کلیدهای قطع (ایزولاتور) در پست انواع، طراحی و کار در آزمون نظام مهندسی برق

کلیدهای قطع (ایزولاتور) در پست انواع، طراحی و کار در آزمون نظام مهندسی برق کلید قطع یک وسیله مکانیکی است که جریان الکتریکی را هدایت می کند و یک نقطه باز در مدار برای جداسازی کلیدهای مدار، سوئیچ های مدار، ترانسفورماتورهای قدرت، بانک های خازن، راکتورها یا سایر تجهیزات پست فراهم می کند. کلیدهای قطع در برخی از نقاط جهان به عنوان جدا کننده نیز شناخته می شوند.

سه عملکرد مهم که سوئیچ های جدا کننده باید انجام دهند عبارتند از

• برای باز و بسته شدن قابل اطمینان هنگام فراخوانی برای کار کردن،
• برای حمل جریان بار به طور مداوم بدون گرم شدن بیش از حد،
• و تحت شرایط فعلی خطا در موقعیت عملیات بسته باقی بماند.

کلیدهای قطع معمولاً برای ایجاد نقطه ایزوله بصری تجهیزات پست برای تعمیر و نگهداری استفاده می شوند.

معمولاً یک کلید قطع در هر طرف یک قطعه از تجهیزات پست نصب می‌شود تا تأییدی قابل مشاهده از باز شدن هادی‌های برق برای ایمنی پرسنل ارائه کند.

طراحی سوئیچ قطع اتصال

کلیدهای قطع برای انتقال جریان های بار به طور مداوم و جریان های اتصال کوتاه به صورت لحظه ای برای مدت زمان مشخصی طراحی شده اند (معمولاً بر اساس میزان جریان اتصال کوتاه در ثانیه یا چرخه اندازه گیری می شوند).

کلید قطع برای مدارهای سوئیچینگ بدون بار، باز یا بسته می شود که در آن جریان های ناچیز ایجاد یا قطع می شود (شامل جریان خازنی و جریان مقاومتی یا القایی) یا زمانی که ولتاژ قابل توجهی در ترمینال های کلید باز وجود ندارد.

آنها دستگاه هایی با سرعت نسبتاً پایین هستند. در نتیجه، آنها برای قطع هر قوس جریان با بزرگی قابل توجهی طراحی نشده اند. سوئیچ های قطع کننده ای نیز وجود دارد که می توان آنها را برای دور زدن بریکر یا سایر تجهیزات برای اهداف تعمیر و نگهداری نصب کرد و می توان از آنها برای قطعه بندی اتوبوس ها استفاده کرد.

تجهیزات ایمنی

به منظور محافظت از کارگران، پس از باز شدن سوئیچ ها، می توان زمینه های ایمنی قابل حمل را به تجهیزات قطع شده متصل کرد. سوئیچ ها می توانند به عنوان جایگزین یا علاوه بر پایه های قابل حمل (به عنوان یک اقدام ایمنی اضافی) به تیغه های اتصال به زمین مجهز شوند.

نقطه ضعف تیغه های اتصال زمین این است که آنها یک زمین ایمنی را در مکانی بدون تغییر ایجاد می کنند، در حالی که زمین های ایمنی قابل حمل را می توان در هر مکانی برای دستیابی به یک نقطه زمین برای ایمنی پرسنل قرار داد.

تیغه های اتصال به زمین با موقعیت ثابت معمولاً با بانک های خازن برای تخلیه بارهای به دام افتاده از بانک ها استفاده می شوند. آنها این عملکرد را با تخلیه شارژ انجام می دهند.

تجهیزات در هم تنیده

امکان نصب تجهیزات اینترلاک برای جلوگیری از عملکرد کلید قطع قبل از قطع جریان بار وجود دارد و از خطاهای توالی عملیاتی که می تواند باعث آسیب به تجهیزات پست شود جلوگیری می کند.

تجهیزات در هم تنیده به سه شکل اساسی وجود دارد:

1. نوع بادامک مکانیکی
2. نوع کلید
3. نوع شیر برقی

نوع بادامک مکانیکی

نوع عمل بادامک مکانیکی برای قفل کردن یک سوئیچ جداکننده و تیغه های زمین یکپارچه آن استفاده می شود. این امر از بسته شدن سوئیچ جداکننده در هنگام بسته شدن پره های اتصال به زمین و همچنین از بسته شدن پره های اتصال به هنگام بسته شدن کلید جداکننده جلوگیری می کند.

