کیسے صحیح طور پر ویکیو مサーキٹ بریکرز کا انتخاب کریں؟

01 تمهيد

في الأنظمة ذات الجهد المتوسط، تعتبر مفاتيح الدائرة جزءًا أساسيًا لا يمكن الاستغناء عنه. وتعتبر مفاتيح الدائرة الفراغية هي الأكثر شيوعًا في السوق المحلية. لذا، فإن التصميم الكهربائي الصحيح لا يمكن فصله عن اختيار مفاتيح الدائرة الفراغية بشكل صحيح. في هذا القسم، سنناقش كيفية اختيار مفاتيح الدائرة الفراغية بشكل صحيح والتصورات الخاطئة الشائعة في اختيارها.

02 قدرة القطع للتيار القصير لا تحتاج إلى أن تكون مرتفعة جدًا

لا تحتاج قدرة قطع التيار القصير لمفتاح الدائرة إلى أن تكون مرتفعة جدًا، ولكن يجب أن يكون لها هامش معين لتلبية توسع سعة الشبكة المستقبلي الذي قد يؤدي إلى زيادة التيار القصير. ومع ذلك، في التصميم الكهربائي الفعلي، غالبًا ما تكون القدرة المختارة لقطع التيار القصير لمفاتيح الدائرة مرتفعة جدًا. 

على سبيل المثال، في محطات المحولات النهائية داخل الأنظمة ذات الجهد 10 كيلوفولت، يبلغ التيار القصير على الحافلة حوالي 10 كيلو أمبير، وفي الأنظمة ذات السعة الأكبر قد يصل إلى 16 كيلو أمبير. ومع ذلك، في الرسومات التصميمية الكهربائية، يتم تحديد قدرة القطع لمفاتيح الدائرة الفراغية بارتفاع يصل إلى 31.5 كيلو أمبير، أو حتى 40 كيلو أمبير. هذه القدرة العالية للقطع تؤدي إلى استثمار مهدر. في الحالات المذكورة أعلاه، تكون قدرة القطع بـ 20 كيلو أمبير أو 25 كيلو أمبير كافية. ومع ذلك، فإن مفاتيح الدائرة الفراغية بقدرة قطع 31.5 كيلو أمبير حاليًا مطلوبة بكثافة وتنتج بشكل كبير، مما يؤدي إلى تقليل تكلفة التصنيع والسعر، وبالتالي أصبحت أكثر انتشارًا.

في التصميم الكهربائي، تكون التيار القصير المحسوب عادة مرتفعًا. السبب هو أن عادة ما يتم تجاهل المقاومة النظامية للمقاومة في دائرة الحلقة أثناء الحساب. بالطبع، يجب اختيار قدرة قطع مفاتيح الدائرة بناءً على أعلى تيار قصير ممكن. ومع ذلك، لا يجب أن يكون قيمة الضبط لحماية التيار القصير بناءً على أعلى تيار قصير. 

وهذا لأن الأقواس غالبا ما تحدث أثناء التيار القصير، والممانعة للأقواس عالية جدا. في حسابات التصميم، يتم التعامل مع التيار القصير كأنه تيار قصير ثلاثي الأطوار نقي من المعدن، دون افتراض وجود قوس أو مقاومة اتصال. في الإحصاءات الفعلية للأعطال، يتجاوز 80% من الأعطال القصيرة الأطوار الواحدة، والأقواس موجودة تقريبًا دائمًا أثناء حدوث التيار القصير. نتيجة لذلك، يكون التيار القصير الفعلي أقل بكثير من القيمة المحسوبة المثالية. 

إذا كانت قيمة الضبط للحماية مرتفعة جدًا، فإنها تقلل من حساسية الحماية أو تسبب فشل الحماية الفورية في العمل. في الممارسة الهندسية، المشكلة ليست في فشل مفتاح الدائرة في القطع، بل في عدم تفعيل عنصر الحماية بسبب القيم المرتفعة جدًا. بالمناسبة، التيار القصير الثلاثي الأطوار النقي نادر الحدوث - يحدث فقط عندما لا يتم إزالة أسلاك الأرض بعد الصيانة قبل إغلاق المفتاح. ومع ذلك، يتم عادة التأريض باستخدام مفاتيح التأريض أو عربات التأريض، وهناك وظائف التوصيل المتبادل، مما يجعل حدوث التيار القصير النقي نادرًا جدًا.

في الرسومات التصميمية الكهربائية، من الشائع رؤية قدرة القطع لمفتاح الدائرة الرئيسي الوارد محددًا بمستوى أعلى من مفاتيح الدائرة الفرعية. وهذا غير ضروري. يتعامل المفتاح الرئيسي مع أعطال التيار القصير على الحافلة، بينما تتعامل مفاتيح الدائرة الفرعية مع الأعطال في دوائرها الخاصة. ومع ذلك، بالقرب من الجانب المحمول لمفتاح الدائرة الفرعية، بسبب قربه من الحافلة، فإن التيار القصير ليس مختلفًا بشكل كبير عن تيار القصر على الحافلة. لذا، يجب أن تكون قدرة القطع لمفاتيح الدائرة الرئيسية والفرعية متساوية.

