انقطاع المفتاح القاطع في الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي للغاز
شرح تفصيلي لعملية إخماد القوس الكهربائي في مفتاح الدائرة من نوع IEE-Business SF6
في مفتاح الدائرة من نوع IEE-Business SF6، تعتبر عملية إخماد القوس الكهربائي آلية حاسمة تضمن قطع التيار العالي بشكل موثوق، خاصة خلال حالات القصر الكهربائي. تتضمن العملية التفاعل بين الأقطاب الرئيسية وأقطاب القوس والنوزل المصنوع من PTFE (البوليتيترافلوروإيثيلين)، الذي يوجه تدفق غاز SF6 المضغوط لإخماد القوس. فيما يلي شرح تفصيلي لعملية إخماد القوس الكهربائي خطوة بخطوة:
الحالة الأولية: فتح الأقطاب الرئيسية وتحويل التيار إلى أقطاب القوس
الأقطاب الرئيسية: الأقطاب الرئيسية، التي تكون أكبر ومصممة لحمل التيار العادي، توضع بشكل مركزي خارج أقطاب القوس. في هذه الحالة الأولية، تم فتح الأقطاب الرئيسية بالفعل، وقد تم تحويل التيار (توصيل) إلى أقطاب القوس.
أقطاب القوس: أقطاب القوس أصغر ومصممة خصيصًا للتعامل مع درجات الحرارة والضغط العالية التي تولدها القوس. على وشك أن تفتح، ومع فتحها، سيشتعل قوس كهربائي بينها.
إشتعال القوس: بدء فصل أقطاب القوس
مع بدء فصل أقطاب القوس، يستمر تدفق التيار عبر الفجوة الصغيرة بينهما، مما يؤدي إلى إشتعال قوس كهربائي. في هذه المرحلة، لا يزال القوس نسبيًا مستقرًا، ويبدأ النواظم المصنوعة من PTFE، والتي تكون ثابتة على القطب المتحرك، بتوجيه غاز SF6 المضغوط من حجم المكبس نحو القوس.
يكون تدفق الغاز محدودًا في البداية لأن مقطع القوس قد يكون كبيرًا، خاصة عند تيارات القصر الكهربائي العالية. هذا الظاهرة، حيث يكون مقطع القوس أكبر من قطر فوهة النواظم، تُعرف باسم انسداد التيار. أثناء انسداد التيار، يتم حجب تدفق الغاز جزئيًا بواسطة القوس، مما يمنعه من تبريد القوس بشكل فعال.
بناء ضغط الغاز وتضيق القوس
الحركة الميكانيكية ونقل الحرارة: مع استمرار فصل أقطاب القوس، تقوم الحركة الميكانيكية للأقطاب بضغط غاز SF6 في حجم المكبس. بالإضافة إلى ذلك، يتم نقل الحرارة من القوس إلى الغاز، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في درجة حرارة الغاز. هذا الجمع بين الضغط الميكانيكي ونقل الحرارة يؤدي إلى زيادة كبيرة في ضغط الغاز داخل حجم المكبس.
الاقتراب من نقطة الصفر الكروية: مع اقتراب القوس من نقطة الصفر الكروية الطبيعية (النقطة التي يمر فيها التيار البديل عبر الصفر)، يبدأ مقطع القوس في التناقص. هذا التقلص في حجم القوس يسمح بتدفق غاز SF6 المضغوط بشكل أكثر حرية عبر النواظم.
انفجار غاز قوي: بمجرد فصل أقطاب القوس تمامًا، يتم إطلاق الغاز المضغوط في حجم المكبس عبر النواظم، مما يخلق انفجارًا قويًا يهب مباشرة على القوس. يبرد هذا التدفق السريع للغاز القوس بسرعة ويتمدد ويؤدي إلى اضطراب البلازما المؤينة، مما يؤدي إلى إخماد القوس.
إخماد القوس واستعادة القوة العازلة
إخماد القوس: بمجرد إخماد القوس عند نقطة الصفر الكروية، يتوقف تدفق التيار، ولا يوجد القوس بعد الآن. عدم وجود القوس يعني إزالة مصدر الحرارة، مما يسمح بتنخفض درجة حرارة غاز SF6.
إعادة تركيب جزيئات الغاز: بعد إخماد القوس، تبدأ جزيئات غاز SF6 المفككة (مثل SF4، S2F10، إلخ) في إعادة التركيب، مما يعيد الهيكل الكيميائي الأصلي لغاز SF6. تساهم عملية إعادة التركيب أيضًا في استعادة الخصائص العازلة للغاز.
استعادة القوة العازلة: تؤدي إعادة التركيب السريعة لجزيئات الغاز وتبريد الغاز إلى استعادة سريعة للقوة العازلة بين الأقطاب. وهذا يضمن عدم إعادة إشعال القوس عندما تزداد الجهد عبر الأقطاب بعد مرور التيار عبر الصفر.
توقف حركة الأقطاب: مع إخماد القوس واستعادة القوة العازلة، تتوقف حركة الأقطاب. ثم يثبت ضغط الغاز داخل مفتاح الدائرة (CB)، ويعود النظام إلى حالة طبيعية وغير موصلة.
نقاط مهمة يجب ملاحظتها:
انسداد التيار: عند تيارات القصر الكهربائي العالية، يمكن أن يكون مقطع القوس أكبر من قطر فوهة النواظم، مما يؤدي إلى حجب تدفق الغاز مؤقتًا. تُعرف هذه الظاهرة باسم انسداد التيار. رغم ذلك، يستمر بناء ضغط الغاز بسبب الضغط الميكانيكي ونقل الحرارة من القوس.
حجم المكبس وتصميم النواظم: يعتبر حجم المكبس مكونًا أساسيًا يخزن غاز SF6 المضغوط، والذي يتم إطلاقه عبر النواظم المصنوعة من PTFE. يتم تصميم النواظم لتوجيه تدفق الغاز بدقة على القوس، مما يضمن تبريد فعال وإخماد القوس.
استعادة القوة العازلة بسرعة: واحدة من المزايا الرئيسية لغاز SF6 هي قدرته على استعادة خصائصه العازلة بسرعة بعد إخماد القوس. وهذا يضمن أن يمكن لمفتاح الدائرة قطع التيار العالي بأمان دون مخاطر إعادة إشعال القوس.
الخاتمة
تعتبر عملية إخماد القوس الكهربائي في مفتاح الدائرة من نوع IEE-Business SF6 طريقة فعالة وموثوقة للغاية لقطع التيار العالي، خاصة خلال حالات القصر الكهربائي. الجمع بين الضغط الميكانيكي وتدفق الغاز وخواص غاز SF6 الفريدة يضمن إخماد القوس بسرعة واستعادة القوة العازلة بين الأقطاب بسرعة. يسمح هذا التصميم لمفتاح الدائرة التعامل مع التيارات العالية الناتجة عن الأعطال بينما يحافظ على سلامة وسلامة النظام الكهربائي.
