סוגי מפסקים וחשיבותם

בעולם החשמל והאלקטרוניקה ישנם מקרים רבים בהם מתקיימת תקלה. זה יוביל לפגיעה קשה במבנים, משרדים, בתים, בתי ספר, תעשיות וכו '. מתח וזרם אמון אינם נכונים, אם כי ננקטים אמצעי בטיחות. לאחר התקנת מפסקים הוא ישלוט בעליית המתח והזרם הפתאומית. זה יעזור מכל תאונה. מפסקים הם כמו הלב של מערכת החשמל. ישנם סוגים שונים של מפסקים שבהם הם מותקנים על פי דירוג המערכת. בבית משתמשים בסוגים שונים של מפסקים ולתעשיות משתמשים במפסק אחר. הבה נדון בסוגים השונים של מפסקים ובחשיבותם בפירוט.

מהו מפסק?

מפסק חשמלי הוא מכשיר מיתוג הניתן להפעלה אוטומטית או ידנית להגנה ושליטה על מערכת חשמל . במערכת החשמל המודרנית, עיצוב המפסק השתנה בהתאם לזרמים העצומים וכדי למנוע את הקשת בזמן ההפעלה.

מפסק

החשמל שמגיע לבתים או למשרדים או לבתי ספר או לתעשיות או לכל מקום אחר מרשתות חלוקת החשמל מהווה מעגל גדול. קווים אלה המחוברים לתחנת הכוח הנוצרים בקצה אחד נקראים החוט החם וקווים אחרים המתחברים לקרקע ויוצרים קצה אחר. בכל פעם שהמטען החשמלי זורם בין שני הקווים הללו הוא מפתח פוטנציאל ביניהם. עבור המעגל השלם, חיבור העומסים (מכשירי החשמל) מציע עמידות לזרימת המטען וכל מערכת החשמל בתוך הבית או התעשיות תעבוד בצורה חלקה.

הם פועלים בצורה חלקה כל עוד המכשירים עמידים מספיק ואינם גורמים לזרם או מתח יתר. הסיבות לחימום החוטים הן יותר מדי מטען שזורם במעגל או חיבור קצר או חיבור פתאומי של חוט הקצה לחוט האדמה יחמם את החוטים ויגרום לשריפה. המפסק ימנע מצבים כאלה שפשוט מנתקים את המעגל שנותר.

עבודה בסיסית של סוגי מפסקים

ובכן, אנו מודעים למהו מפסק . כעת, מסביר חלק זה עקרון עבודה של המפסק .

כמהנדס חשמל חשוב להכיר את פעולתו של מכשיר זה, לא רק מהנדס אלא עבור כל האנשים בתחום זה, הם צריכים להיות מודעים לכך. המכשיר כולל זוג אלקטרודות כאשר האחת סטטית והשנייה ניתנת להזזה. כאשר שני המגעים יוצרים קשר, המעגל נסגר וכאשר המגעים הללו אינם ביחד, המעגל עובר למצב סגור. פעולה זו תלויה בצורך של העובד אם המעגל צריך להיות במצב פתוח או סגור בשלב הראשוני.

תנאי 1: נניח שהמכשיר סגור בשלב הראשון על מנת ליצור מעגל, כאשר קורה נזק כלשהו או כאשר העובד חושב לפתוח, אז המחוון ההגיוני מגרה את ממסר הנסיעה המנתק את שני המגעים על ידי מתן תנועה הסליל הניתן למטלטל הרחוק לסליל הקבוע.

נראה שפעולה זו כל כך פשוטה וקלה, אך הסיבוך האמיתי הוא שכאשר כמה קשרים רחוקים זה מזה, תהיה שונות פוטנציאלית זמנית עצומה בין כמה מגעים שמאפשרים מעבר אלקטרונים גדול מפוטנציאל גבוה לנמוך. בעוד שהפער הזמני הזה בין המגעים מפעיל דיאלקטרי מודעה עבור האלקטרונים לעבור מאלקטרודה אחרת.

כאשר הווריאציה הפוטנציאלית היא יותר מכוח חוזק הדיאלקטרי, תהיה תנועה של אלקטרונים מאלקטרודה אחת לאחרת. זה מיינן את המצב הדיאלקטרי שעשוי להוביל ליצירת הצתה ענקית בין האלקטרודות. הצתה זו מכונה בשם קֶשֶׁת . אפילו הצתה זו נשארת למספר מיקרו-שניות, היא מחזיקה ביכולת לפגוע בכל מכשיר המפסק וגורם נזק לכל הציוד ולמארז. על מנת למנוע הצתה זו, יש לכבות את היכולת הדיאלקטרית המפרידה בין שתי האלקטרודות לפני שהמעגל ייפגע.

