الدرس السابق:القواطع الكهربائية في محطات التحويل الكهربائية Circuit Breakers مكوناتها وطريقة عملها
هناك عدة أنواع من ال CBs المستخدمة في محطات التحويل حسب قدراتها والجهود التي تعمل عليها ، منها:
- Oil C.B ويستخدم مع الجهود 3.6 12 kV.
- Air blast C.B ويستخدم مع الجهود (245-1000) kV.
- Vacuum C.B ويستخدم مع الجهود حتى 36 kV.
- SF6 C.B ويستخدم مع الجهود (36-420) kV.
- وهناك نوع آخر يسمى Air break C.B.، ويستخدم مع الجهود المنخفضة والمتوسطة حتى kV 12.
1- النوع الأول Oil CB :
وفكرة عمله أنه عندما يتولد القوس الكهربائى داخل القاطع بين الأقطاب كما فى الشكل المجاور فإنه تنتج طاقة
حرارية تتسبب فى تحلل للزيت و بالتالى تتولد فقاعات غازية داخل الزيت . و بزيادة الضغط داخل القاطع تندفع
هذه الغازات المحبوسة و تسبب اضطراب في الزيت
مما يؤدي إلى إطفاء القوس الكهربائي.
والغازات الناتجة تتصاعد إلى أعلى الخزان وتخرج
من فتحات التهوية أعلى الخزان ، و لذلك فإنه إذا
كانت هذه الفتحات مسدودة فقد يحدث انفجار
للخزان. علما بأن هذه الفقاعات تكون ذات ضغط
عالي وهذا يولد ضغطا على جسم الخزان لذا
يجب أن يكون جسم الخزان قويا ليتحمل هذا
الضغط ، كما يجب الا يملأ الخزان بالكامل بالزيت ، بل يجب ترك مساحة لهذه الفقاعات داخل الخزان.
و يعيب هذا النوع أن الزيت يكون قابلا للاشتعال عند درجة الحرارة العالية ، ويعيبه أيضا تكون الكربون بعد كل
عملية إطفاء ، و بالتالى تزيد الحاجة إلى تبديل الزيت أو تنظيفه (بناء على نتائج اختبار الزيت الذى يجرى كل
فترة). ولكن الزيت بصفة عامة عازل جيد ولا يحتاج لضغط ، كما يتميز بأنه عندما يسخن نتيجة مرور تيار
عالى فيه - وهو ما قد يسبب تأين لبعض الذرات - تقل كثافته فيرتفع للأعلى ويحل محله زيت بارد غير متأين
(تدوير طبيعى) ، و أحيانا يستخدم معه مضخة (Pump) حتى تبعد الزيت المتأين ليحل محله زيت جديد بارد .
ويوجد نوعان من هذه القواطع هما :
- (Bulk Oil C.B (Dead Tank
- (Minimum Oil C.B (Live Tank
ففي القواطع الزيتية الأولى Bulk Oil تكون نقاط الفصل مغمورة بالزيت داخل خزان معدنى كبير ، وتسمى
القواطع ذات الخزان الكبير (dead tank breakers) وسبب التسمية أننا نحتاج
لعزل الأجزاء المكهربة داخله عن جسمه المعدنى ، ولذا يستخدم فيه كمية
ضخمة من الزيت للعزل وليس فقط لإطفاء
الشرارة. ولا يزال البعض منها فى الخدمة
كما فى الشكل التالي.
أما النوع الثاني فهو الأكثر انتشارا الآن ، حيث يستخدم الزيت فى إخماد القوس الكهربائى فقط ، و ليس كعازل
كما فى الا Bulk Oil ، وفى المقابل يتم عزله برفعه عن الأرض من خلال Bushing كما فى النموذج الأيسر من الشكل 13-21 و يكون جسم الخزان فى هذا النوع مصنعا من مادة عازلة و معزولة عن الأرض ويسمى ، Tank Live و وبذلك تقل كمية الزيت المستخدمة داخل الخزان. ونظرا لقلة كمية الزيت المستخدم فإنه أيضا
يسهم فى الحد من خطورة وقوع الحرائق التى عرفت مع
القواطع ذات الخزانات الكبيرة للزيت .
