کلید هوایی و کاربرد آن در صنعت برق – بخش اول

تعریف کلید هوایی ACB

کلید هوایی در لغت به معنی فطع کننده جریان هوا میباشد که در واقع شرحی بر کارکرد و کاربری آن است. این تجهیز بسیار مهم در تابلو برق که از محصولات اصلی الکتروشایلی محسوب میشود به اختصار ACB نیز نامگذاری میشود.

سری کلید هوایی برای قطع جریان در آمپراژ بالا در فشار ضعیف مورد استفاده قرار میگیرند. فعالان این حوزه بر این موضوع اتفاق نظر دارند که علت نام گذاری کلید هوایی به این اسم آن است که جرقه این کلید در فضای آزاد خاموش میشود! جالب است بدانید که کلید هوایی از جریان هوا برای حفاظت از یک مدار الکتریکی در برابر خسارات ناشی از جریان اضافه بار پ یا اتصال کوتاه به کار گرفته میشود.

وظیفه کلید هوایی چیست؟

برای کلید هوایی دو وظیفه اصلی مطرح است:
وظیفه اول کلید هوایی سوئیچینگ یا قطع و وصل شبکه است. وظیفه بعدی آن حفاظت از شبکه در شرایطی همچون افزایش یا کاهش ولتاژ، اتصال کوتاه و یا کاهش و افزایش بیش از حد فرکانس، افزایش حرارت تجهیزات در برابر عبور جریان زیاد و یا اضافه بار و از سنکرون خارج شدن ژنراتورها از شبکه است.

قطعات و قسمت های کلید هوایی

• کنتاکت های اصلی
• دکمه وصل
• دکمه قطع
• محفظه جرقه گیر
• ترمینال های ورود و خروج قدرت ترمینال های فرمان شامل کنتاکت های کمکی، رله شنت، رله آندر ولتاژ، موتور و …
• کانتر یا شمارنده دفعات کارکرد کلید

انواع کلید هوایی

کلید های هوایی معمولا به 4 نوع کلی تقسیم میشوند

• سه پل
• چهار پل
• فیکس
• کشویی

انواع حفاظت جریان در کلید های هوایی

• الکترونیکی
• میکروپروسسوری
• مغناطیسی
• حرارتی

چرا به این نوع کلید ها کلید هوایی گفته می شود

علت نام گذاری این نوع کلید ها به عنوان کلید هوایی به مکانیزم خاموش کردن جرقه مربوط می باشد. در این نوع از کلیدها با قطع شدن جریان جرقه ایجاد شده، در هوای آزاد خاموش می شود.

معایب کلید هوایی

• کنتاکت های کلید باید مسیر زیادی را طی کنند تا جرقه خاموش شود.
• خاموش کردن جرقه، گازهای اضافی تولید می کند که این گاز ها باید به طریقی به بیرون راه پیدا کنند.
• ابعاد بزرگتر نسبت به کلیدهای خال و گاز SF6

کنتاکت های کلید هوایی

کلیدهای هوایی دارای دو کنتاکت می باشند:

• کنتاکت های اصلی یا قدرت که وظیفه عبور جریان را بر عهده دارند.
• کنتاکت های فرعی یا آرکینگ که وظیفه آنها هدایت جرقه ها به سمت جرقه گیر می باشد.

انواع هدایت جرقه در کلید هوایی

در نوعی از کلیدهای هوایی از دمنده برای هدایت جرقه به جرقه گیر استفاده می شود و در نوع دیگر از حلقه ی مغناطیسی جهت هدایت جرقه به جرقه گیر استفاده می گردد. در این نوع هدایت نیروی مغناطیسی که در اثر عبور جریان از حلقه ایجاد می شود سبب هدایت جرقه به سمت بالای کلید می گردد و لذا جرقه از داخل جرقه گیرها عبور می کنند.
هنگام قطع کلید ابتدا کنتاکت های اصلی قطع می شود و کنتاکت های جرقه زن همچنان بسته می مانند. سپس با جدا شدن کنتاکتهای جرقه زن، جرقه های تولید شده با عبور از محفظه ها خاموش می گردند. به این ترتیب هنگام قطع و وصل کلید کنتاکت های اصلی جرقه نمی زنند و آسیب نمی بینند و عمر کلید افزایش می یابد.

مزایای کلید هوایی نسبت به کلید های کمپکت

عمر کلی کلید هوایی 2 برابر عمر کلید اتوماتیک کمپکت است و از قدرت قطع بالاتری نیز برخوردار می باشند. قدرت قطع کلیدهای هوایی بین 55 تا 200 کیلو آمپر می باشد.
کلیدهای هوایی از 630 تا 6300 آمپر ساخته می شوند به دو صورت ثابت و کشویی هستند. کلیدهای هوایی از رله های الکترونیکی و میکرو پروسسور بهره می برند، لذا از دقت و انعطاف بیشتری جهت حفاظت از برخوردار می باشند.
یکی از مزایای بسیار خوب کلیدهای هوایی، تشخیص تقدم قطعی سلکتیویتی (Selectivity) بین کلیدهای ورودی و خروجی می باشد که بیشتر از نوع کلیدهای اتوماتیک هستند ضروری است.

ِیکی از بزرگترین مزایای کلید های هوای خاصیت تقدم قطع می باشد. در این باره باید بگوییم که کلید هوایی در مدار اجازه می دهد درهنگام بروز اشکال فقط کلید همان قسمت عمل کند و همان قسمت از مدار قطع شود و الباقی مدار برقدار باقی بمانند. در صورتی که با قطع شدن همان قسمت از مدار مشکل به وجود آمده برطرف نشد کل سیستم را قطع می کند.

