بخشی از مقاله
كليد هاي فشار قوي
مقدمه
كليدهاي فشار قوي تنها يك وسيلة ارتباط بر قرار كردن بين مولد ها و ترانسفورماتورها و مصرف كننده ها و سيمهاي انتقال انرژي و يا جدا كردن آنها از يكديگر نيستند . بلكه حفاظت دستگاها و وسايل و سيستمهاي الكتريكي را در مقابل جريان زياد و بار زياد و جريان اتصال زمين نيز بعهده دارند .
بدين جهت با چشم پوشي از بعضي حالتهاي استثنائي بايد كليدهاي فشار قوي بتوانند هر نوع جرياني را اعم از جريان كوچم بار سيمها ( جريان خازني خطوط ) و يا جريان مغناطيسي ترانسفورماتور بدون بار تا بزرگترين جرياني كه ممكن است در شبكه بوجود آيد ( جريان اتصال موتاه ) از خود عبور دهند بدون اينكه اثرات حرارتي و يا ديناميكي اين جريانها خطراتي براي كليد فراهم سازد .
در ضمن نوعي از كليدها ، ( كليد قدرت ) بايد قادر باشند هر نوع جريان با هر شدتي را ( جريانهاي عادي و يا جريانهاي اتصال كوتاه ) در كوتاه تذرين مدت قطع و وصل كنند و بالاخره كليدهاي فشار قوي بايد قادر باشند در حالت قطع ( جدا بودن تيغه ها ) هر نوع ولتاژي كه بين دو سرباز كليد ( دو تيغه باز كليد ) بر قرار مي شود بدون كوچكترين احتمال ايجاد قوس الكتريكي تحمل كنند .
به طو كلي بايد كليد هاي فشار قوي در حالت هاي مختلف داراي شرايط ومشخصاتي به شرح زير باشند .
1- در حالت بسته : انواع كليدهاي فشار قوي بايد اولاً در مقابل عبور جريان بار و يا حتي جريان شديد اتصال كوتاه از خود مقاومت قابل ملاحظه اي نشان ندهند و در ثاني در مقابل اثرات حرارتي و ديناميكي اين جريانها در يك زمان گسترده و طولاني بايد كليدهاي فشار قوي داراي پايداري و ثبات قابل ملاحظه اي باشند . به عبارت ديگر بايد كليدهاي فشار قوي از يك استقامت حرارتي و ديناميكي تعيين شده و مورد اطميناني برخوردار باشند .
انتخاب صحيحي مقاطع قسمتهاي هدايت كننده جريان كليد در كم كردن مقاومت عبور بسيار موثر است .
2- در حالت بار (قطع مدار ): بايد كليد قادر باشد اختلاف سطح الكتريكي موجود بين دو كنتاكت باز را به طور كاملاً مطمئن تحمل كند . مقدار و شدت اين ولتاژ بستگي به وضعيت و كيفيت ومحل نصب كليد دارد ،مثلاً اگركليدي وسيله ارتباط دو شبكه اي را فراهم مي سازد كه ممكن است نسبت به هم آسنكرون نيز باشند در حالت قطع كليد هر دو طرف كليد زير پتانسيل قرار دارد .
3- تمام قسمتهاي كليد كه در شرايطي هم پتانسيل فشار الكتريكي شبكه هستند بايد در موقع قطع و يا در حالت وصل به طور كاملاً مطمئن نسبت به زمين و نسبت به قطبها و تيغه هاي ديگر كليد و يا گازهاي و بخارات و مايعاتي كه خود كليد متصاعد مي شود نيز نبايد باعث نقصان بيش از مجاز قدرت عايقي قسمتهاي مختلف كليد گردد .
4- كليدهاي فشار قوي بايد بتوانيد مدار الكتريكي را از ولتاژ نامي نامي به بنديد . البته در بعضي كليدها (قطع كننده ها )اين شرط بدون عبور جريان صادق است (بدون توجه به جريانهاي كوچك بار سيمها) و در برخي ديگر (كليد قدرت) شرط محدوديت جرياني وجود ندارد و بايد بتوان آنها را در زير هر جرياني حتي جريان اتصال كوتاه موجود در شبكه نيز بست .
