کلید قدرت سکسیونر و کلید دژنکتور
کلیدهای فشار ضعیف و دژنکتورها به دو دسته اصلی کلید اتوماتیک تقسیم می‌شوند: کلیدهای فشار ضعیف برای کاربردهایی با برق فشار ضعیف و جریان‌های پایین مناسب هستند، جهت قطع و وصل مدار زیر بار. کلیدهای دژنکتور یا کلید قدرت، برای مدارهای ولتاژ بالا و کنترل آن به کار می‌روند. این اقسام کلیدها وسایل ارتباطی بین سیستم‌های مختلف هستند که جریان را به صورت اتوماتیک قطع یا وصل می‌کنند.
ویژگی‌های کلید قدرت سکسیونر و کلید دژنکتور
ویژگی‌های کلیدها به شرح زیر میباشد:
- در حالت قطع، کلیدها باید استقامت الکتریکی قابل اعتماد داشته باشند.
- در حالت وصل، کلید باید مقاومت قابل توجهی نسبت به تمامی جریان‌های ممکن در مدار داشته باشد، حتی در مقابل جریان اتصال کوتاه. این مقاومت باید پایدار بوده و هر گونه اثر منفی بر عملکرد کلید و هدایت صحیح جریان را از بین ببرد.
به همین ترتیب، کلیدهای فشار قوی باید مقاومتی قوی در برابر اثرات دینامیکی و حرارتی جریان‌ها ارائه دهند. کلیدهای قدرت به تفکیک وظایف خود می‌توانند به اقسام زیر تقسیم شوند:
- کلید بدون بار یا سکسیونر
- سکسیونر قابل قطع زیر بار
- کلید قدرت یا دژنکتور
تفاوت سکسیونر و دژنکتور
در تفاوت بین سکسیونر و دژنکتور، اصلی‌ترین نکته این است که سکسیونر قادر به قطع مدار زیر بار نمی‌باشد، در حالی که دژنکتور دارای قابلیت قطع مدار زیر بار است. بنابراین، برای انجام عملیات قطع در مدار زیر بار، می‌توان از دژنکتور استفاده نمود یا از ابتدا با استفاده از یک کلید برق مدار را قطع کرد و سپس با استفاده از سکسیونر مدار را قطع و وصل نمود. در مرحله بعدی، به بررسی جزئیات کلید قدرت می‌پردازیم.
سکسیونر چیست؟
سکسیونرها به عنوان وسایلی که برای قطع مدار بدون بار به کار می‌روند، شناخته می‌شوند. برای کنترل فشار قوی در مدارهای الکتریکی، نیاز به یک کلید قدرت با عملکرد قابل اطمینان است. این کلید قدرت، تحت هر شرایطی قادر به باز و بسته کردن مدار میباشد، در حالی که سکسیونر تنها به عنوان وسیله‌ای برای ارتباط با کلید قدرت (یا هر بخش دیگری از شبکه با پتانسیل) مورد استفاده قرار می‌گیرد. به طور کلی، سکسیونر نوعی کلید قدرت است که عملکرد مشابه کلید دژنکتور را دارا میباشد، و به منظور قطع و وصل مدارهای با ولتاژهای بالا به کار می‌رود. با این حال، تفاوت اصلی میان سکسیونر و دژنکتور در این است که سکسیونر قادر به قطع مدار زیر بار نمی‌باشد و باید همیشه از یک کلید قابل قطع زیر بار برای قطع جریان برق استفاده شود، سپس سکسیونر قابلیت قطع مدار را اجرا می‌کند.
بر طبق استانداردهای الکتریکی، نصب سکسیونر در مسیر هر کلید قدرت با بیش از ۱ کیلو ولت و یا هر دو طرف خط، زمانی صورت می‌گیرد که هر دو طرف از هر دو سمت پتانسیل دریافت می‌کنند. به منظور جلوگیری از قطع یا وصل بی‌موقع در زیر بار، عموماً یک چفت و بست مکانیکی یا الکتریکی بین سکسیونر و کلید قدرت قرار می‌گیرد. این اقدام به نحوی است که در صورت وصل بودن کلید قدرت، امکان قطع یا وصل سکسیونر وجود نداشته باشد.
