معرفی کلیدهای روغنی و رفتار آن
کلید روغنی
کلیدهای روغنی از اولین سری کلیدها برای قطع و وصل جریان در ولتاژهای بالا میباشد. تاریخ استفاده از آن به اواخر قرن ۱۹ برمیگردد
از معایب عمده این نوع کلید امکان انفجار و اشتعال و هزینه تعمیرات زیاد آن میباشد، در ضمن اینکه هر قطره روغن باعث آلودگی یک مترمربع خاک میشوند.
کشف خاموش شدن بهتر جرقه در روغن نسبت به هوا شاید یکی از اتفاقات مهم برای صنعت برق بوده است. در ظاهر تصور اینکه روغن قابل اشتعال ماده کم نظیری برای خاموش کردن جرقه باشد دور از انتظار بود. به هرحال، روغن بدلیل هدایت حرارتی بالای گاز هیدروژن تولید شده با واسطه جرقه درون روغن تا زمانی که درجه حرارت و فشار گازهای تجزیه شده درون کلید به حد انفجار نرسیده است عایق قابل قبولی است.
با افزایش توان جرقه نیاز به حجم بیشتر روغن خواهد بود. طراحی محفظههای قطع کلیدهای روغنی بیشتر با روشهای تجربی در آزمایشگاهها انجام شده است.
برای قطع کردن جرقه در جریان متناوب، از عبور طبیعی جریان از صفر استفاده میشود. وظیفه اصلی محفظه قطع کننده جرقه این است که هنگامی که جریان به صفر رسید و جرقه خود به خود قطع شد، گازهای گرم و ذرات باردار به وجود آمده در محفظهای که کنتاکتها در آن قرار دارند پاک و دیونیزه شوند. این عمل باعث میشود استقامت دیالکتریک بین جفت کنتاکتهای کلید مجدداً بالا رود و در موقع برگشت ولتاژ بخصوص در قطع جریان کاپاسیتیو مانع برگشت مجدد جرقه شود.
بهتر است عوامل خاموش کننده، خنک کردن و دیونیزه کردن خیلی شدید نباشد، زیرا در قطع جریان اندوکتیو در اثر بریده شدن جریان قبل از رسیدن به صفر طبیعی، ولتاژ زیادی در دو سر کنتاکتهای کلید پدیدار میشود که موجب برگشت مجدد جرقه میشود.
محفظههای قطع در این کلیدها به سه دسته عرضی و طولی و ترکیب آنها تقسیمبندی میشوند.
در روش عرضی جرقه در هنگام قطع جفت کنتاکت از مقابل سوراخهایی عبور میکند که گرمای حاصل از جرقه باعث تبخیر روغن و تشکیل گاز بهویژه هیدروژن میشود که در نتیجه باعث افزایش فشار و آشوب روغن شده و جرقه را به سمت سوراخها هدایت نموده که در نتیجه طول جرقه زیاد شده و در نقطه صفر عبور جریان جرقه خاموش میشود.
درمحفظه های قطع طولی نیز روش عملکرد مشابه روش عرضی است. شکل (۱۰) اصول عملکرد آنها را نمایش میدهد.
مشکل این دو روش خاموش کردن جرقه زمانی است که در هنگام قطع جریانهای سنگین فشار داخل محفظه قطع به حد انفجار برسد که برای جلوگیری از انفجار نیاز
به سوپاپ تخلیه فشار میباشد و همچنین برای قطع جریانهای کوچک انرژی پایین جرقه امکان گرم کردن روغن تا حد تولید گاز را ندارد که در این حالت یک پیستون کمکی به همراه حرکت کنتاکت متحرک عمل جابجایی روغن را انجام میدهد.
قطع موفقیتآمیز جریان و خاموش کردن جرقه به طراحی محفظه قطع و اساساً به ولتاژ و جریان قطع وابسته است. زمان قطع جرقه بایستی در حداقل زمان ممکن بوده بطوریکه انرژی جرقه باعث سوختن کنتاکتها نشود.
در عمل مشاهده شده است که تقریباً امکان کم کردن زمان جرقه اتصال کوتاه در هنگام قطع کلید روغنی به کمتر از ۲۰ میلی ثانیه ناممکن است.
قطع جریانهای کم:
در قطع جریانهای کم، جرقه نیز قدرت کمی خواهد داشت و ممکن است مقدار گازی که در این زمان بسیار کوتاه (نیم پریود) ایجاد میشود آنقدر کم باشد که نتواند فشار لازم را برای بالا بردن استقامت الکتریکی بین دو کنتاکت را پیدا کند، بنابراین در اثر برگشت ولتاژ جرقه مجدداً شروع میشود و تا چند پریود نیز ادامه خواهد داشت. چنانچه مشاهده میشود قطع جریان در کلید کم روغن تابع شدت جریان است، از این جهت برای کوتاه کردن زمان جرقه در جریان کم باید قسمت فوقانی محفظه را خیلی کوچک درست کرد، در نتیجه تراکم گاز زیاد شده و برای خنک کردن گازهای گرم باید روغن را در اطراف جرقه خیلی سریع به جریان انداخت.
