خانه / دسته‌بندی نشده / انواع و روش های تست کلید قدرت

انواع و روش های تست کلید قدرت

مدارشکن یا دِژُنکتُور  نوعی کلید قدرت خودکار است که برای محافظت
از یک مدار الکتریکی در مقابل خطرات ناشی از اضافه بار یا اتصال کوتاه طراحی شده‌است.
برعکس فیوز که یک بار عمل کرده و پس از آن باید تعویض شود، مدارشکن می‌تواند مجدداً (به‌طور خودکار یا دستی) وارد مدار شود.
مدارشکن‌ها در اندازه‌های مختلفی ساخته می‌شوند و می‌توانند
از یک کلید کوچک مورد استفاده در یک منزل تا یک کلید بزرگ که
برای محافظت مدارهای ولتاژ بالاو تغذیه یک شهر به کار می‌رود متفاوت باشند.

شکل مدارشکن مینیاتوری

عملکرد

تمامی مدارشکن‌ها مشخصه‌های مشترکی برای عملکرد خود دارند
البته جزئیات کار آن‌ها به ولتاژ کار، میزان جریان و نوع آن‌ها وابسته‌است.
یک مدارشکن باید بتواند بروز خطا را در مدار تشخیص دهد؛
در مدارشکن‌های ولتاژ پایین این کار به وسیله قسمتی که در محفظه مدارشکن قرار دارد انجام می‌شود
اما در مدارشکن‌های ولتاژ بالا تجهیزات جداگانه‌ای برای تشخیص انواع خطاهای شبکه در نظر گرفته شده‌است.
زمانی یک خطا تشخیص داده می‌شود کنتاکت‌های داخل مدارشکن باید باز شوند تا مدار را متوقف کنند.
در برخی از مدارشکن‌هااز انرژی مکانیکی ذخیره شده در داخل مدارشکن برای جدا کردن کنتاکت‌ها استفاده می‌شود
همچنین ممکن است مقداری از انرژی مورد نیاز از خود جریان خطا دریافت شود.
زمانی که جریان متوقف می‌شود، یک فوس الکتریکی به وجود می‌آید
این قوس باید در یک فرایند کنترل شده متوقف، سرد و خاموش شود تا فاصله بین کنتاکت‌ها از برقراری دوباره جریان جلوگیری کند.
در نهایت زمانی که خطا برطرف می‌شود کنتاکت‌ها دوباره باید وصل شوند تا مدار به حالت اول خود بازگردد.

مدارشکن مغناطیسی

مدارشکن مغناطیسی از یک آهنربای الکتریکی که نیروی کششی آن با جریان افزایش می‌یابد،
برای جدا کردن کنتاکت‌ها استفاده می‌کند. کنتاکت‌های مدارشکن به وسیله بست در جای خود نگه داشته شده‌اند.
زمانی که جریان در سیم‌پیچ مغناطیسی افزایش می‌یابد و
به بیش از جریان مجاز می‌رسد سیم‌پیچ بست را به سمت خود می‌کشد و
به کنتاکت‌ها اجازه می‌دهد تا با یک حرکت سریع باز شوند.
در برخی از مدارشکن‌ها از یک مایع برای بالابردن خواص تأخیری مدارشکن استفاده می‌شود.
در این حالت هسته تا زمانی که جریان به بیش از میزان نامی برسد
به وسیله یک فنر مهار شده. در زمان اضافه بار سرعت حرکت بوبین به وسیله مایع کاهش می‌یابد.
این تأخیر زمانی برای جلوگیری از عمل کردن مدارشکن
در لحظه وصل موتور های الکتریکی یا دیگر تجهیزات القایی به علت ضربه اولیه آنهاست.

مدارشکن گرمایی

این مدارشکن‌ها از دو باریکه فلزی که در اثر افزایش جریان گرم و خم می‌شوند استفاده می‌کنند
و در این حالت نیز خم شدن فلزات موجب آزاد شدن فنر می‌شود.
از این نوع مدارشکن‌ها بیشتر برای مدارهای کنترل موتور استفاده می‌شود.
مدارشکن‌های گرمایی معمولاً دارای یک المان تصحیح
برای جلوگیری از تأثیر حرارت محیط در عملکرد دستگاه هستند.

مدارشکن مغناطیسی-گرمایی

مدارشکن‌های مغناطیسی-گرمایی نوعی از مدارشکن‌ها هستند که
در بیشتر تابلوهای توزیع مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از آنجایی که مدارشکن‌های مغناطیسی عملکرد بهتری در اتصال کوتاه دارند و از طرفی مدارشکن‌های گرمایی در اضافه بار بهتر عمل می‌کنند استفاده از ترکیبی از این دو نوع عملکرد مناسبی را در اتصال کوتاه و اضافه بار به دنبال خواهد داشت.

مدارشکن‌های ولتاژ بالا

مدارشکن‌ها در جریان‌ها بالا معمولاً با تجهیزات پیلوت برای تشخیص خطا و اعمال دستور برای بازشدن کنتاکت‌ها تجهیز شده‌اند. در این مدارشکن‌ها انرژی لازم برای بازشدن کنتاکت‌ها معمولاً به وسیله یک باتری خارجی تأمین می‌شود گرچه در برخی از مدارشکن‌ها ولتاژ بالا، مدارشکن‌ها به وسیله ترانسفورماتور ، رله‌های حفاظتی و یک کنترل‌کننده داخلی توان کامل می‌شوند.

کلید قدرت

قطع جرقه

مدارشکن‌های مینیاتوری کوچک فقط از هوا برای خاموش کردن جرقه استفاده می‌کنند
در حالی که در مدار شکن‌های ولتاژ بالا از صفحه‌های فلزی یا غیر فلزی در کنار هم قرار گرفته برای تقسیم و خاموش کردن جرقه استفاده می‌کنند.

مدار شکن‌های روغنی از خاصیت تبخیر پذیری روغن و فشار ناشی از گازهای متصاعد شده در فرایند بخار شدن روغن برای خاموش کردن جرقه استفاده می‌کنند.

در مدارشکن‌های SF۶ ممکن است از یک میدان مغناطیسی برای کشیدن جرقه استفاده می‌شود، سپس جرقه کشیده شده با تکیه بر خاصیت پایداری دی‌الکتریک بالای گاز SF۶ خاموش می‌شود.

مدارشکن‌های خلأ کمترین میزان جرقه را دارند (از آنجایی که گازی برای یونیزه شدن بین کنتاکت‌ها وجود ندارد)،
بنابراین جرقه زمانی که هنوز طول بسیار کمی (کمتر از ۲ تا ۳ میلیمتر) دارد خاموش می‌شود.
مدار شکن‌های خلأ به‌طور گسترده‌ای در تجهیزات تقسیم برق در ولتاژهای متوسط تا ۳۵ کیلوولت استفاده می‌شوند. مدار شکن‌های بادی از فشار هوای فشرده شده برای دور کردن جرقه از محل کنتاکت‌ها استفاده می‌کنند. در این مدارشکن‌ها کنتاکت‌ها با یک حرکت سریع بین خود یک مسیر برای عبور هوای فشرده ایجاد می‌کنند و هوا در طول خروج هوای یونیزه شده را نیز با خود خارج می‌کند.

مدارشکن‌ها معمولاً جریان را در زمان بسیار کوتاهی قطع می‌کنند به طوریکه جرقه پس از ۳۰ تا ۱۵۰میلی ثانیه پس از اعمال دستور قطع خاموش شده‌است که این زمان به مکانیزم و عمر مدارشکن بستگی دارد.

حفاظت

در شرایط اتصال کوتاه، ممکن است جریانی بسیار بزرگتر از جریان نامی در مدار جاری شود.
زمانی که کنتاکت‌های مدارشکن برای قطع یک جریان بزرگ باز می‌شوند تمایلی برای به وجود آمدن قوس بین دو کنتاکت
به علت جریان بالا وجود دارد و این قوس به جریان اجازه خواهد داد همچنان جاری بماند؛ بنابراین مدارشکن باید از روش‌های مختلفی برای تقسیم و خاموش کردن جرقه استفاده کند.

