مقالة واحدة لفهم كيفية اختيار المعلمات الميكانيكية لقواطع الدائرة الفراغية

1. الفجوة المحددة للاتصال

عندما يكون قاطع الدائرة الفراغي في وضعية مفتوحة، فإن المسافة بين الاتصالات المتحركة والسكونية داخل المانع الفراغي تُعرف بالفجوة المحددة للاتصال. يتأثر هذا المعلمة بعدة عوامل، بما في ذلك الجهد المحدد لقاطع الدائرة، ظروف التشغيل، طبيعة التيار المقاطع، مادة الاتصال، وقوة العزل الكهربائي للفجوة الفراغية. يعتمد بشكل أساسي على الجهد المحدد ومادة الاتصال.

تؤثر الفجوة المحددة للاتصال بشكل كبير على أداء العزل. مع زيادة الفجوة من الصفر، تتحسن قوة العزل الكهربائي. ومع ذلك، بعد نقطة معينة، يؤدي زيادة الفجوة إلى نتائج متراجعة في أداء العزل وقد يقلل بشدة من العمر الميكانيكي للمانع.

بناءً على خبرة التركيب والتشغيل والصيانة، تكون نطاقات الفجوة المحددة للاتصال النموذجية كالتالي:

• 6 كيلوفولت وما دون: 4–8 مم

• 10 كيلوفولت وما دون: 8–12 مم

• 35 كيلوفولت: 20–40 مم

2. مسافة سير الاتصال (التجاوز)

يجب اختيار مسافة سير الاتصال لتضمن الحفاظ على ضغط اتصال كافٍ حتى بعد التآكل. كما أنها توفر للاتصال المتحرك الطاقة الحركية الأولية أثناء الفتح، مما يزيد من سرعة الفتح الأولية لكسر اللحامات الملحومة وتقليل زمن القوس الكهربائي وتسريع استعادة العزل الكهربائي. أثناء الإغلاق، تسمح للنابض الاتصالي بتوفير تخفيف سلس، مما يقلل من الرجحات.

إذا كانت مسافة سير الاتصال صغيرة جدًا:

• ضغط اتصال غير كافٍ بعد التآكل

• سرعة فتح أولية منخفضة، مما يؤثر على قدرة القطع والاستقرار الحراري

• رجحات وإهتزازات شديدة أثناء الإغلاق

إذا كانت مسافة سير الاتصال كبيرة جدًا:

• زيادة في الطاقة اللازمة للإغلاق

• انخفاض في موثوقية عملية الإغلاق

عادةً ما تكون مسافة سير الاتصال 20%–40% من الفجوة المحددة للاتصال. بالنسبة لقاطع الدائرة الفراغي بـ 10 كيلوفولت، تكون عادة 3–4 مم.

3. ضغط تشغيل الاتصال

يؤثر ضغط تشغيل الاتصالات في قاطع الدائرة الفراغي بشكل كبير على الأداء. وهو مجموع القوة الذاتية للإغلاق المتأصلة في المانع الفراغي وقوة نابض الاتصال. يجب أن يتم اختيار الضغط المناسب بحيث يلبي أربعة متطلبات:

• حفظ مقاومة الاتصال ضمن الحدود المحددة

• تلبية متطلبات اختبار الاستقرار الديناميكي

• كبح رجحات الإغلاق

• تقليل الاهتزازات أثناء الفتح

يعد الإغلاق تحت تيار القصر هو الوضع الأكثر صعوبة: حيث يولد التيار قبل القوس الكهربائي دفعًا مغناطيسيًا، مما يتسبب في رجحات الاتصال، بينما تكون سرعة الإغلاق في أدنى مستوياتها. هذا السيناريو يختبر بشكل حاسم ما إذا كان ضغط الاتصال كافيًا.

إذا كان ضغط الاتصال منخفضًا جدًا:

• زيادة وقت الرجحات أثناء الإغلاق

• مقاومة دائرية رئيسية أعلى، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط أثناء التشغيل المستمر

إذا كان ضغط الاتصال مرتفعًا جدًا:

• زيادة في قوة النابض (بما أن القوة الذاتية للإغلاق ثابتة)

• ارتفاع في متطلبات الطاقة للإغلاق

• تأثير وأهتزاز أكبر على المانع الفراغي، مما يعرضه لخطر التلف

في الواقع، يعتمد قوة الاتصال الكهرومغناطيسي ليس فقط على تيار القصر الأقصى ولكن أيضًا على بنية الاتصال وحجمه وصلابته وسرعته أثناء الفتح. يعد النهج الشامل أمرًا ضروريًا.

البيانات التجريبية لضغط الاتصال بناءً على تيار القطع:

• 12.5 كيلو أمبير: 50 كجم

• 16 كيلو أمبير: 70 كجم

• 20 كيلو أمبير: 90–120 كجم

• 31.5 كيلو أمبير: 140–180 كجم

• 40 كيلو أمبير: 230–250 كجم

4. سرعة الفتح

تؤثر سرعة الفتح مباشرة على معدل استعادة قوة العزل الكهربائي بعد الصفر الكهربائي. إذا كانت استعادة قوة العزل أبطأ من ارتفاع الجهد الاستعادة، فقد يحدث إعادة إشعال القوس الكهربائي. لمنع إعادة الإشعال وتقليل زمن القوس الكهربائي، تعد سرعة الفتح الكافية أمرًا ضروريًا.