سکسیونرها از جمله ملزوماتی هستند که در تعمیرات خطوط و تغییر مسیر جریان، امکان جدا سازی کلیدهای قدرت، ترانسفورماتورها، و خطوط انتقال را ایجاد می‌دهند. نحوه قرارگیری و مشخصات فنی سکسیونرها، از ولتاژ نامی و جریان نامی تا جریان اتصال کوتاه ضربه‌ای مجاز و مدت زمان اتصال کوتاه، به تشخیص نوع و کاربری آنها بستگی دارد.
سکسیونر قابل قطع زیر بار
در بسیاری از مواقع، نصب کلید قدرت با قابلیت قطع و وصل سریع لازم نیست. علاوه بر این، در شبکه‌ها و پست‌های کوچک، نصب کلید قدرت همراه با سکسیونر و تجهیزات مربوط به آن هزینه‌های بالایی را برای سیستم به همراه دارد. به همین دلیل، در چنین شرایطی، از سکسیونر قابل قطع زیر بار یا کلید بار استفاده می‌شود. این کلید فشار قوی، علاوه بر انجام وظایف یک سکسیونر، می‌تواند به عنوان یک کلید قدرت معمولی عمل کرده و جریان در شبکه را به سرعت قطع کند. برای اطمینان از عملکرد سریع، در این سکسیونرها وسیله‌ای برای قطع فوری جریان تعبیه می‌شود.
این سکسیونرها دارای توان وصل بسیار بالا هستند و می‌توانند جریان‌های ۲۵ تا ۷۵ کیلوآمپر (حداکثر جریان مؤثر) را وصل کنند. با این حال، توان قطع آنها کمتر از توان وصل آنها است و در حدود جریان نامی آنها (که بین مقادیر ۴۰۰ تا ۱۵۰۰ آمپر است) قرار دارد. این ویژگی‌ها نشان‌دهنده این است که این کلیدها برای قطع جریان اتصال کوتاه مناسب نیستند و در صورت استفاده در شبکه فشار قوی، لازم است توان قطع کلید از توان اتصال کوتاه آن بیشتر باشد یا این کلید به عنوان یک قطع‌کننده جریان اتصال کوتاه جداگانه مجهز گردد.
طبقه‌بندی کلیدهای جداکننده زمین یا سکسیونر
سکسیونرها به تفکیک نوع ماده عایق، ساختمان، عملکرد، و مکان نصب دسته‌بندی می‌شوند. بر اساس نوع ماده عایق، سکسیونرها به دو دسته شامل سکسیونرهای با عایق هوا و سکسیونرهای با عایق SF6 تقسیم می‌شوند. از نظر ساختمان، سکسیونرها به سه دسته شامل سکسیونرهای افقی با قطع از یک نقطه، سکسیونرهای افقی با قطع از دو نقطه، و سکسیونرهای عمودی تقسیم می‌گردند.
از نظر عملکرد، سکسیونرها به سه دسته شامل سکسیونرهای با مکانیزم موتوری، سکسیونرهای با مکانیزم دستی، و سکسیونرهای با ترکیب مکانیزم دستی و موتوری دسته‌بندی می‌شوند. همچنین، بر اساس مکان نصب، سکسیونرها به دو دسته شامل نصب در محیط باز (کلاس خارجی) و نصب در محیط بسته (کلاس داخلی) تقسیم می‌شوند.
انواع سکسیونر
تنوع در انواع سکسیونر، شامل سکسیونرهای تیغه‌ای نظیر سکسیونرهای زمین، کشویی، و دوار مانند سکسیونرهای خط و مدل قیچی است.
- سکسیونرهای زمین:
– این نوع سکسیونر برای کاربردهای زمینی طراحی شده است و قابلیت تنظیم ارتفاع را فراهم می‌کند.
- سکسیونرهای کشویی:
– سکسیونرهای کشویی از مکانیزم کشش برای انجام عملیات قطع و وصل بهره می‌برند و برای کاربردهای خاص طراحی شده‌اند.
- سکسیونرهای دوار:
– این نوع سکسیونرها به دو صورت متفاوت دسته‌بندی می‌شوند:
– یک پایه: دارای یک پایه ثابت و یک پایه متحرک برای انجام عملیات چرخش و وصل.
