تحليل شامل لقواطع الدائرة الكهربائية الفراغية: مبدأ العمل والخصائص ودليل التطبيق

قواطع الدائرة الكهربائية الفراغية هي نوع من أجهزة التحويل الرئيسية المستخدمة في أنظمة الطاقة. يمكنها قطع التيار بسرعة عندما تفشل الدائرة، مما يحمي بشكل فعال سلامة الدوائر والمعدات ذات الصلة. ستحلل هذه المقالة بعمق مبدأ العمل، وميزات التصميم، ومجالات التطبيق الرئيسية لقواطع الدائرة الكهربائية الفراغية، مما يساعدك على فهم أهمية قواطع الدائرة الكهربائية الفراغية ومهارات اختيارها في أنظمة الطاقة.

ما هو قاطع الدارة الكهربائية الفراغية؟

إنه جهاز تبديل عالي الكفاءة له تطبيق واسع في أنظمة الطاقة. يمكنه قطع التيار بسرعة عند حدوث عطل في الدائرة لحماية الدائرة والمعدات ذات الصلة من التلف. وتكمن الميزة الأساسية لهذا الجهاز في استخدام التفريغ كوسيط عزل وإطفاء القوس الكهربائي؛ ومن ثم، يُطلق عليه أيضًا قاطع دائرة إطفاء القوس الكهربائي التفريغي.

مبدأ عمل قاطع الدارة الكهربائية

إن مبدأ العمل الرئيسي لموزع القوس المتردد هو قطع طاقة القوس الكهربائي بين التلامسات. ويحدث الانحناء عندما ينفصل التلامس المتحرك عن التلامس الثابت في بيئة فراغ. وبسبب التكثيف السريع للأيونات وبخار المعدن، ينطفئ القوس في وقت قصير جدًا. ويزيد من قوة العازل الكهربائي لدرجة أن قاطع الدائرة الكهربائية سيكون قادرًا على قطع التيار بسرعة من أجل التشغيل الآمن لنظام الطاقة.

خصائص قاطع الدائرة الكهربائية الفراغية

أداء عزل أعلى: الوسائط العازلة عبارة عن تفريغ، وأداء إطفاء القوس الكهربائي في التفريغ يعادل أداء قاطع الدائرة الكهربائية الهوائي و SF6.

تصميم مدمج وخفيف الوزن: بالمقارنة مع قواطع الدائرة الكهربائية التقليدية، تتميز قواطع الدائرة الكهربائية الفراغية بتصميم مدمج وتركيب مرن وسهل.

فعّالة واقتصادية: لا تحتاج إلى صيانة باهظة الثمن، كما أنها تدوم طويلاً للغاية مع إمكانية الانقطاع المتعدد للقدرة الكاملة.

زمن التقوس: بشكل عام، يكون حوالي نصف دورة (10 مللي ثانية)، مهما كان حجم التيار.

مستوى الضجيج: ضجيج منخفض للغاية أثناء التشغيل؛ وبالتالي، فهو يناسب حتى البيئات الحساسة للضوضاء.

عمر ميكانيكي طويل: تآكل التلامس صغير ويمكن أن يتحمل عمليات عالية التردد.

المكونات الرئيسية لقاطع الدارة الكهربائية

مطفأة القوس الكهربائي: يستخدم المكون الأساسي لعزل القوس الكهربائي وإطفاءه.

التلامسات المتحركة والتلامسات الثابتة: أجزاء التوصيل الكهربائي الرئيسية، وعادةً ما تكون مصنوعة من مواد عالية التوصيل ومقاومة للتآكل.

آلية التشغيل: للتحكم في فتح/إغلاق قاطع الدائرة، بما في ذلك جهاز تخزين الطاقة الزنبركي الذي يمكن التحكم فيه يدوياً أو عن بُعد.

دعامة عازلة: يوفر الدعم الميكانيكي والعزل الكهربائي.

موصلات موصلة: ضمان التوصيل الموثوق للدائرة الكهربائية.

مبيت: يحمي الأجزاء الداخلية من البيئة.

تطبيق قاطع الدائرة الكهربائية الفراغية

في الوقت الحاضر، يتم تطبيق قواطع الدائرة الكهربائية الفراغية على كل نظام طاقة من 11 كيلو فولت إلى 33 كيلو فولت في المحطات الفرعية وتوزيع الطاقة الصناعية وشبكة الطاقة الحضرية. وتتمثل مزاياها فيما يلي:

صيانة أقل: نظرًا لأن الملامسات في حالة تفريغ، لا يلزم إجراء صيانة دورية.

عمر طويل: يصل إلى آلاف المرات من العمليات الحالية المقدرة مع موثوقية عالية.

حماية البيئة: عدم انبعاث الغازات وحماية البيئة الخضراء.

التوافق العالي: ينطبق على كسر شبكة الطاقة ذات الجهد العالي وحمل المكثفات.

مهارات الاختيار

أثناء اختيار قاطع الدارة الكهربائية، يجب مراعاة ما يلي:

التيار المقدر: وفقًا لتيار الحمل الفعلي، اختر المواصفات المناسبة، مثل 630 أمبير، 1250 أمبير، إلخ.

تيار القطع المقدر: قيمة الذروة لتيار الدائرة القصيرة التي يجب أن يتحملها قاطع الدائرة الكهربائية.

بيئة التركيب: وفقًا للتطبيقات الداخلية أو الخارجية المختلفة، مثل "N" للتركيب الداخلي و"W" للتركيب الخارجي، يجب اختيار الطراز المناسب.

نوع مجموعة المفاتيح الكهربائية: وفقًا لمتطلبات مجموعة المفاتيح الكهربائية الثابتة أو القابلة للإزالة.

على سبيل المثال، عندما يكون الحد الأقصى لتيار الدائرة القصيرة 26 كيلو أمبير، يمكن اختيار قاطع دائرة كهربائية بتيار كسر مقنن يبلغ 31.5 كيلو أمبير.

آلية تشغيل قاطع الدائرة الفراغية ذات الجهد العالي

تدفع آلية تشغيل قاطع الدارة الكهربائية ذات الجهد العالي التفريغي التلامسات المتحركة والتلامسات الثابتة للانفصال من خلال الطاقة المخزنة في الزنبرك. في بيئة عالية التفريغ، ينطفئ القوس بسرعة لعدم وجود غاز كافٍ للحفاظ على القوس. من خلال هذا التصميم، يمكن أن يعمل قاطع الدائرة الكهربائية بكفاءة تحت الجهد العالي مع تآكل أقل على المعدات.

الصيانة والتطوير المستقبلي

نقاط الصيانة:

الفحص المنتظم لدرجة الفراغ وسلامة التآكل ومظهر التلامس.

ضمان المرونة والموثوقية في آلية التشغيل.

الاتجاهات المستقبلية:

يلعب قاطع الدائرة الكهربائية الفراغية دورًا حيويًا في الإدارة الفعالة للطاقة من أجل التنمية المستدامة خلال الفترة التي ستصبح فيها الشبكة الذكية ومصادر الطاقة المتجددة أكثر شيوعًا. كما سيكون التصميم ذكيًا لتلبية احتياجات الطاقة المتغيرة.

الخاتمة

لقد أصبح قاطع الدائرة الكهربائية التفريغي جهازًا مهمًا في نظام الطاقة الحديث نظرًا لكفاءته العالية وأمانه وانخفاض صيانته. فهو لا يضمن الأداء الممتاز في استقرار نظام الطاقة فحسب، بل يضع أيضًا أساسًا متينًا جدًا لاستخدام معدات طاقة ذكية وصديقة للبيئة.