شاخصها و پارامترهاي مشخص كننده طراحي و انتخاب كليدهاي فشار قوي

چنانچه با بروز عیب و ضرورت قطع اتوماتیک خط، کلید خط به عللی عمل نکرده و یا موفق به قطع جریان عیب نگردد، شبکه با خاموشی موضعی مواجه می گردد. ولی در صورتی که به عللی خاموش کامل باشد این خاموشی توأم با صدمات و خسارات جبران ناپذیر خواهد بود. کلیدها در شرایط کار عادی شبکه و در هنگام وصل بودن، نقش مهمی در تأمین انرژی مصرف کننده ها به عهده ندارند. نقش اصلی آنها تنها در هنگام بروز عیب ظاهر می گردد. در هنگام بروز عیب که قطع و یا وصل فوری آنها ضروری است، باید با صدور فرمان به طور اتوماتیک و با اطمینان کافی عمل نمایند. اختلاف عمده کلیدها با سایر تجهیزات شبکه از همین جا ناشی می گردد، در حالی که کلید در شرایط عادی ممکن است برای مدت طولانی مورد استفاده واقع نگردد، قطع و وصل آن در لحظه بروز می بایست با اطمینان کامل انجام شود. بدین ترتیب کلیدهای قدرت تجهیزاتی کاملاً استثنایی از شبکه می باشند که می بایست از قابلیت اطمینان فوق العاده برخوردار بوده و احتمال بروز عیب در آنها و مکانیزم کار آنها حداقل باشد. هر گونه عیب الکتریکی در شبکه و تجهیزات فشار قوی نظیر ژنراتورها، ترانسفورماتورها و غیره به صورت انواع مختلف اتصالی ظاهر می گردد. رله های حفاظتی پیش بینی شده بروز عیب را در شبکه احساس کرده و فرمان قطع را به کلید قدرت تعیین شده اعلام می دارند. با قطع کلید، قسمت معیوب و صدمه دیده که عیب در آن روی داده است از قسمتهای سالم شبکه جدا می گردد. بروز عیب در شبکه امری عادی بوده و قابل پیش بینی نمی باشد به طوری که هیچگاه نمی توان به طور کامل و صد در صد از بروز آن جلوگیری نمود و تنها می توان با قطع سریع و به موقع کلیدها از ادامه عیب و اثرات مخرب آن در شبکه جلوگیری نمود و خسارات و صدمات ناشی از عیب را به حداقل کاهش داد. از آن چه گفته شد، اهمیت و نقش کلیدهای قدرت در شبکه و در هنگام بروز عیب و اتصالی های مختلف آشکار می گردد.قطع و وصل کلیدها در هنگام بروز عیب و به طور اتوماتیک، پیش از قطع و وصل دستی آنها اهمیت دارد. در هنگام بروز عیب، جریان خطایی که از کلید می گذرد تا چندین کیلوآمپر رسیده و بسیار بیش از جریان عبور کرده از کلید در هنگام قطع و وصل دستي کلید مي باشد. لذا قطع و وصل كليد در هنگام بروز عيب با دشواری بیشتری صورت گرفته و در شرایط سنگین مربوط به عبور جریان عیب انجام می گردد.2-1 نقش کلیدهای قدرت در شبکهعمل اصلی حفاظت شبکه در هنگام بروز اتصالیها و برقراری جریان عیب توسط کلیدهای قدرت صورت می پذیرد. با قطع کلید قدرت، قسمت معیوب شبکه از قسمتهای بدون عیب و در حال کار شبکه جدا شده و ادامه کار و ثبات شبکه تأمین می گردد. بروز هرگونه عیبی در کلید قدرت، به طوری که با بروز عیب در شبکه و به کار افتادن رله های حفاظتی، کلید عمل نکرده و به موقع قسمت معیوب شبکه را جدا ننمایند، قطع بی مورد و نابجای سایر کلیدها و از کار افتادن قسمتی از شبکه را به همراه خواهد داشت. عیب در کلید ممکن است ناشی از بروز اشکال در مدار فرمان کلید، بروز عیب در مکانیزم قطع و وصل کلید، عدم توانایی کلید در قطع جریان عیب، افزایش زمان کلید و غیره باشد. با توجه به تعداد عیوبی که در خطوط انتقال انرژی و سایر تجهیزات شبکه در سال روی می دهند و در کلیه عیوب روی داده کلیدهای قدرت نقش اصلی را در قطع قسمت معیوب و حفظ شرایط عادی شبکه عهده دار می باشند، اهمیت کلیدهای قدرت و تأثیر آنها در ادامه کار عادی شبکه روشن می گردد. عدم قطع به موقع و بجای کلیدها در هنگام بروز عیب منجر به قطع سایر کلیدها در نقاط دیگری از شبکه شده و قسمتهای بیشتری از شبکه را با قطع برق و خاموشی مواجه می نمایند.تأخیر در قطع کلیدها، مدت باقی بودن عیب و برقراری جریان عیب در شبکه را افزایش داده و بازگشت شبکه را به شرایط عادی دشوارتر می نماید.با روشن شدن اهمیت و نقش کلیدهای قدرت در حفظ شرایط پایداری شبکه جلوگیری از خاموشی های مکرر، درجه اطمینان و قابلیت کلیدهای قدرت تعیین می گردد. این امر موجب می شود تا کلیدها از حداکثر اطمینان و توانایی برخوردار باشند. هر قدر عیوب روی داده در کلیدها و مکانیزم کار آنها کمتر باشد، ثبات کار شبکه بیشتر شده و قطعی های شبکه کمتر می گردد.