مفتاح قطع الحمل مقابل مفصل العازل مقابل مفتاح الدائرة ذو الفراغ: الاختلافات الرئيسية والوظائف
ما هو مفتاح قطع الحمل؟
مفتاح قطع الحمل هو جهاز تحكم مجهز بآلية إخماد قوس بسيطة، قادر على قطع وإغلاق الدوائر تحت الحمل. يمكنه قطع مستوى معين من تيار الحمل والتيار الزائد، لكنه لا يستطيع قطع تيارات القصر. لذا يجب استخدامه بالتزامن مع مصهر عالي الجهد، معتمداً على المصهر لإزالة أعطال القصر.
وظائف مفتاح قطع الحمل:
القطع والإغلاق: نظراً لقدرات الإخماد المحدودة، يمكن استخدام مفتاح قطع الحمل لقطع وإغلاق تيارات الحمل والزيادات حتى مضاعف معين (عادة 3-4 مرات). كما يمكنه تشغيل محولات غير محملة بسعة تتجاوز تلك المسموح بها للمفصلات، وخطوط أطول غير محملة، وأحياناً مجموعات كاباسيتور كبيرة.
وظيفة الاستبدال: يمكن لمزيج من مفتاح قطع الحمل ومصهر محدِّد للتيار في سلسلة أن يحل محل مفتاح الدائرة. يقوم مفتاح قطع الحمل بقطع وإغلاق الزيادات الصغيرة، بينما يقوم المصهر المحدِّد للتيار بمعالجة الزيادات الكبيرة وكل تيارات القصر.
الجهاز المركب: التجميع المتكامل لمفتاح قطع الحمل ومصهر محدِّد للتيار في سلسلة يُطلق عليه "التوليفة المفتاح-المصهر" في المعايير الوطنية. يمكن تركيب المصهر على الجانب المغذي أو الجانب المحمل للمفتاح. عندما يكون استبدال المصهر نادرًا، يفضل تركيبه على الجانب المغذي، مما يسمح لمفتاح قطع الحمل بأن يعمل كمفصل، وبالتالي عزل الجهد المطبق على المصهر المحدِّد للتيار.
ما هو المفصل (المعزل)؟
المفصل هو جهاز تحكم بدون آلية إخماد قوس. وظيفته الأساسية هي عزل مصادر الطاقة لضمان صيانة آمنة للأجهزة الكهربائية الأخرى؛ لذا يحظر التشغيل تحت الحمل. ومع ذلك، تحت ظروف معينة، يُسمح بتوصيل أو فصل دوائر قليلة الطاقة. إنه أحد الأجهزة الأكثر استخداماً وانتشاراً في أجهزة التحكم ذات الجهد العالي.
وظائف المفصل:
إنشاء نقطة عزل آمنة: بعد الفتح، يخلق فجوة عازلة موثوقة، ويفصل بشكل واضح المعدات أو الخطوط الخاضعة للصيانة عن مصدر الطاقة، مما يضمن سلامة الأفراد والمعدات.
تبديل الدوائر: لتغيير اتصالات الدوائر حسب المتطلبات التشغيلية.
قطع التيارات الصغيرة: يمكنه قطع التيارات الصغيرة في الدوائر، مثل تيارات الشحن لأغطية الأنبوب والأعمدة والتوصيلات والكابلات القصيرة؛ تيارات السعة لموثقات المفاتيح المتساوية؛ تيارات الدوران أثناء عمليات نقل خطوط الأمطار المزدوجة؛ وتيارات التحفيز لمحولات الجهد.
قطع تيار التحفيز للمحولات غير المحملة: اعتماداً على النوع الهيكلي، يمكنه قطع تيار التحفيز للمحولات غير المحملة بسعة معينة.
التصنيف:
حسب موقع التركيب: يمكن تقسيمه إلى مفاصل عازلة خارجية ذات جهد عالي ومفاصل عازلة داخلية ذات جهد عالي.
النوع الخارجي: مصمم ليتحمل ظروف البيئة القاسية مثل الرياح والأمطار والثلوج والتلوث والتكاثف والجليد والصقيع الكثيف، ومناسب للتثبيت في الهواء الطلق.
حسب هيكل العمود العازل: يمكن تصنيفه كمفاتيح عازلة ذات عمود واحد وذات عمودين وذات ثلاثة أعمدة. يستخدم مفتاح العازلة ذو العمود الواحد المساحة الرأسية مباشرة تحت الأعمدة العلوية كعزل كهربائي للقطيعة، مما يوفر مزايا كبيرة: توفير مساحة الأرض، وتقليل الموصلات الرابطة، وتقديم إشارة بصرية واضحة لحالة الفتح والإغلاق. في أنظمة النقل ذات الجهد الفائق، يكون تأثير توفير المساحة لمفاتيح العازلة ذات العمود الواحد في المحطات الكهربائية واضحاً بشكل خاص.
ملاحظة: تستخدم المفاصل العازلة أساساً في المعدات ذات الجهد المنخفض، مثل أنظمة التوزيع النهائية المنخفضة الجهد في المنازل والمباني. الوصف الذي يشير إلى أن وظيفتها الرئيسية هي "قطع وإغلاق الخطوط تحت الحمل" غير صحيح؛ وظيفتها الرئيسية هي عزل مصدر الطاقة.
