طراحی و معرفی انواع کلید قدرت SF6

طراحی و معرفی انواع کلید قدرت SF6:

کلید قدرت SF6 توسط چندین تولید کننده و در چندین طرح به بازار عرضه شده است. انواع قطع کننده مدار SF6 را می توان به دو دسته زیر تقسیم کرد:

• کلید قدرت دو فشار SF6.
• کلید قدرت پافر تک فشار SF6.

در کلید قدرت SF6 از نوع دو فشاری، گاز سیستم فشار بالا از طریق یک نازل در فرایند خاموش شدن قوس به سیستم فشار پایین رها می شود. این طرح منسوخ شده است.

سیستم دو فشاری بر اساس طرح انفجار هوا کار می کرد و برای ایجاد سیستم حلقه بسته برای گازهای خروجی اصلاح شد.

پس از خاموش شدن قوس، گازهای موجود در مخزن فشار کم فیلتر و فشرده شده و سپس در مخزن فشار بالا برای استفاده بیشتر ذخیره می شوند. گرم کن ها نیز برای اطمینان از تبدیل گاز به مایع در دماهای پایین نصب شده اند، که باعث می شوند محیط یک قطع کننده غیرقابل استفاده شود.

کلید قدرت SF6 دوفشاری
شکل 3: کلید قدرت SF6 دوفشاری
در کلید قدرت SF6 تک فشار، گاز SF6 توسط سیستم سیلندر متحرک فشرده شده و در حین خاموش شدن قوس از طریق نازل آزاد می شود. این طرح در طیف وسیعی از ولتاژها از 13٫6 کیلوولت تا 760 کیلوولت محبوبیت بیشتری دارد.

طرح های کلید قدرت SF6 برای اولین بار در سال 1957 توسط وستینگهاوس تولید شد. در طرح های اولیه از یک سیستم فشار دوگانه استفاده می شد که در دهه 1970 با طراحی نوع پافر تک فشار جایگزین شد.

طراحی های کلید قدرت SF6 (مخزن زنده و مخزن مرده):
در هر دو نوع دو فشار و تک فشار، کلید ابزار (سوئیچگیر) SF6 از نوع طراحی مخزن مرده یا طراحی مخزن زنده است.

طراحی مخزن مرده برای تأسیسات بیرونی و مخزن زنده (یا طراحی مدولار) برای تأسیسات داخلی است. مخازن کلید قدرت به طور فزاینده ای در پست های عایق SF6 برای تأسیسات داخلی یا خارجی ادغام می شوند.

کلید قدرت SF6 در طرح های زیر موجود است:

• کلید قدرت مخزن زنده.
• کلید قدرت مخزن مرده.
• طراحی مخزن زمین شده.

مخزن زنده به این معنی است که قطع در محوطه ای که در خط پتانسیل است رخ می دهد. چنین کلید قدرتی دارای یک محفظه قطع کننده است که روی عایق ها نصب شده است و در خط پتانسیل قرار دارد. یک مدارشکن با چنین طراحی مدولار می تواند به صورت سری به هم متصل شود تا در سطوح ولتاژ بالاتر کار کند.

مخزن مرده به این معنی است که قطع در یک محفظه زمینی رخ می دهد. ترانسفورماتورهای جریان در دو طرف قطع (یعنی کنتاکت های مدارشکن) قرار دارند. در چنین مدارشکن هایی تعمیر و نگهداری قطع کننده در سطح زمین صورت می گیرد. مقاومت لرزه ای مدارشکن مخزن مرده بهتر از قطع کننده های مدار با طراحی مخزن زنده است.

با این حال، آن ها به گاز عایق بیشتری نیاز دارند تا بتوانند مقدار مناسب عایق بین قطع کننده و محفظه مخزن زمین را تأمین کنند. مخزن مدولار مدارشکن ویژه برای ادغام سیستم های پست عایق SF6 توسعه یافته است.

