بریکر های فشار قوی

مقدمه :
کلیدهای قدرت به منظورقطع و وصل خطوط فشارقوی انتقال انرژی ،ترانسفورماتور ها، ژنراتورها و سایر تجهیزات فشارقوی بکار می روند.تجهیزات فشارقوی توسط کلید قدرت به شبکه متصل و یا از شبکه جدا میگردند. هنگامی که لازم است دو تا قسمت شبکه از یکدیگر جدا شوند ویا ارتباطدو قسمت برقرار شود از کلیدهای فشارقوی استفاده می کنند و همچنین زمانی که عیبی در تجهیزات و خطوط انتقال انرژی رخ می دهد و لازم است تا قسمت معیوب فورا از شبکه جدا گردد ، کلیدهای قدرت بطور اتوماتیک قطع شده و از ادامه برقراری عیب در شبکه جلوگیری می نماید .قطع و وصل کلیدهای قدرت در شبکه به دو صورت مختلف زیر انجام می گیرد:

قطع کلید با برنامه قبلی و با اطلاع مسئولان شبکه به منظور انجام تعمیرات ،سرویس، بازرسی تجهیزات و غیره… در این حالت کلید بطور دستی توسط اپراتور قطع و وصل می شود.

قطع کلید بدون برنامه قبلی که در نتیجه بروز عیب در شبکه روی می دهد . در این حالت کلید بطور اتوماتیک توسط رله های حفاظتی و سایر سیستمهای کنترل قطع می گردد.

 

اهمیت بریکرهای فشارقوی :
عمل اصلی حفاظت شبکه در هنگام بروز اتصالیها و برقراری جریان اتصالی توسط کلیدهای قدرت صورت می پذیرد . با قطع کلید قدرت ، قسمت معیوب شبکه از قسمتهای بدون عیب و در حال کار شبکه جدا شده و ادامه کار و ثبات شبکه تامین می گردد.بروز هرگونه عیبی در کلید قدرت ، بطوریکه با بروز عیب در شبکه و بکار افتادن رله های حفاظتی ، کلید عمل نکرده و به موقع قسمت معیوب شبکه را جدا ننماید ،قطع بی مورد و نابجای سایر کلیدها و از کار افتادن قسمتی از شبکه را بهمراه خواهد داشت .

عیب در کلید ممکن است ناشی ازموارد زیر باشدکه عبارتند از:
o بروز اشکال در مدار فرمان کلید
o بروز عیب در مکانیزم قطع و وصل کلید

o عدم توانایی کلید در قطع جریان اتصال کوتاه
o افزایش زمان قطع کلید
پس کلیدهای قدرت نقش مهمی را در قسمت معیوب و حفظ پایداری شبکه را برعهده دارند از این رو همواره کلیدهای فشارقوی بایستی همواره دارای ویژگیهای زیر باشند :

۱٫ سرعت عمل قطع و وصل کلید باید خیلی بالا باشد
۲٫ جرقه حاصله از مانور قطع و وصل حداقل ممکن باشد و سریعا خاموش شود.
۳٫ همواره در موقع قطع بایستی حداکثر عایقی بین کنتاکتهای کلی و در موقع وصل حداقل مقاومت اهمی بین کنتاکتها وجود داشته باشد .
۴٫ وزن بریکرهای فشارقوی حداقل ممکن باشد.

از اینرو کلیدهای قدرت باید همواره از ضریب اطمینان بالایی برخوردار باشند وجهت اطمینان از صحت عملکرد بریکر تستهای ذیل بر روی بریکرها انجام می شود :
A. تست تایمینگ (Timing Test)
B. تست مقاومت کنتاکتها (Drop voltage)
C. میگر تست (Megger Test)

D. تست حداقل ولتاژ کویلها
E. تست جریان و زمان موتور

F. تست فشار گاز (خلاء یا SF6 )

A . تست تایمینگ: Time Test ) )
آزمایشهای زمانی از این جهت که قابل پذیرش بودن فرایند الکترومکانیکی را از ابتدای فرمان قطع تا جدایی کامل کنتاکتها اثبات می کنند یکی از آزمونهای مهم در راه اندازی به شمار می روند .شکل زیر ویژگیهای اساسی یک آزمایش زمانی شرح داده شده است .

