الدرس السابق:محولات التأريض (Earthing Transformer) في محطات التحويل الكهربائية
القواطع الكهربائية في محطات التحويل الكهربائية Circuit Breakers:
قاطع الدائرة هو المسؤول عن فصل وتشغيل الدائرة أتوماتيكيا بناء على إشارة من جهاز الحماية Protective
Relay وذلك فى حالة الأعطال الطارئة ، كما يستخدم لفصل وتوصيل التيار الكهربائي للمعدات الكهربائية في
الظروف الطبيعية أيضا عند الحاجة للصيانة أو التركيبات الإضافية ، ولكن الإشار ة فى هذه الحالة لا تأتى من ال Relay ، بل تأتى يدويا للقاطع.
وأحد أهم ميزات القواطع هى القدرة على إطفاء الشرارة التي تحدث عند انفصال الجزء المتحرك (Moving Contact) عن الجزء الثابت (Fixed Contact ) الموجودين داخل القاطع أثناء فصل الدائرة في الحالات العادية
أو في حالة حدوث عطل. وتتميز ال CB بهذه الميزة عن السكاكين التى ذكرناها سابقا.
و الشرارة التى تنشأ داخل القاطع تمثل أكبر عقبة تواجه تشغيل هذه القواطع ، وهى ليست مشكلة سهلة ، فعند
انفصال ال Contacts داخل القاطع يحدث فرق جهد بينهما (حسب جهد تشغيل القاطع) لكنه غالبا يكون كافيا
لكسر العزل بين طرفى القاطع لاسيما أن المسافة بينهما صغيرة ، ومن ثم يمر تيار هائل بين طرفى القاطع على
شكل قوس كهربائي أو Arc ، وهذا التيار يتسبب فى سخونة شديدة للمنطقة الواقعة بين ال Contacts ، ومن ثم
يتبخر الزيت مثلا (كما فى القواطع الزيتية) ، أو يتأين الهواء بينهما (كما فى القواطع الهوائية) ويكون الجهد كافيا
لبقاء هذا القوس وبالتالى استمرار توصيل الدائرة مالم نستخدم طرقا أخرى لتساعد القاطع على قطع الشرارة.
والعلاقة التالية تعطى فكرة عن حجم الطاقة الهائلة التى تتولد داخل القاطع لحظة تباعد ال Contacts الخاصة
به:
القدرة الكهربية بالشرارة (مقاسة بالكيلوجول) = قدرة القاطع (MVA) × زمن الشرارة (بالثانية) × 0,1 .
على سبيل المثال لو كانت قدرة القاطع (capacity circuit Short) تساوى MVA 500 ، وزمن فصل
الشرارة هو sec 0,04 ، فإن القدرة الكهربائية المستنفذة بالشرارة تساوي :
500x0,04x0,1 = 2000 k Joule
وهى قيمة هائلة تستلزم أخذها فى اعتبارات كثيرة منها المادة التى يصنع منها جسم القاطع.
تذكر أن كيلو جول واحد يكفى لرفع درجة حرارة كيلوجرام من الماء درجة مئوية واحدة ونحن لدينا هنا 2000
كيلو جول.
أسلوب الفصل داخل القواطع الكهربائية:
القاطع عموما يحتوي فى داخله على نقاط تلامس ثابتة ، ونقاط متحركة كما ذكرنا.
وإذا أردت تفصيلا أكثر نقول : أن النقاط المتحركة مكونة هي الأخرى من جزئين : الجزء الأول يمثل نقاط تلامس
رئيسية Contacts Main يمر خلالها التيار فى الوضع العادي ، والجزء الثاني يمثل نقاط تلامس المساعدة
Contacts Auxiliary يمر خلالها التيار فى اللحظة التى تسبق مباشرة عملية انفصال نقاط التلامس. ويمكن
من الشكل التالي فهم هذه العملية :
ففى وضع التوصيل الطبيعى (الرسم أقصى اليسار) ، تجد نقاط التلامس الثابتة (رقم 2) تلامس الجزء الأول من
نقاط التلامس المتحركة الرئيسية (رقم 3) وعندما يأتى أمر بالفصل ، تجد أن النقاط 2 و 3 السابقتين قد انفصلا لكن بدون حدوث أي شرارة بينهما وذلك لأن التيار لايزال يجد مسارا بديلا من خلال نقاط التلامس الثابتة (رقم 4)
والجزء الثاني من نقاط التلامس المتحركة (رقم 5) كما فى الشكل الثاني من اليسار ويسميان بالأطراف المساعدة
.Auxiliary Contacts.