مخزن متصل به زمین به این معنی است که قطع کننده در محوطه ای رخ می دهد که تا حدی در پتانسیل خط و تا حدی در پتانسیل زمین است. تکامل طراحی مدارشکن مخزن پایه نتیجه نصب یک مخزن مدارشکن مخزن زنده در طراحی کلید قدرت مخزن مرده است.

خواص گاز SF6:
ویژگی های مهم کلید قدرت SF6 در ادامه آورده شده اند.

میزان سمی بودن:
گاز SF6 در حالت خالص بی بو، بی رنگ، بی مزه و غیرسمی است. با این حال، با حذف اکسیژن باعث خفگی شود. اگر میزان اکسیژن طبیعی هوا از 21 درصد به کمتر از 13 درصد کاهش یابد، خفگی ناگهانی می تواند رخ دهد.

قدرت دی الکتریک:
گاز SF6 دارای قدرت دی الکتریک حدود سه برابر هوا در فشار یک اتمسفر برای فاصله الکترودهای مشخص است. با افزایش فشار، قدرت دی الکتریک افزایش می یابد. در اتمسفر 3، قدرت دی الکتریک تقریباً معادل روغن ترانسفورماتور است.

هدایت حرارتی:
رسانایی حرارتی SF6 کمتر از هوا است، اما قابلیت انتقال حرارت کلی آن، به ویژه هنگامی که همرفت در نظر گرفته می شود، بسیار عالی است و مشابه گازهایی مانند هیدروژن و هلیوم و بالاتر از هوا است.

در دماهای بالا، منحنی رسانایی حرارتی SF6 یکی از ویژگی های استثنایی گاز را آشکار می کند، که باعث می شود از آن برای خاموش کردن قوس ها با انتقال حرارتی استفاده شود.

خاموش کردن قوس:
گاز SF6 تقریباً 100 برابر مؤثرتر از هوا در خاموش کردن قوس مجعول است. SF6 همچنین دارای ظرفیت حرارتی بالایی است که می تواند انرژی قوس را بدون افزایش زیاد دما جذب کند.

خواص الکتریکی:
خواص دی الکتریک عالی SF6 به دلیل ویژگی الکترونگاتیوی مولکول های آن است. این گاز گرایش شدیدی برای گرفتن الکترون های آزاد که یون های سنگین را با تحرک کم تشکیل می دهند، ایجاد می کند که توسعه بهمن الکترون را بسیار دشوار می کند.

به دلیل توانایی خاموش کنندگی قوس SF6، کرونا و قوس در SF6 تا زمانی که از سطح ولتاژ شروع کرونا و قوس در هوا عبور نکند، رخ نمی دهد. SF6 در معرض پدیده کرونا مداوم به آرامی تجزیه می شود.

خواص شیمیایی:
SF6 به طور کامل نیازهای ظرفیت مولکول گوگرد را برآورده می کند. ساختار مولکولی آن هشت ضلعی است و هر رأس یک مولکول فلورین دارد. این شش پیوند کووالانسی هستند که ثبات استثنایی این ترکیب را تشکیل می دهند.

گاز SF6 را می توان بدون تجزیه تا 500 درجه سانتی گراد در غیاب فلزات کاتالیزوری گرم کرد. این گاز غیرقابل اشتعال است و هیدروژن، کلر و اکسیژن هیچ تأثیری روی آن ندارند. SF6 در آب نامحلول است و اسیدها به آن حمله نمی کنند.

میزان سمی بودن فراورده های قوس الکتریکی:
هنگامی که گاز SF6 در معرض قوس الکتریکی قرار گیرد، فراورده ای تجزیه سمی تشکیل می شوند. این فراورده ها فلوراید فلز هستند و یک پودر سفید یا برنزه تشکیل می دهند.

گازهای سمی نیز به وجود می آیند که مشخصاً بویی شبیه تخم مرغ گندیده دارند.