لكن القواطع الزيتية عموما تعانى من مشاكل كثيرة منها
تسرب الزيت، وضعف مستوى العزل نتيجة تعدد مرات
القصر ، و ارتفاع الضغط بداخله مع الفصل المتكرر نتيجة
لتراكم أبخرة الزيت ويحتاج لصيانة دورية بمعدل مرتفع.
ملحوظة:
يجب عدم إعادة تشغيل قاطع التيار الزيتى إلا بعد مرور
عشر دقائق على الأقل بعد فصل العطل ليسمح بتشتت
الغازات المتولدة داخله و حتى يبرد الزيت.
كذلك يجب فحص الزيت بعد عدد معين من مرات التشغيل
في حالة الأعطال.
الثاني التاني Air Blast CB :
يستخدم مع هذا النوع من القواطع ضاغط هواء Air compressor لدفع الهواء عند حدوث شرارة لإطفائها - شكل أسفله. ففي الظروف العادية يكون الهواء داخل القاطع الكهربائي مضغوطا ، وهذا يعنى ارتفاع قيمة عزل الهواء (العازلية تتناسب طرديا مع الضغط) وبالتالى يمكنه تحمل جهد الشبكة على أطرافه ، ولكن عندما تنفصل نقاط التلامس داخل القاطع تتعرض الفجوة بينهما لمجال كهربائي عالى وترتفع درجة الوسط لتصل إلى آلاف الدرجات المئوية مما يتسبب فى تأين الهواء العازل وحدوث القوس الكهربائي.
عند ذلك يندفع الهواء المضغوط أصلا داخله ليقطع الشرارة وتنخفض درجة القوس الكهربائي وتختفي ظاهرة التأين ويتم قطع التيار.
ولهذا النوع عدة مميزات عن القاطع الزيتى منها:
• لا وجود لأخطار الحريق التى يتسبب فيها الزيت.
• سرعة فصل فائقة.
• يحتاج إلى صيانة أقل من القاطع الزيتى.
لكن له عدة عيوب منها:
• عند الحاجة لعمليات الفصل المتعددة يجب تواجد Air compressor ذو سعة كبيرة لإعادة الضغط داخله لقيمته العالية بعد كل عملية تشغيل.
• هناك احتمالية لتسرب الهواء من مواسير التغذية.
النوع الثالث : القاطع المفرغ الهواء (Vacuum CB)
فى هذا النوع )شكل أسفله لا يوجد هواء مطلقا فى المنطقة المحيطة بأطراف القاطع الداخلية وبالتالى فلن تحدث شرارة بداخله. فهذا القاطع يتكون من اسطوانة مغلقة تحتوى على أطراف الوصل المتحركة داخل فراغ كامل ، فإذا تكون القوس الكهربائى نتيجة الفصل والاحتكاك فإنه سرعان ما يخمد لانعدام الوسط الداعم له كالزيت أو الغاز.
ولقاطع يتكون من Arc chamber بداخلها نقط التلامس الثابتة والمتحركة ، ولكن يعيب هذا النوع من القواطع أنه إذا حدث أدني تسرب للهواء داخل القاطع فإنه يؤدي إلى حدوث شرارة كبيرة وانفجار لأقطاب القاطع. ويكثر استخدام هذا القاطع في محطات الجهد المتوسط حتى جهد 33 ك ف وليس أكثر من ذلك فى الوقت الحالى.
• صغر حجم الغرفة المفرغة التي يتم إطفاء الشرارة بها.
• زمن الفصل فى حدود نصف دورة لتيار ال Short Circuit Current
• شدة العزل لمقاومة انهيار الثغرة الهوائية الصغيرة كبيرة حيث تم استخدام الهواء المفرغ كوسط عازل.
• تتميز المفاتيح المفرغة بأنها الأقرب إلى المثالية.
• عدم احتوائها على سوائل قابلة للاشتعال أو غازات قد تتسرب.
• خفة الوزن و هدوء التشغيل.