تعتمد سرعة الفتح بشكل أساسي على الجهد المحدد. بالنسبة لجهد ثابت وفجوة اتصال، تتغير السرعة المطلوبة مع تيار القطع ونوع الحمل والجهد الاستعادة. تتطلب التيار الأعلى للقطع والتيار السعوي (مع جهد استعادة عالي) سرعات فتح أعلى.

السرعة النموذجية لفتح قاطع الدائرة الفراغي بـ 10 كيلوفولت: 0.8–1.2 م/ث، وأحيانًا تتجاوز 1.5 م/ث.

في الواقع، له سرعة الفتح الأولية (المقاسة خلال الأمتار الأولى) تأثير أكبر على أداء القطع من السرعة المتوسطة. غالبًا ما تحدد قواطع الدائرة الفراغية عالية الأداء وذات 35 كيلوفولت هذه السرعة الأولية.

بينما يبدو أن السرعة الأعلى مفيدة، فإن السرعة الزائدة تزيد من الاهتزازات أثناء الفتح والتجاوز، مما يزيد الضغط على الغلاف الهوائي ويؤدي إلى التعب المبكر والتسرب. كما يزيد الضغط الميكانيكي على الآلية، مما يعرض المكونات لخطر الفشل.

5. سرعة الإغلاق

بسبب قوة العزل الكهربائي الثابتة العالية للمانع الفراغي عند الفجوة المحددة، تكون السرعة المطلوبة للإغلاق أقل بكثير من سرعة الفتح. تعتبر السرعة الكافية للإغلاق ضرورية لتقليل التآكل الكهربائي قبل القوس ومنع لحام الاتصال. ومع ذلك، تزيد السرعة الزائدة للإغلاق من طاقة الإغلاق وتعرض المانع لأكبر تأثير، مما يقلل من عمر الخدمة.

السرعة النموذجية لإغلاق قاطع الدائرة الفراغي بـ 10 كيلوفولت: 0.4–0.7 م/ث، وحتى 0.8–1.2 م/ث إذا كان مطلوبًا.

6. زمن الرجحات أثناء الإغلاق

يعتبر زمن الرجحات أثناء الإغلاق مؤشرًا رئيسيًا لأداء قاطع الدائرة الفراغي. يتأثر بضغط الاتصال وسرعة الإغلاق والفجوة المحددة لمادة الاتصال وبنيان المانع وبنية القاطع وجودة التركيب والضبط.

يشير زمن الرجحات الأقصر إلى أداء أفضل. يمكن أن يؤدي الرجحات الزائدة إلى تآكل كهربائي شديد ويزيد من خطر زيادة الجهد وقد يؤدي إلى لحام الاتصال أثناء عمليات القطع القصيرة أو التبديل الكهربائي للسعة، وكذلك اختبارات الاستقرار الحراري. يسرع الرجحات الطويلة تعب الغلاف الهوائي.

بالنسبة لقاطع الدائرة الفراغي بـ 10 كيلوفولت ذو الاتصالات النحاسية والكرومية، يجب ألا يتجاوز زمن الرجحات أثناء الإغلاق 2 مللي ثانية. بالنسبة لمواد أخرى، قد يكون أعلى قليلاً ولكنه يجب ألا يتجاوز 5 مللي ثانية.

7. التزامن ثلاثي القطب

يقيس التزامن ثلاثي القطب درجة التزامن في الإغلاق أو الفتح للثلاثة أقطاب. بما أن قيم التزامن للأغلاق والإغلاق متشابهة، يتم تحديد التزامن للأغلاق عادةً.

يؤثر التزامن السيء بشدة على قدرة القطع ويطول زمن القوس الكهربائي. بسبب سرعات التشغيل السريعة والفجوات الصغيرة، يمكن تحقيق التعديل الدقيق بسهولة لتلبية المتطلبات. عادةً ما يكون التزامن للأغلاق مطلوبًا ضمن 1 مللي ثانية.

8. ترتيب الاتصالات المتحركة والسكونية (المحاذاة المحورية)

يعتبر الترتيب المحازي الصحيح للاتصالات المتحركة والسكونية أمرًا حاسمًا لأداء المانع الفراغي ويتم ضمانه من خلال الدقة في التصنيع. سواء تم الحفاظ على هذا الترتيب بعد التركيب يعتمد على نوع الآلية التشغيلية وعملية التجميع.

بالنسبة للآليات المعلقة، يتم تحديد الترتيب المحازي بشكل أساسي بواسطة الآلية نفسها. وبالنسبة للأنواع الأرضية، يكون الترتيب الميكانيكي بنفس الأهمية. أثناء التركيب، يجب تجنب تطبيق القوى الجانبية أو الجانبية على المانع.

تسامح المحاذاة المحورية النموذجي: ≤2 مم.