تشغيل المفتاح الكهربائي

تعريف مفتاح الدائرة

يُعرَف مفتاح الدائرة بأنه جهاز يفتح ويغلق نقاط التماس الكهربائية لحماية الدوائر من الأعطال.

لذلك، يجب أن يعمل مفاتيح الدائرة بشكل موثوق دون أي تأخير. لضمان هذه الموثوقية، يكون آلية التشغيل أكثر تعقيدًا مما يبدو في البداية. تعد المسافة والسرعة التي تتحرك بها نقاط التماس المتحركة أثناء الفتح والإغلاق معلمات تصميمية حاسمة لمفاتيح الدائرة.

تُحدَّد فجوة التماس ومدى سفر نقاط التماس المتحركة وسرعتها بنوع الوسط المستخدم لإخماد القوس الكهربائي، وتقييد التيار والجهد لمفتاح الدائرة. يتم عرض التشغيل النموذجي لمفتاح الدائرة في رسم بياني للمنحنى الخصائصي.

في هذا الرسم البياني، يمثل محور X الوقت بالمللي ثانية ومحور Y المسافة بالمللي متر.

لنفترض أنه في الوقت T0، يبدأ التيار في التدفق عبر ملف الإغلاق. بعد وقت T1، تبدأ نقطة التماس المتحركة في السفر نحو نقطة التماس الثابتة. في الوقت T2، تتصل نقطة التماس المتحركة بنقطة التماس الثابتة. في الوقت T3، تصل نقطة التماس المتحركة إلى موقعها النهائي المغلق. الفترة T3 - T2 هي فترة التحميل الزائد لهذه النقطتين (المتحركة والثابتة). بعد الوقت T3، تنعكس نقطة التماس المتحركة قليلاً ثم تعود مرة أخرى إلى موقعها النهائي المغلق بعد الوقت T4.

الآن نأتي إلى عملية الفصل. لنفترض أنه في الوقت T5، يبدأ التيار في التدفق عبر ملف الفصل لمفتاح الدائرة. في الوقت T6، تبدأ نقطة التماس المتحركة في السفر للخلف لفتح نقاط التماس. بعد الوقت T7، تنفصل نقطة التماس المتحركة أخيرًا عن نقطة التماس الثابتة. الفترة (T7 - T6) هي فترة التداخل.

الآن في الوقت T8، تعود نقطة التماس المتحركة إلى موقعها النهائي المفتوح ولكنها لن تكون في وضع الاستراحة لأن هناك بعض التذبذبات الميكانيكية لنقطة التماس المتحركة قبل الوصول إلى وضع الاستراحة النهائي. في الوقت T9، تصل نقطة التماس المتحركة أخيرًا إلى وضع الاستراحة النهائي. هذا ينطبق على مفاتيح الدائرة القياسية والتحكم عن بعد.

متطلبات عملية فتح مفتاح الدائرة

يجب أن يفتح مفتاح الدائرة بسرعة لتقليل تآكل نقاط التماس وإيقاف التيار المعطوب بسرعة. ومع ذلك، فإن مسافة سفر نقطة التماس المتحركة محددة أيضًا بالحاجة إلى الحفاظ على فجوة تماس كافية لتحمل الضغوط العازلة الطبيعية وللجهد النبضي عند فتح المفتاح.

الحاجة لحمل التيار المستمر ولتحمل فترة القوس في مفتاح الدائرة، يجعل من الضروري استخدام مجموعتين من نقاط التماس بالتوازي، واحدة هي نقطة التماس الأساسية التي تكون دائمًا مصنوعة من مواد موصلة عالية مثل النحاس والأخرى هي نقطة التماس القوس، مصنوعة من مواد مقاومة للقوس مثل التنغستن أو الموليبدينوم، والتي لها موصليتها أقل بكثير من نقاط التماس الأساسية.

خلال عملية فتح مفتاح الدائرة، تفتح نقاط التماس الأساسية قبل نقاط التماس القوس. ومع ذلك، بسبب الاختلاف في المقاومة الكهربائية والاندكتانس في المسارات الكهربائية لنقاط التماس الأساسية والقوس، يحتاج الأمر إلى وقت محدد لتحقيق التحويل الكامل للتيار، أي من نقاط التماس الأساسية إلى فرع نقاط التماس القوس.

لذا عندما تبدأ نقطة التماس المتحركة في السفر من وضع مغلق إلى وضع مفتوح، تزداد فجوة التماس تدريجيًا وبعد فترة زمنية معينة تصل إلى وضع نقاط التماس الحرجة التي تشير إلى الفجوة الموصلة الدنيا المطلوبة لمنع إعادة القوس بعد الصفر التالي للتيار.

الجزء المتبقي من السفر مطلوب فقط للحفاظ على قوة عازلة كافية بين فجوة نقاط التماس ولأغراض التباطؤ.

متطلبات عملية إغلاق مفتاح الدائرة

خلال عملية إغلاق مفتاح الدائرة، ما يلي مطلوب:

يجب أن تسافر نقطة التماس المتحركة نحو نقطة التماس الثابتة بسرعة كافية لمنع ظاهرة القوس المسبق. حيث يمكن أن يبدأ القوس قبل أن تغلق نقاط التماس نهائيًا.

خلال إغلاق نقاط التماس، يتم استبدال الوسط بين نقاط التماس، لذا يجب توفير طاقة ميكانيكية كافية خلال هذه العملية لمفتاح الدائرة لضغط الوسط العازل في غرفة القوس.

بعد ضرب نقطة التماس الثابتة، قد تنعكس نقطة التماس المتحركة بسبب القوة الرادعة، وهذا ليس مرغوبًا على الإطلاق. لذا يجب توفير طاقة ميكانيكية كافية للتغلب على القوة الرادعة الناتجة عن عملية الإغلاق على العطل.

في آلية الربيع-الربيع، يتم شحن ربيع الفصل عادةً خلال عملية الإغلاق. لذا يجب توفير طاقة ميكانيكية كافية لشحن ربيع الفصل.