شرایط ساختن زیر جریان قطع کوتاه برای تجهیزات توزیع برق
پیچیدگی‌های جریان ساز و پدیده پیش-برخورد در تجهیزات کلیدزنی
در تجهیزات کلیدزنی، به ویژه در برش‌کن‌ها (CB) و کلیدهای باربر (LBS)، جریان ساز اشاره به فرآیندی دارد که با آغاز یک قوس الکتریکی هنگام شروع به بسته شدن تماس‌ها آغاز می‌شود. این فرآیند دقیقاً زمانی که تماس‌ها فیزیکی به هم می‌رسند شروع نمی‌شود، بلکه چند میلی‌ثانیه قبل‌تر به دلیل پدیده‌ای به نام پیش-برخورد رخ می‌دهد. زیرا توضیحات دقیق‌تر این پدیده و پیامدهای آن.
پیش-برخورد: آغاز قوس قبل از برخورد تماس‌ها
خرابی دی‌الکتریک: هنگامی که تماس‌ها در طول عملیات بسته شدن به یکدیگر نزدیک می‌شوند، ماده عایق‌بندی (مانند هوا، SF6 یا خلاء) بین آنها خرابی دی‌الکتریک می‌کند. این خرابی به دلیل افزایش میدان الکتریکی در فاصله بین تماس‌ها رخ می‌دهد. وقتی قدرت میدان از قدرت دی‌الکتریک ماده عایق‌بندی بیشتر شود، فاصله خراب می‌شود و قوس کلیدزنی آغاز می‌شود.
ساخت میدان الکتریکی: میدان الکتریکی بین تماس‌ها هنگام حرکت آنها به سمت یکدیگر ساخته می‌شود. این میدان متناسب با ولتاژ بین تماس‌ها و معکوس تناسب با فاصله بین آنها است. وقتی میدان به اندازه کافی قوی شود، گازهای موجود در فاصله یونیزه می‌شوند و مسیر رسانا برای جریان ساز می‌شود.
آغاز قوس: قوس قبل از برخورد فیزیکی تماس‌ها، معمولاً چند میلی‌ثانیه قبل‌تر آغاز می‌شود. این آغاز زودهنگام قوس پیش-برخورد نامیده می‌شود. در طول پیش-برخورد، قوس در فاصله کوچک بین تماس‌ها تشکیل می‌شود و جریان از طریق قوس شروع به جریان می‌کند و منتظر برخورد فیزیکی تماس‌ها نمی‌ماند.
پیامدهای پیش-برخورد
ذوب بیش از حد سطوح تماس: اگر انرژی مربوط به پیش-برخورد زیاد باشد، می‌تواند منجر به ذوب بیش از حد سطوح تماس شود. این مشکل به ویژه در شرایط کوتاه‌مداری که جریان می‌تواند بسیار بالا باشد، مسئله‌ای است. فلز ذوب شده روی سطوح تماس می‌تواند منجر به جوش تماس‌ها شود که در آن دو سطح به هم می‌چسبند.
جوش تماس‌ها: تماس‌های جوش شده می‌توانند جلوگیری از پاسخ صحیح دستگاه کلیدزنی به بعدی دستور باز شدن کنند. اگر مکانیسم عملیاتی تجهیزات کلیدزنی نیروی کافی برای شکستن نقاط جوش شده نداشته باشد، دستگاه ممکن است به درستی باز نشود و منجر به خطرات ایمنی و خسارت به تجهیزات شود.
خصوصیات جریان کوتاه‌مداری: جریان‌های کوتاه‌مداری معمولاً حاوی یک مؤلفه DC هستند که می‌تواند باعث شود مقدار پیک جریان بسیار بیشتر از جریان کوتاه‌مداری خالص AC شود. این افزایش مقدار پیک جریان می‌تواند اثرات پیش-برخورد را تشدید کند و منجر به خسارت شدیدتر تماس‌ها و جوش شدن آنها شود.
وابستگی ولتاژ قوس: ولتاژ بین قوس (ولتاژ قوس) بسیار به ماده قطعکننده استفاده شده در تجهیزات کلیدزنی وابسته است. حتی با طول قوس بسیار کوتاه، می‌توان تغییرات ولتاژ قابل توجه نزدیک الکترودها مشاهده کرد. این به این دلیل است که مقاومت قوس در طول آن یکنواخت نیست و نواحی نزدیک الکترودها به دلیل تمرکز گرما و ذرات یونیزه مقاومت بالاتری دارند.
سازگاری در شرایط کوتاه‌مداری
برش‌کن‌ها (CB): در برش‌کن‌ها، عملیات سازگاری در شرایط کوتاه‌مداری به ویژه چالش‌برانگیز است. سطوح بالای جریان و وجود مؤلفه DC می‌تواند منجر به قوس‌های شدید و خسارت تماس شود. برش‌کن‌های مدرن با مواد پیشرفته و مکانیزم‌های خنک‌سازی طراحی شده‌اند تا این اثرات را کاهش دهند، اما پیش-برخورد همچنان مسئله‌ای است.
