مقدمة إلى مخطط إطفاء القوس الكهربائي المتوازي لمفاتيح فصل الحمل الفراغي الخالية من SF6 في الوحدة الرئيسية MVRing

عندما يتم فصل دائرة الجهد العالي، فإن الجهد سوف يكسر الهواء لإنتاج غازات حرة عالية الحرارة وعالية التوصيل، والتي تظهر على شكل شرارات لحظية عالية الحرارة، وهي عبارة عن أقواس.

ضرر القوس الكهربائي كبير جدًا: يُولّد القوس الكهربائي درجة حرارة عالية، مما يُؤدي إلى تآكل سطح نقطة التلامس وحرق المادة العازلة. وقد شكّلت نقطتا التلامس المنفصلتان تيارًا كهربائيًا بسبب وجود القوس، مما أطال زمن فصل المفتاح للدائرة، وفاقم الضرر الناتج عن أعطال الدائرة القصيرة في نظام الطاقة. يمكن أن تُسبب الأقواس الكهربائية حرائق أو حتى انفجارات.

لذلك، أصبح إطفاء القوس الكهربائي حلقة وصل مهمة في المعدات الكهربائية عالية الجهد. لنأخذ وحدة الدائرة الرئيسية كمثال. فهي ضرورية لإكمال عملية تبديل دوائر الجهد العالي، ويجب وضعها في المناطق المكتظة بالسكان مثل المطارات والمناطق السكنية. ويجب ضمان سلامتها.

ولإزالة الأقواس، تتضمن الطرق التقليدية بشكل أساسي الأفكار التالية:

1. اسقط الخامسالجهد.

عند الحديث عن خفض الجهد، يأمل البعض في خفض جهد الدائرة مباشرةً، لكن هذا مستحيل. ففي النهاية، ما يحتاجه الجهاز هو إتمام فصل الدائرة أثناء نقل الجهد العالي. ولا يمكن دائمًا تحويل نقل الجهد العالي إلى نقل جهد منخفض. جهد الانخفاض هنا هو الجهد عند فصل نقطة التلامس! نعلم أن U=IR، وعند فصل نقطة التلامس، تزداد R فورًا. لتقليل U، يجب التأكد من أن التيار المتدفق عبر نقطة التلامس في أدنى حد له عند فصلها. تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في دوائر التيار المتردد، غالبًا ما تكون نقاط تقاطع التيار والجهد غير متزامنة، وذلك حسب نوع الحمل.

لتقليل الجهد عند نقطة التلامس عندما تكون مفتوحة، تأكد من حدوث الفعل عند تجاوز التيار الصفر. لذا، من الناحية المثالية، تكون قيمة I تساوي 0 تمامًا، وU = IR = 0، وبالتالي لن يحدث قوس كهربائي. لكن هذا ليس صحيحًا. هذه الفكرة صعبة. تكمن الصعوبة في أن الهيكل الميكانيكي يجب أن يعمل بدقة عند تيار 50 هرتز. بالمقارنة مع التغيرات السريعة في التيار (50 هرتز)، تتحرك نقاط التلامس الميكانيكية ببطء شديد. والأهم من ذلك، أن فارق التوقيت بين الفعلين مختلف أيضًا! هذه المرة عند تشغيله، ينفصل بعد 15 مللي ثانية، وفي المرة التالية عند تشغيله، ينفصل بعد 22 مللي ثانية. نطاق التذبذب هذا مهم جدًا عند تيار 50 هرتز.

2. هواء بخوار إلى هـإزدهار أر.س.

بعد توليد القوس، يُمكن إخماده بنفخ الهواء، وهو ما يُسمى عادةً بنفخ القوس. يعتمد نفخ القوس على تدفق الهواء للتأثير على القوس، مما يُبرّد القوس بفعالية، ويزيد الضغط في منطقة القوس، ويُزيل الغازات الحرة المتبقية، مما يُؤدي إلى أداء ممتاز في إخماد القوس. يُمكن استخدام نفخ القوس إما أفقيًا أو رأسيًا.

علاوةً على ذلك، يُمكن إضافة بعض الشبكات حول الجزء الذي يتولد فيه القوس، لقطعه. هذا يُساعد على إخماد القوس بسرعة.

بالطبع، إخماد القوس لا يعني إيجاد شخص للنفخ عليه. يمكن استخدام تدفق الهواء الناتج عن التلامس لإتمام عملية نفخ القوس.

في الظروف العادية، تُستخدم معظم طرق نفخ القوس الكهربائي. فتكلفة تطبيق هذه الطريقة معقولة. على سبيل المثال، تحتوي غرف إطفاء القوس الكهربائي المختلفة على آليات وشبكات نفخ قوس كهربائي.

3. استبدل مإيديا.

إذا استبدلنا الوسط بآخر ذي خصائص عزل أفضل، وفصلنا الدائرة الكهربائية فيه، يُمكن تقليل القوس الكهربائي. أسهل ما يُمكن التفكير فيه هو الفراغ. يُعطي قاطع الفراغ تأثيرًا ممتازًا في إخماد القوس الكهربائي، لكن تكلفة الفراغ مرتفعة وعمره الافتراضي قصير.

