شرح أساسيات القواطع الكهربائية وأنواعها CIRCUIT BREAKERS

 

شرح أساسيات القواطع الكهربائية وأنواعها CIRCUIT BREAKERS 

الدرس السابق:كيفية دراسة منظومات الوقاية في محطات التحويل الكهربائية


     تحتاج الــ Circuit Breakers  إلى دراسة منفصلة، ولكنى سأوجز أهم النقاط التي لا غنى لمهندس الوقاية عن معرفتها في الأجزاء التالية، ويمكن استكمال هذه النقاط الدرس :القواطع الكهربائية في محطات التحويل الكهربائية Circuit Breakers مكوناتها وطريقة عملها

1ـ أنواع القواطع الكهربية.

    عند حدو ث عطل فى منطقة ما فإن Circuit Breakers  المركبة على بداية ونهاية هذه المنطقة يتم فتحها بناء على إشارة من جهاز الوقاية (Relay) وذلك لوقف مرور تيار العطل.

  وأخطر ما سيواجه هذه CBs عندما تبدأ فى العمل هو الشرارة (Arc) التى ستنشأ بين قطبي الـ CB poles  ،وهذه الشرارة يمكن أن تسبب مشاكل كثيرة، منها على سبيل المثال اشتعال الحرائق، ومنها أيضا أنها إذا استمرت فإن التيار سيمر خلال أقطاب القاطع Breaker Poles،و بالتالي يصبح القاطع كأنه ال يزال مغلقا ومن ثم فهناك أنواعا عديدة من القواطع تتفق جميعا على هدف واحد: هو سرعة إطفاء الشرارة التى تنشأ بين أقطاب القاطع عند فتحه، لكنها تختلف فيما بينها فى الطريقة المستخدمة لهذه المهمة، وفيما يلى بعض الأمثلة لهذه الـ CBs.

1ـ1 CB باستخدام الزيت:

   يستخدم CBـOil  في الجهد المنخفض حتى (kV 30) فالزيت بصفة عامة عازل جيد. وعندما يسخن الزيت نتيجة مرور تيار عالى فيه فإن بعض الذرات تتأين، وتقل كثافته فيرتفع لأعلى، ويحل محله زيت بارد غير متأين وبالتالي يحافظ على عازليته. وفى بعض الأحيان يستخدم مع الزيت مضخة (Pump) حتى تقلب الزيت بقوة فتبعد الزيت المتأين ليحل محله زيت جديد بارد. وتجدر الإشارة إلى أن الزيت يعيبه أنه قابل للاشتعال عند درجة الحرارة العالية ولذا لا يستخدم مع الجهود العالية.

2ـ1 CB باستخدام الهواء: 

  حيث يستخدم ضاغط هواء Compressor Air لدفع الهواء بين قطبى CB عند حدوث شرارة إلطفائها.

CB مفرغ من الهواء (Vacuum): 

     فى داخل هذا النوع لا يوجد وسط مطلقا فى المنطقة المحيطة بأقطاب الــ CB ،وبالتالي فلن تحدث شرارة لأن الشرارة تحتاج لوسط تمر فيه. لكن يعيبه أنه إذا حدث أدنى تسرب للهواء داخل الــ CB فإنه يؤدى إلى حدوث شرارة كبيرة، هذا النوع يستخدم فى بعض المحطات ولكن أيضا فى حدود الجهد المتوسط.

  و الثالثة أنواع السابقة تستخدم بكثرة فقط في محطات التوزيع حيث الجهود المنخفضة نسبيا، ولكن النوع المستخدم فى محطات التوليد ومحطات الجهد العالى عموما هو قاطع الدائرة SF6.

CB باستخدام غاز الــ SF6: 

   أشهر أنواع الغازات المستخدمة في الــ CBs هو الـ SF6 (سادس فلوريد الكبريت). و يتميز غاز الـ (SF6) بأنه غير قابل للإشتعال، و غير سام، و عازل جيد للكهرباء حيث تزيد كفاءة عزل هذا الغاز عشر مرات عن عزل الهواء للكهرباء تحت ضغط الجو عادى، وهو أيضا غاز مستقر كيميائيا، ولا يتحد مع أي مادة أخرى عند درجة حرارة الغرفة. ولا يشكل ضررا عند خروجه إلى الهواء، فعندما يراد التخلص منه يتم تسخينه مع حجـر جيري ( Stone Lime) تحت درجة حرارة عالية.

  وأهم خاصية لهذا الغاز أن الشرارة فيه تؤدى إلى تأين ذرات الـ SF6 ،وهذه الأيونات الناتجة تتحد مع ذرات SF6 ،وينتج SF6 جديد. وبالتالي فالغاز لن يفقد عازليته أبدا لأنه يتجدد تلقائيا. وقد انتشر هذا النوع فى الشبكات الكهربية حتى أصبح ينتج منه CBs لكافة الجهود (المتوسطة والعالية).

   لكن المشكلة الوحيدة تحدث عند حدوث تسرب للغاز، ولذا فإن المحطات التى تستخدم هذا النوع من العزل تحتاج إلى التأكد دائما من مستوى ضغط الغاز داخل العنصر المعزول، فإذا حدث تسريب للغاز- وبالتالي انخفاض فى ضغط الغاز- فستصبح عازلية الغاز ضعيفة، ولذلك فالقواطع الكهربية فى هذه الحالة تزود بدائرة لمنع اشتغال القاطع منعا باتا، حتى ولو بصورة يدوية، لأن مجرد حدوث شرارة داخل القاطع فى ظل انخفاض ضغط الغاز سيتسبب فى كارثة.

2ـ زمن فصل العطل:

   هناك العديد من المصطلحات المرتبطة بزمن العطل وزمن فصله تظهر في الشكل أسفله.فالزمن الكلى لفصل العطل يسمىtotal fault clearing time  ويشمل الزمن الذى يستغرقه الــ Relay ليأخذ قرارا، ويحسب من لحظة حدوث العطل حتى غلق نقط التلامس الــ  Relay Contacts ،ويسـمى Relay pickup time  ،بعدها يبدأ الــ CB في فتح الدائرة خلال الــ Opening time  ،لكن بعد فتح الدائرة مباشرة ستظهر شرارة بين أطراف القاطع المفتوحة poles Open ،وهى أخطر ما يواجه عملية الفتح ويستغرق القاطع وقتا يسمى  CB Arcing time  لإخماد هذه الشرارة.

  مع ملاحظة أن الزمن الذى يأخذه جهاز الوقاية ليصل إلى قرار (Trip or Block) يكون فى العادة سريعا جدا، وفى حدود 20 مللى ثانية أو أقل (ما لم يكون مطلوبا منه أن يضيف Delay time  معين قبل إرسال إشارة الفصل)، بينما الزمن الذى يستغرقه القاطع لإتمام فتح الدائرة يكون أكبر من ذلك، و يتراوح بين 50 إلى 100 مللى ثانية لأنها عملية ميكانيكية، ومجموع الزمنين معا يمثل الوقت الحقيقي لإزالة العطـل .Fault Clearing Time

الدرس القادم: هل  تتأثر إشارات الجهد والتيار أثناء فتح القاطع الكهربائي

تعليقات
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق