تعرف على كيفية عمل صمام عدم الرجوع وصمام تخفيف الضغط داخل حجرة إطفاء القوس في قاطع دائرة الخزان الحي بالنفخ الذاتي لغاز SF6، لتحقيق قطع التيار بالنطاق الكامل وتقليل طاقة التشغيل.
نطاق التطبيق: قواطع دوائر SF6 ذات الخزان الحي الخارجي التي تعتمد مبدأ إطفاء القوس بالانفجار الذاتي (التمدد الحراري بالإضافة إلى الضغط المساعد)، والمزودة بآليات التشغيل بالنوابض. تتطابق هذه الوثيقة مع بناء هذا النوع من غرف إطفاء القوس وتتوافق مع التعريف الفني لمبدأ إطفاء القوس بالطاقة الذاتية لقواطع دوائر التيار المتردد عالية الجهد.
قواطع دوائر SF6 ذات الخزان الحي في الورشة
بالنسبة لهذا النوع من قواطع الدوائر، يعمل غاز SF6 كوسط عازل ومطفئ للقوس في آن واحد. تطبق غرفة إطفاء القوس مبدأ إطفاء القوس بالانفجار الذاتي (التمدد الحراري بالطاقة الذاتية + الضغط المساعد). ومغلفة داخل جلبة الدعم الخزفية، فهي وحدة القطع الأساسية لقاطع الدائرة.
تشمل مكوناتها الرئيسية الجلبة الخزفية، وقاعدة التلامس الثابت، والتلامس الرئيسي الثابت، وتلامس القوس الثابت، والفوهة، والأسطوانة، وتلامس القوس المتحرك، والتلامس الوسيط، وقاعدة الدعم السفلية، وقضيب الربط العازل.
توجد غرفتان وظيفيتان داخل غرفة إطفاء القوس، وهما شرطان مسبقان لفهم تشغيل الصمام:
ترتبط الغرفتان عبر ممرات الصمام. عند إصدار أمر الفتح، يقوم نابض الفتح بتحريك التجميعات المتحركة الصلبة بما في ذلك الأسطوانة وتلامس القوس المتحرك وقضيب الربط للتحرك لأسفل.
أولاً، ينفصل التلامس الرئيسي الثابت عن التلامس الرئيسي المتحرك، وينتقل تيار التشغيل إلى تلامسات القوس التي لا تزال مغلقة. بعد ذلك، تنفصل تلامسات القوس وتولد قوساً كهربائياً. يقوم تدفق غاز SF6 الاتجاهي الناتج عن فرق الضغط بين الغرفتين بانفجار وإطفاء القوس عند مرور تيار المتردد بنقطة الصفر.
يتحكم صمام عدم الرجوع وصمام تخفيف الضغط المرن في اتجاه تدفق الغاز بين الغرفتين وكذلك الحد الأقصى للضغط في غرفة ضغط الغاز. فهما يحققان قطعاً موثوقاً عبر نطاق التيار الكامل ويقللان من متطلبات طاقة التشغيل لآلية التشغيل بالنوابض.
ملاحظة قياسية: وفقاً لـ IEC 62271-100، يجب أن تجتاز قواطع الدوائر اختبارات القطع لنطاق كامل، تغطي تيار قطع القصر المقدّر بالإضافة إلى ظروف التبديل الحثي الصغير والسعة الصغير. الصمامان هما مكونان حاسمان للقضاء على منطقة الانقطاع الميتة.
موقع التركيب: يُركب على الممر السفلي لغرفة التمدد الحراري داخل الأسطوانة. يعمل كعنصر تحكم في التشغيل والإيقاف بين غرفة التمدد الحراري وغرفة ضغط الغاز. يسمح فقط بتدفق الغاز في اتجاه واحد ويفتح ويغلق تلقائياً، مدفوعاً بفرق الضغط عبر جانبيه، دون الحاجة إلى تشغيل خارجي.
الوظيفة الأساسية: التبديل التلقائي لمصدر غاز الانفجار وفقاً لمقدار تيار القطع، وتحقيق الانفجار الذاتي بالتمدد الحراري لقطع التيار العالي وانفجار الضغط المساعد لقطع التيار المنخفض، وضمان ضغط انفجار فعال عبر نطاق التيار الكامل.
أثناء قطع عطل القصر، تكون طاقة القوس هائلة. يتدفق غاز SF6 عالي الحرارة من منطقة القوس إلى غرفة التمدد الحراري ويصبح غاز SF6 عالي الضغط ومنخفض الحرارة بعد التبادل الحراري. عندما يكون ضغط غرفة التمدد الحراري أعلى من ضغط غرفة ضغط الغاز، يضغط فرق الضغط على صمام عدم الرجوع ليغلق بإحكام. فهو يمنع ارتداد الغاز إلى غرفة ضغط الغاز ويحبس الغاز عالي الضغط الناتج عن طاقة القوس داخل غرفة التمدد الحراري.
عند مرور تيار المتردد بنقطة الصفر، يندفع غاز SF6 عالي الضغط المخزن في غرفة التمدد الحراري نحو فجوة التلامس بسرعة عالية. فهو يبرد ويكنس البلازما، ويستعيد بسرعة القوة العازلة عبر فجوة التلامس المفتوحة ويكمل إطفاء القوس. هذا هو وضع القطع بالانفجار الذاتي بالتمدد الحراري.
في ظل ظروف التيار المنخفض، تكون طاقة القوس الكهربائي محدودة ولا يكفي ارتفاع الضغط داخل غرفة التمدد الحراري. يؤدي الضغط المستمر أثناء حركة الفتح إلى جعل الضغط داخل غرفة ضغط الغاز أعلى منه في غرفة التمدد الحراري. يدفع فرق الضغط صمام عدم الرجوع للفتح. يتدفق غاز سادس فلوريد الكبريت المضغوط داخل غرفة ضغط الغاز نحو فجوة التلامس عبر صمام عدم الرجوع.
عند مرور التيار بالصفر، يقوم تدفق غاز سادس فلوريد الكبريت المضغوط هذا بإخماد القوس الكهربائي، وهو ما يُعرف بوضع قطع التفجير بالضغط المساعد.
ملخص موجز: يعمل صمام عدم الرجوع كمحدد لمصدر الغاز مدفوع بفرق الضغط بين غرفتين. يُغلق للاحتفاظ بضغط التفجير الذاتي لغرفة التمدد الحراري تحت تيار قصر الدائرة الثقيل؛ ويفتح لاعتماد الغاز المضغوط من غرفة ضغط الغاز في ظل ظروف التيار المنخفض. يلغي منطقة القطع الميتة للتيار المنخفض في تصميم إخماد القوس الكهربائي بالطاقة الذاتية، ويضمن قدرة قطع مستقرة تتراوح من تيار قصر الدائرة المقنن وصولاً إلى تيارات التبديل الصغيرة.
ملاحظة الامتثال: يتضمن اختبار النوع المحدد في المعيار IEC 62271-100 التحقق من القطع عند سعات تيار متعددة. يجب أن تغطي خاصية ضغط الفتح والإغلاق لهذا الصمام جميع مستويات تيار الاختبار لتجنب عدم كفاية ضغط التفجير وفشل القطع أثناء التبديل بالتيار المنخفض.
موقع التركيب: يُركب في أسفل غرفة ضغط الغاز داخل الأسطوانة، ويعمل بشكل تعاوني مع صمام رجوع الغاز عند قاعدة الغرفة.
تذكير هام: هذا الصمام ليس جهاز تخفيف الضغط الزائد لغرفة إخماد القوس الكهربائي. إنه صمام تنظيم ضغط تشغيلي يُفعّل أثناء كل عملية فتح عادية. يقوم فقط بتحديد الضغط داخل غرفة ضغط الغاز ولن يقوم بتحرير الضغط لغرفة التمدد الحراري.
الوظيفة الأساسية: الحد من أقصى قوة رد فعل لغرفة ضغط الغاز، وتقليل طاقة التشغيل المطلوبة لآلية التشغيل بالنابض بشكل كبير، وتقليل الحمل الميكانيكي على مكونات الآلية، وتحسين العمر الافتراضي الميكانيكي.
عملية العمل: أثناء شوط الفتح، تقوم الحركة النزولية للأسطوانة بضغط غاز سادس فلوريد الكبريت داخل غرفة ضغط الغاز باستمرار ويرتفع الضغط الداخلي تدريجياً. عندما يصل الضغط إلى قيمة العتبة المحددة مسبقاً، تتغلب قوة الغاز على الحمل المسبق للنابض وترفع صمام تخفيف الضغط المرن لفتحه.
ثم تعمل غرفة ضغط الغاز في حالة مختلطة: يستمر ضغط الغاز بينما يتم تفريغ الغاز الزائد إلى الخارج. يتم تحديد ضغط الغرفة بالقرب من القيمة المعايرة بدلاً من ارتفاعه بلا حدود.