دستیابی به حداکثر اطمینان در عملکرد کلیدهای قدرت در شبکه و توانایی کامل آنها در قطع جریان عیب، موجب می گردد تا بررسی های لازم به منظور تعیین توانایی آنها در قطع جریان عیب و تعیین نوع مناسب آنها با دقت زیاد و با توجه به کلیه پارامترهای شبکه صورت پذیرد. در شبکه ای که کلیدهای قدرت نصب شده در آن بازدهی خوبی نداشته و نتوانند در مقابل عیوب روی داده در شبکه با سرعت کافی عمل نمایند، همواره عدم رضایت مشترکین و مصرف کنندگان انرژی وجود خواهد داشت.3-1 اجزاء تشکیل دهنده کلیداجزای تشکیل دهنده کلید عبارت است از:- محفظه قطع - مکانیزم عملکرد- تابلوی کنترل- ترمینالهای فشار قوی- مقره ها- پایه های نگهدارنده4-1 نیازهای کلیبه طور کلی کلیدهای قدرت تجهیزاتی هستند که باید توانایی قطع و وصل مدار فشار قوی را هم در شرایط عادی سیستم و هم در شرایط وقوع خطا داشته باشند. یک کلید قدرت مناسب باید بتواند عمل قطع و وصل شبکه را در شرایط مختلف بار و اتصال کوتاه در محدوده شرایط و مقادیر نامی تعیین شده برای کلید طوری انجام دهد که خود آسیب ندیده و شبکه نیز به نحو مطلوب کنترل شود.به طور کلی کلیدهای قدرت بایستی بتوانند نیازهای زیر را بدون ایجاد اضافه ولتاژ گذرای خارج از تحمل عایق بندی شبکه بدون این که آسیبی به خود و سایر تجهیزات شبکه وارد آید برآورده نمایند:- تحمل عبور جریان پیوسته نامی مدار بدون این که حرارت اضافی در آنها تولید شود و به کلید صدمه ای برسد.- قطع جریانهای خطا (بدون افزایش غیرمجاز تنشهای حرارتی و مکانیکی)- قطع و وصل جریانهای خازنی (نظیر جریانهای خطوط انتقال نیروی بی بار با انتهای باز)- قطع و وصل جریانهای اندوکتیو (نظیر جریانهای ترانسفورماتورهای بی بار و جریان راکتورهای موازی)- قطع جریانهای اتصال کوتاه ترانسفورماتورها و راکتورها- وصل مجدد اتوماتیک2- اطلاعات مورد نیاز جهت طراحیبر اساس استاندارد IEC شماره 56 اطلاعات مورد نیاز جهت انتخاب کلیدهای قدرت عمدتاً شامل موارد زیر است:- مشخصات و ویژگیهای شبکه و سیستمی که کلید در آن نصب و بهره برداری می شود.- مشخصات محیطی و شرایط اقلیمی منطقه و محلی که کلید در آن شرایط مورد استفاده قرار خواهد گرفت.ذیلاً به بیان هر کدام از عوامل فوق و پارامترهای مربوط خواهیم پرداخت:1-2 مشخصات و ویژگیهای شبکه و سیستمی که کلید در آن نصب و بهره برداری می شودکلیدهای قدرت در هنگام قطع و وصل در شرایط عادی عملکرد یا اتصال کوتاه باید از عهده انجام وظایف مربوطه برآمده و ویژگیهای شبکه الکتریکی را به طور ایمن تحمل کند. این شرایط و ویژگیها و محدوده تغییرات آنها به شرح زیر بایستی در هنگام انتخاب کلید دقیقاً مورد توجه قرار گیرد:- ولتاژ نامی- حداکثر ولتاژ سیستم- فرکانس نامی- تعداد فاز- جزئیات نحوه زمین کردن سیستم2-2 مشخصات محیطی و شرایط اقلیمی منطقه و محلی که کلید در آن شرایط مورد استفاده قرار خواهد گرفتدر انتخاب کلیدهای قدرت شرایط آب و هوائی و محلی از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا به همان اندازه که تعیین شرایط محیطی واقعی و مناسب در بهره برداری ایمن در کاهش هزینه های سرویس و تعمیرات و استفاده بهینه از سرمایه گذاری اولیه تأثیر دارد، تعیین شرایط محیطی و آب و هوایی نامناسب اعم از شرایط سنگین و یا سبکتر از شرایط واقعی، بهره برداری را نامطمئن و پرمخاطره نموده، تعمیرات و سرویسها را افزایش داده و استفاده مناسب و بهینه از سرمایه گذاری را نیز ناممکن می سازد. بنابراین دقت در تعیین و انتخاب این شرایط بسیار با اهميت و حساس می باشد.لازم به یادآوری است که با توجه به استانداردهای ساخت کلید فقط تعداد محدودی از پارامترهای اقلیمی و محیطی در ساخت و کارکرد آن مؤثر بوده که ذیلاً به آنها اشاره می شود:- ارتفاع محل نصب از سطح دریا- حداکثر درجه حرارت محیط- حداقل درجه حرارت محیط- سرعت باد- میزان رطوبت نسبی- شتاب زلزله- ضخامت یخ- میزان و نوع آلودگی- هر نوع شرایط خاص و غیر عادی نظیر بخار آب غیر متعارف، رطوبت، گرد و خاک غیر معمول، نمک، دود، گازهای قابل اشتعال و قابل انفجار و خوردگیهای غیرمعمول.در مواردی که محل نصب کلید در فضای باز نبوده و در داخل محل سرپوشیده نصب می گردد، پارامترهای آب و هوایی و محلی فوق تغییر خواهد کرد. مشخصات محیطی و شرایط اقلیمی کشور نقش مهمي در انتخاب كليد دارد و انتخاب کلید قدرت باید بر مبنای آن انجام گیرد.3- معيارهاي مشخص كنندة طراحي1-3 نوع کلیدانواع کلیدهای قدرت که در ولتاژهای بالا به کار می روند به لحاظ ماده خاموش کننده قوس که توسط سازندگان کلید ساخته می شوند به قرار زیر است:- کلیدهای هوای فشرده- کلیدهای روغنیکلیدهای SF6- در کلیدهای روغنی، روغن به هنگام حرکت کنتاکت متحرک و برقراری قوس، در مسیر قوس حرکت کرده و جابجایی هر چه بیشتر و سریعتر مواد یونیزه حاصل از قوس را موجب می گردد. به طوری که پس از رسیدن جریان به نقطه صفر، قوس خاموش می شود. عامل خنک سازی و خاموش کننده جرقه، گاز هیدروژن است که در اثر تجزیه روغن حاصل شده است. حجم این گاز متناسب با مقدار شدت جریان در لحظه کلیدزنی تغییر می نماید. امروزه در ولتاژهای بالا، دیگر کلیدهای روغنی ساخته نمی شود، چرا که ولتاژ عایقی روغن، وجود محفظه های قطع سری چندگانه را به کلید تحمیل می نماید و از این نقطه نظر، اقتصادی و مقرون به صرفه نمی باشد.