کلیدهای باربر (LBS): کلیدهای باربر نیز در طی عملیات سازگاری، به ویژه در کاربردهای با جریان بالا، مستعد پیش-برخورد هستند. با این حال، دستگاه‌های LBS معمولاً در کاربردهای ولتاژ و جریان پایین‌تر نسبت به برش‌کن‌ها استفاده می‌شوند، بنابراین خطر خسارت شدید تماس عموماً کمتر است.
مراحل عملیات سازگاری در تجهیزات کلیدزنی
عملیات سازگاری تجهیزات کلیدزنی می‌تواند به چند مرحله تقسیم شود، مانند آنچه در شکل نشان داده شده است:
مرحله ۱: نزدیک شدن اولیه تماس‌ها: تماس‌ها شروع به حرکت به سمت یکدیگر می‌کنند و میدان الکتریکی بین آنها شروع به ساخت می‌کند. در این مرحله، هیچ جریانی جریان نمی‌یابد، اما پتانسیل پیش-برخورد در حال افزایش است.
مرحله ۲: تشکیل قوس پیش-برخورد: هنگامی که تماس‌ها به هم نزدیک می‌شوند، میدان الکتریکی بیش از قدرت دی‌الکتریک ماده عایق‌بندی می‌شود و خرابی دی‌الکتریک رخ می‌دهد. یک قوس پیش-برخورد تشکیل می‌شود و جریان از طریق قوس قبل از برخورد فیزیکی تماس‌ها شروع به جریان می‌کند.
مرحله ۳: برخورد تماس و انتقال قوس: تماس‌ها در نهایت به هم برخورد می‌کنند و قوس از فاصله بین تماس‌ها به سطوح تماس منتقل می‌شود. جریان ادامه می‌یابد از طریق مدار بسته شده.
مرحله ۴: عملیات حالت پایدار: پس از بسته شدن کامل تماس‌ها، سیستم وارد حالت عملیاتی پایدار می‌شود و جریان از طریق تماس‌های بسته بدون هیچ قوسی جریان می‌یابد.
استراتژی‌های کاهش
برای کاهش اثرات پیش-برخورد و جوش تماس‌ها، چندین استراتژی طراحی و عملیاتی می‌تواند به کار گرفته شود:
استفاده از مواد عایق‌بندی با قدرت دی‌الکتریک بالا: استفاده از مواد عایق‌بندی با قدرت دی‌الکتریک بالا، مانند گاز SF6 یا خلاء، می‌تواند احتمال پیش-برخورد را با نیاز به میدان الکتریکی بیشتر برای آغاز خرابی کاهش دهد.
مواد تماس پیشرفته: استفاده از مواد تماس با نقطه ذوب بالا و هدایت حرارتی خوب می‌تواند خسارت تماس در طول پیش-برخورد را کاهش دهد. موادی مانند آلیاژ مس-تنگستن معمولاً در تجهیزات کلیدزنی ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.
مکانیزم‌های خنک‌سازی: ادغام مکانیزم‌های خنک‌سازی، مانند سیستم‌های پوشر یا جریان گاز اجباری، می‌تواند گرما را از قوس و دمای سطوح تماس کاهش دهد و خطر جوش شدن را کاهش دهد.
بهبود طراحی مکانیکی: اطمینان از اینکه مکانیسم عملیاتی نیروی کافی برای شکستن هر نقطه جوش شده در طول عملیات باز شدن فراهم کند، می‌تواند جلوگیری از شکست تجهیزات کلیدزنی در باز شدن صحیح کند.
سیستم‌های محافظ: اجرای سیستم‌های محافظ، مانند رله‌های جریان بیش از حد و مکانیزم‌های تشخیص خطا، می‌تواند به تشخیص و واکنش سریع‌تر به شرایط کوتاه‌مداری کمک کند و مدت زمان و شدت قوس را کاهش دهد.
نتیجه‌گیری
پدیده پیش-برخورد، که در آن قوس قبل از برخورد فیزیکی تماس‌ها آغاز می‌شود، جنبه مهمی از عملیات سازگاری در تجهیزات کلیدزنی است. این می‌تواند منجر به خسارت بیش از حد تماس‌ها، جوش شدن و شکست محتمل دستگاه کلیدزنی شود. درک عوامل مشارکت کننده در پیش-برخورد، مانند ساخت میدان الکتریکی و ویژگی‌های ماده عایق‌بندی، برای طراحی و عملیات تجهیزات کلیدزنی قابل اعتماد ضروری است. با استفاده از استراتژی‌های کاهش مناسب، مانند استفاده از مواد عایق‌بندی با قدرت دی‌الکتریک بالا، مواد تماس پیشرفته و مکانیزم‌های خنک‌سازی، اثرات پیش-برخورد می‌تواند کاهش یابد و عملیات ایمن و قابل اعتماد تجهیزات کلیدزنی در هر دو برش‌کن‌ها و کلیدهای باربر تضمین شود.