5- كليدفشار قوي بايد بتواند مدار الكتريكي رادر ضمن عبور جريان باز كند . اين شرط فقط براي قطع كننده لازم نيست مراعات شود ( از جريان كوچك شارژ صرف نظر مي شود).
نظر به اينكه شرايط 4و5 مشكلات اصلي كليدهاي قدرت فشارقوي را فراهم مي كنند ، ساختمان و مكانيسم كليد و چگونگي قطع و وصل كليد با توجه با شرايطي كه در بند 4و5 به آن اشاره شد طرج ريزي مي گردد .
از نظر كار با شبكه كمال مطلوب است ، اگر هر يك از كليد اي فشار قوي شامل كليه شرايطي كه فوقاً به آن اشاره شد باشد . ولي چون از ديدگاه اقتصادي تجمع كليه شرايط در يك كليد مقرون به صرفه نيست كليدهاي خاصي خاصي با شرايط به خصوص و محدودي طرح و ساخته مي شود كه عبارتند از :
الف - قطع كننده يا سكسيونر
قطع كننده وسيله اي است براي ارتباط دستگاهها و سيستمهاي برقي و اصولاً در جائي بكار برده مي شود كه بدون ولتاژ كردن آن قسمت مورد نظر باشد . قطع و وصل اين كليد در صورتيكه از جريان كوچك شارژها صرف نظر شود ، نبايد باعث قطع جريان و يا برقراري جريان گردد . به عبارت ديگر قطع و وصل سكسيونر بايد بدون ايجاد جرقه انجام گيرد و درحالت وصل بودن كليد و ارتباط بر قرار كردن بين دستگاهها نبايد هيچ نوعي جرياني با هر شدتي (جريان بار ، جريان اتصال كوتاه ضربه اي و غيره ) به كليد آسيبي وارد كند و يا باعث گرم كردن ، ارتعاش كردن و يا باز شدن تيغه كليد شود و يا اثرات ديناميكي آن موقعيت كليد را به خطر بياندازد .
در ضمن بايد اين كليد در حالت قطع داراي قدرت عايقي بسيار قوي در دو سر تيغه باز كليد باشد . زيرا سكسيونر باز در حقيقت حفاظت افرادي را كه در شبكه بدون ولتاژ شده كار مي كنند نيز به عهده دارد .
ب - كليد بار
كليد بار فشار قويست كه مي تواند جريانهاي كم و جريانهاي بار و حتي چند برابر كوچكي از جريانه نامي را نيز قطع كند و مورد استعمال آن در كليد موتوري و در انشعابهاي كوچك و كم ارزش است .
اين كليد به خصوص در انشهابهائي از شبكه بكار برده مي شود كه جريان قطع و وصل آن هيچگاه به شكل راكتيو كامل (اندوكتيو) نباشد ، بلكه مقاومت بار همواره تركيبي از مقاومت اهمي و سلفي Ф باشد زيرا بار همي در مدار همانطور كه بعداً مشاهده خواهد شد باعث تسريع در عمل قطع و خاموش شدن جرقه مي گردد .
قدرت وصل كليد بار تقريباً ده برابر قدرت قطع آن است و نظر به اينكه اين كليد فاقد وسيله اي براي قطع جريان اتصال كوتاه و خاموش كردن جرقه ناشي از آن مي باشد ، لذا اين كليد در ضمن عبور جريان اتصال كوتاه نبايد باعث قطع مدار گردد و بدين جهت اين كليدها اغلب رد رابطه با فيوز فشارقوي مورد استعمال پيدا مي كنند
. اگر كليد بار كه داراي شرايط فوق است خواص سكسيونر را نيز دارا باشد ، يعني در حالت قطع داراي قدرت عايقي بسيار خوب نيز باشد و جريان خزنده و سطحي نيز با زمين نداشته باشد ، به آن كليد قطع بار يا سكسيونر قابل قطع زير بار گفته مي شود . اين كليد در حقيقت يك كليد سكسيونر است كه در ضمن داراي محافظه خاموش كننده جرقه براي جريان معيني نيز مي باشد .