03 متطلبات العمر الكهربائي والميكانيكي لا تحتاج إلى أن تكون مرتفعة جدًا

العمر الكهربائي المشار إليه هنا لا يتعلق بعدد مرات فتح وإغلاق المفتاح تحت التيار المعين أو جزء منه في فترات محددة، بل بعدد مرات قطع التيار القصير دون الحاجة إلى صيانة. لا يوجد معيار وطني لهذا العدد. عادة ما يقوم المصنعين بتصميمه ليكون 30 مرة. بعض المنتجات المصنعة يمكن أن تتحمل 50 مرة. في وثائق المناقصات للمشاريع المستخدمين، من الشائع رؤية متطلبات مرتفعة للغاية لعدد مرات قطع التيار القصير. على سبيل المثال، طلبت وثيقة مناقصة أن يقوم مفتاح الدائرة الفراغي لحماية الخط 12 كيلوفولت بقطع التيار القصير المعين 100 مرة، والعمر الميكانيكي 100,000 عملية وقطع التيار المعين 20,000 مرة - هذه المتطلبات غير معقولة.

عدد مرات قطع التيار القصير المرتفع غير ضروري. يعتبر عطل التيار القصير حدثًا كهربائيًا خطيرًا. يجب التعامل مع كل حدث كحادث خطير يتطلب تحليل السبب الجذري والإصلاحات اللازمة لمنع تكراره. لذا، خلال فترة الخدمة الفعالة لمفتاح الدائرة، سيقوم فقط بقطع التيار القصير عدة مرات. كلما زاد الجهد النظامي، زادت الأضرار الناجمة عن التيار القصير، ولكن انخفض احتمال حدوثه. لذا، فإن مفتاح الدائرة ذو الجهد المتوسط قادر على قطع التيار القصير 30 مرة كافٍ. اختبار النوع لقطع التيار القصير مكلف. بالنسبة لمفتاح الدائرة الفراغي 12 كيلوفولت، يكلف كل اختبار قطع تيار قصير حاليًا حوالي 10,000 يوان. إجراء اختبارات زائدة يكلف الكثير ولا حاجة له.

هل عدد أكبر من عمليات القطع الناجحة يعني قدرة قطع أفضل؟ هذا هو اعتقاد خاطئ آخر شائع. المفتاح الرئيسي لاختبار قطع التيار القصير لمفاتيح الدائرة الفراغية يكمن في أول عشر عمليات. طالما نجح المفتاح في قطع التيار المحدد في أول عشر عمليات، فإن أدائه اللاحق عادة ما يكون موثوقًا. البيانات الإحصائية لاختبارات النوع تظهر أن احتمال الفشل أعلى خلال أول عشر عمليات ويقل تدريجيًا مع زيادة عدد عمليات القطع. بعد 30 عملية قطع، يكون احتمال الفشل في الاختبارات اللاحقة قريبًا من الصفر. لذا، القدرة على قطع 30 مرة لا تعني أنه لا يمكن قطع 50 مرة - بل يعني فقط أن الاختبارات الإضافية غير ضرورية.

بالنسبة للعمر الميكانيكي لمفاتيح الدائرة الفراغية، لا يحتاج إلى متطلبات مرتفعة جدًا. الفئة M1 ليست أقل من 2,000 عملية، والفئة M2 فقط 10,000. الآن، يتنافس المصنعون في العمر الميكانيكي - أحدهم يدعي 25,000، والآخر يدعي 100,000. في عمليات المناقصة، يتم مقارنة قيم العمر الميكانيكي، وهو بلا معنى لمفاتيح الدائرة الفراغية المستخدمة للتوزيع. ومع ذلك، في التطبيقات المحددة مثل التبديل المتكرر للمحركات والأفران القوسية أو دارات التعويض التلقائي للسعة، تكون مفاتيح الاتصال (الكونتاكتورات) أكثر ملاءمة (غالبًا ما تستخدم مفاتيح الدائرة SF6 للتبديل بين البنوك الكهربائية ذات الجهد المتوسط). تتجاوز مفاتيح الاتصال العمر الميكانيكي والإلكتروني مليون عملية (يتم قياس العمر الإلكتروني بواسطة قطع التيار المعين، وليس التيار القصير). لا حاجة لتنافس العمر الميكانيكي في مفاتيح الدائرة.

04 متطلبات مرتفعة جدًا لبعض المعلمات الكهربائية الأخرى

القدرة على تحمل التيار القصير لمدة قصيرة لمفتاح الدائرة تشير إلى قدرته على تحمل الإجهاد الحراري للتيار القصير أثناء العطل. هذا ليس نفس الارتفاع في درجة الحرارة. اختبار الارتفاع في درجة الحرارة يتضمن مرور التيار المعين أو المحدد عبر المفتاح لفترة طويلة وضمان أن الارتفاع في درجة الحرارة في النقاط المختلفة لا يتجاوز الحدود المحددة. يتم اختبار القدرة على تحمل التيار القصير لمدة قصيرة لمفتاح الدائرة عادة لمدة 3 ثوانٍ.

