أجهزة التحكم الكهربائية ذات الجهد العالي
تعتبر الأنظمة الكهربائية التي تتعامل مع جهد أعلى من 36 كيلوفولت، هي ما يُشار إليه بـ معدات التحويل ذات الجهد العالي. نظرًا لارتفاع مستوى الجهد، يكون القوس الكهربائي الناتج أثناء عملية التبديل أيضًا مرتفعًا جدًا. لذا، يجب اتخاذ عناية خاصة أثناء تصميم معدات التحويل ذات الجهد العالي. المفتاح الكهربائي ذو الجهد العالي هو المكون الرئيسي في معدات التحويل ذات الجهد العالي (CB)، لذا يجب أن يكون للمفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي (CB) خصائص خاصة للعمل بأمان وموثوقية. عمليات التبديل الخاطئة والتشغيل غير الصحيح للمفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي نادرة جدًا. غالبًا ما تبقى هذه المفاتيح الكهربائية في حالة التشغيل، وقد يتم تشغيلها بعد فترة طويلة من الزمن. لذا يجب أن تكون المفاتيح الكهربائية موثوقة بما يكفي لضمان التشغيل الآمن عند الحاجة. تغيرت تقنية المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي بشكل كبير خلال الـ 15 عامًا الماضية. المفتاح الكهربائي ذو الزيت القليل (MOCB)، المفتاح الكهربائي ذو الهواء المضغوط والمفتاح الكهربائي ذو غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) هي الأكثر استخدامًا في معدات التحويل ذات الجهد العالي.
نادرًا ما يستخدم المفتاح الكهربائي ذو الفراغ لهذا الغرض لأن تقنية الفراغ حتى الآن ليست كافية لقطع التيار القصير ذي الجهد العالي. هناك نوعان من المفاتيح الكهربائية ذات غاز الستيفلوريد السداسي (SF6)، المفتاح الكهربائي ذو الضغط الواحد SF6 والمفتاح الكهربائي ذو الضغطين SF6. يعتبر نظام الضغط الواحد هو الأحدث في الوقت الحالي لنظام معدات التحويل ذات الجهد العالي. في الوقت الحالي، أصبح غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) الأكثر شعبية كوسط لإخماد القوس الكهربائي في الأنظمة الكهربائية ذات الجهد العالي والجهد فوق العالي. ومع ذلك، فإن غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري. له تأثير أقوى بـ 23 مرة على ظاهرة الاحتباس الحراري من ثاني أكسيد الكربون (CO2). لذا، يجب منع تسرب غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) خلال عمر الخدمة للمفتاح الكهربائي. لتخفيض انبعاثات غاز الستيفلوريد السداسي (SF6)، يمكن استخدام خليط من غاز النيتروجين (N2) وغاز الستيفلوريد السداسي (SF6) أو خليط من غاز رباعي فلوريد الكربون (CF4) وغاز الستيفلوريد السداسي (SF6) كبديل لغاز الستيفلوريد السداسي النقي. يجب دائمًا الأخذ في الاعتبار أنه لا ينبغي أن يتسرب أي غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) إلى الغلاف الجوي أثناء صيانة المفتاح الكهربائي.
من ناحية أخرى، فإن المفتاح الكهربائي ذو غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) يتميز بالصيانة المنخفضة.
معدات التحويل ذات الجهد العالي تنقسم إلى،
النوع الداخلي المعزول بالغاز (GIS)،
النوع الخارجي المعزول بالهواء.
وبشكل آخر، يتم تصنيف المفاتيح الكهربائية الخارجية المعزولة بالهواء إلى،
المفتاح الكهربائي ذو الخزان الميت
المفتاح الكهربائي ذو الخزان الحي
في المفتاح الكهربائي ذو الخزان الميت، يتم وضع جهاز التبديل (جمع المقاطع) داخل وعاء معدني (أوعية) تحت الأرض بمحمل عازل مناسب مليء بالوسط العازل. في المفتاح الكهربائي ذو الخزان الحي، يتم وضع جهاز التبديل (جمع المقاطع) على محمل عازل، عند الجهد النظامي. المفاتيح الكهربائية ذات الخزان الحي أقل تكلفة وتتطلب مساحة تركيب أقل.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من المفاتيح الكهربائية، كما ذكرنا سابقًا، تستخدم في نظام معدات التحويل ذات الجهد العالي وهي المفتاح الكهربائي ذو الهواء المضغوط، المفتاح الكهربائي ذو غاز الستيفلوريد السداسي، المفتاح الكهربائي ذو الزيت ونادرًا ما يتم استخدام المفتاح الكهربائي ذو الفراغ.
