معرفی کلیدهای روغنی و رفتار آن

كليد روغني

كليدهاي روغني از اولين سري كليدها براي قطع و وصل جريان در ولتاژهاي بالا مي­باشد. تاريخ استفاده از آن به اواخر قرن 19 برمي­گردد

از معايب عمده اين نوع كليد امكان انفجار و اشتعال و هزينه تعميرات زياد آن مي­باشد، در ضمن اينكه هر قطره روغن باعث آلودگي يك مترمربع خاك مي­شوند.

كشف خاموش شدن بهتر جرقه در روغن نسبت به هوا شايد يكي از اتفاقات مهم براي صنعت برق بوده است. در ظاهر تصور اينكه روغن قابل اشتعال ماده كم نظيري براي خاموش كردن جرقه باشد دور از انتظار بود. به هرحال، روغن بدليل هدايت حرارتي بالاي گاز هيدروژن توليد شده با واسطه جرقه درون روغن تا زماني كه درجه حرارت و فشار گازهاي تجزيه شده درون كليد به حد انفجار نرسيده است عايق قابل قبولي است.

با افزايش توان جرقه نياز به حجم بيشتر روغن خواهد بود. طراحي محفظه­­هاي قطع كليدهاي روغني بيشتر با روش­هاي تجربي در آزمايشگاه­ها انجام شده است.

براي قطع كردن جرقه در جريان متناوب، از عبور طبيعي جريان از صفر استفاده مي­شود. وظيفه اصلي محفظه قطع كننده جرقه اين است كه هنگامي كه جريان به صفر رسيد و جرقه خود به خود قطع شد، گازهاي گرم و ذرات باردار به وجود آمده در محفظه­اي كه كنتاكت­ها در آن قرار دارند پاك و ديونيزه شوند. اين عمل باعث مي­شود استقامت دي­الكتريك بين جفت كنتاكت­هاي كليد مجدداً بالا رود و در موقع برگشت ولتاژ بخصوص در قطع جريان كاپاسيتيو مانع برگشت مجدد جرقه شود.

بهتر است عوامل خاموش كننده، خنك كردن و ديونيزه كردن خيلي شديد نباشد، زيرا در قطع جريان اندوكتيو در اثر بريده شدن جريان قبل از رسيدن به صفر طبيعي، ولتاژ زيادي در دو سر كنتاكت­هاي كليد پديدار مي­شود كه موجب برگشت مجدد جرقه مي­شود.

محفظه­هاي قطع در اين كليدها به سه دسته عرضي و طولي و تركيب آنها تقسيم­بندي مي­شوند.

در روش عرضي جرقه در هنگام قطع جفت كنتاكت از مقابل سوراخ­هايي عبور مي­كند كه گرماي حاصل از جرقه باعث تبخير روغن و تشكيل گاز به­ويژه هيدروژن مي­شود كه در نتيجه باعث افزايش فشار و آشوب روغن شده و جرقه را به سمت سوراخ­ها هدايت نموده كه در نتيجه طول جرقه زياد شده و در نقطه صفر عبور جريان جرقه خاموش مي­شود.

درمحفظه ­هاي قطع طولي نيز روش عملكرد مشابه روش عرضي است. شكل (10) اصول عملكرد آنها را نمايش مي­دهد.

مشكل اين دو روش خاموش كردن جرقه زماني است كه در هنگام قطع جريانهاي سنگين فشار داخل محفظه قطع به حد انفجار برسد كه براي جلوگيري از انفجار نياز
به سوپاپ تخليه فشار مي­باشد و همچنين براي قطع جريان­هاي كوچك انرژي پايين جرقه امكان گرم كردن روغن تا حد توليد گاز را ندارد كه در اين حالت يك پيستون كمكي به همراه حركت كنتاكت متحرك عمل جابجايي روغن را انجام مي­دهد.

قطع موفقيت­آميز جريان و خاموش كردن جرقه به طراحي محفظه قطع و اساساً به ولتاژ و جريان قطع وابسته است. زمان قطع جرقه بايستي در حداقل زمان ممكن بوده بطوريكه انرژي جرقه باعث سوختن كنتاكت­ها نشود.

در عمل مشاهده شده است كه تقريباً امكان كم كردن زمان جرقه اتصال كوتاه در هنگام قطع كليد روغني به كمتر از 20 ميلي ثانيه ناممكن است.

قطع جريان­هاي كم:

در قطع جريان­هاي كم، جرقه نيز قدرت كمي خواهد داشت و ممكن است مقدار گازي كه در اين زمان بسيار كوتاه (نيم پريود) ايجاد مي­شود آنقدر كم باشد كه نتواند فشار لازم را براي بالا بردن استقامت الكتريكي بين دو كنتاكت را پيدا كند، بنابراين در اثر برگشت ولتاژ جرقه مجدداً شروع مي­شود و تا چند پريود نيز ادامه خواهد داشت. چنانچه مشاهده مي­شود قطع جريان در كليد كم روغن تابع شدت جريان است، از اين جهت براي كوتاه كردن زمان جرقه در جريان كم بايد قسمت فوقاني محفظه را خيلي كوچك درست كرد، در نتيجه تراكم گاز زياد شده و براي خنك كردن گازهاي گرم بايد روغن را در اطراف جرقه خيلي سريع به جريان انداخت.