در مدار شکن‌های عادی و مینیاتوری از صفحات متعدد فلزی یا سرامیکی برای خنک کردن جرقه استفاده می‌شود و یک میدان مغناطیسی موجب منحرف و کشیده شدن جرقه می‌شود. در مدارشکن‌های بزرگتری که در توزیع برق مورد استفاده قرار می‌گیرند از روش‌های دیگری مانند استفاده از خلأ، گازهای خنثی (مانند SF۶) یا روغن استفاده می‌کنند.

بیشترین جریان اتصال کوتاهی را که یک مدارشکن می‌تواند قطع کند به وسیله آزمایش تعیین می‌کنند.
استفاده از مدارشکن در کاربردهایی که میزان جریان اتصال کوتاه از جریان قابل قطع مدار شکن بیشتر باشد
ممکن است باعث واماندگی مدارشکن در قطع جریان شود. در حالت بدتر مدارشکن ممکن است در اثر فشار منفجر شود.

انواع مدارشکن‌ها

با توجه به خصوصیات مختلف مدارشکن‌ها مانند ردیف ولتاژ، ساختمان، روش قطع جرقه و خصوصیات ساختاری می‌توان آن‌ها را به روش‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد.

مدارشکن‌های ولتاژ پایین (کمتر از V۱۰۰۰) بیشتر در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل:

  • MCB (مدارشکن مینیاتوری Miniature Circuit Breaker): جریان نامی بیش از ۱۰۰ آمپر نیست.
    خصوصیات عمل کردن این مدارشکن‌ها معمولاً قابل تنظیم نیست. این مدارشکن‌ها معمولاً به صورت گرمایی یا گرمایی-مغناطیسی عمل می‌کنند.
  • MCCB (مدارشکن قاب‌بندی شده Moulded Case Circuit Breaker): جریان نامی این مدارشکن‌ها تا ۱۰۰۰ آمپر است.
  • مدارشکن‌های ولتاژ پایین قدرت می‌توانند درتابلوهای برق نیز مورد استفاده قرار گیرند.

خصوصیات مدارشکن‌های ولتاژ پایین را به وسیله استانداردهای بین المللیمانندIEC ۹۴۷ مشخص می‌کنند.
این مدارشکن‌ها معمولاً در قاب‌های متحرک نصب می‌شوند تا بتوان در صورت نیاز آن‌ها را تعویض یا تعمیر کرد.

از مدارشکن‌های ولتاژ پایین درجریان مستقیم نیز استفاده می‌شود.
از کاربردهای مدارشکن‌های جریان مستقیم می‌توان به تغذیه خطوط مترو اشاره کرد.
در جریان مستقیم از مدارشکن‌های خاصی استفاده می‌شود چراکه جریان مستقیم برعکس جریان متناوبدر هر نیم سیکل به صفر نمی‌رسد.
مدارشکن‌های جریان مستقیم دارای یک بوبین هستند که در لحظه قطع با ایجاد یک میدان مغناطیسی موجب کشیده شدن جرقه می‌شود.

مدارشکن‌های ولتاژ متوسط ولتاژ نامی بین ۱ تا ۷۲ کیلوولت دارند و
در قاب‌های متفاوت برای استفاده درون تابلوها یا استفاده در پست‌های الکتریکی تولید می‌شوند.
مانند مدارشکن‌های ولتاژ بالا این مدارشکن‌ها نیز می‌توانند از رله‌های حسگر جریان که
به وسیله ترانسفورماتورهای جریان به مدار متصل هستند، برای تشخیص خطا در مدار استفاده کنند.