در کلیدهای هوای فشرده، اگر چه خاصیت عایقی هوا به مراتب کمتر از روغن است، ولی با افزایش فشار، خاصیت عایقی هوا افزایش یافته، به علاوه سرعت جابجایی و تحرک هوا به مراتب بیش از روغن می باشد. در اینگونه کلیدها با بروز قوس، هوای فشرده در جهت عمود بر مسیر قوس وارد شده و ضمن انحراف قوس و هدایت آن به فضای خارج از محفظه قطع، هوای یونیزه حاصل از بروز قوس را با هوای تمیز جابجا می نماید. از آنجا که هوای فشرده با فشار 30 اتمسفر، سرعت عمل و تحرک بسیار مناسبی جهت انحراف و جابجایی قوس و مواد یونیزه دارد، در کاهش زمان قطع کلید بسیار مؤثر واقع خواهد شد.در ولتاژهای بالا به دلیل نیاز به سرعت عمل بیشتر لازم است تا حجم کلید حتی الامکان کاهش یابد، به طوری که فاصله بین کنتاکتهای متحرک و ثابت به حاقل رسیده و قوس سریعتر خاموش شود. لذا از موادی با خاصیت عایقی بیشتر که حجم کمتری را اشغال کنند نظیر گاز SF6 استفاده می شود. این گاز 6 بار از هوا سنگین تر بوده و خاصیت عایقی آن سه برابر هواست. با افزایش فشار گاز، خاصیت عایقی آن تا چند برابر روغن افزایش می یابد.انواع کلیدهای فوق برای سطوح مختلف ولتاژ دارای معایب و مزایایی است. به هر حال امروزه با توجه به خواص الکتریکی و شیمایی گاز SF6 و امکان بالا بردن فشار گاز، فاصله کنتاکتهای ثابت و متحرک کلید کم شده و در نتیجه علاوه بر کوچک کردن محفظه ها تعداد آنها را نیز کاهش داده اند. مضافاً به اینکه با توجه به آمارهای بین المللی و نتایج پرسش نامه آماری- فنی، نرخ تعمیرات در کلید SF6 را به دو نوع دیگر ترجیح داده اند. بنابراین استفاده از کلید SF6 در ولتاژهای متوسط عمدتاً به دلیل ناچیز بودن تعمیرات صورت می گیرد. در ولتاژهای بالاتر، علاوه بر ناچیز بودن تعمیرات، کاهش تعداد محفظه های قطع باعث می گردد که استفاده از کلیدهای نوع SF6 از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.همان طور که می دانیم، کلیدهای SF6 دارای یک محفظه قوس می باشند. به علت کم بودن فاصله کنتاکتهای ثابت و متحرک در داخل این محفظه، برای ایجاد استقامت عایقی کافی و نیز برای عملکرد صحیح در خاموش کردن قوس، فشار گاز SF6 داخل محفظه قطع باید مقدار معینی داشته باشد و فشار داخل محفظه قطع باید مورد بازرسی منظم قرار گیرد.نحوه خاموش شدن قوس به دو نوع کلی زیر صورت می گیرد:- تک دمش با فشار کم: در این سیستم خاموش کردن قوس از طریق دمیدن گاز با سرعت زیاد بین دو کنتاکت در حین جدا شدن آنها صورت می گیرد.- دمش خودکار: در این روش برای خاموش کردن قوس از انرژی خود قوس الکتریکی هم کمک گرفته می شود. در این نوع از کلیدها انرژی کمتری نسبت به نوع اول برای قطع و وصل لازم است و بنابراین مکانیزم مربوطه کوچکتر و ارزانتر می باشد. در کلید نوع دمش خودکار، قطع جریانهای کم به علت انرژی کم قوس در آنها باید مورد بررسی خاص قرار گیرد.2-3 نوع مکانیزم عملکردعمل قطع و وصل کلید و خاموش کردن سریع قوس الکتریکی مستلزم صرف انرژی مکانیکی می باشد. به دنبال فرمان قطع و وصل دستی یا توسط رله، انرژی ذخیره شده در مکانیزم توسط یک سری ارتباطات مکانیکی به کنتاکت متحرک که در داخل محفظه قوس قرار دارد منتقل و باعث حرکت سریع آن می شود که با توجه به ساختمان داخلی محفظه باعث خاموش شدن قوس و در نتیجه قطع و وصل مدار الکتریکی می گردد.از آنجا که کل مدت زمان قطع کلید شامل زمان عملکرد رله حفاظتی، زمان عملکرد رله های کمکی در صورت وجود و زمان عملکرد رله قطع، عملکرد مکانیزم (کویل) و زمان خاموش شدن قوس می باشد، ملاحظه می شود که کاهش زمان عملکرد مکانیزم در کاهش زمان قطع کلید از سایر مؤلفه ها مؤثرتر و مهمتر بوده و از جمله پارامترهای بسیار حساس در انتخاب کلید محسوب می شود.با توجه به مطالعات انجام شده و آمارهای به دست آمده اکثر مسائلی که در عملکرد کلیدها روی می دهد به علت اشکال در سیستم مکانیزم عملکرد می باشد که میزان این تأثیر با توجه به نتایج به دست آمده از پرشس نامه های فنی- آماری به حدود 65 درصد می رسد. در حال حاضر از سه نوع مکانیزم فنری، پنوماتیک (هوای فشرده) هیدرولیکی به طور وسیع استفاده می گردد. مکانیزم نسبتاً جدیدی نیز به اسم فنری – هیدرولیک و موتور درايو اخیراً توسط بعضی سازندگان معرفی گردیده است.ذیلاً ضمن شرح مختصر، مزایا و معایب سه نوع مکانیزم معمول و پركاربرد فنری، هیدرولیک و هوای فشرده بیان می شود:الف) مکانیزم فنریدر این نوع مکانیزم، انرژی لازم برای عملکرد کلید در فنر ذخیره می گردد. به طور معمول یک موتور، فنر مربوط به عمل وصل کلید را شارژ می کند. پس از دادن فرمان وصل، انرژی موجود در این فنر باعث حرکت کنتاکت متحرک و وصل کلید می شود. به طور همزمان انرژی فنر مربوط به وصل، فنر مربوط به قطع کلید را نیز شارژ می نماید. در نتیجه پس از هر فرمان وصل همواره فنر قطع شارژ شده در دستس خواهد بود.