در شكل(11) به جريان انداختن روغن مستقل از شدت جريان توسط حركت كنتاكت لوله­اي شكل (2) به طرف پايين صورت مي­گيرد. در هنگام حركت كنتاكت مذكور، روغن از قسمت پايين پل دژنگتور و از طريق كنتاكت لوله­اي شكل به سمت بالا پمپ شده و مستقيماً به جرقه پاشیده خواهد شد.

قطع جريان­هاي زياد:

در هنگام جدا شدن جفت كنتاكت كليد در جريان­هاي زياد در محيط روغن، جرياني كه از آخرين نقطه تماس كنتاكت مي­گذرد باعث گداخته شدن و تبخير فلز كنتاكت شده و بدين واسطه جرقه الكتريكي يا قوس الكتريكي بين دو كنتاكت پايه­گذاري مي­شود.

جريان زياد جرقه روغن اطراف قوس را تبخير و توليد حباب­هاي گاز با فشار زياد مي­كند. به محض اينكه پايه جرقه در قسمت پايين كلاهك عايقي (3) به محل فشرده شده منبع روغن (6) مي­رسد، گازهاي يونيزه داغ تحت فشار ايجاد شده در اثر قوس، روي سطح روغن فشار وارد كرده و موجب مي­شود روغن در محفظه (7) به طرف پايين جريان پيدا كند و از مجرايي كه در شكل (11) نشان داده شده (4) به اطراف ستون جرقه فشار وارد كرده و باعث شود گازهائي كه در اطراف كنتاكت ثابت (1) جمع شده­اند به داخل حفره توخالي كنتاكت ثابت كشيده شوند.

در آنجا تبادل فشار صورت مي­گيرد و قسمت زيادي از گازها و بخار روغن دوباره جذب روغن مي­شود. درست موقعي كه فاصله دو كنتاكت به حداقل مي­رسد عمل خنك كردن و تخليه گاز و ديونيزه شدن انجام مي­گيرد.

طراحي ساختار پل­ها مسير هدايت عبور روغن از كانال­ها و سوراخ­ها به نحوي است كه به صورت شعاعي و در تمام طول جرقه به اطراف قوس فشار وارد ­كنند؛ بدون آنكه طول آن را زياد كند تا باعث برگشت مجدد جرقه شوند.

سرعت قطع كليدهاي روغني براي ولتاژهاي متوسط 12 تا 36 كيلو ولت حدود 3 تا 5 متر بر ثانيه مي­باشند.

تعمير ونگهداري كليدهاي روغني

بدليل تجزيه روغن در هنگام جرقه­زني، روغن داخل محفظه قطع به سرعت كربونيزه شده كه در نتيجه قدرت عايقي آنرا كاهش مي­دهد. بنابراين محفظه قطع و روغن آن بايستي بصورت دوره­اي فيلتر و يا تعويض شوند. توصيه سازندگان بطور معمول بين 3 تا 5 سال و بسته به تعداد عملكرد كليد دارد و در ضمن اينكه پس از چند بار اتصال كوتاه حتماً بايستي روغن كليد تعويض شوند.

قابل به ذكر است كه تعداد دفعات قطع جریان اتصال كوتاه نامي در كليدهاي روغني خيلي پايين بوده و به بيش از 5 بار نمي­رسد.

كليد Air-­Blast

كليدهاي Air-Blast مدرن در فشار حدود 10 تا 20 اتمسفر كار مي­كنند. در اين فشار تحمل دي­الكتريك هواي فشرده با روغن قابل قياس است. در بيشتر كليدهاي Air-Blast از هواي فشرده بعنوان ماده عايقي در محفظه­هاي قطع استفاده مي­شود. عملاً براي انواع كليدهاي مذكور هواي مورد استفاده بايستي رطوبت­زدايي شود. رطوبت پايين در ضمن باعث جلوگيري از خوردگي قطعات داخل كليد خواهد شد.

در كليدهاي Air-Blast هنگام قطع، هواي فشرده بسرعت از محفظه قطع به خارج تخليه مي­شود و حركت جفت كنتاكت­ها نيز طولاني بوده و قطع آن قابل رؤيت است (كه اين يكي از مزاياي استفاده از اين كليد است) ولي صداي زياد تخليه هوا از مشكلات عمده
آن به حساب مي­آيد.

تخليه هوا و نياز به تجهيزات جانبي مانند كمپرسور و منابع ذخيره هوا و لوله­كشي و هزينه نگهداري و سرويس در اين نوع كليد از مشكلات عمده آن به حساب مي­آيد، شكل(12) نمايي از يك كليد هواي فشرده فشار قوي را نشان می دهد.