مطابق استاندارد IEC بایستی هر پانزده سال یا ۵۰۰۰ بار عملکرد قطع و وصل بعد از زمان راه اندازی تکرار شود.
دستگاه تست معمولا شامل یک کلید سلکتوری برای تحریک بوبین قطع یا وصل بریکر و ورودیهایی جهت ارزیابی وضعیت کنتاکتهای اصلی آن می باشد وقتی که کلید روی وضعیت قطع یا وصل قرار گیرد توسط دستگاه یک رکورد گرافیکی ( معمولا بر روی کاغذ تولید می شود که نشانگر تغییر وضعیت کنتاکتهای کلید قدرت می باشد) زمان ارسال فرمان قطع یا وصل بر روی نمودار ،مشخص شده اند.بطوریکه مدت زمان دقیق ،آغاز فرمان قطع تا جداشدن کامل کنتاکتها مشخص می گردد.و می توان آن را با مقادیر مجاز مقایسه کرد.

مقادیری که معمولا با این شیوه آزمایش می شوند عبارتند از :
 آزمایش قطع : از آغاز صدور فرمان تا جدا شدن کنتاکتها
 آزمایش وصل: از آغاز صدور فرمان تا تماس کامل کنتاکتها

 آزمایش قطع بر روی وصل : تحریک بوبین قطع در شرایطی که کلید به تازگی در وضعیت وصل قرار گرفته است .
بایستی مدت زمان مانور بریکر با مقادیر استاندارد بر روی پلاک بریکر مطابقت داشته ب

اشد:
نیم پلیت بریکر ۴۰۰kv (LTB420E2) و ۱۳۲kv (LTB72.5-170DIB)با مکانیزم فنری و محفظه قطع Sf6
زمانهای وصل Max 80 ms
زمان قطع بوبین ۱ ۱۹+-۲ ms

زمان قطع بوبین ۲ ۱۹+-۲ ms
زمان قطع- وصل ۳۹+-۵ ms
برای یک بریکر (SF6) در سطح ولتاژ ۱۳۲kv با مکانیزم فنری ساخت شرکت Alstom عبارتست:
-حداکثر زمان وصل ۱۴۰ ms با تلرانس ۳ می باشد.

– حداکثر زمان قطع ۳۰ ms با تلرانس ۵ می باشد.
در فیدرهای ۲۰ kv با مکانیزم خلاء بعلت فاصله کم کنتاکتها از همدیگر (۱۲ mm) مدت زمان مانورهای قطع و وصل عبارتند از:
حداکثر زمان وصل فیدر برابربا ۶۸ ms می باشد

حداکثر زمان قطع فیدر برابربا ۵۲ ms می باشد.
نکته حائز اهمیت در تست تایمینگ اختلاف زمانی هر سه پل (OFF SET) نباید بیشتراز ۵ ms باشد زیرا در غیر اینصورت ولتاژ معادل ۲٫۸۶برابر ولتاژ نامی بر روی دو فاز دیگر اعمال می گردد (به استناد کتاب ریاضیات Green ) و سبب ایجاد اضافه ولتاژ شدید ناشی از سوئیچینگ می گردد .

اهمیت کاهش مدت زمان قطع کلید:

همانطور که می دانیم جریان نامی قطع اتصال کوتاه عبارت است از حداکثر جریان خطایی که بایستی تحت شرایط کاربرد عملکرد مشخص شده در استاندارد ، توسط کلید قطع گردد.که این جریان نامی اتصال کوتاه توسط دو مولفه زیر مشخص می گردد:
– مقدار موثر مولفه AC (بنام جریان نامی اتصال کوتاه ) نامیده می شود .
– مقدار درصد مولفه dc .
درمورد اثرات مدت زمان قطع کلیدهای فشارقوی :
مقدار موثر جریان اتصال کوتاه با توجه به محاسبات X/R شبکه در آن نقطه و وضعیت شبکه انتخاب میگردد.ولی مولفه جریان مستقیم برحسب درصدی از جریان AC بیان می شود و بستگی به مدت زمان T یعنی فاصله زمانی شروع اتصال کوتاه تا لحظه باز شدن کلید دارد.

بر اساس تعریف ، زمان قطع نامی کلید عبارت است از فاصله زمانی بین صدور فرمان به بوبین قطع کلید تا خاموش شدن قوس الکتریکی در کلید.
با توجه به اثرات مخرب قوس الکتریکی در کنتاکتها و گاز یا مایع داخل محفظه قطع کلید و همچنین نیروهای ناشی از تداوم جریان اتصال کوتاه و اثرات ادامه این جریان در پایداری شبکه (بخصوص در مورد ولتاژهای بالا) اساسا کاهش این زمان همواره مورد نظر استفاده کنندگان و سازندگان بوده و هست که البته در این مورد گذشته از نیازهای سیستم ، امکانات سازندگان نیز باید مورد نظر قرار گیرد.