– دو پایه: دارای دو پایه متحرک برای افزایش انعطاف و کاربری در شرایط مختلف.
– سه پایه: حول محور وسط مانند شکل حرف T، که امکانات بیشتری برای جابه‌جایی و عملکرد دقیق‌تر فراهم می‌کند.
با توجه به این انواع متنوع، انتخاب سکسیونر مناسب بستگی به نیازها و شرایط مختلف کاربری دارد.
کلید دژنکتور و کاربردهای آن
کلید دژنکتور یا کلید فشار متوسط (MV Circuit Breaker) نمونه‌ای از کلیدهای اتوماتیک است که برای مدارهای با جریان و ولتاژ بالا به کار می‌رود و توانایی قطع و وصل کردن مدار تحت بار را دارد. این کلید همچنین از مدار در برابر جریان اتصال کوتاه نیز حفاظت می‌کند. به عبارت دیگر، برای هر کلید فشار متوسط، جریان نامی، جریان تحمل اتصال کوتاه، و جریان قطع اتصال کوتاه باید مشخص شوند.
با توجه به اینکه کلیدها در مدارهای تابلو برق با ولتاژ بالا استفاده می‌شوند، عناصر محافظتی و عایقی، و همچنین مدیریت قوس الکتریکی ناشی از قطع و وصل کلید، اهمیت بسیاری پیدا می‌کند. کلید فشار متوسط یا کلید دژنکتور، در شرایط عادی جریان شبکه و در صورت وقوع خطا، جریان اتصال کوتاه را به سرعت قطع می‌کند.
کلید دژنکتور به صورت اتوماتیک، دستی یا با کنترل از طریق اتاق فرمان، مدار تحت بار و مدارهای دچار اتصال کوتاه را بدون وارد کردن هیچ آسیبی به مدار قطع و وصل می‌کند.
این کلیدها برای قطع جریان‌های عادی، اتصال‌های کوتاه شبکه، و جریان‌های اتصال زمین با هر اختلاف فازی عمل می‌کنند. قابلیت باز و بسته شدن این کلیدها توسط شاسی‌های محلی یا سیگنال‌های مخابراتی از طریق سیستم حفاظت از راه دور فراهم می‌شود.
عملکرد پیشرفته دژنکتور
برای اجرای عملیات قطع و وصل با دقت بالا، دژنکتورها از فنرهای جداگانه بهره می‌برند. این فنرها به طور مستقیم به شفت‌های محرک متصل می‌شوند. فنر وصل دژنکتور معمولاً با مکانیزم شارژ دستی یا موتوری تجهیز شده است، و فنر قطع توسط انرژی آزاد شده از فنر وصل شارژ می‌شود. این فرآیند آزاد سازی فنرها از طریق تحریک یک ضامن توسط بوبین‌های قطع و وصل انجام می‌شود. هر دژنکتور دارای بوبین‌های جداگانه به نام بوبین وصل و بوبین قطع برای مکانیزم قطع و وصل خود میباشد.
این بوبین‌ها می‌توانند به صورت دستی یا با کنترل از راه دور (با استفاده از رله و اتاق فرمان) کنترل شوند. فرآیند حفاظت در تابلوها از طریق دستورهایی از سوی رله به کلید انجام می‌شود. این دستورها در نهایت منجر به الکتریکی شدن بوبین‌های قطع یا وصل و اجرای عملیات دژنکتور می‌شود.
تنوع کلیدهای دژنکتور
کلیدهای قدرت، که در شبکه‌های برق مورد استفاده قرار می‌گیرند، بر اساس مکان نصب و میزان ولتاژ، در انواع مختلفی تولید می‌شوند.