لم تعد آلية التشغيل بحاجة إلى مقاومة قوة رد فعل الغاز المتزايدة بشدة، مما يقلل بشكل كبير من الطلب على طاقة تشغيل الفتح ويخفف من الإجهاد الميكانيكي على النوابض، وأذرع التوصيل، والأعمدة الدوارة، والأجزاء الأخرى.
ملخص موجز: يعمل صمام تخفيف الضغط المرن كمحدد للضغط وقوة رد الفعل لغرفة ضغط الغاز. إن التضحية المعتدلة بضغط الحد الأعلى لغرفة الضغط يجلب انخفاضاً بارزاً في طاقة تشغيل الآلية. يتطابق مع سعة الإخراج لآلية التشغيل بالنابض ويحقق ميزات المنتج المتمثلة في انخفاض متطلبات طاقة التشغيل والموثوقية العالية.
التمييز الرئيسي (العناصر التي يسهل الخلط بينها)
| المكون | موقع التركيب | الحالة أثناء قطع تيار القصر العالي | الحالة أثناء قطع التيار المنخفض | الوظيفة الأساسية |
|---|---|---|---|---|
| صمام عدم الرجوع | الممر الذي يربط غرفة التمدد الحراري وغرفة ضغط الغاز (الجزء السفلي من الأسطوانة) | مغلق؛ يُحتفظ بغاز الضغط العالي في غرفة التمدد الحراري لقطع النفخ الذاتي | مفتوح؛ يُمد بغاز مضغوط من غرفة ضغط الغاز للنفخ المساعد | تبديل مصدر غاز النفخ عن طريق فرق الضغط، وتحقيق قطع موثوق لتيارات النطاق الكامل |
| صمام تخفيف الضغط المرن | قاع غرفة ضغط الغاز | يفتح عند الضغط المحدد؛ تنفيس الغاز الزائد من غرفة الضغط لتقليل قوة رد فعل الآلية | يفتح عند الضغط المحدد؛ تنفيس الغاز الزائد من غرفة الضغط لتقليل قوة رد فعل الآلية | تحديد أقصى ضغط لغرفة ضغط الغاز، وتقليل طاقة تشغيل الفتح وحماية آلية التشغيل |
يتحكم صمام عدم الرجوع في أداء نفخ إطفاء القوس. وفي سيناريوهات التيار العالي والتيار المنخفض، يقوم باختيار مصدر غاز النفخ بين الطاقة الذاتية الناتجة عن القوس (غرفة التمدد الحراري) وطاقة الضغط الميكانيكي (غرفة ضغط الغاز) على التوالي. وهو يتجنب منطقة القطع الميتة للتيار المنخفض ويضمن أداء القطع بالنطاق الكامل بما يتوافق مع متطلبات اختبار النوع وفقاً لمعايير اللجنة الكهروتقنية الدولية.
يتحكم صمام تخفيف الضغط المرن في تحميل آلية التشغيل. فهو يحصر قوة رد فعل الغاز من غرفة ضغط الغاز ضمن نطاق قابل للتحكم ويمنع الطلب المفرط على الطاقة لآلية القيادة. وبالتالي، يمكن مطابقة غرفة إطفاء القوس مع آلية مدمجة تعمل بنابض ذات طاقة خرج منخفضة نسبياً، مما يحقق الخصائص الفنية للهيكل المدمج، وانخفاض طاقة التشغيل المطلوبة، والموثوقية العالية.
يتيح العمل المشترك لهذين الصمامين لغرفة إطفاء القوس SF6 ذاتية النفخ تحقيق هدف التصميم المتمثل في الموازنة بين قدرة القطع الممتازة وآلية التشغيل خفيفة الوزن.
تذكير تكميلي بالامتثال: يشترط المعيار IEC 62271-100 أن تجتاز قواطع الدائرة التحقق من التحمل الكهربائي C2 والتحمل الميكانيكي M2. وتعد مقاومة التعب تحت دورات الفتح والإغلاق المتكررة لصمام عدم الرجوع وصمام تخفيف الضغط عنصراً تقييمياً مهماً في اختبار النوع.
يجب ألا يقوم طاقم الصيانة في الموقع مطلقاً بتعديل التحميل المسبق للنابض المضبوط مسبقاً لهذه الصمامات. سيؤدي التعديل غير المصرح به إلى تغيير ضغط النفخ وطاقة تشغيل الآلية، وقد يؤدي إلى فشل القطع أو تلف الآلية.
تسجيل الدخول