نوع کلید

نوع کلید فقط یک اکستنشن و جمع شدن پیستون مکانیکی است. این یک تجهیزات الکترومکانیکی است که از یک پیستون مکانیکی و یا کنتاکت های کلید کمکی الکتریکی یا یک سلونوئید الکتریکی تشکیل شده است.

در کاربردهای مختلفی از جمله،

• قفل کردن یک کلید قطع و پره های اتصال زمین یکپارچه آن
• قفل کردن پره‌های اتصال به زمین در یک کلید قطع با یک کلید جداکننده فیزیکی جداگانه در همان مدار،
• قفل کردن یک کلید قطع با یک قطع کننده مدار (برای اطمینان از باز بودن کلید قطع کننده قبل از باز شدن کلید قطع).

نوع شیر برقی

نوع شیر برقی معمولاً برای جلوگیری از باز شدن کلید قطع تا زمان باز شدن کلید مدار استفاده می شود. این متداول ترین نوع تجهیزات درهم تنیده است.

مکانیسم های عملیاتی در کلید قطع

برای برخی از کلیدهای قطع، عملکرد تک فاز یا سه فاز امکان پذیر است. یک کلید قطع سه فاز معمولاً مجهز به مکانیزم های عملیاتی است که امکان باز و بسته شدن آن را از سطح زمین توسط اپراتور ایستاده در سطح کلید فراهم می کند.

مکانیزم های عملیاتی دستی

انواع مختلفی از مکانیسم های عملکرد دستی وجود دارد. معمولاً از دسته های چرخشی و میل چرخ دنده استفاده می شود. چرخ‌های دستی یا دسته‌های رفت و برگشتی، مکانیزم‌های عملکرد دستی کمتر رایج هستند.

انتخاب مکانیسم عملکرد دستی برای استفاده بر اساس مقدار نیروی اعمال شده لازم برای اجازه عملکرد کلید قطع می شود.

یک قانون کلی وجود دارد مبنی بر اینکه کلیدهای قطع ولتاژ 69 کیلوولت یا کمتر یا جریان پیوسته 1200 آمپر و پایین تر معمولاً مجهز به دسته چرخشی هستند. در حالی که سوئیچ‌های قطع با ولتاژ بالای 115 کیلو ولت و جریان پیوسته 1600 آمپر معمولاً به مکانیزم عملکرد میل دنده مجهز هستند. بسته به نوع کلید قطع استفاده شده، این قرارداد می تواند متفاوت باشد. انواع مختلف سوئیچ های قطع کننده برای کار به نیروی متفاوتی نیاز دارند.

مکانیزم های عملیاتی موتور

مکانیزم سوئیچینگ با موتور نیز موجود است و در مواقعی که سوئیچینگ از راه دور ضروری یا مطلوب باشد استفاده می شود .  معمولاً زمانی استفاده می‌شود که سوئیچ قطع بخشی از یک طرح جامع نظارت بر سیستم است، مانند یک سیستم کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده (SCADA).

مکانیسم های کارکرده با موتور یا توسط باتری پست یا با برق AC کمکی تغذیه می شوند. مکانیسم‌هایی وجود دارند که با موتور کار می‌کنند که باتری‌های داخلی خودشان را دارند که می‌توانند توسط یک منبع AC کمکی از طریق شارژر قطره‌ای AC به DC شارژ شوند. این کار چندین عملیات ذخیره شده را در صورت قطع برق AC کمکی فراهم می کند.

برای پست های بدون ساختمان کنترل برای ذخیره باتری های پست، این اپراتورهای موتور انرژی ذخیره شده ایده آل هستند. آنها همچنین در تاسیسات خطی که از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست به اپراتور موتور با یک منبع باتری DC در خارج از موتور مجهز شوند، مفید هستند.

برای کنترل یک اپراتور موتور انرژی ذخیره شده از راه دور، یک واحد پایانه راه دور یک سیگنال الکتریکی را ارائه می دهد که اپراتور موتور را تحریک می کند.

انواع سوئیچ های قطع و وصل

کلید قطع را می توان در موقعیت های مختلفی نصب کرد که رایج ترین آنها افقی، عمودی و زیر آویزان است. کلیدهای قطع را می توان برای عملکرد افقی یا عمودی بر اساس نحوه نصب تیغه های سوئیچ آنها بر روی کلید طراحی کرد.

انواع مختلفی از سوئیچ های قطع بر اساس پیکربندی آنها موجود است، از جمله

1. شکست عمودی
2. شکست دو طرفه (همچنین گاهی اوقات شکست دو طرفه نیز نامیده می شود)
3. شکست دو طرفه “Vee” (همچنین گاهی اوقات شکست دو طرفه “Vee” نیز نامیده می شود)
4. استراحت در مرکز
5. فاصله مرکزی “Vee”
6. استراحت یک طرفه
7. دسترسی عمودی (که گاهی اوقات به آن سوئیچ های پانتوگراف، نیمه پانتوگراف یا زانو نیز می گویند)
8. زمین کردن
9. چوب قلاب

انواع مختلف سوئیچ های قطع دارای ویژگی های خاصی هستند که برای کاربردهای مختلف مناسب است.

1. کلید قطع اتصال عمودی

کلیدهای قطع کننده عمودی پرکاربردترین طراحی کلید قطع است. آنها همه کاره ترین طراحی کلید قطع هستند و می توانند با حداقل فاصله فاز نصب شوند.

آنها برای استفاده در محیط های یخی به دلیل طراحی تیغه های چرخشی بسیار عالی هستند. طراحی تماس آنها آنها را برای نصب در مکان هایی با جریان خطا بالا ایده آل می کند.

2. سوئیچ قطع اتصال دو طرفه

کلیدهای قطع دو طرفه را می توان بر روی حداقل فاصله فاز نصب کرد (همان فاصله فاز برای کلیدهای قطع عمودی به دلیل جدا شدن پره های کلید قطع از منبع و بار در حالت باز).

 

آنها را می توان در مکان هایی با فاصله بالای سر کم نصب کرد (کاری که طرح های کلید قطع عمودی نمی توانند انجام دهند). از آنجایی که تیغه ها در حین کار نیازی به بلند شدن ندارند، نیازی به تعادل ندارند (بسیاری از کلیدهای شکست عمودی به فنرهای تعادل متکی هستند تا تلاش عملیاتی را کاهش دهند و حرکت تیغه ها را در حین عملیات باز و بسته کردن کنترل کنند).

با توجه به طراحی تیغه دوار، کلیدهای شکست دو انتها برای کاربرد در محیط های یخی بسیار عالی هستند (حتی بهتر از سوئیچ های شکست عمودی به دلیل پیکربندی تماس سوئیچ شکست دو طرفه در مقابل سوئیچ شکست عمودی).

با توجه به طراحی تماسی آنها، برای نصب در مناطقی با جریان گسل بالا ایده آل هستند. علاوه بر این، آنها مزیت قطع جریان شارژ خط و جریان مغناطیسی بیشتری را نسبت به یک سوئیچ قطع دارند زیرا در هر فاز دو قطع می‌شوند.

3. سوئیچ قطع اتصال “Vee” دو انتها

کلیدهای “Vee” دو انتها همه ویژگیهای مشابهی با کلیدهای قطع دو سر معمولی دارند اما دارای یک ویژگی اضافی هستند. از ویژگی های اضافی این کلید می توان به مصرف کمترین فضای پست در بین هر کلید سه فاز اشاره کرد.

آنها را می توان بر روی تیرهای افقی با یک، دو یا سه ستون عمودی (بسته به درجه کیلوولت کلید و سایر شرایط خاص مکان مانند ملاحظات لرزه ای) نصب کرد.

4. سوئیچ قطع اتصال وسط

یک کلید قطع مرکزی را می توان در یک مکان با حداقل فاصله بالای سر نصب کرد، اما به فاصله فاز بیشتری نسبت به یک کلید قطع عمودی، یک کلید قطع دو طرفه، یا یک کلید قطع کننده دو انتهایی “Vee” نیاز دارد. این به این دلیل است که سوئیچ های بریک مرکزی دارای یکی از دو تیغه در هر فاز در حالت باز هستند.

برای هر سوئیچ سه فاز تنها به شش عایق نیاز دارد (در مقابل 9 عایق در هر کلید سه فاز که برای قطع عمودی، شکست دو انتها و کلیدهای Vee نیاز است).

سوئیچ های قطع مرکزی نیازی به تعادل برای تیغه ها ندارند زیرا تیغه ها در حین کار نیازی به بلند شدن ندارند.

آنها بهترین طراحی سوئیچ سه فاز موجود برای نصب عمودی هستند زیرا دو تیغه در هر فاز از طریق اتصال لوله همگام، یکدیگر را در حین عملیات باز و بسته شدن متعادل می کنند.

5. سوئیچ قطع “Vee” وسط را قطع کنید

همانند سوئیچ های مرسوم قطع مرکزی، سوئیچ های “Vee” بسیاری از ویژگی های مشابه را دارند، اما به فضای کمتری در پست نیاز دارند.

دلیل این امر این است که می توان آنها را بر روی یک سازه تیر افقی با یک، دو یا سه ستون عمودی نصب کرد.

6. سوئیچ قطع اتصال یک طرفه

کلید قطع جانبی تکی را می توان در مکان هایی با حداقل فاصله بالای سر نصب کرد، اما ممکن است به فاصله فاز بیشتری نسبت به کلیدهای “Vee” شکستن عمودی، دوتایی انتهایی یا دو انتها نیاز داشته باشد.

آنها برای هر کلید سه فاز تنها به شش عایق نیاز دارند (در مقابل 9 عایق در هر کلید سه فاز که برای قطع عمودی، قطع دو انتهایی و کلیدهای Vee نیاز است)

آنها نیازی به تعادل برای تیغه ها ندارند زیرا لازم نیست در حین کار بلند شوند.

7. کلید قطع دسترسی عمودی

کلیدهای دسترسی عمودی بیشتر در کاربردهای ولتاژ بالا (EHV) استفاده می شوند، معمولاً برای تاسیسات 345، 500 و 765 کیلوولت.

در صنعت آب و برق ایالات متحده، سوئیچ های دسترسی عمودی نادر هستند، اما در اروپا و جاهای دیگر، نسبتاً رایج هستند.

8. کلید زمین

سوئیچ اتصال به زمین را می توان در هر یک از انواع کلید قطع اتصال که قبلا ذکر شد ادغام کرد یا می توان آن را به عنوان یک دستگاه مستقل نصب کرد (یعنی به عنوان جزء جدایی ناپذیر یک کلید قطع متصل نیست).

هدف کلیدهای اتصال به زمین اطمینان از اتصال زمین ایمن کلیدهای قطع، اتوبوس ها و بانک های خازن است. سوئیچ های زمین، همانطور که قبلاً ذکر شد، معمولاً به یک طرح به هم پیوسته مجهز هستند تا از ترتیب عملکرد مناسب اطمینان حاصل شود.

9. سوئیچ چوب قلاب

سوئیچ هوک استیک وسیله ای تک فازی است که جداسازی، دور زدن (معمولاً برای رگولاتور، بازگیر یا ترانسفورماتور جریان)، انتقال (یعنی تغذیه بار از منبع جایگزین)، یا زمین را فراهم می کند.

استانداردهای سوئیچ را قطع کنید

برای تمام انواع کلیدهای قطع برق که قبلاً ذکر شد، فاصله فاز معمولاً برای برآوردن فاصله سیستم  اتوبوس در پست تنظیم می شود . بسته به نوع سوئیچ و درجه بندی kV، استانداردها حداقل فاصله فلز به فلز را برای اطمینان از عملکرد الکتریکی مناسب تعیین می کنند.

تقریباً قبل از سال 1970، تقریباً همه سوئیچ‌ها دارای قطعات برقی مسی بودند و استانداردی را رعایت می‌کردند که امکان افزایش دمای 30 درجه سانتی‌گراد را در هنگام برق‌گیری و داشتن مقدار فعلی پلاک نام کامل خود فراهم می‌کرد. از سال 1970، بسیاری از طرح‌های سوئیچ با استفاده از قطعات برقی آلومینیومی ایجاد شده‌اند و یک استاندارد حاکم جدید اجازه می‌دهد زمانی که سوئیچ با جریان کامل خود، دمای 53 درجه سانتی‌گراد افزایش یابد.

مطابق با استانداردهای بین‌المللی، سوئیچ‌هایی که دارای رتبه‌بندی کامل پلاک نام هستند می‌توانند تا ۶۵ درجه سانتی‌گراد افزایش پیدا کنند. وقتی صحبت از قابلیت افزایش دما به میان می آید، سوئیچ های خنک کننده بهتر هستند، زیرا ظرفیت حمل جریان ذاتی بیشتری دارند. بنابراین یک سوئیچ افزایش 30 درجه سانتیگراد از یک کلید افزایش 53 درجه سانتیگراد یا یک کلید افزایش 65 درجه سانتیگراد توانایی بیشتری دارد و یک کلید افزایش 53 درجه سانتیگراد از یک کلید افزایش 65 درجه سانتیگراد توانایی بیشتری خواهد داشت.