תופעת קשת

במהלך פעולת המפסקים, הקשת היא זו שצריך להתבונן בבירור. אז ה תופעת קשת במפסקים מתרחש בזמן מקרים פגומים. לדוגמא, כאשר יש זרם נרחב של זרם על פני המגעים לפני שמתרחשת הגישה ההגנתית ויוזם את המגעים.

ברגע שבו המגעים במצב OPEN, אז שטח המגע יורד במהירות וקורה תוספת בצפיפות הזרם בגלל זרם ה- SC העצום. תופעה זו מכוונת לעליית הטמפרטורה ודור החום הזה מספיק למדיום הפרעה מיינן. המדיום המיונן מתפקד כאשר המוליך והקשת מתקבלים בין המגעים. הקשת יוצרת נתיב התנגדות מינימלי למגעים ותיהיה זרימה של זרם עצום לאורך כל הזמן שקשת קיימת. מצב זה פוגע בתפעולו של המפסק.

למה קשת קורה?

לפני שנכיר גישות לסיום קשת, הבה נעריך את הפרמטרים האחראים להתרחשות הקשת. הסיבות הן:

• השונות הפוטנציאלית שקיימת בין אנשי קשר
• חלקיקים מיוננים שנמצאים בין מגעים

וריאציה פוטנציאלית זו שנמצאת בין המגעים מספיקה לקיומה של קשת מכיוון שמרחק המגע הוא מינימלי. בנוסף, אמצעי היינון מחזיק ביכולת לשמר את הקשת.

אלה הם סיבות לקשת דוֹר.

סיווג מפסקים

הסוגים השונים של מפסקים במתח גבוה כוללים את הדברים הבאים

• מפסק אוויר
• מפסק SF6
• מפסק ואקום
• מפסק שמן
• מפסק אוויר

סוגי מפסקים

מפסק אוויר

מפסק זה יפעל באוויר המדיום המרווה הוא קשת בלחץ אטמוספרי. במדינות רבות, מפסק האוויר מוחלף במפסק שמן. על מפסק השמן נדון בהמשך המאמר. לפיכך החשיבות של ACB היא עדיין בחירה עדיפה להשתמש במפסק אוויר עד 15KV. הסיבה לכך היא שמפסק שמן עשוי להתלקח בשימוש ב 15 וולט.

מפסק סוג אוויר

שני הסוגים של מפסקי אוויר הם

• מפסק אוויר רגיל
• מפסק אוויר

מפסק אוויר רגיל

מפסק אוויר רגיל נקרא גם מפסק צולב. בכך, המפסק מצויד בתא שמקיף את המגעים. תא זה מכונה מצנח הקשת.

קשת זו מיועדת לנהוג בה. בהשגת קירור מפסק האוויר, מצנח קשת יעזור. מהחומר העקשן יוצר מצנח קשת. הקירות הפנימיים של מצנח הקשת מעוצבים בצורה כזו שהקשת אינה נאלצת לקרבה. זה ייסע לתוך הערוץ המתפתל המוקרן על קיר מצנח קשת.

במצנח הקשת יהיו תאים קטנים רבים ויש לו חלוקות רבות שהן לוחות מופרדים ממתכת. כאן כל אחד מהתאים הקטנים מתנהג כצינור מיני קשת וצלחת ההפרדה המתכתית מתנהגת כמו מפצלים בקשת. כל מתח הקשת יהיה גבוה יותר ממתח המערכת כאשר הקשת תתפצל לסדרת קשתות. זה עדיף רק ליישומי מתח נמוך.

מפסק אוויר פיצוץ

מפסקי אוויר של הפיצוץ משמשים למתח מערכת של 245 קילו-וולט, 420 קילו-וולט, ואף יותר מכך. מפסקי זרם אוויר הם משני סוגים:

• מפסק פיצוץ צירי
• פיצוץ צירי עם מגע נע.

מפסק פיצוץ צירי

במפסק הפיצוץ הצירי, המגע הנע של מפסק הפיצוץ הצירי יהיה במגע. פתח הנחיר קבוע למגע של מפסק במצב סגור בדרך כלל. תקלה מתרחשת כאשר מכניסים לחץ גבוה לחדר. מתח מספיק כדי לשמור על אוויר בלחץ גבוה כאשר הוא מוזרם דרך פתח הנחיר.