المفتاح الكهربائي ذو الهواء المضغوط
في هذا التصميم، يتم استخدام ضربة هواء مضغوط بضغط عالٍ لإخماد القوس الكهربائي بين نقطتي الاتصال المفصولة، عندما يكون تأين عمود القوس في أدنى مستوياته عند الصفر الكهربائي للتيار.
المفتاح الكهربائي ذو الزيت
يتم تصنيف هذا النوع إلى مفتاح كهربائي ذو زيت كثيف (BOCB) ومفتاح كهربائي ذو زيت قليل (MOCB). في BOCB، يتم وضع الوحدة المقطعة داخل خزان زيت بجهد الأرض. هنا يتم استخدام الزيت كوسط عازل ومقطع. في MOCB من ناحية أخرى، يمكن تقليل احتياجات الزيت العازل عن طريق وضع الوحدات المقطعة في غرفة عازلة عند الجهد الحي على عمود عازل.
المفتاح الكهربائي ذو غاز الستيفلوريد السداسي (SF6)
غاز الستيفلوريد السداسي (SF6) يستخدم على نطاق واسع كوسط لإخماد القوس الكهربائي في التطبيقات ذات الجهد العالي اليوم. غاز الستيفلوريد السداسي هو غاز ذو كهروسلبية عالية ويتميز بخصائص عازلة وإخماد قوس كهربائي ممتازة. الخصائص العازلة والعالية لغاز الستيفلوريد السداسي (SF6) تجعل من الممكن تصميم مفاتيح كهربائية ذات جهد عالي بأبعاد إجمالية أصغر وفجوة اتصال أقصر. الخصائص العازلة الممتازة تساعد في تصميم وبناء معدات التحويل الداخلية في الأنظمة ذات الجهد العالي.
المفتاح الكهربائي ذو الفراغ
في الفراغ، لا يوجد أي تأين إضافي بين نقطتي اتصال حاملتي التيار بعد الصفر الكهربائي للتيار. القوس الكهربائي الأولي سيتوقف بمجرد عبور الصفر التالي، ولكن نظرًا لعدم وجود أي تأين إضافي بعد عبور التيار أول صفر له، يتم إكمال إخماد القوس الكهربائي. رغم أن طريقة إخماد القوس الكهربائي سريعة جدًا في VCB، إلا أنها ليست حلًا مناسبًا لمعدات التحويل ذات الجهد العالي، حيث أن VCB المصنوعة للجهد العالي جداً ليست اقتصادية على الإطلاق.
الخصائص الأساسية للمفتاح الكهربائي ذو الجهد العالي
الخصائص الأساسية التي يجب توفيرها في المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي لضمان التشغيل الآمن والموثوق به، يجب أن تكون المفاتيح الكهربائية المستخدمة في معدات التحويل ذات الجهد العالي قادرة على العمل بأمان في حالات،
الأعطال النهائية.
الأعطال القصيرة في الخط.
تيار التغذية للمحولات أو المفاعلات.
تشغيل خطوط نقل الطاقة الطويلة.
شحن بنك المكثفات.
تبديل التتابع غير المتزامن.
الأعطال النهائية
عادة ما يكون الحمل المتصل بالنظام الكهربائي ذو طبيعة استقرائية. بسبب هذه الاستقرائية، عندما يتم قطع التيار القصير بواسطة المفتاح الكهربائي، هناك احتمال لظهور جهد إعادة ضرب عالي التردد يصل إلى بضع مئات من هرتز. يتكون هذا الجهد من جزأين:
جهد الاسترداد المؤقت ذو التردد العالي مباشرة بعد انطفاء القوس الكهربائي.
بعد انخفاض هذا التردد العالي، يظهر جهد الاسترداد ذو التردد الكهربائي عبر نقاط اتصال المفتاح الكهربائي.
جهد الاسترداد المؤقت
بعد انطفاء القوس الكهربائي، يظهر جهد الاسترداد المؤقت عبر نقاط اتصال المفتاح الكهربائي بتردد عالٍ. هذا الجهد الاستردادي المؤقت ينتهي بوصوله إلى جهد الدائرة المفتوحة. يمكن تمثيل هذا الجهد الاستردادي كالتالي:
يتحكم التردد المتذبذب في دائرتنا بواسطة المعلمات L و C. يخمد المقاومة الموجودة في الدائرة الكهربائية هذا الجهد الاستردادي المؤقت. لا يحتوي جهد الاسترداد المؤقت على تردد واحد، بل هو مزيج من العديد من الترددات المختلفة بسبب تعقيد شبكة الطاقة.
جهد الاسترداد ذو التردد الكهربائي
هذا ليس إلا جهد الدائرة المفتوحة الذي يظهر عبر نقاط اتصال المفتاح الكهربائي بعد انخفاض جهد الاسترداد المؤقت. في النظام الثلاثي الأطوار، يختلف جهد الاسترداد ذو التردد الكهربائي في الأط