اهمیت کاهش مدت زمان وصل کلیدهای فشارقوی:

یکی از طرق بسیار موثر درکاهش دامنه اضافه ولتاژهای ناشی از سوئیچینگ ، وجود مقاومتهای موازی با کلید است این مقاومت قبل از وصل کنتاکت اصلی کلید وارد مدار شده و سپس با وصل آن از مدار خارج می گردد خارج و وارد شدن مقاومت در مدار توسط کنتاکتهای کمکی یا فرعی صورت می پذیرد .کنتاکت کمکی پیش بینی شده در کلید ، قسمتی از ساختمان کلید را تشکیل داده و مجهز به محفظه قطع جداگانه بودهو با محفظه قطع اصلی کلید مشترک می باشد و انرژی حرکتی لازم جهت حرکت کنتاکتها ی کمکی توسط مکانیزم عمل کننده تامین می گردد. و به منظور کاهش دامنه اضافه ولتاژها لازم است تا مقدار مقاومت و فاصله زمانی قرار گرفتن آن در مدار به طور صحیح و مناسب انتخاب گردد.

مقدار مناسب و فاصله زمانی آن در مدار با توجه بهویژگیهای زیر انتخاب می گردد:
• شرایط کلیدزنی شبکه
• نوع مداری که توسط کلید قطع میگردد
• و مشخصات آن بستگی دارد
در شبکه های ۴۰۰kv نصب مقاومتهای وصل کلید مستلزم تجزیه و تحلیل شبکه بوده و باید نکاتی نظیر استقامت عایقی تجهیزات سطح حفاظتی برقگیرهای موجود در شبکه و دیگر مسائلی که در رابطه با اضافه ولتاژهای کلید زنی ممکن است در شبکه پدید آید مورد بررسی قرار می گیرد .
در شبکه های ۲۳۰ کیلو ولت احتیاجی به استفاده از مقاومتهای موازی با کلید نخواهد بود .ولی در شبکه های ۴۰۰ kv مقدار مقاومت موازی با کلید در حدود ۴۰۰الی ۶۰۰ اهم است و حداقل زمان که این مقاومت در مدار خواهد بود ۸ms می باشد.

ب – تست مقاومت کنتاکتها (Drop voltage)

در این تست مقاومت دو سر هر مجموعه از کنتاکتها را در حالت وصل بریکر را اندازه مقاومت کنتاکتها می نامیم و این تست توسط یک میکرو اهم متر دیجیتالی انجام می شود که مطابق استاندارد IEC مقدار مقاومت هر پل که بین فلانچهای اتصال اندازه گرفته می شود در انواع بریکرهای پارس سوئیچ با محفظه قطع گاز SF6 در سطح ولتاژهای متفاوت به شرح زیر است:

نوع بریکر اندازه مقاومت (µΩ)
LTB420E2 120- 80
LTB72DI/B 40 >
LTB145DI/B 40 >
LTB170DI/B 46 >
بر اساس استاندارد IEC اندازه گیری مقاومت کنتاکتها بعد از تست اولیه در مرحله راه اندازی بایستی هر پانزده سال یا ۵۰۰۰ بار عملکرد با حداقل جریان ۲۰۰Adc تکرار شود.
روش آزمایش : مداری مطابق شکل زیر از نزدیکترین محل اتصال کنتاکتها می بندیمو همواره با اعمال جریان ۱۰۰Adc مقدار افت آنرا توسط ولتمتر اندازه میگیریم آنگاه مطابق استاندارد IEC باید داشته باشیم :
R=V/I <120 ( µΩ)

در صورتیکه مقدار مقاومت کنتاکتها زیاد باشد طبق رابطه P=RI2 در آن نقطه تلفات توان بوجود می آید و سبب ایجاد گرما می کند و در نتیجه به مرور سبب بالا رفتن مقاومت نقطه اتصال کنتاکها شده و باعث خوردگی کنتاکتها می شود و در نهایت از بین رفتن خاصیت عایقی محفظه قطع می گردد.در آزمایش مقاومت کنتاکتها مقادیرزیربرای بریکرهای ۴۰۰kv پارس سوئیچ با محفظه قطع گاز SF6 در دمای ۵ درجه سانتیگراد و با تزریق جریان ۱۰۰Adc بدست آمده است.
C B A بریکر ۲۰ kv
31 29 33 Without H.V clamp (µΩ)

C B A بریکر ۴۰۰ kv
98 96 102 With H.V clamp (µΩ)
۷۰ ۷۰ ۶۵ Without H.V clamp (µΩ)
C B A بریکر ۱۳۲ kv
39 36 38 Without H.V clamp (µΩ)

مقاومت کنتاکتهای بریکر در صورتیکه از بی متال مناسب در محلهای مورد نیاز استفاده نشود سسب افزایش مقاومت اهمی کنتاکتها می گردد.