سوئیچهای حدی موجود در مکانیزم در هر بار عمل وصل کلید، مدار تغذیه موتور برای شارژ فنر وصل را برقرار و یا پس از شارژ فنر، قطع می کنند.ارزانی نسبی، ساده بودن نصب و نگهداری، امکان شارژ دستی فنر در موقع نبودن برق به علاوه امکان ساخت در کشور از مزایای مکانیزم فنری و محدود بودن میزان انرژی قابل ذخیره شدن در مکانیزم (بدون شارژ مجدد فنر وصل، این مکانیزم فقط یک سیکل قطع- وصل – قطع را می تواند انجام دهد) و نیاز به وجود سه مکانیزم (یک مکانیزم برای هر قطب) برای عمل قطع و وصل تک فاز و در نتیجه افزایش قابل توجه قیمت کلید از معایب مکانیزم فنری می باشد.ب ) مکانیزم هیدرولیکیدر مکانیزم هیدرولیکی یک موتور پمپ، روغن را به حرکت درآورده و حرکت پیستونها در سیستم هیدرولیکی باعث ذخیره انرژی به صورت فشرده شدن گاز نیتروژن می گردد. این فشار روی روغن داخل لوله ها باقی مانده و در موقع لزوم سبب قطع و وصل کلید می گردد. فشار روغن باید به وسیله فشار سنج کنترل شده و در مواقع لزوم (مثلاً در مواقعی که فشار روغن هیدرولیک از حد معین افت پیدا کند) به وسیله کنتاکتهای این فشارسنج از عمل وصل و یا قطع مجدد ممانعت به عمل آید.قابلیت ذخیره انرژی زیاد، سر و صدای کم هنگام قطع و وصل، کوچکی نسبی مکانیزم و امکان شارژ دستی از مزایای این نوع مکانیزم و گرانی نسبی، مشکل بودن نصب و تعمیر و نگهداری، نیاز به بازدیدهای دوره ای بیشتر و امکان وجود نشتی روغن و یا نیتروژن از معایب مکانیزم هیدرولیکی می باشند.ج) مکانیزم هوای فشردهدر این سیستم، هوای فشرده که در یک مخزن ذخیره شده است به عنوان منبع انرژی به کار می رود. یک کمپرسور برای هر کلید و یا یک سیستم کمپرسور مرکزی برای همه کلیدهای پست، هوای فشرده را تأمین می کند که البته امروزه سیستم کمپرسور مرکزی با توجه به پایین آوردن قابلیت اطمینان از جهت وابسته کردن کلیه کلیدها به یک سیستم توصیه نمی شود. مخزن هوای کلید باید دارای شیر اطمینان برای تخلیه هوای اضافی و جلوگیری از اضافه فشار هوا باشد. فشار هوا توسط یک فشار سنج که دارای کنتاکتهای لازم است نظارت شده و در موقع کاهش فشار هوا این کنتاکتها به ترتیب مدار آلارم را وصل و مدار قطع و وصل اتوماتیک و همچنین مدار فرمان وصل را مسدود می نمایند.قابلیت ذخیره انرژی زیاد و در نتیجه امکان انجام تعداد زیادی قطع و وصل (اگر حجم مخزن هوا مناسب باشد) از مزایای مکانیزم هوای فشرده و مشکل بودن نسبی نصب، نیاز به بازدیدهای دوره ای بیشتر، صدای شدید در هنگام قطع و وصل، امکان وجود نشتی هوا از اتصالات لوله ها و شیرهای اطمینان و عدم امکان شارژ دستی از معایب این نوع مکانیزم می باشند.امروزه سازندگان مختلف کلید از هر یک از مکانیزمهای فوق استفاده می کنند که البته انتخاب نوع بخصوص آن توسط هر سازنده بیشتر ارتباط به روند تکامل کارخانه، مسائل اقتصادی و سوابق و تجارب به دست آمده از بهره برداری کلید دارد. نتایج به دست آمده از پرسش نامه فنی – آماری اولویت مکانیزمهای عملکرد را به صورت فنری، هیدرولیک و هوائی به دست می دهد. گر چه بهره برداری از مکانیزم نوع هوائی نسبت به هیدرولیک ارجح دانسته شده است لیکن به دلیل تعمیرات مشکل تر از امتیاز کمتری برخوردار شده است.به طور کلی می توان گفت که در ولتاژهای متوسط و تا ولتاژ 145 کیلولت، انتخاب مکانیزم عملکرد فنی به لحاظ احتیاج به قدرت کمتر و سادگی سیستم مکانیزم و سهولت در سرویس و تعمیرات عمومیت بیشتری دارد. لیکن در ولتاژهای بالاتر به جهت نیاز به قدرت بیشتر مکانیزم به منظور قطع جریانهای اتصال کوتاه بیشتر و با سرعت بیشتر و در نتیجه کاهش زمان قطع اکثراً از مکانیزمهای هیدرولیک و هوای فشرده استفاده می شود.لازم به یادآوری است که به لحاظ قابلیت اطمینان مکانیزم فنری تعدادی از سازندگان از این نوع مکانیزم در ولتاژها و قدرتهای بالا نیز استفاده می کنند.3-3 تعداد پلهاتعداد پلها بستگی به تعداد فازهای سیستم دارد که در مورد شبکه قدرت فشار قوی 3 عدد می باشد.4-3 کلاس کلیدمنظور از کلاس کلید این است که آیا کلید در فضای باز یا در فضای بسته نصب و بهره برداری می شود که به عنوان مثال با توجه به اینکه کلیدهای فشار قوی 230 و 400 کیلوولت در فضای باز نصب خواهد شد، کلاس کلیدها از نوع فضای باز خواهد بود.5-3 ولتاژ نامیولتاژ نامی کلید قدرت بایستی طوری انتخاب شود که مقدار آن حداقل مساوی حداکثر ولتاژ سیستم در نقطه ای که کلید نصب می شود باشد.مطابق استاندارد IEC شماره 694 مقادیر نامی ولتاژ استاندارد برای کلیدهای فشار قوی بر حسب کیلوولت مطابق ارقام زیر است:765-525-420-362-300-245-170-145-100-5/72-52-24-5/17-12-2/7-6/3ولتاژ نامی کلید، با توجه به حداکثر ولتاژ سیستم از مقادیر فوق انتخاب می گردد.