وهذه النقطة هامة جدا لأن عملية فصل ال (2و3) ontacts Main بدأت فعليا وانتهت ولكن بدون حدوث
شرارة فيهما ، مما يوفر حماية لهما من التآكل ومن ثم لا تتكون مقاومة عالية على سطحهما.
وتستمر عملية الفصل فى الشكل الثالث لكن هنا تظهر الشرارة بين الأطراف المساعدة Contacts Auxiliary ،
ويتدخل نظام إطفاء الشرارة (حسب نوع القاطع) ليتم بأسرع ما يمكن إنهاء هذه الشرارة حتى نصل للوضع المرسوم
فى الجزء الأخير من الشكل أعلاه .
الأجزاء الرئيسية بالقاطع:
يمكن النظر للأجزاء الرئيسية بالقاطع من زاوية أخرى ، حيث يمكن القول أنها ثلاثة أقسام:
1 .حجرة اإلطفاء(Chamber Extinguishing) حيث يتم إطفاء الشرارة.
2 .الوسط العازل: و هناك عدة أنواع من العزل:
- غاز الا (SF6)
- الزيت
- الوسط المفرغ من الهواء
3 .قوة محركة (Mechanism : تعمل هذه القوة على تحريك الجزء المتحرك في القاطع لينفصل عن
الجزء الثابت بسرعة ، حيث نحتاج فى القواطع أن يكون زمن الفصل فى حدود ms 50 وزمن
التوصيل فى حدود ms 100.
آليات الحصول على القوة المحركة:
هناك ثلاث آليات للحصول على الحركة القوية اللازمة لفتح القاطع:
- آلية تحريك زنبركية .CB Spring Operated ( سوستة فقط تشحن يدويا أو بمحرك كهربائي):
ويستخدم فى هذا النوع محرك تيار مستمر أو متردد بحيث يقوم بشحن سوستة الزنبرك المستخدمة فى عمليات
الفصل والتشغيل . ومن الممكن تشغيل المفتاح يدويا في حالة وجود عطل بمحرك D C مع ملاحظة وجوب فصل
الجهد فى هذه الحالة عن طرفي المفتاح وكذلك فصل تغذية الموتور.
- آلية تحريك هوائية Pneumatic C.B
وهو يستخدم في المفاتيح الهوائية ذات الضغوط العالية (220/66 ك.ف) ويعتمد على الهواء المضغوط في
الفصل والتوصيل حيث يصل هذا الضغط إلى 17 بار عن طريق ال (Compressor) و عند الفصل أو التوصيل
يتم تحرير هذا الضغط و توجيهه إلى المكبس (Piston) ويقوم هذا المكبس بدوره بتحريك الجزء المتحرك إما
وصلا أو فصلا حسب الأمر المعطى.
- آلية تحريك هيدروليكية Hydraulic C.B
ويستخدم في المفاتيح التي يستعمل فيها غاز SF6(الغازية) لإطفاء الشرارة ويعتمد على الزيت الهيدروليكي ذو
المواصفات الخاصة . والصورة التالية تظهر السوستة spring ومحرك الشحن وخزان الزيت.
وعموما ، فمعظم القواطع تكون عادة مزودة بآلية التحريك الزنبركى حيث تتميز بدرجة عالية من الأمان عند
التشغيل وعمر افتراضى أطول وصيانة قليلة.