در شکل(۱۱) به جریان انداختن روغن مستقل از شدت جریان توسط حرکت کنتاکت لولهای شکل (۲) به طرف پایین صورت میگیرد. در هنگام حرکت کنتاکت مذکور، روغن از قسمت پایین پل دژنگتور و از طریق کنتاکت لولهای شکل به سمت بالا پمپ شده و مستقیماً به جرقه پاشیده خواهد شد.
قطع جریانهای زیاد:
در هنگام جدا شدن جفت کنتاکت کلید در جریانهای زیاد در محیط روغن، جریانی که از آخرین نقطه تماس کنتاکت میگذرد باعث گداخته شدن و تبخیر فلز کنتاکت شده و بدین واسطه جرقه الکتریکی یا قوس الکتریکی بین دو کنتاکت پایهگذاری میشود.
جریان زیاد جرقه روغن اطراف قوس را تبخیر و تولید حبابهای گاز با فشار زیاد میکند. به محض اینکه پایه جرقه در قسمت پایین کلاهک عایقی (۳) به محل فشرده شده منبع روغن (۶) میرسد، گازهای یونیزه داغ تحت فشار ایجاد شده در اثر قوس، روی سطح روغن فشار وارد کرده و موجب میشود روغن در محفظه (۷) به طرف پایین جریان پیدا کند و از مجرایی که در شکل (۱۱) نشان داده شده (۴) به اطراف ستون جرقه فشار وارد کرده و باعث شود گازهائی که در اطراف کنتاکت ثابت (۱) جمع شدهاند به داخل حفره توخالی کنتاکت ثابت کشیده شوند.
در آنجا تبادل فشار صورت میگیرد و قسمت زیادی از گازها و بخار روغن دوباره جذب روغن میشود. درست موقعی که فاصله دو کنتاکت به حداقل میرسد عمل خنک کردن و تخلیه گاز و دیونیزه شدن انجام میگیرد.
طراحی ساختار پلها مسیر هدایت عبور روغن از کانالها و سوراخها به نحوی است که به صورت شعاعی و در تمام طول جرقه به اطراف قوس فشار وارد کنند؛ بدون آنکه طول آن را زیاد کند تا باعث برگشت مجدد جرقه شوند.
سرعت قطع کلیدهای روغنی برای ولتاژهای متوسط ۱۲ تا ۳۶ کیلو ولت حدود ۳ تا ۵ متر بر ثانیه میباشند.
تعمیر ونگهداری کلیدهای روغنی
بدلیل تجزیه روغن در هنگام جرقهزنی، روغن داخل محفظه قطع به سرعت کربونیزه شده که در نتیجه قدرت عایقی آنرا کاهش میدهد. بنابراین محفظه قطع و روغن آن بایستی بصورت دورهای فیلتر و یا تعویض شوند. توصیه سازندگان بطور معمول بین ۳ تا ۵ سال و بسته به تعداد عملکرد کلید دارد و در ضمن اینکه پس از چند بار اتصال کوتاه حتماً بایستی روغن کلید تعویض شوند.
قابل به ذکر است که تعداد دفعات قطع جریان اتصال کوتاه نامی در کلیدهای روغنی خیلی پایین بوده و به بیش از ۵ بار نمیرسد.
کلید Air-Blast
کلیدهای Air-Blast مدرن در فشار حدود ۱۰ تا ۲۰ اتمسفر کار میکنند. در این فشار تحمل دیالکتریک هوای فشرده با روغن قابل قیاس است. در بیشتر کلیدهای Air-Blast از هوای فشرده بعنوان ماده عایقی در محفظههای قطع استفاده میشود. عملاً برای انواع کلیدهای مذکور هوای مورد استفاده بایستی رطوبتزدایی شود. رطوبت پایین در ضمن باعث جلوگیری از خوردگی قطعات داخل کلید خواهد شد.
در کلیدهای Air-Blast هنگام قطع، هوای فشرده بسرعت از محفظه قطع به خارج تخلیه میشود و حرکت جفت کنتاکتها نیز طولانی بوده و قطع آن قابل رؤیت است (که این یکی از مزایای استفاده از این کلید است) ولی صدای زیاد تخلیه هوا از مشکلات عمده
آن به حساب میآید.
تخلیه هوا و نیاز به تجهیزات جانبی مانند کمپرسور و منابع ذخیره هوا و لولهکشی و هزینه نگهداری و سرویس در این نوع کلید از مشکلات عمده آن به حساب میآید، شکل(۱۲) نمایی از یک کلید هوای فشرده فشار قوی را نشان می دهد.