لازم به یادآوری است که در انتخاب ولتاژ نامی کلید، مقادیر سطوح عایقی متناظر نیز بایستی مدنظر قرار گیرد. در این رابطه ترکیب مقادیر ولتاژ نامی، جریان اتصال کوتاه نامی و جریان نامی در استاندارد IEC شماره 56 داده شده است.6-3 سطوح عایقي نامیسطوح عایقی کلید قدرت بر اساس نتایج به دست آمده از مطالعات «هماهنگی عایقی» و با توجه به مقادیر استاندارد که در جداول استاندارد IEC شماره 694 داده شده انتخاب می گردد. ضمناً برای کلیدهایی که تحت شرایط خاص (نظیر استفاده از کلید در عملکرد سنکرون کردن که همزمان با اضافه ولتاژهای قطع و وصل است)، بهره برداری می شوند ممکن است سطوح عایقی استاندارد کافی نباشد و پیشنهاد می شود که یکی از دو راه حل زیر در نظر گرفته شود:- کلید استاندارد با ولتاژ نامی بالاتر انتخاب شود.- کلید مخصوص انتخاب شود به طوری که شرایط آزمایش در حالت باز بودن کلید سنگین تر در نظر گرفته شود. در این حالت مقدار نامی ولتاژ قطع و وصل قابل تحمل بین دو کنتاکت کلید در حالت باز از استاندارد IEC شماره 694 استفاده می شود.7-3 جریان نامیجریان نامی کلیدبا توجه به نتایج محاسبات پخش بار و جریان اتصال کوتاه برای محل نصب کلید و با در نظر گرفتن ضریب روند افزایش بار بر اساس برنامه ریزیهای توسعه سیستم و همچنین شرایط محیطی از مقادیر استاندارد موجود در IEC شماره 56 انتخاب شود.8-3 جریان نامی قطع شارژ خطجریان نامی قطع شارژ خط عبارت است از حداکثر جریان شارژ خازنی خط که کلید در ولتاژ نامی و تحت شرایط مشخص شده برای عملکرد کلید در استاندارد، بدون تجاوز از حداکثر مقدار اضافه ولتاژ قطع و وصل که توسط سازنده برای کلید مشخص شده و مقدار پیشنهادی آن در استاندارد IEC شماره 56 داده شده، بایستی قطع کند.ضمناً لازم است توجه شود که مشخصه جریان نامی قطع شارژ خط کلید تنها محدود به کلیدهائی است که دارای ولتاژ نامی مساوی یا بیش از 5/72 کیلوولت بوده و به منظور قطع و وصل خطوط هوائی سه فاز مورد استفاده قرار می گیرند.به منظور تعیین این جریان بایستی از استاندارد IEC شماره 56 و با توجه به ولتاژ نامی کلید استفاده نمود.9-3 جریان نامی قطع شارژ کابلجریان نامی قطع شارژ کابل عبارت است از حداکثر جریان خازنی کابل که کلید بایستی در ولتاژ نامی و تحت شرایط مشخص شده برای عملکرد کلید در استاندارد، بدون تجاوز از حداکثر مقدار اضافه ولتاژ قطع و وصل که توسط سازنده برای کلید مشخص شده و مقدار پیشنهادی آن در استاندارد IEC شماره 56 داده شده بایستی قطع کند.ضمناً لازم است توجه شود که مشخصه جریان نامی قطع شارژ کابل برای همه کلیدها الزامی نبوده مگر در مواردی که از کلید برای قطع و وصل کابل استفاده شود که در صورت درخواست این مشخصه توسط سازنده منظور مي شود که البته این مشخصه برای کلیدهای دارای ولتاژ نامی مسا.ی یا کمتر از 24 کیلوولت لازم نمی باشد.در هر صورت اگر چنین مشخصه ای مورد نظر باشد توصیه می شود که مقادیر مربوطه از استاندارد IEC شماره 56 استخراج گردد.10-3 جریان نامی قطع شارژ یک واحد بانک خازنیجریان نامی قطع شارژ بانک خازنی عبارت است از حداکثر جریان شارژ خازنی یک واحد بانک خازنی کلید که بایستی در ولتاژ نامی و تحت شرایط مشخص شده برای عملکرد در استاندارد، بدون تجاوز از حداکثر مقدار اضافه ولتاژ قطع و وصل که توسط سازنده برای کلید مشخص شده و مقدار پیشنهادی آن در جدول استاندارد IEC شماره 56 داده شده آن را قطع کند.این جریان مربوط به قطع جریان یک بانک خازنی بوده به طوری که هیچ خازنی به سمت تغذیه کلید متصل نشده باشد. ضمناً این مشخصه نیز برای همه کلیدها الزامی نبوده مگر در مواردی که از کلید برای قطع و وصل یک بانک خازنی استفاده شود که که مقدار آن با توجه به ظرفیت کل خازنها و با استفاده از سری R10 داده شده است. همچنين مقدار استاندارد اين جريان در جدول A4 استاندارد ANSI. C37.0732 داده شده است.11-3 جریان نامی قطع شارژ بانک خازنی پشت به پشتجریان نامی شارژ بانک خازنی پشت به پشت عبارت است از حداکثر جریان شارژ خازنی که کلید بایستی در ولتاژ نامی و تحت شرایط مشخص شده برای عملکرد کلید در استاندارد، بدون تجاوز از حداکثر مقدار اضافه ولتاژ قطع و وصل که توسط سازنده برای کلید مشخص شده و مقدار پیشنهادی آن در استاندارد IEC شماره 56 داده شده آن را قطع کند.این جریان مربوط به قطع جریان یک بانک خازنی می شود، در شرایطی که یک یا چند بانک خازنی موازی دیگر به سمت تغذیه کلید متصل بوده و جریان هجومی وصلی معادل جریان هجومی وصل نامی بانک خازنی تولید می کنند.