پ - كليد قدرت
اين كليد قادر است مدار الكتريكي را در ضمن عبور هر نوع و هر شدت جرياني قطع و هر شبكه اتصالي شده را به مولد برق وصل كند ، به شرط اينكه جرياني كه از كايد در لحظه قطع و وصل مي گذرد ، از مقدار مجازي كه براي كليد در نظر گرفته شده است تجاوز نكند . لذا مي توان گفت كه در حقيقت كليد قدرت محدوديت جرياني ندارد و براي بزرگترين جريانهاي اتصال كوتاه ساخته مي شود و بايد بتواند در مدارهاي كاملاً اندوكتيو نيز به خوبي عمل كند .
ت - كليد قطع قدرت
اين كليد در ضمن اينكه داراي تمام مشخصات كليد قدرت است ،كليه خصوصيات قطع كننده را نيز شامل مي باشد . اين كليد به دلايل خاصي فقط براي قدرت هاي كم ساخته مي شود.
بررسي عوامل اصلي در قطع و وصل جريانهاي مختلف
قطع كامل جريان به خصوص توسط كليد قدرت، تنها بستگي به عوامل فيزيكي و مكانيكي كليد ندارد بلكه بيشتر بستگي به نوع و فرم جريان دارد . از اين جهت لازم است بدون در نظر گرفتن مكانيسم كليد و اعمالي كه توسط كليد بر جرقه و قوس الكتريكي تحميل مي شود، تغييراتي كه براي جريان در موقع قطع و يا در لحظه وصل به وجود مي آيد و اثر اين تغييرات بر جرقه را مورد بررسي دقيق قرار دهيم . براي اينكه بتوان اين بررسي را به سادگي انجام داد و تاثير نوع گذشت جريان I (t) را روي دوام جرقه بين دو تيغه يا دو قطب كليد مشخص كرد ، فرض مي كنيم :
1- اختلاف بين دو قطب كليد در حال جرقه كوچكتر از اختلاف سطحي باشد كه باعث عبور جريان مي شود .
اختلاف سطح بين دو قطب كليد در حال جرقه را به اختصار ولتاژ قوس يا ولتاژ جرقه و اختلاف سطجي كه باعث عبور جريان مي شود ، ولتاژ جريان رسان مي ناميم.
2- به فرض اينكه جرقه خاموش شود اين خاموشي و قطع جرقه هميشه در ضمن عبور جريان متناوب از صفر صورت مي گيرد . بدين جهت چون هيچگاه امكان ندارد در موقعي كه جريان داراي شدتي غير از صفر است غفلتاً صفر و يا بالاجبار قطع شود لذا قطع جريان باعث ازدياد اختلاف سطح در مدار كه اغلب اندوكتيو است نمي گردد . و در ضمن به علت قبول فرض 1 جرياني كه در ضمن جرقه از كليد مي گذرد نمي تواند نسبت به جريان مدار بسته قبل از شروع جرقه تغيير شكل پيدا كند .
با قبول دو اصل فوق مي توان گفت كه اگر جدا شدن كنتاكتهاي كليد در زماني ايجاد شود كه جريان داراي شدتي غير از صفر است جريان بدون تغيير شكل يافتن و بدون توجه به باز شدن كليد تا لحظه اي كه طبق تغييرات طبيعي و عادي و نوساني خودش به صفر نرسيده است به مسير خود ادامه مي دهد . در لحظه گذشت جريان از صفر جريان قطع و قوس خاموش مي شود و اگر از اين لحظه به بعد شرايط لازم براي خاموش ماندن جرقه در كليد فراهم باشد جرقه ديگر بر نمي گيردد و مدار به كلي قطع مي شود .