در برخی موارد در سیستم های قدرت ولتاژ بالا نیاز به قطع جریان‌های بالای جاری شده در اثر ایجاد خطا در مدار است.
مدارشکن‌های ولتاژ بالا از روش‌های مختلفی برای قطع جریان استفاده می‌کنند از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مدارشکن خلاء: جریان نامی این مدارشکن‌ها تا ۳۰۰۰ آمپر می‌رسد. این مدارشکن‌ها با جدا کردن کنتاکت‌ها در خلاء از طولانی شدن جرقه جلوگیری می‌کنند.
    این مدارشکن‌ها تا ولتاژ ۳۵ کیلوولت کاربر دارند که تقریباً برابر با ولتاژ متوسط در سیستم‌های قدرت است. این مدارشکن‌ها عمر مفید بالاتر و نیاز به سرویس کمتری نسبت به مدارشکن‌های هوایی دارند.
  • مدارشکن هوایی: جریان نامی این مدارشکن‌ها تا ۱۰٬۰۰۰ آمپر می‌رسد. آستانه عمل کردن و تأخیر در عملکرد این مدارشکن‌ها معمولاً متغیر است
    و معمولاً به صورت الکترونیکی کنترل می‌شوند.
    این مدارشکن‌ها معمولاً در قسمت اصلی توزیع در کارخانه‌های بزرگ و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

 

تست های روتین کلید قدرت

تست‌های مختلفی جهت اطمینان از کیفیت و عملکرد کلید‌های قدرت انجام می‌گیرد که عبارتند از:

تست تحمل اضافه ولتاژ در فرکانس توان
تست دی‌الکتریک بر روی مدار کمکی و مدار کنترل
تست اندازه‌گیری مقاومت مدار اصلی یا مقاومت کنتاکت
تست فشردگی یا تست نشت گاز SF۶
بررسی ظاهری و طراحی
تست‌های عملکرد مکانیکی

 

 

تست تحمل اضافه ولتاژ در فرکانس توان

سیستم قدرت ممکن است گا‌ها شرایط اضافه ولتاژ موقتی متفاوتی را به دلیل قطع ناگهانی بار از سیستم،
عملکرد اشتباه تپ چنجر‌های آنلاین، جبران‌سازی شنت ناکافی در سیستم تجربه کند.
تست تحمل اضافه ولتاژ کلید قدرت در فرکانس توان به جهت بررسی کفایت استحکام عایقی مدار اصلی برای تحمل این نوع اضافه ولتاژ‌های غیرعادی در سیستم انجام می‌گیرد.
کلید قدرت همچنین باید به گونه‌ای طراحی شود که قادر به تحمل اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه و ایمپالس‌های کلیدزنی باشد.
کلید قدرت مانند سایر تجهیزات گران قیمت مهندسی برای برخورد ایمن با انواع شرایط غیر طبیعی طراحی شده است،
اما در عین حال طراحان نمی‌توانند جنبه‌های اقتصادی را قربانی کنند.
برای بررسی قابلیت تحمل انواع اضافه ولتاژ بدون ایجاد اخلال در جنبه‌های اقتصادی تولید، یک کلید قدرت باید تست‌های مختلف دی الکتریک را انجام دهد.
اگرچه فقط تست تحمل اضافه ولتاژ کلید قدرت در فرکانس توان جز تست‌های معمول کلید قدرت قرار می‌گیرد.

تست تحمل ولتاژ فرکانس قدرت یک دقیقه‌ای خشکفرض می‌شود که شرایط اضافه ولتاژ در فرکانس توان (۵۰) بیش از یک دقیقه قابل تحمل نیست، هرچند در واقع در مدت زمان بسیار کمتر از یک دقیقه قابل تحمل است.
این آزمایش برای بررسی اینکه آیا عایق موجود در مدار اصلی بریکر قادر به تحمل اضافه ولتاژ فرکانس توان در مدت زمان‌های طولانی‌تر از یک دقیقه است یا خیر، انجام می‌شود. آزمایش در شرایط خشک انجام می‌شود. ولتاژ‌های فرکانس قدرت که در طول آزمایش به کلید قدرت اعمال می‌شود، مطابق استاندارد سطح ولتاژ اسمی سیستم مشخص می‌شود.

 

  تست کلید sf6

بگذارید یک نمونه متداول از تست تحمل ولتاژ فرکانس قدت یک دقیقه‌ای خشک در کلید قدرت SF۶ را بررسی کنیم.