در هنگام قطع و وصل مجموعه خازنهای پشت به پشت سرعت افزایش جریان خازنی از شیب قابل قبول کلید مربوط به جریان قطع متقارن آن تجاوز نموده، جریان خازنی مشخصات جریان ضربه ای را دارا می گردد. در این شرایط لازم است کلید خصوصیات قطع جریانهای ضربه ای را دارا باشد. لذا کلیدهای مورد نصب در این مدارها بایستی کلیدهای مخصوص بوده که مخشصه های قطع جریان خازنی آنها بر اساس مشخصه جریان هجومی انتخاب می گردد.این مشخصه برای همه کلیدها الزامی نبوده مگر در مواردی که کلید در شرایط فوق قرار گیرد. مقدار این جریان با توجه به ظرفیت بانک خازنی و با استفاده از سری R10 تعیین می شود.همچنین مقدار استاندارد این جریان برای کلیدهای مخصوص در جدول 4B استاندارد ANSI. C37. 0732 داده شده است.12-3 جریان نامی هجومی وصل بانک خازنیجریان نامی هجومی وصل بانک خازنی عبارت از مقدار پیک جریانی است که کلید (کلید مخصوص) بایستی در ولتاژ نامی و با فرکانسی از جریان هجومی، مناسب با شرایط بهره برداری (معمولاً بین 2 تا 5 کیلوهرتز) آن را وصل کند. ضمناً این مشخصه برای کلیدهائی که دارای مشخصه «جریان نامی قطع شارژ بانک خازنی پشت به پشت» هستند الزامی بوده و مقدار آن با توجه به ولتاژ اعمال شده، اندوکتانس و کاپاسیتانس منبع تغذیه و خازنهای مورد نظر، شارژ موجود در خازنها قبل از بستن مدار و میرائی مدار بر اساس روش و فرمولهای ارائه شده در پیوست BB استاندارد IEC شماره 56 محاسبه و با استفاده از سری R10 تعیین می گردد. همچنین مقدار استاندارد دامنه جریان و فرکانس آن در جدول 4B استاندارد ANSI. C37. 0732 داده شده است.13-3 جریان نامی قطع بار اندوکتیو کمجریان نامی قطع بار اندوکتیو عبارت است از حداکثر جریان اندوکتیو که کلید بایستی برای حالات زیر قطع کند:- جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتورها- جریان مغناطیس کننده راکتورهااز آنجائی که مقادیر و شرایط این جریانها هنوز توسط استاندارد IEC تعیین نشده، لذا تا تعیین آنها، در صورت نیاز بایستی با توجه به مشخصات ترانسفورماتور و راکتور محاسبه گردند.14-3 جریان نامی قطع اتصال کوتاهجریان نامی قطع اتصال کوتاه عبارت است از حداکثر جریان خطایی که بایستی تحت شرایط کاربرد و عملکرد مشخص شده در استاندارد، توسط کلید قطع گردد. کلید در مداری قرار دارد که ولتاژ بازیافت با فرکانس قدرت مدار متناظر با ولتاژ نامی کلید و ولتاژ بازیافت گذرای آن معادل مقادیر نامی مشخص شده در استاندارد IEC شماره 56 می باشد.جریان نامی قطع اتصال کوتاه توسط دو مؤلفه زیر مشخص می گردد:- مقدار مؤثر مؤلفه AC که جهت اختصار به نام «جریان نامی اتصال کوتاه» نامیده می شود.- مقدار درصد مؤلفه DCمقدار مؤثر جریان نامی قطع اتصال کوتاه با توجه به محاسبات اتصال کوتاه، شبکه در آن نقطه و وضعیت حال و آینده (توسعه شبکه) انتخاب می گردد، ضمن آن که این جریان بایستی با مقادیر موجود در استاندارد IEC شماره 56 مطابقت داشته باشد.مؤلفه جریان مستقیم بر حسب درصدی از جریان AC قطع بیان می شود و بستگی به مدت زمان T یعنی فاصله زمانی شروع اتصال کوتاه تا لحظه باز شدن کلید دارد (شامل فرمان خاموش شدن قوس) و به کمک منحنی شکل شماره 1 به دست می آيد.شكل 1 - درصد مولفه DC نسبت به زمان T در کلیدهایی که بدون استفاده از رله های کمکی فرمان قطع را انجام می دهند مدت زمان T به صورت حداقل زمان باز شدن کلید در نظر گرفته مي شود، ولی در کلیدهایی که فرمان آنها از طریق رله های کمکی حاصل می شود T معادل زمان باز شدن کلید به اضافه زمان 5/0 سیکل از فرکانس نامی انتخاب می شود.15-3 ضریب افزایش ولتاژ فاز سالماین ضریب، ازدیاد ولتاژ با فرکانس شبکه را برای فازی که در شرایط اتصال کوتاه ابتدا و قبل از دو فاز دیگر و در حالی که دو فاز دیگر هنوز بسته هستند، باز می شود نشان می دهد. مقدار این ضریب با توجه به نحوه زمین کردن نقطه نوترال شبکه بین 1 تا 5/1 تغییر می کند. مطابق استاندارد برای سیستمهائی که نقطه نوترال آنها به طور مؤثر زمین شده و وقوع اتصال کوتاه سه فاز که شامل اتصال زمین نباشد غیرمحتمل باشد این ضریب معادل 3/1 و برای سیستمهای ایزوله و سیستمهایی که با امپدانس زمین شده باشند و یا در سیستم های زمین شده که وقوع اتصال کوتاه سه فاز شامل اتصال زمین، غیرمحتمل نباشد و یا سایر سیستمها این ضریب معادل 5/1 در نظر گرفته می شود.16-3 ولتاژ بازیافتی گذرا (استقرار) برای اتصالی های در مجاورت ترمینال کلید (TRV)ولتاژ نامی بازیافتی گذرا برای اتصالیهای به وقوع پیوسته در مجاورت ترمینال کلید عبارت از ولتاژ مرجعی است که حد ولتاژ گذرای بازیافتی را در مدارهایی که کلید بایستی در صورت اتصال کوتاه در مجاورت ترمینالهای خود قطع نماید، تعیین می کند.