کلید دژنکتور روغنی، کلید دژنکتور گازی (SF6)، و کلید دژنکتور خلاء انواعی از کلیدهای دژنکتور معروف هستند که هرکدام ویژگی‌ها و مزایا و معایب منحصر به فردی دارند. در حال حاضر، دژنکتورهای روغنی به طور کلی از رده خارج شده و جای خود را به دژنکتورهای گازی و خلاء داده‌اند که در صنعت به میزان گسترده‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر به بررسی این سه نوع دژنکتور اشاره خواهیم کرد:
کلیدهای دژنکتور خلاء نسبت به کلیدهای گازی دارای تعداد بالاتری عملکرد قطع و وصل هستند. همچنین تعداد قطع جریان اتصال کوتاه در کلیدهای خلاء حدود ۱۰۰ بار در حالی که در کلیدهای گازی حدود ۲۵ الی ۳۰ بار است. با این حال، دژنکتورهای خلاء ممکن است اثرات منفی بر زیست محیطی داشته باشند. همچنین، به دلیل کاهش فاصله بین کنتاکت‌ها، سرعت عمل قطع در دژنکتورهای خلاء بسیار بالا است.
برای استفاده از دژنکتورهای خلاء بیشتر اوقات، استفاده از برق‌گیر (Surge Arrester) ضروری است تا ولتاژهای اضافی تخلیه شود. در مقابل، در دژنکتورهای SF6 به دلیل فاصله بیشتر بین کنتاکت‌ها، نیازی به برق‌گیر نیست و ولتاژ اضافی به مراتب کمتر است.
دژنکتور روغنی (OCBS)
دژنکتور روغنی یا OCBS از یک تانک فولادی حاوی روغن به عنوان عایق استفاده می‌کند. زمانی که اتصال کوتاه یا افزایش بار رخ می‌دهد، یک فنر قوی آزاد می‌شود و این اقدام باعث باز شدن کنتاکت‌های دژنکتور می‌شود. این باز شدن کنتاکت‌ها به یک جرقه شدید منجر می‌شود که روغن حاوی در اطراف آن را تبخیر می‌کند. گاز تولید شده ناشی از تبخیر روغن، جرقه را خاموش می‌کند.
در پست‌ها و شبکه‌های برق کوچک، نصب کلیدهای هوای فشرده اقتصادی نمی‌باشد. بنابراین، از کلیدهای اکسپانزیون یا کلیدهای گاز سخت بهره می‌برند. در این نوع کلیدها، همانند کلیدهای روغنی، گاز خاموش کننده جرقه توسط خود جرقه ایجاد شده تولید می‌شود؛ بنابراین، قدرت قطع این کلیدها به شدت جریان وابسته است. یکی از ویژگی‌های مثبت این کلیدها، قابل رؤیت بودن آن است که همانند سکسیونرهای قابل قطع زیر جریان اتصال کوتاه عمل می‌کند.
دژنکتور گازی
دژنکتور گازی از گاز SF6 یا هگزا فلوئورید گوگرد به عنوان عامل عایق استفاده می‌کند که برای اولین بار در سال ۱۹۴۰ در کلیدها به کار گرفته شد. این گاز بی‌رنگ، بدون بو و مزه، پایدار و غیر قابل اشتعال است. با توانایی منحصر به فرد این گاز در بازیافت سریع خاصیت عایقی پس از ایجاد جرقه (۳ میکروثانیه مقابل ۸ میکروثانیه برای هوا)، کلیدهای SF6 در صنعت برق به میزان گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته و اهمیت ویژه‌ای یافته است.
دژنکتور گازی به طور کامل بسته شده و دارای عایق گازی میباشد. با توجه به اندازه بسیار کوچک‌تر و صدات کمتر نسبت به سایر کلیدهای با توان مشابه، این دژنکتورها به ویژه در فضاهای محدود مانند پست‌های برق در اول شهر استفاده می‌شوند.
قابلیت منحصر به فرد این کلیدها در توانایی قطع جریان در فشار گاز پایین جلب توجه است. این کلیدها می‌توانند زیر بار و در شرایط فشار گاز نااَمن، جریان را قطع کنند. از دیگر مزایای این کلید عدم تغییر فشار گاز در طول عمر آن، امکان پر کردن سریع و آسان گاز، توانایی قطع جریان اتصال کوتاه، و جریان‌های سلفی و خازنی بدون ایجاد ولتاژ ضربه است.
دژنکتورهای گازی به دو نوع تقسیم می‌شوند: کلید SF6 دو فشار (دو مخزنی) و کلید SF6 با استوانه دمندۀ یک فشار (پوفر). نوع اول، هزینه بیشتر و تولید آن دشوارتر است و در دماهای پایین و فشارهای بالا با چالش‌های گرم‌شدن مواجه می‌شود. نوع دوم، محبوب‌تر و ساخت آن ساده‌تر است و توانایی قطع جریان در محدوده ۲۰ تا ۸۰ کیلوآمپر را دارد.