ما هو مفتاح الدائرة الفراغي؟
يُعرف مفتاح الدائرة الفراغي بهذا الاسم لأنه يستخدم الفراغ العالي كوسط لإخماد القوس وكوسط عازل بين نقاط الاتصال بعد القطع. يتميز بحجم صغير وزن خفيف، ومناسب للتشغيل المتكرر، ولا يحتاج إلى صيانة لإخماد القوس، مما يجعله مستخدماً على نطاق واسع في شبكات التوزيع.
يستخدم مفاتيح الدائرة الفراغية بشكل أساسي في التثبيتات التوزيع الداخلية لنظام ثلاثي الأطوار ذو تردد 50 هرتز ومستوى جهد 3-10 كيلوفولت. تعمل كعناصر حماية وتحكم للمعدات الكهربائية في المؤسسات الصناعية والتعدينية، ومحطات توليد الكهرباء، والمحطات الكهربائية، خاصة في التطبيقات التي تتطلب العمل بدون زيت، وقليل من الصيانة، والتشغيل المتكرر. يمكن تثبيتها في أجهزة التحكم المثبتة في المنتصف، وخزانات ثنائية الطوابق، أو الخزانات الثابتة كمفاتيح تحكم وحماية للمعدات الكهربائية ذات الجهد العالي.
مبدأ عمل مفاتيح الدائرة الفراغية
عند فتح نقاط الاتصال المتحركة والسكونية بواسطة الآلية التشغيلية، يتشكل قوس بينهما. تتلاشى الأسطح الاتصالية لتكوين بخار معدني تحت درجة حرارة عالية. بسبب الشكل الخاص بنقاط الاتصال، يولد التيار مجالاً مغناطيسياً يدفع القوس بسرعة على طول الاتجاه المماس لسطح الاتصال. جزء من البخار المعدني يتجمع على الدرع المعدني (الشاشة). عندما يمر التيار بشكل طبيعي عبر الصفر، ينطفئ القوس، ويتعافى قوة العزل بين نقاط الاتصال بسرعة.
وظائف مفاتيح الدائرة الفراغية
توفر مفاتيح الدائرة وظائف الحماية بما في ذلك الحماية من زيادة الحمل والقصر والجهد المنخفض، مما يحمي الدوائر ومصادر الطاقة بشكل فعال.
الاختلافات بين مفاتيح قطع الحمل والمفاصل العازلة
قدرة القطع:
المفصل العازل ليس له آلية إخماد قوس ويمكنه فقط قطع تيار بلا حمل، وليس قادرًا على التعامل مع تيار الحمل أو تيار القصر. يجب أن يتم التشغيل فقط عندما تكون الدائرة غير مشحونة وغير محملة؛ ويحظر التشغيل تحت الحمل لمنع الحوادث.
مفتاح قطع الحمل لديه آلية إخماد قوس، مما يمكّنه من قطع تيارات الحمل المحددة والزيادات حتى مضاعف معين، ولكنه لا يستطيع قطع تيارات القصر.
وجود آلية إخماد قوس:
هذا هو الاختلاف الأساسي. تساعد آلية إخماد القوس في عمليات الفتح والإغلاق للinterrupting and closing operations of the switch and effectively limits and extinguishes arcs, enhancing operational safety. Consequently, most switching devices (especially those designed to interrupt current) are equipped with arc-extinguishing mechanisms.
Functional Purpose:
A disconnector is primarily used to establish a clear break point in high-voltage circuits, isolating energized sections from de-energized sections for maintenance, ensuring personnel safety.
A load break switch is used in fixed high-voltage installations to interrupt fault currents (overloads) and rated operating currents of equipment. Although both are used in high-voltage systems, their functional roles differ.
Differences Between High-Voltage Load Break Switches and Vacuum Circuit Breakers
Interrupting Capacity: A high-voltage load break switch can interrupt under load and has self-extinguishing capability, but its interrupting capacity is small and limited.
Structural Differences: High-voltage disconnectors typically cannot interrupt under load and lack an arc chute in their structure (a few specially designed disconnectors can interrupt small loads, but their structure is relatively simple).
Isolation Function: Both high-voltage load break switches and high-voltage disconnectors can create a visible break point, whereas most circuit breakers do not have this function (except for a few circuit breakers with isolation capability).
Protection Functions:
High-voltage disconnectors have no protection functions.
Protection for high-voltage load break switches typically relies on series-connected high-voltage fuses, providing only instantaneous and overcurrent protection.
High-voltage circuit breakers (such as vacuum circuit breakers) can be designed with very high interrupting capacities, primarily protected by current transformers in conjunction with secondary protection devices, offering multiple protection functions including short-circuit, overload, and earth leakage protection.
Functional Positioning: A high-voltage load break switch functions between a high-voltage circuit breaker and a high-voltage disconnector. It is often used in series with a high-voltage fuse for controlling power transformers. It can interrupt load currents and overloads, but due to its inability to interrupt short-circuit currents, it must rely on fuses for short-circuit protection.