خلال هذه الفترة، يجب ألا تؤدي الحرارة الناتجة عن التيار القصير إلى تلف المفتاح. القدرة على تحمل الحرارة لمدة 3 ثوانٍ كافية. السبب هو أن بعد حدوث التيار القصير، قد تتضمن الحماية المتدرجة تأخيرًا مقصودًا لضمان التمييز. بالنسبة للحماية الزمنية، يضمن تأخير 0.5 ثانية بين مفاتيح الدائرة المجاورة التمييز. إذا كان هناك فرق بين المفاتيح بمقدار مستويين، يكون التأخير 1 ثانية؛ وإذا كان الفرق ثلاثة مستويات، يكون التأخير 1.5 ثانية. القدرة على تحمل الحرارة لمدة 3 ثوانٍ كافية بالفعل. ومع ذلك، يصر بعض المستخدمين أو المصممين على القدرة على تحمل الحرارة لمدة 5 ثوانٍ، وهو أمر غير ضروري حقًا.

خلال عملية إغلاق مفتاح الدائرة، قد يحدث ارتداد بين الأقطاب المتحركة والسكونية. إذا كان وقت الارتداد طويلًا جدًا أو كان التزامن الثلاثي عند الإغلاق كبيرًا، فقد يحدث انهيار وإعادة تشغيل بين الأقطاب. إعادة التشغيل تسبب عملية شحن وتفريغ في الدائرة، مما يزيد من الانحدار والحجم الزائد للجهد. يعرف هذا الفائض الجهد بأنه فائض الجهد الناتج عن إعادة التشغيل بين الأقطاب.

خطورته قد تتجاوز فائض الجهد الناتج عن القطع في مفاتيح الدائرة الفراغية، مما يهدد العزل بين الأطراف في المحولات والمحركات. لذا، يجب ألا يتجاوز وقت الارتداد والتزامن الثلاثي 2 ميلي ثانية. يتم تصنيع معلمات مفاتيح الدائرة الحالية لتلبية هذا الشرط. ومع ذلك، يطالب بعض المستخدمين بقيم أقل من 2 ميلي ثانية، وحتى يتطلبون عدم تجاوز 1 ميلي ثانية، مما يتجاوز القدرات التقنية الحالية.

05 المشاكل السلبية الناتجة عن التيار الأولي المرتفع جدًا لمفصلات الفراغ

التيار الأولي المعين لمفصلات الفراغ ذات الجهد المتوسط هو 630 أمبير. حاليا، بعض الشركات المصنعة لم تعد تنتج الإصدارات 630 أمبير، والحد الأدنى للتيار الأولي ارتفع إلى 1250 أمبير. وهذا مرتبط بتصنيع مفصلات الفراغ. ومع ذلك، فإنه يجلب سلسلة من العواقب السلبية. بما أن التيار الأولي لمفصلات الفراغ مرتفع جدًا، يجب أن تتطابق مفاتيح الدائرة الفراغية التي تم تجميعها بهذه المفصلات مع تصنيف التيار للمفصلات. 

وبالتالي، يجب أن تتطابق جميع المكونات المرتبطة - مثل الأعمدة، وأطراف الإدخال على الأعمدة، والأطراف الثابتة في لوحة التحكم - مع تصنيف التيار للمفصلات. هذا يؤدي إلى هدر شديد للمعادن غير الحديدية في معظم الحالات. على سبيل المثال، قد يوفر مفتاح الدائرة الفراغية 12 كيلوفولت فقط محولًا بقدرة 1000 كيلوفولت أمبير، حيث يكون التيار المعين على الجانب 10 كيلوفولت فقط 57.7 أمبير. ومع ذلك، بما أن مفصل الفراغ يبدأ بـ 1250 أمبير، يجب أن يكون تصنيف التيار لمفتاح الدائرة 1250 أمبير. وبالتالي، يجب أن يكون تصنيف التيار لكل ملحقات المفتاح على الأقل 1250 أمبير، ويجب أن يكون تصنيف التيار للأطراف الثابتة في لوحة التحكم على الأقل 1250 أمبير، مما يؤدي إلى هدر كبير للمعادن غير الحديدية.

والأكثر سوءًا، يصر المستخدمون أو المصممون على أن قدرة التحمل للتوصيلات الرئيسية في لوحة التحكم يجب أن تتطابق مع قدرة التحمل لمفتاح الدائرة - أي أن قدرة التحمل للتوصيلات يتم تصميمها لـ 1250 أمبير. في الواقع، تكون قدرة التحمل 60 أمبير كافية، طالما أن المساحة الصغرى للدائرة تمر بالتحقق من الاستقرار الديناميكي والحراري، هناك مجال كبير لتوفير المواد.