סוג פיצוץ אוויר

היתרונות של כוס המעגל עם פיצוץ אוויר

• הוא משמש במקום בו נדרשת פעולה תכופה בגלל אנרגיית קשת פחותה.
• זה חסר סיכון מאש.
• קטן בגודל.
• זה דורש פחות תחזוקה.
• מרווה בקשת הוא הרבה יותר מהיר
• מהירות המפסק גבוהה בהרבה.
• משך הזמן של הקשת זהה לכל ערכי הזרם.

חסרונות של מפסק אוויר פיצוץ

• זה דורש תחזוקה נוספת.
• לאוויר תכונות כיבוי קשת נמוכות יחסית
• הוא מכיל מדחס אוויר בעל קיבולת גבוהה.
• מצומת צינור האוויר, יתכן סיכוי לדליפת לחץ אוויר
• קיים סיכוי לעליית קצב גבוהה של חיתוך זרם ומתח מחדש.

יישום ושימושים במפסק אוויר

• הוא משמש להגנה על צמחים, מכונות חשמל, שנאים, קבלים וגנרטורים
• מפסק אוויר משמש גם במערכת חלוקת החשמל ו- GND כ- 15Kv
• משמש גם ביישומים נמוכים כמו גם בזרמים גבוהים ובמתחים.

מפסק SF6

במפסק SF6, המגעים הנושאים זרם פועלים בגז הקספלואוריד גופרית ידוע כמפסק SF6. זהו מאפיין בידוד מעולה ואלקטרו-שליליות גבוהה. ניתן להבין כי, הזיקה הגבוהה של קליטת אלקטרונים חופשיים. היון השלילי נוצר כאשר אלקטרון חופשי מתנגש במולקולת הגז SF6 הוא נספג על ידי מולקולת הגז ההיא. שתי הדרכים השונות לחיבור של אלקטרונים עם מולקולות גז SF6 הן

SF6 + e = SF6
SF6 + e = SF5- + F.

היונים השליליים שנוצרים יהיו כבדים בהרבה מאלקטרון חופשי. לכן, בהשוואה לגזים נפוצים אחרים, התנועתיות הכוללת של החלקיק הטעון בגז SF6 היא הרבה פחות. הניידות של חלקיקים טעונים היא האחראית העיקרית להובלת זרם באמצעות גז. לפיכך, עבור חלקיקים טעונים יותר כבדים ופחות ניידים בגז SF6, הוא רוכש חוזק דיאלקטרי גבוה מאוד. מאפיין זה מעביר חום טוב בגז בגלל צמיגות גזית נמוכה. SF6 יעיל פי 100 בתקשורת מרווה קשת מאשר מפסק אוויר. הוא משמש גם למערכת חשמל חשמלית במתח בינוני וגם גבוה מ 33KV ל 800KV.

מפסקי SF6

סוגים של מפסקים ב- SF6

• מפסק SF6 מפריע יחיד הוחל עד 220
• שני מפסקי SF6 מפסיקים החילו עד 400
• ארבעה מפסקי SF6 מפסיקים החילו עד 715 וולט

מפסק ואקום

מפסק ואקום הוא מעגל בו משתמשים בוואקום לכיבוי הקשת. יש לו אופי התאוששות דיאלקטרי, הפרעה מעולה, והוא יכול להפריע לזרם בתדר גבוה הנובע מאי יציבות בקשת, על גבי זרם תדר הקו.

בעיקרון הפעולה של VCB יהיו שני מגעים הנקראים אלקטרודות יישארו סגורים בתנאי הפעלה רגילים. נניח שכאשר מתרחשת תקלה בחלק כלשהו של המערכת, אז סליל המפסק של מפסק החשמל מתח ולבסוף, המגע מתנתק.

מפסק ואקום

ברגע שמגעים של המפסק נפתחים בוואקום, כלומר 10-7 עד 10-5 טור, נוצר קשת בין המגעים על ידי יינון אדי מתכת של מגעים. כאן הקשת נכבית במהירות, זה קורה מכיוון שהאלקטרונים, האדים המתכתיים והיונים המיוצרים במהלך הקשת, מתעבים במהירות על פני מגעי CB, וכתוצאה מכך התאוששות מהירה של חוזק דיאלקטרי.

יתרונות

• VCB הם אמינים, קומפקטיים וחיים ארוכים
• הם יכולים להפריע לכל זרם תקלה.
• לא יהיו סכנות שריפה.
• לא מפיקים שום רעש
• יש לו חוזק דיאלקטרי גבוה יותר.
• זה דורש פחות כוח להפעלת השליטה.