در اینجا بطور طبیعی قسمت بالایی قطب‌های تمام کلید‌های قدرت با حد ولتاژ یکسان که باید مورد آزمایش قرار گیرند،
ترجیحا توسط هادی مسی به یکدیگر وصل می‌شوندو سپس این اتصال به درستی احاطه می‌شود.
به طور مشابه پایه تمام کلید‌های قدرتی تحت آزمایش باید به طور صحیح به زمین متصل گردد.
همچنین قسمت پایینی قطب‌های تمام کلید‌های قدرتی مورد تست توسط هادی مسی به یکدیگر متصل می‌گردند.سپس این اتصال به ترمینال فاز ترانسفورماتور آبشاری فشارقوی تکفاز متصل می‌شود.
ترانسفورماتور فشارقوی که در اینجا استفاده می‌شود یک ترانسفورماتور آبشاری است که در آن ولتاژ ورودی می‌تواند از صفر تا چند صد ولت متغیر باشد و ولتاژ ثانویه متناظر با آن از صفر تا چند صد کیلو ولت خواهد بود.
در طول آزمایش، ولتاژ در ترمینال پایینی کلید‌های قدرت توسط ترانسفورماتور آبشاری فشارقوی اعمال می‌شود و به آرامی از صفر تا مقدار مشخص شده تغییر می‌کند و سپس ۶۰ ثانیه متوقف می‌گردد و سپس به آرامی به مقدار صفر کاهش می‌یابد.
در طول آزمایش جریان نشتی به سمت زمین اندازه‌گیری می‌شود که نباید از حداکثر حد مجاز مشخص شده عبور کند.
هرگونه خرابی عایق در طول آزمایش نشانگر عدم کفایت عایق مورد استفاده در کلید قدرت است.

تست دی الکتریک بر روی مدار کمکی و کنترلدر مدار‌های کمکی و کنترل نیز ممکن است اضافه ولتاژ وجود داشته باشد.
از این رو، مدار‌های کمکی و کنترل کلید قدرت نیز باید تست مقاومت در برابر ولتاژ فرکانس قدرت را در مدت کوتاه بگذرانند
. در اینجا ولتاژ تست ۲۰۰۰ ولت در مدت زمان یک دقیقه اعمال می‌شود. عایق کاری مدار کمکی و کنترل باید از این تست عبور کند و در طول آزمایش نباید هیچ‌گونه تخلیه مخربی وجود داشته باشد.

اندازه‌گیری مقاومت مدار اصلیمقاومت مدار اصلی از روی افت ولتاژ DC در مدار اندازه‌گیری می‌شود. در این تست جریان مستقیم به مدار تزریق و افت ولتاژ مربوطه اندازه‌گیری می‌شود
و از روی آن مقاومت مدار اندازه گیری می‌شود. مقدار جریان تزریق شده از A ۱۰۰ تا حداکثر جریان کلید قدرت خواهد بود. حداکثر مقدار اندازه گیری شده می‌تواند ۱.۲ برابر مقدار بدست آمده در آزمایش افزایش دما باشد.

تست فشردگی (Tightness Test)این آزمایش عمدتا بر روی تابلو‌ها و کلید‌های [۱]عایق شده با گاز انجام می‌شود.
در این آزمایش میزان نشت اندازه گیری می‌شود.
این تست طول عمر مطلوب کلیدابزار را تضمین می‌کند.
در اینجا تمام نقاط اتصال در مسیر‌های حاوی گاز، بیش از ۸ ساعت با ورق‌های نازک پلی اتیل (ترجیحا شفاف) از هوای فشرده پوشانده می‌شوند
و سپس چگالی گاز موجود در داخل این کاور‌ها با قرار دادن درگاه تشخیص گاز یک آشکارساز گاز از طریق سوراخی که روی کاور‌ها ایجاد شده اندازه گیری می‌شود.
اندازه گیری‌ها در واحد ppm انجام می‌شود و باید در حد مشخص شده باشد. حداکثر حد نشت گاز به صورت استاندارد ppm ۳ در ۸ ساعت در نظر گرفته می‌شود.

 

 

بررسی ظاهری

کلید قدرت باید از نظر ظاهری و از لحاظ زبان و داده‌های موجود در قالب ها، علامت شناسایی مناسب تجهیزات کمکی، رنگ و کیفیت رنگ و خوردگی روی سطح فلزی و … بررسی شود.

