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.