فیوز فشار قوی

جهت حفاظت اتصال کوتاه در این کلیدها ممکن است از فیوزهای فشار قوی استفاده گردد.

اتصال کوتاه یکی از پر کاربردترین خطرات و خطاهایی است که یک شبکه را تهدید می کند. خطای اتصال کوتاه به این صورت است که دو فاز با یکدیگر و یا سه عدد از فازها با یکدیگر یا با نول اتصال پیدا می کنند و در این حالت 10 تا 100 برابر جریان عادی از شبکه عبور می نماید. عبور چنین جریان زیادی سبب از بین رفتن عایق تجهیزات شبکه و بالا رفتن بسیار زیاد حرارت و لذا سوختن تجهیز طی چند ثانیه می گردد. به همین دلیل تشخیص حالت غیر عادی و رفع خطا در سیستم باید در کمترین زمان صورت پذیرد. برای تشخیص خطاها و حالات غیر عادی در شبکه و جدا کردن بخش معیوب از سایر بخش ها از سیستم حفاظت استفاده می گردد. در کلید هوایی به وسیله عملکرد رله ها، قسمت های معیوب شناخته شده و از مدار جدا می شوند.

کلیدهای هوایی از نظر ساختار به این صورت طراحی شده اند که به صورت اتوماتیک توسط موتور یا رله و یا به صورت دستی در شرایط اتصال کوتاه (که تا 10 برابر جریان نامی از کلید ممکن است عبور کند) مدار را قطع نمایند و شبکه را از خطر نابودی حفظ نمایند.

نحوه شارژ و دشارژ کردن فنر کلید هوایی و قطع و وصل کلید

قطع و وصل کلیدهای هوایی غالبا توسط فنر شارژ شده، انجام می شود. این فنر یا به صورت دستی و یا اتوماتیک به وسیله یک موتور شارژ می گردد و کلید آماده به کار می شود. جهت شارژ دستی کلید باید اهرم روی کلید را چندین بار از بالا به پایین حرکت داد تا فنر شارژ شده و نشانگر روی کلید علامت شارژ را نمایش دهد (Charged OK) و برای شارژ اتوماتیک کلید هوایی نیز از یک عدد موتور استفاده می گردد به این صورت که پس از قرار دادن موتور در محل مخصوص خود مطابق کاتالوگ و دستورالعمل نصب، با اعمال ولتاژ به موتور، موتور شروع به شارژ فنر می نماید. پس از شارژ شدن فنر، مکانیزم کلید آماده وصل شدن است. با فشار دادن شاسی CLOSE بر روی کلید، کنتاکت ها به هم وصل می شوند و با فشار دادن شاسی OPEN، مدار قطع می گردد. برخی از این کلیدها را می توان به عنوان کلید زمین به کار برد به این صورت که پس از بیرون آوردن کلید از تابلو توسط اهرم روی کلید، ورودی های کلید بهم وصل می شوند و با جا زدن کلید داخل تابلو این ورودی ها زمین شده و لذا مصرف کننده های پشت کلید زمین می شوند. این حالت توسط نشانگر روی کلید قابل مشاهده است.

خاموش شدن جرقه توسط کلید هوایی

در داخل کلید هوایی اشنایدر برای خاموش کردن جرقه ناشی از قطع جریان از محفظه های جرقه گیر بزرگ جهت اطفاء جرقه استفاده می شود. جنس این محفظه ها از سیلیس یا آزبست است و به صورت مشبک و لایه لایه ساخته شده و در قسمت بالای کلید هوایی نصب می گردند.

نحوه کار این جرقه گیرها به این صورت است که جرقه ها را به سمت جرقه گیر هدایت می نمایند و جرقه را به جرقه های کوچکتر تقسیم می نمایند و به این صورت جرقه زودتر خاموش می گردد.

واحد جرقه گیر در کلید هوایی، با تقسیم جرقه ها به جرقه های کوچکتر، خاموشی آنها را راحت تر می کند.

کلیدهای هوایی عموما دارای 2 نوع کنتاکت هستند:

• کنتاکت های اصلی یا Main Contact: که در شرایط وصل بودن کلید، وظیفه عبور جریان را به عهده دارند .
• کنتاکت های جرقه زن یا Arcing Contact: که در لحظه قطع و وصل کلید تابلو، که باعث ایجاد جرقه و قوس در کلید می شود، عمل هدایت جرقه به سمت جرقه گیر را به عهده دارند.

در لحظه قطع کلید، ابتدا کنتاکت های اصلی کلید باز می شوند؛ این در حالی است که کنتاکت های جرقه زن هم چنان وصل هستند. سپس با جدا شدن کنتاکت های جرقه زن، بین آنها جرقه تولید می شود که این جرقه از داخل محفظه جرقه گیر عبور کرده و خاموش می شود. در نوعی از کلیدهای هوایی از دمنده برای هدایت جرقه به جرقه گیر استفاده می شود و در نوع دیگر از حلقه مغناطیسی جهت هدایت جرقه به جرقه گیر استفاده می گردد. در این نوع هدایت، نیروی مغناطیسی که در اثر عبور جریان از حلقه ایجاد می شود سبب هدایت جرقه به سمت بالای کلید می گردد و لذا جرقه از داخل جرقه گیرها عبور می کنند.

* جلوگیری از ایجاد جرقه توسط کنتاکت های جرقه زن، باعث افزایش عمر کنتاکت های اصلی کلید هوایی می شود.