تست عملکرد مکانیکیکلید قدرت باید بطور یکنواخت در حداکثر و همچنین حداقل مقدار مجاز ولتاژ تغذیه مدار کمکی و کنترل کار کند.
عمل بستن و قطع باید حداقل ۵ بار برای حداکثر ولتاژ مجاز تغذیه مدار کنترل و همچنین حداقل ولتاژ مجاز منبع تغذیه مدار کنترل انجام شود.
عملکرد باز و بست کلید قدرت باید به ازای ولتاژ منبع تغذیه مدار کنترل نیز بررسی می‌شود.
۱۱۰ ٪ ولتاژ کنترل به عنوان ماکسیمم حد برای بستن و بازکردن کلید قدرت در نظر گرفته شده است.
۸۵ ٪ ولتاژ کنترل به عنوان مینیمم حد برای عمل بستن کلید قدرت و ۷۰ ٪ ولتاژ کنترل نیز
به عنوان مینیمم حد باز کردن یا قطع کلید قدرت در نظر گرفته شده است.

در طول حداکثر و حداقل ولتاژ کنترل، می‌توان دریافت که زمان کار به ترتیب کمتر و بیشتر از ولتاژ کنترل نامی است،
اما تمام زمان‌ها باید در محدوده مشخص خود باشند.
در صورت امکان، همانند حالت کلید‌های قدرتی پنوماتیک،
بریکر‌ها نیز باید حداقل ۵ بار در حداکثر فشار کار مجاز مشخص شده،
در حداقل فشار کار مجاز مشخص شده و در مقدار فشار کار نامی کار کنند. هر کلید قدرت باید قادر به بستن خودکار باشد
و حداقل ۵ سیکل کاری باز بسته باید مطابق مشخصات مندرج در صفحه مشخصات بررسی شود.
فاصله زمانی واقعی بین عملیات باز و بسته باید با بازه زمانی مشخص شده در مشخصات سیکل کاری مطابقت داشته باشد.
هنگامی که کلید قدرت به صورت واحد‌های جداگانه نصب و در محل مجدداً مونتاژ می‌شوند،
سازنده باید در آزمایش راه اندازی شرکت کند تا سازگاری چنین واحد‌ها و اجزای جداگانه‌ای را
به هنگام مونتاژ به عنوان کلید قدرت کاملاً تأیید کند. برای کلیه توالی‌های مورد نیاز،
آزمایش باید انجام شود و تمام زمان‌های بسته و باز شدن با بازه‌های زمانی بین دو عملیات مزدوج ثبت شود.
در صورت امکان، اندازه‌گیری‌های فشرده سازی سیال (اختلاف فشار) در حین کار کلید قدرت نیز ثبت می‌شود.سیکل کاری بی‌باری باید بر روی کلید قدرت به منظور ترسیم منحنی بی‌باری انجام گیرد. منحنی باید در داخل پوش مشخصات مکانیکی مرجع قرار گیرد.

پارامتر‌هایی که باید در حین آزمایش کلید قدرت اندازه‌گیری و ثبت شود عبارتند از:

زمان بستن هر قطب (منظور از قطب هر فاز هر کلید است)
اختلاف زمان بستن بین قطب‌ها یا زمان عدم تطبیق بستن
زمان باز شدن هر قطب
اختلاف زمان بازشدن بین قطب‌ها یا زمان عدم تطبیق بازکردن
زمان باز – بست هر قطب
اختلاف زمان بین ۲ عملکرد باز توام (O-C-O)
ماکسیمم جهش کنتاکت متحرک در حین عمل بستن
مجموع جهش کنتاکت متحرک در حین عمل بستن
اضافه حرکت کنتاکت متحرک
سرعت بستن کنتاکت بر حسب درجه بر ثانیه (چون مبدل از نوع دوار است)
سرعت باز کردن کنتاکت بر حسب درجه بر ثانیه (چون مبدل از نوع دوار است)
زمان میرایی در عمل باز کردن
زمان شارژ فنر

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

درباره‌ی امیر

همچنین ببینید

سیستم های SCADA در شبکه های قدرت

  SCADA هدف اصلی از یک سیستم مدیریت انرژی، پشتیبانی کردن فعالیت های اتاق کنترل …

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *