديد. إذا لم تكن قد فهمت أيًا من الموضوعات ، أو شعرت بنقص أي معلومات ، أو لتنفيذ أي مشاريع كهربائية لطلاب الهندسة ، فلا تتردد في التعليق في القسم أدناه.