מפסק שמן

בסוג מעגלים זה משתמשים בשמן מפסק, אך עדיף שמן מינרלי. זה פועל רכוש בידוד טוב יותר מאשר אוויר. המגע הנע והמגע הקבוע שקועים בתוך שמן הבידוד. כאשר הפרדת הזרם מתרחשת ואז מגעי המוביל בשמן, הקשת במפסק מתחילה ברגע הפרדת המגעים, ובגלל קשת זו בשמן היא מתאדה ומתפרקת בגז מימן ולבסוף יוצרת בועת מימן סביב הקשת.

בועת גז דחוסה מאוד מסביב וקשת מונעת פגיעה חוזרת בקשת לאחר שהזרם מגיע לאפס מעברים של המחזור. ה- OCB הוא סוג המפסק העתיק ביותר.

סוגים שונים של מפסקים בסוג שמן

• מפסק שמן בתפזורת
• מפסק שמן מינימלי

מפסק שמן בתפזורת (BOCB)

ב- BOCB, שמן משמש לקשת את אמצעי המרווה וגם לצורך בידוד אמצעי תקשורת בין חלקי כדור הארץ של מפסק ומגעים נושאי זרם. נעשה שימוש באותו שמן מבודד שנאי.

עקרון העבודה של ה- BOCB אומר שכאשר מופרדים המגעים הנושאים זרם בשמן, נוצר קשת בין המגעים המופרדים. הקשת שהוקמה תייצר בועת גז שצומחת במהירות סביב הקשת. המגעים הנעים יתרחקו מהמגע הקבוע של הקשת וכתוצאה מכך ההתנגדות של הקשת תגבר. כאן ההתנגדות המוגברת תגרום להורדת הטמפרטורה. מכאן שתצורות הגזים המצומצמות מקיפות את הקשת.

כאשר הזרם עובר דרך חציית אפס מתרחש מרווה הקשת ב- BOCB. בכלי האטום לחלוטין, בועת הגז סגורה בתוך הנפט. הנפט יקיף בלחץ גבוה על הבועה, התוצאה היא גז דחוס מאוד סביב הקשת. כאשר הלחץ מוגבר גם יוניזציה של הגז עולה, מה שמביא להרוות קשת. גז המימן יעזור בקירור מרווה הקשת במפסק הנפט.

יתרונות

• נכס קירור טוב בגלל פירוק
• לשמן חוזק דיאלקטרי גבוה
• הוא משמש כמבודד בין כדור הארץ לחלקים החיים.
• השמן המשמש כאן יספוג אנרגיית קשת תוך כדי פירוק

חסרונות

• זה לא יאפשר מהירות גבוהה של הפרעה
• זה לוקח זמן קשת ארוך.

מפסק שמן מינימלי

זהו מפסק שמשתמש בשמן כמדיה הקוטעת. מפסק השמן המינימלי יניח את יחידת ההפרעה בתא בידוד בעל פוטנציאל חי. אבל חומר בידוד זמין בחדר ההפרעה. זה דורש כמות פחותה של שמן ולכן הוא נקרא מפסק שמן מינימלי.

יתרונות

• זה דורש פחות תחזוקה.
• זה מתאים גם להפעלה אוטומטית וגם ידנית.
• זה דורש שטח קטן יותר
• גם עלות שבירת כושר ב- MVA נמוכה יותר.

חסרונות

• הנפט מתדרדר בגלל הגזים.
• קיימת אפשרות של פיצוץ ואש
• מכיוון שיש בו כמות קטנה יותר של נפט, כך מגביר את הפחמן.
• קשה מאוד להסיר גזים מהחלל שבין המגעים.

יתר על כן, מפסקים מסווגים על פי סוגים שונים ואלה:

מבוסס על מחלקת מתח

הסיווג הראשוני של מפסקים תלוי במתח הפונקציונלי שיש להשתמש בו. קיימים בעיקר שני סוגים של מפסקי זרם מבוססי מתח ואלה:

• מתח גבוה - מיושם ברמות מתח העולות על 1000 וולט. אלה מחולקים עוד להתקנים 75kV ו- 123kV.
• מתח נמוך - מיושם ברמות מתח מתחת ל -1000 וולט

מבוסס על סוג ההתקנה

מכשירים אלה מחולקים גם בהתאם למיקום ההתקנה שמשמעותו או מיקומים סגורים או באוויר הפתוח. באופן כללי, אלה מופעלים ברמת מתח גבוהה במיוחד. מפסקים סגורים נועדו להיות מועסקים באופן פנימי בבניין או כאלה שיש בהם תרכובות אטומות למזג האוויר. השונות החיונית שבין שני הסוגים הללו היא קונסטרוקציות האריזה והתרכובות ואילו העיצוב הפנימי כמו ציוד ההחזקה הנוכחי ופונקציונליות כמעט דומה.