• لا تحتاج الي صيانة.
عيوب هذه القواطع:
• تتصاعد كمية من الغازات من القطبين الثابت و المتحرك عند درجات الحرارة العالية.
• قد يتعرض القطبين الثابت و المتحرك للانهيار او التآكل مما يعني استبدال الغرفة الزجاجية بالكامل.
النوع الرابع : قاطع دائرة باستخدام غاز ال SF6.
يتميز غاز ال (SF6) سادس فلوريد الكبريت( بعدة مميزات منها أنه:
• غاز خامل وغير قابل للاشتعال ، وغير سام ، ولا لون له ولا رائحة
• عازل جيد جدا للكهرباء حيث تصل كفاءة عزل الغاز المضغوط إلى عشرة أمثال عزل الهواء للكهرباء.
• مستقر كيميائيا ، ولا يتحد مع أي مادة أخرى عند درجة حرارة الغرفة ، وبالتالى فإنه يحافظ ويحمي الموصلات من مشاكل الصدأ وغيره التى تحدث أثناء التشغيل كما أنه يحافظ على عمر الموصلات و الماكينات الكهربائية .
• هذا الغاز في الضغطِ الجوي الطبيعيِ تكون شدة عزله تساوى 2.5 مرة أفضل من الهواء، وعادة يكون ضغط الغاز المستعمل 3-5 مرة ضغطا جويا وبذلك تكون خواص العازل أفضل عشرة مرات من الهواء.
• عمر هذا الغاز الافتراضي طويل
(SF
• وأهم خاصية لهذا الغاز أن الشرارة فيه تؤدى إلى تأين ذرات ال (SF6) وهذه الأيونات الناتجة وهذه الأيونات الناتجة (SF6)الأصلية وينتج عنها (SF6) جديد وبالتالى فالغاز لن يفقد عازليته.
وبأسلوب آخر نقول أن غاز ال (SF6) يتحلل عند درجات الحرارة العالية الناتجة عن شرارة أو قوس كهربائى ، و لكن ذرات الكبريت و الفلوريد تتحد مجددا و تلقائيا مكونة مركبات سادس فلوريد الكبريت من جديد ، وهذا يعنى أن هذا الغاز لا يحتاج إلى إعادة ملأ أو استبدال بشكل دوري على فترات قريبة مثل ما يحدث مع الزيت.
بعض العيوب
• غاز ال (SF6) هو أثقل من الهواء بحوالي 6 مرات ، ذلك يعني أنه قَد يتجمع في قنوات الكابلات Cable Ducts أو في أسفل الخزانات . ومع أن الغاز ليس خطر عند استنشاقه لكنه إذا تجمع Cable Ducts بكثرة فهناك خطر من الاختناق بسبب قلة الأكسجين.
• وعلى الرغم من الفوائد الجمة لغاز سادس فلوريد الكبريت فى المحطات الكهربائية إلا أنه يعتبر أحد أهم الغازات المسببة للاحتباس الحرارى و أكثرها ضررا بالبيئة. ففى اتفاقية حماية البيئة بكيوتو تم إدراج غاز (SF6) كواحد من ستة غازات ينبغى تقليل استخدامها. و رغم أن انبعاث هذا الغاز قليل نسبيا إذا قورن بباقى الغازات ، إلا أن عمره الطويل فى الغلاف الجوى الذى يتجاوز 3200 سنة يجعله على رأسها من حيث الخطورة لأنه أكثرهم استدامة فى الغلاف الجوى للأرض.
• وهناك بعض الاحتياطات التي لابد من مراعاتها عند استخدام الغاز (SF6) في CB’s وهي ان غاز (SF6) لا يكون فعالا إلا عند وقوعه تحت ضغط عال ، لذلك يتم وضع جهاز لقياس الضغط على كل Circuit Breaker للتأكد من أن الضغط عند المدى الملائم.
وعموما فإن المعدات الكهربية المملوءة بغاز ال (SF6) موجودة بالخدمة منذ أكثر من 40 سنة وتجربتها في الخدمةَ الفعلية جيدة جداً.