شكل 2 - نمايش TRV با روش چهار پارامتريدر سیستمهائی با ولتاژ نامی بالاتر از 100 کیلوولت و یا در حالاتی که قدرت اتصال کوتاه زیاد باشد موج ولتاژ بازیافتي گذرا در زمانهای اولیه دارای نرخ افزایش خیلی زیاد و پس از آن با ضریب افزایش کم می باشد. اين چنين موجي را مي توان با مراجعه به شكل شماره 2 با چهار پارامتر به ترتيب ذيل مشخص نمود.u1: ولتاژ مرجع اول بر حسب کیلوولتt1: زمانی که ولتاژ به حد u1 می رسد بر حسب میکروثانیهuc: ولتاژ مرجع دوم یا حداکثر دامنه موج TRV بر حسب کیلوولتt2: زمانی که ولتاژ به حد uc می رسد بر حسب میکروثانیهبر اساس اعداد مذکور می توان سه خط پوششی را ترسیم و با استفاده از آنها موج TRV را تعیین نمود.با توجه به شکل موج متغیر ولتاژ بازیافتی گذرا در مراحل اولیه (ITRV) و مراحل بعدی (TRV)، جهت تعیین شکل موج آن بایستی پارامترهای مربوطه را تعیین نمود. مقادیر این پارامترها را برای ولتاژهای بالاتر از 245 کیلوولت می توان از جداول استاندارد IEC شماره 56 استخراج نمود.17-3 مشخصه های نامی مربوط به اتصالی هایی که عیب با فاصله کم از کلید و در روی خط رخ می دهد.مشخصه های نامی برای اینگونه اتصالی ها برای کلید سه فازی که به طور مستقیم به خطوط هوائی متصل شده و دارای ولتاژ نامی بیش از 52 کیلوولت بوده و جریان نامی اتصال کوتاه آن از 5/12 کیلوآمپر بالاتر باشد باید در نظر گرفته شود.این مشخصه ها به جریان خطهای تک فاز به زمین یک سیستم با نوترال زمین شده بستگی دارد. خطای بافاصله کم از کلید تحت تأثیر دو عامل یعنی مدار تغذیه کلید در طرف منبع تغذیه و خطای خط در سمت بار می باشد.از آنجا که مشخصه های نامی مربوط به اتصالی های با فاصله کم از کلید و در روی خط جهت تعیین شکل موج و مقدار اضافه ولتاژ بازیافتی گذرا در حالت اتصال کوتاه خطوط کوتاه مورد نیاز است، روش و فرمولهای محاسبه پارامترهای این مشخصه در ضمیمه AA استاندارد IEC شماره 56 داده شده است.18-3 جریان نامی اتصال کوتاه وصلجریان نامی وصل، متناظر با ولتاژ نامی کلید بوده و 5/2 برابر مقدار مؤثر مؤلفه A.C جریان نامی قطع اتصال کوتاه کلید انتخاب می شود.19-3 توالی عملکرد نامیمطابق استاندارد، دو گزینه برای توالی عملکرد وجود دارد.الف- CO- O-t-CO-که برای کلیدهای بدون سیستم وصل مجدد سریع داریم:O-3min-CO-3min-COو برای کلیدهائی با سیستم وصل مجدد سریع داریم:O-o.3s-CO-3min-COب- -CO CO- كه تنها براي كليدهايي با سيستم وصل مجدد غيرسريع داريم:CO-15S-COحا ل با توجه به این که کدامیک از سیستمها مورد نظر باشد توالی عملکرد نامی کلید را می توان انتخاب نمود.20-3 مدت زمان اتصال کوتاهبر اساس تعریف، این مدت زمان عبارت است از فاصله زمانی که یک دستگاه مکانیکی قطع و وصل می تواند در حالیکه بسته است جریانی معادل جریان نامی قابل تحمل کوتاه مدت را از خود عبور دهد. اساساً این زمان بر حسب مدت برقرار بودن جریان اتصال کوتاه باید انتخاب شود. این مدت زمان مطابق استاندارد یک ثانیه بوده ولی در مواردی که مدت زمان بیشتری مورد نظر باشد 3 ثانیه توصیه شده است. به هر حال برای زمانهایی بیشتر از زمان نامی، رابطه بین دامنه جریان و زمان تحمل جریان اتصال کوتاه در صورتی که فرمول دیگری از طرف سازنده کلید ارائه نشده باشد مطابق رابطه خواهد بود.21-3 جریان نامی قطع غیر همفازاین جریان برای قطع و وصل کلید شرایطی که شبکه های دو طرف کلید غیر سنکرون بوده مشخص و تعیین می گردد. مقدار آن اصولاً برای حالتی که دو شبکه 180 درجه اختلاف فاز دارند محاسبه شده و بسته به امپدانس شبکه های دو طرف کلید، متغیر می باشد.این مشخصه برای کلید الزامی نبوده ولی در صورتی که مورد نظر باشد و مقداری برای آن محاسبه نشده باشد، مطابق استاندارد می توان مقدار آن را برابر 25% جریان نامی قطع اتصال کوتاه کلید انتخاب کرد.22-3 زمان قطع نامیبر اساس تعریف، زمان قطع نامی کلید عبارت است از فاصله زمانی بین صدور فرمان به بوبین قطع کلید تا خاموش شدن قوس الکتریکی در کلید. با توجه به اثرات مخرب قوس الکتریکی در کنتاکتها و گاز یا مایع داخل محفظه قطع کلید و همچنین نیروهای ناشی از تداوم جریان اتصال کوتاه و اثرات ادامه این جریان در پایداری شبکه (بخصوص در مورد ولتاژهای بالا) اساس کاهش این زمان همواره مورد نظر استفاده کننده گان و سازندگان بوده و هست که البته در این مورد گذشته از نیازهای سیستم، امکانات سازندگان نیز بایستی مورد نظر قرار گیرد.کلیدهای فشار قوي فعلی ساخت اکثر سازندگان دارای زمان قطع نامی 2 سیکل بوده که در حال حاضر در شبکه کشور نصب و در حال بهره برداری می باشد. بدیهی است زمان کمتر از آن ارجحیت دارد.23-3 مشخصات مکانیزم عملکرد کلید شامل:الف- نحوه و روش عملکردمنظور از روش عملکرد این است که آیا کلید توسط مکانیزم دستی و یا مکانیسم موتوری عمل خواهد کرد، که با توجه به نیاز به عملکرد اتوماتیک کلید در شرایطی که سیستمهای حفاظتی به کلید فرمان می دهند لازم است عملکرد به شکل موتوری باشد.