מבוסס על סוג העיצוב החיצוני

בהתאם לעיצוב הקונסטרוקטיבי הפיזי, שוברי המפסק הם משני סוגים:

סוג טנק מת - כאן, ציוד המיתוג ממוקם בספינה בפוטנציאל הבסיס וזה מוקף על ידי אמצעי המגן והפרעים. אלה נמצאים בעיקר בשימוש במדינות ארה'ב.

סוג טנק חי - כאן, ציוד המיתוג ממוקם בספינה בפוטנציאל המקסימלי וזה מוקף על ידי אמצעי ההגנה והמפסקים. אלה נמצאים בעיקר בשימוש באירופה ובמדינות אסיה

מבוסס על סוג המדיום המפריע

זהו הסיווג המכריע של מפסקים. כאן המכשירים מסווגים בהתאם לגישת הרס הקשת ובמדיום ההפרעה. באופן כללי, שניהם נראו כפרמטרים מכריעים בבניית מפסקים והם שלטו בגורמים הבניים האחרים. בעיקר, נפט ואוויר משמשים כמדיום ההפרעה. מלבד אלה, ישנם גם גופרית הקסאפלואוריד ואקום המשמש כמדיום הפרעה. שני אלה נמצאים בשימוש ביותר בימים אלה.

מפסקי HVDC

זהו מכשיר מיתוג המכשיל את זרימת הזרם הכללית במעגל. כאשר מתרחש נזק כלשהו, ​​נוצר מרחק בין המגעים המכניים בהתקן וכך המפסק עובר למצב OPEN. כאן, שבירת המעגל מסובכת במקצת מכיוון שזרם הזרם הוא חד כיווני בלבד ואינו קיים זרם אפס. השימוש המכריע במכשיר זה הוא לחסום את טווח המתח הגבוה של DC במעגל. בעוד שמעגל ה- AC חוסם בצורה חלקה את הקשת במצב של זרם האפס מכיוון שפיזור האנרגיה הוא כמעט אפס. מרחק המגע צריך להחזיר לעצמו את היכולת הדיאלקטרית לסבול את רמת ההתאוששות הזמנית של המתח.

מבצע HVDC

במקרה של התקני שבירת מעגל DC, הבעיה מורכבת יותר מכיוון שלגל DC לא יהיו זרמים אפסיים. וחסימת קשת מחויבת מובילה להתפתחות רמות מתח התאוששות חולפות ארעיות והיא מפעילה שאין בה חסימת קשת וגורמת נזק סופי למגעים המכניים. בבניית מכשיר HVDC, בעיקר אחת עמדה בשלוש בעיות ואלה:

• חסימה של החזרת הקשת
• חוסר אנרגיה מאוחסן
• דור זרם אפס מלאכותי

מפסקים סטנדרטיים

מכשירים אלה צופים באופן גורף בפונקציונליות של המכשיר. מפסקים סטנדרטיים אלה הם של מוט יחיד וכפול מוט.

מפסקים חד-מוטיים

מכשירים אלה מכילים את התכונות של

• משמש בעיקר ביישומים ביתיים
• מגן על חוט בעל אנרגיה יחידה
• אלה מספקים כמעט 120 וולט של מתח למעגל
• הם מחזיקים ביכולת לנהל 15 עד 30 אמפר
• מפסקי מוט יחיד הם בשלושה סוגים והם בגודל מלא (רוחב 1 אינץ '), חצי גודל (רוחב חצי אינץ'), ותאומים (בעלי רוחב אינץ 'המורכב משני מתגים ומנהלים זוג של מעגלים).

מפסקים דו-מוטיים

מכשירים אלה מכילים את התכונות של

• אלה מספקים כמעט 120 וולט / 240 וולט של מתח למעגל
• הם מחזיקים ביכולת לנהל 15 עד 30 אמפר
• משמש בעיקר ביישומים ענקיים כמו תנורי חימום ומייבשים
• שומר על שני חוטים ממוזגים

במאמר זה, סוגים שונים של מפסקים, כלומר מפסק אוויר, SF6 מפסק, מפסק ואקום ומפסק שמן נדונו בפירוט קצר רק כדי להבין את מושג בסיסי לגבי מפסקי זרם אלה . וגם חלוקתם נדונה יחד עם יתרונות וחסרונות. דנו בכל מושג בצורה ברורה מאוד. אם לא הבנת אף אחד מהנושאים, אתה מרגיש שחסר מידע כלשהו, ​​או ליישם פרויקטים חשמליים לסטודנטים להנדסה, אנא אל תהסס להגיב בסעיף שלהלן.