الوسيط الأكثر استخدامًا حاليًا هو سادس فلوريد الكبريت SF6. وهو غاز اصطناعي صُنع قبل مئة عام على يد الكيميائيين الفرنسيين مواسان وليبو.

يتميز سداسي فلوريد الكبريت بالخصائص التالية:

بفضل موصليته الحرارية العالية، يُمكنه نقل حرارة القوس الكهربائي بسرعة. وهو عديم اللون والرائحة، وغير سام، وله خصائص كيميائية مستقرة، ولا يتفاعل كيميائيًا في درجة حرارة الغرفة. لذلك، يُستخدم سداسي فلوريد الكبريت على نطاق واسع في صناعة الطاقة كعازل ووسيط تكسير للمعدات الكهربائية متوسطة وعالية الجهد. ومع ذلك، يُعد سداسي فلوريد الكبريت غازًا دفيئًا، وله دالة احترار عالمي (GWP) تبلغ 23,500، أي أن كيلوغرامًا واحدًا منه يُعادل تأثير 23,500 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون. وهذا أمر بالغ الخطورة.

هل هناك حلول آمنة وصديقة للبيئة ولها عمر افتراضي طويل؟

4. موازي الخامسأكوم أنامقاطعة (SVI) سالحل.

هذا حل أكثر أمانًا وصديقًا للبيئة، اقترحته شركة شنايدر إلكتريك لأول مرة، ويُستخدم في وحدات الطاقة الرئيسية الحلقية. يتكون حل المقاطعة الفراغية المتوازية من حجرة إطفاء قوس الفراغ ومفتاح عزل في الهواء، مما يُحقق التشغيل التقليدي لمفتاح ثلاثي المحطات باستخدام عدد قليل من الأجزاء وتكلفة منخفضة.

دعونا نأخذ حل شركة Schneider Electric كمثال لتقديم مبدأ SVI.

عند تحرك نقاط التلامس المتحركة، ينتقل التيار من نقاط التلامس الثابتة إلى قاطع الفراغ. وتجدر الإشارة إلى أنه عند فصل نقطة التلامس المتحركة عن نقطة التلامس الساكنة، نظرًا لتساوي جهدهما، لن يحدث قوس كهربائي.

يمر التيار بعد ذلك عبر قاطع الفراغ في وضع الإغلاق. ثم، بفضل التلامس المتحرك، يدور قضيب المحور ويدفع قاطع الفراغ للفتح والإغلاق.

عند اكتمال انقطاع التيار، يُحرِّر الطرف المتحرك قضيب المحور ويواصل الدوران إلى وضع العزل. وبفعل زنبرك العازل، يعود قضيب المحور إلى موضعه الأصلي، مُغلقًا بذلك قاطع الفراغ.

يمكن لهذا الحل أن يقلل من حجم وتكلفة قاطع الفراغ. ولأن قاطع الفراغ يعمل فقط في مرحلة الفصل، فإنه يتحمل جهد الاستعادة المؤقت أثناء الفصل، ولكنه لا يحتاج إلى قدرة إغلاق دائرة قصر، أو قدرة على تحمل تيار قصير المدى، أو قدرة على تحمل تيار مستمر. خلال مرحلة الإغلاق، لا يمر التيار عبر قاطع الفراغ. علاوة على ذلك، خلال مرحلة الفصل، لا يتجاوز زمن مرور التيار عبر قاطع الفراغ بضعة ملليمترات.

في حالة العزل، يتم عزل جهات الاتصال المتحركة وجهات الاتصال الثابتة في الهواء الجاف.

باعتباره وسطًا معزولًا، يتمتع الهواء الجاف بالمزايا التالية:

غير سام وآمن على المستخدمين. يمكنك الاطمئنان إلى تركيب الجهاز بالقرب من الأماكن العامة دون القلق بشأن تسرب الغازات السامة.

فهو خالي من التلوث، ويحل محل سادس فلوريد الكبريت، ويتجنب تأثير الاحتباس الحراري.

سهل الاستخدام. عند تفكيك المعدات، لا يحتاج الغاز إلى عملية استرداد معقدة، ويمكن إطلاقه مباشرةً.

يمكن ملاحظة أن مقاطعة الفراغ المتوازية لها مزايا ومن المرجح أن تحل محل محلول سداسي فلوريد الكبريت.

علاوة على ذلك، وجدنا أن العملية بأكملها تُدار بنفس طريقة مفتاح سادس فلوريد الكبريت ثلاثي المواضع المستخدم حاليًا: عملية واحدة لتحقيق الفصل/العزل، والعملية الثانية لتحقيق التأريض. حتى حل الوحدة الرئيسية الحلقية من شنايدر إلكتريك له نفس تأثير مفتاح سادس فلوريد الكبريت، وحتى ارتفاع قضبان النحاس في قضبان التوصيل ومفاصل الكابلات لم يتغير. يمكن تعديله بسهولة، وتم تحويل مخطط سادس فلوريد الكبريت الأصلي إلى مخطط جديد، مما يجعله حلاً أكثر أمانًا وصديقًا للبيئة.