سوییچ بار فشار بالا - راه حل ترکیبی دستگاه الکتریکی با فیوز: راهنمای ایمنی مبتنی بر جریان انتقال

۱. مسئله اصلی و هدف​
این راه‌حل به دنبال پاسخگویی به ریسک‌های ایمنی ناشی از عدم تطابق بین پارامتر اصلی "جریان انتقال" در "وسایل الکتریکی ترکیبی کلید بار-فیوز" و جریان کوتاه مدار واقعی سیستم در حین محافظت از ترانسفورماتورهای قدرت است. هدف ارائه یک مجموعه روشن از دستورالعمل‌ها برای انتخاب، تأیید و کاربرد است تا اطمینان حاصل شود که وسیله الکتریکی ترکیبی به درستی و قابل اعتماد عمل می‌کند در زمان خرابی ترانسفورماتور. این امر جلوگیری می‌کند از آسیب دیدن کلید بار به دلیل قطع جریان‌های فراتر از توانایی آن و حفظ کل سیستم توزیع.

​۲. مفهوم کلیدی: جریان انتقال​

1. ​تعریف و مکانیزم​
   جریان انتقال مقدار بحرانی جریان است که تعیین می‌کند آیا جریان خرابی توسط فیوز یا کلید بار قطع می‌شود. وقوع آن به طور نزدیکی با مکانیزم عملکرد وسیله الکتریکی ترکیبی مرتبط است:
   • ​جریان خرابی کوچک: فیوز یک فاز (فاز اول که قطع می‌شود) ابتدا ذوب می‌شود و ضربه‌دهنده آن مکانیسم کلید بار را فعال می‌کند، که باعث می‌شود همه سه قطب کلید بار همزمان باز شوند و جریان دو فاز باقی‌مانده را قطع کنند.
   • ​جریان خرابی بزرگ: همه سه فیوز تقریباً همزمان و سریعاً ذوب می‌شوند و جریان خرابی را قبل از باز شدن کلید بار قطع می‌کنند.
   • جریان انتقال دقیقاً مرز بین این دو حالت عملکرد است.
2. ​روش تعیین رسمی​
   بر اساس استانداردهای IEC، جریان انتقال (Itr) بر اساس تعیین می‌شود:
   • زمان کل قطع کلید بار (T0): زمان از فعال شدن ضربه‌دهنده فیوز تا جدا شدن کامل تماس‌های کلید بار.
   • منحنی مشخصات زمان-جریان فیوز: روی منحنی مشخصات با انحراف ساخت -6.5٪، مقدار جریان متناظر با زمان عملکرد 0.9 × T0 جریان انتقال است.
3. ​طبقه‌بندی و عوامل مؤثر​
   • ​جریان انتقال اسمی: مقدار استانداردی که توسط سازنده ارائه می‌شود، بر اساس بالاترین رتبه عنصر فیوز.
   • ​جریان انتقال واقعی (Ic,zy)​: مقداری که باید در کاربردهای مهندسی تأیید شود، که از منحنی مشخصات بر اساس رتبه واقعی عنصر فیوز انتخاب شده و T0 به دست می‌آید.
   • ​عوامل مؤثر اصلی: زمان قطع T0 کلید بار عامل اصلی است. یک T0 کوچک‌تر باعث می‌شود جریان انتقال بزرگ‌تر شود. خصوصیات خود فیوز نیز عاملی است.

​۳. اصول کاربرد اصلی و فرآیند تأیید​

1. ​قاعده طلا​
   برای اطمینان از ایمنی، شرط زیر باید برقرار باشد:
   مقدار جریان کوتاه مدار سه فاز در بارهای جانبی پایین ولتاژ ترانسفورماتور، تبدیل شده به سمت ولتاژ بالا (Isc) > جریان انتقال واقعی وسیله الکتریکی ترکیبی (Ic,zy)
   • ​در صورت برقراری: جریان کوتاه مدار سه فاز توسط فیوز قطع می‌شود و کلید بار محافظت می‌شود.
   • ​در صورت عدم برقراری: کلید بار مجبور می‌شود جریان (تقریباً جریان کوتاه مدار دو فاز) را قطع کند و تحت فشار شدید ولتاژ بازیابی موقت (TRV) قرار می‌گیرد که باعث احتمال بالای خرابی و وقوع حوادث می‌شود.
2. ​مراحل انتخاب و تأیید​
   برای کاربرد صحیح وسیله الکتریکی ترکیبی، مراحل زیر باید دنبال شوند:
3. ​جمع‌آوری پارامترهای سیستم: کسب ظرفیت کوتاه مدار سیستم، ظرفیت ترانسفورماتور و ولتاژ امپدانس.
4. ​انتخاب اولیه: بر اساس جریان اسمی ترانسفورماتور، انتخاب اولیه مشخصات مناسب فیوز و نوع کلید بار.
5. ​محاسبه جریان‌های کلیدی:
   o محاسبه جریان کوتاه مدار سه فاز در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور و تبدیل آن به سمت ولتاژ بالا (Isc).
   o بر اساس مشخصات فیوز انتخاب شده و زمان T0 کلید بار، مراجعه به منحنی ارائه شده توسط سازنده برای به دست آوردن جریان انتقال واقعی (Ic,zy).
6. ​اجراء تأیید اصلی: مقایسه Isc و Ic,zy.
   o اگر Isc > Ic,zy، تأیید با موفقیت انجام می‌شود و راه‌حل اساساً ایمن است.
   o اگر Isc < Ic,zy، راه‌حل خطرهایی دارد و اقدامات بهینه‌سازی لازم است (به بخش چهارم مراجعه کنید).
7. ​تأیید نهایی توانایی: تأیید کنید که توانایی قطع جریان انتقال اسمی کلید بار انتخاب شده بزرگ‌تر از Ic,zy محاسبه شده است. این به عنوان مانع ایمنی نهایی عمل می‌کند.

​۴. راهنمایی برای سناریوهای مختلف​

1. ​ظرفیت ترانسفورماتور ≤ 630kVA​
   • ​راه‌حل: استفاده از وسیله الکتریکی ترکیبی عموماً ایمن و اقتصادی است.
   • ​توضیح: همان‌طور که در جدول نشان داده شده است، برای ترانسفورماتورهای 500kVA و 630kVA (با امپدانس 4٪)، شرط Isc > Ic,zy در صورت وجود ظرفیت کوتاه مدار سیستم کافی به راحتی برقرار می‌شود.
   • ​پیشنهاد: می‌توان از وسایل الکتریکی ترکیبی کلید بار هوایی معمولی انتخاب کرد.
2. ​ظرفیت ترانسفورماتور 800 ~ 1250kVA​
   • ​راه‌حل: محدوده خطر بالا، تأیید دقیق الزامی است.
   • ​تحلیل: همان‌طور که در جدول نشان داده شده است، حتی با امپدانس ترانسفورماتور 6٪، برای ترانسفورماتورهای با ظرفیت 800kVA و بالاتر، شرط Isc > Ic,zy دشوار است. اگر کلیدهای بار خلاء یا SF6 با T0 کوچک‌تر انتخاب شوند، جریان انتقال آن‌ها بزرگ‌تر خواهد بود و شرط دشوارتر می‌شود.
   • ​اقدامات بهینه‌سازی:
   o اولویت دادن به استفاده از کلیدهای بار هوایی با زمان قطع طولانی‌تر (T0) برای کاهش جریان انتقال و تسهیل برقراری شرط.
   o ارتباط فعال با سازندگان برای پرسیدن اینکه آیا می‌توان کلیدهای بار خلاء یا SF6 را تنظیم کرد (با افزایش T0) تا جریان انتقال کوچک‌تر شود.
   o اگر پس از محاسبه و تأیید شرط برقرار نشود، راه‌حل وسیله الکتریکی ترکیبی باید کنار گذاشته شود.
   • ​پیشنهاد نهایی: برای ترانسفورماتورهای 1000kVA و 1250kVA، به ویژه ترانسفورماتورهای خشک، به شدت توصیه می‌شود از کلیدهای برش استفاده شود.
3. ​ظرفیت ترانسفورماتور > 1250kVA​
   • ​راه‌حل: باید از کلیدهای برش برای محافظت و کنترل استفاده شود.
   • ​توضیح: سطح جریان کوتاه مدار در این ظرفیت فراتر از محدوده محافظت قابل اعتماد وسایل الکتریکی ترکیبی است. کلیدهای برش تنها گزینه ایمن هستند.

​۵. خلاصه و نکات خاص​

1. ​تأیید الزامی است: هرگز فقط بر اساس تجربه یا ساده‌سازی بر اساس ظرفیت ترانسفورماتور از وسایل الکتریکی ترکیبی استفاده نکنید. محاسبه و مقایسه Isc و Ic,zy الزامی است.
2. ​تاثیر نوع کلید بار را در نظر بگیرید: اینکه فرض کنید کلیدهای بار خلاء یا SF6 با توانایی قطع قوی‌تر برتر هستند اشتباه است. T0 کوچک‌تر آن‌ها باعث می‌شود جریان انتقال بزرگ‌تر شود که می‌تواند شرط تأیید اصلی را سخت‌تر کند و خطراتی ایجاد کند.
3. ​اهمیت ظرفیت کوتاه مدار سیستم: ظرفیت کوتاه مدار سیستم مستقیماً مقدار Isc را تحت تاثیر قرار می‌دهد. در سیستم‌های با ظرفیت کوتاه مدار کوچک‌تر، مانند پارک‌های صنعتی یا انتهای شبکه، این مسائل برجسته‌تر می‌شوند و در انتخاب باید دقت بیشتری مبذول شود.