دژنکتور خلأ
کلیدهای خلأ به اصول منحصر به فردی نسبت به دیگر کلیدها عمل می‌کنند و با استفاده از فنرها عمل می‌کنند. به دلیل عدم وجود هیچ گازی که در هنگام باز شدن کنتاکت‌ها یونیزه شود، این کلیدها جرقه‌های شدیدی ایجاد نمی‌کنند. این کلیدها کاملاً ضدآب هستند و به همین دلیل بی‌صدا و هیچ‌گاه در معرض آلودگی هوا قرار نمی‌گیرند. در حال حاضر، کلیدهایی تولید شده‌اند که قادر به قطع جریان اتصال کوتاه با توان حداکثر ۱۰۰ کیلوولت‌آمپر هستند. این کلیدها به طور معمول در سیستم‌های مترو یا به صورت کشویی در محیط‌های بسته مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سوئیچ یا دیسکانکتور زمین (Earthing Switch)
سوئیچ زمین جهت اتصال بار باقیمانده در خطوط برق پس از جدا کردن خط از منبع انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هنگامی که یک مدار از طریق مدار شکن (بریکر) و جداکننده یا ایزولاتور قطع می‌شود، بار باقیمانده در مدار حاضر باقی می‌ماند. این سوئیچ زمین به منظور تخلیه این بار مورد استفاده قرار می‌گیرد. نماد این دیسکانکتور به صورت زیر نمایش داده می‌شود.
برخی اختلافات بین ایزولاتور (سکسیونر) و بریکر (دژنکتور)
سکسیونر به عنوان یک ایزولاتور معرفی می‌شود که برای عملکرد در شرایط باریکه طراحی نشده است، به عبارت دیگر، قابلیت قطع زیر بار را ندارد. در مقابل، دژنکتور یک بریکر است که قابلیت قطع تحت بار را دارا میباشد.
ایزولاتور نمی‌تواند مدار را در صورت وقوع خطا قطع کند، اما بریکر قادر است به صورت فوری مدار را قطع کند.
هنگامی که کلید زیر بار نیست، ایزولاتور آرک یا جرقه ایجاد نمی‌کند، در حالی‌که بریکر در حین عملکرد تحت بار، آرک یا جرقه ایجاد می‌کند.
عملکرد ایزولاتور به صورت دستی انجام می‌شود، در حالی که بریکر هم به صورت دستی و هم اتوماتیک کار می‌کند.
تفاوت بین بریکر و دژنکتور
بریکر و دژنکتور به طور عمومی برای کلیدهای قابل قطع زیر بار استفاده می‌شوند. دژنکتور اصطلاحاً در برق با فشار متوسط و فشار قوی معمولاً به کار می‌رود. در مقابل، بریکر عبارتی است که بیشتر در فشار ضعیف و تابلوهای برق صنعتی و ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله کلیدهای مینیاتوری و کلیدهای اتوماتیک. البته، این تقسیم‌بندی واژگان در زبان عامیانه و بازار مصطلحات به وجود آمده است و ممکن است در واقعیت، عنوان بریکر در فشار متوسط و فشار قوی نیز مورد استفاده قرار گیرد.
در این مقاله به معرفی انواع تجهیزات برقی از جمله دژنکتور، سکسیونر و دیسکانکتور زمین پرداخته شد. دژنکتور به عنوان یک کلید قطع بار مورد بررسی قرار گرفته و عملکرد آن به‌تفصیل توضیح داده شده است. همچنین، انواع سکسیونرها بر اساس ماده عایق، ساختمان، نوع عملکرد و محل نصب معرفی شده و تفاوت‌های بین آنها برجسته شده است. به تشریح انواع دژنکتورها، از جمله دژنکتور روغنی، دژنکتور گازی و دژنکتور خلاء پرداخته و ویژگی‌ها و کاربردهای هرکدام بیان شده است. همچنین، سوئیچ زمین و نقش آن در زمان قطع بار و تخلیه بار باقیمانده مطرح شده است.