تعداد و نوع کنتاکتهای کمکی اضافهبه منظور امکان ارتباط عملکرد کلید با سیستمهای حفاظت و کنترل لازم است که تعدادی کنتاکت کمکی اضافی علاوه بر آن چه توسط مدارات کنترل خود کلید توسط سازنده مورد استفاده قرار می گیرد اختصاص داده شود. در این مورد نوع این کنتاکتها (N/O یا N/C) و تعداد آنها با توجه به سیستمهای حفاظتی و کنترل هر پست خاص بایستی به سازنده کلید اعلام گردد.ج- ولتاژ و فرکانس تغذیهتغذیه موتور مكانيزم عملکرد کلید می تواند توسط دو نوع ولتاژ متناوب یا مستقیم انجام گیرد. معمولاً در صورتی که ولتاژ متناوب مطمئن در پست موجود باشد (حداقل دیزل ژنراتور اضطراری در پست وجود داشته باشد) ولتاژ تغذیه از نوع متناوب انتخاب می گردد ولی در صورتی که به هر دلیل به ولتاژ متناوب اطمینان کافی نباشد ولتاژ تغذیه از نوع مستقیم انتخلاب می شود، که با توجه به تعداد کلیدها در پست عیب این کار بزرگ شدن سیستم جریان مستقیم و صرف هزینه زیاد برای سیستم باطری و شارژ و توزیع ولتاژ مستقیم می باشد.به طور کلی مزیت ولتاژ مستقیم قادر به کار بودن موتورهای کلیدها در هنگام بی برق شدن کلی پست می باشد و عیب آن بزرگی سیستم تأمین جریان مستقیم برای بعضی حالات بهره برداری (نظیر عملکرد رله حفاظت شینه ها که کلیه کلیدهای مربوط به شینه را به کار می اندازد یا آزمایش این رله) می باشد.در صورتی که ولتاژ به صورت متناوب انتخاب شود مقدار آن 230/400 ولت با فرکانس 50 هرتز و در صورت انتخاب ولتاژ به صورت مستقیم دو گزینه 110 و 125 ولت در نظر گرفته می شود.نتایج به دست آمده از پرسش نامه های فنی- آماری مشخص می نماید که حدود 55 درصد از پاسخها ولتاژ مستقیم را ترجیح داده اند در صورتی که تعداد پاسخ هایی که ولتاژ متناوب را توصیه نموده اند 30 درصد می باشد.24-3 مقاومت وصلیکی از طرق بسیار مؤثر در کاهش دامنه اضافه ولتاژهای کلیدزنی، وجود مقاومت موازی با کلید می باشد. این مقاومت قبل از وصل کنتاکت اصلی کلید وارد مدار و سپس با وصل آن از مدار خارج می گردد. وارد و خارج شدن مقاومت در مدار توسط کنتاکت کمکی یا فرعی صورت می پذیرد. کنتاکت کمکی پیش بینی شده در کلید، قسمتی از ساختمان کلید را تشکیل داده، مجهز به محفظه قطع جداگانه بوده و با محفظه قطع اصلی کلید مشترک می باشد. انرژی حرکتی لازم جهت حرکت کنتاکتهای کمکی توسط مکانیزم عمل کننده کلید تأمین می گردد. به منظور کاهش دامنه اضافه ولتاژ لازم است تا مقدار مقاومت و فاصله زمانی قرار گرفتن آن در مدار به طور مناسب و صحیح انتخاب گردد. مقدار مناسب مقاومت و فاصله زمانی آن در مدار با توجه به شرایط کلید زنی، نوع مداری که توسط کلید قطع می گردد و مشخصات آن انتخاب می شود. در شبکه های با ولتاژ 400 کیلوولت نصب مقاومتهای وصل کلید مستلزم تجزیه و تحلیل شبکه بوده و باید نکاتی تظیر استقامت عایقی تجهیزات، سطح حفاظتی برق گیرهای موجود در شبکه و دیگر مسائلی که در رابطه با اضافه ولتاژهای کلید زنی ممکن است در شبکه پدید آید، مورد بررسی قرار گیرند. در شبکه های با ولتاژ 230 کیلوولت احتیاجی به استفاده از مقاومتهای وصل موازی با کلید نخواهد بود. مقدار مقاومت وصل در شبکه های 400 کیلوولت بین 400 الی 600 اهم بوده و حداقل زمانی که این مقاومت در مدار خواهد بود هشت میلی ثانیه می باشد.4- روش قدم به قدم طراحیدر این بخش بر اساس نتایج به دست آمده از بررسیها و مطالعات بخشهای قبل، مراحل مختلف چگونگی انتخاب یک کلید قدرت برای پستهای 230 و 400 کیلوولت اعلام می گردد.1-4 مشخصات و ویژگیهای سیستمتعیین اطلاعت مورد نیاز که توسط سیستم تعریف می شوند:- ولتاژ نامی سیستم (KV) - حداکثر ولتاژ سیستم (KV)- فرکانس نامی سیستم (HZ)- تعداد فاز- نحوۀ زمین کردن نوترال سیستم (ایزوله، مؤثر زمین شده، موثر زمین نشده)2-4 شرایط محیطی محل نصبتعیین مشخصات و ویژگیهای محیطی و اقلیمی محل نصب کلید:- ارتفاع از سطح دریا (m)- حداکثر درجه حرارت محیط (0C)- حداقل درجه حرارت محیط (0C)- سرعت باد (m/s)- مقدار رطوبت نسبی (%)- شتاب زلزله (m/s2)- ضخامت یخ (mm)- میزان آلودگی (کم، متوسط، زیاد، خیلی زیاد)- هر نوع شرایط خاص منطقه3-4 پارامترها و مشخصه های طراحی کلید قدرتتعیین مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی و عملکردی کلید قدرت:- نوع کلید (SF6، کم روغن، هوای فشرده)- نوع مکانیزم عملکرد (فنری، هیدرولیک، هوای فشرده، موتور درايو)- کلاس کلید (فضای باز، فضای بسته)- ولتاژ نامی- سطوح عایقی نامی- جریان نامی (مطالعات پخش بار، ضریب روند افزایش بار، شرایط محیطی)- جریان نامی قطع شارژ خط- جریان نامی قطع شارژ کابل- جریان نامی قطع شارژ یک واحد بانک خازنی