کلید خلا یا مدارشکن چیست؟ کلید خلا چه کاربردهایی دارد؟

کلید خلا چیست؟

امروزه استفاده از کلیدهای خلا به دلیل مزایایی که دارند به سرعت رواج پیدا کرده است. کلید خلا یا مدار شکن که به نام VACUUM CIRCUIT BREAKER)) یک واسطه برای قطع جریان در ولتاژ متوسط است. عملکرد این کلید بیشتر مربوط به محیط دی الکتریک است که برای خاموش کردن قوس مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این کلید دارای یک محفظه قوس فولادی است که به شکل کاملا متقارن در مرکز عایق‌های سرامیکی چیده شده است. جنس مدارشکن خلا نیز اغلب از استیل است. در واقع جنس مواد به کار رفته در کنتاکت‌های این کلید تا حد زیادی در عملکرد آن تاثیر دارند. عملکرد اصلی کلید خلا یا مدارشکن خلا نیز بر اساس قطع جریان در زمان تشخیص و شناسایی هر گونه خطایی است.

چه عواملی موجب کاربردی بودن کلید خلا می‌شود؟

انرژی کم قوس در خلا

انرژی پراکنده و به هدر رفته در طول قوس الکتریکی در کلید خلا، به اندازه یک دهم کلید روغن و یک چهارم آن در گاز SF6 است.  دلیل اتلاف انرژی کم در این کلید، زمان کم وقفه به دلیل فاصله کم کنتاکت‌ها و نیز قوس با طول کم به دلیل فاصله کم کنتاکت‌ها است. با توجه به اتلاف انرژی کم در قوس‌ها، تابلو برق خلا فرسایش ناچیزی در کنتاکت‌ها دارد، این موضوع موجب می‌شود که نیاز به نگهداری نداشته باشد. همچنین ذکر یک نکته لازم است که میزان انرژی مورد نیاز برای کلید خلا در مقایسه با کلید هوا و یا کلید روغن به منظور قطع یک جریان خاص کمتر است.

فرایند حرکت ساده

در گازSF6 و روغن و کلیدهای هوایی، کنتاکت‌ها همراه با مقاومت بالایی است که این مقاومت بالا ناشی از فشار زیاد در داخل محفظه خاموش‌کننده قوس است. در داخل کلید خلا هیچ واسطه‌ای وجود ندارد. حرکت کنتاکت‌ها به دلیل فاصله کم کنتاکت‌ها بسیار کم است. با توجه به این نکات انرژی حرکتی که برای حرکت و جابجای این کلیدها نیاز است نیز بسیار کم است. از این رو مکانیزم عملیاتی ساده فنر برای حرکت کلید خلا کفایت می‌کند. لازم به ذکر است که مکانیزم ساده حرکت در کلید خلا موجب عمر مکانیکی بالا در آن می‌شود که یکی از مزایای این کلید است.

مقاومت دی الکتریک خلا

یک فاصله کنتاکت معین خلا به اندازه ۸ برابر قدرت دی الکتریک، بیشتر از هوا و حدود ۴ برابر مقاومت دی الکتریک، بیشتر از گاز SF6 در یک نوار را ایجاد می‌کند. همانطور که می‌دانید مقاومت دی الکتریک زیاد است و فاصله کنتاکت کلید خلا را به اندازه کم می توان حفظ کرد. در این فاصله کنتاکت کم، میزان کاهش قوس زیاد است زیرا استحکام دی الکتریک زیاد است. همچنین در کلید خلا، قدرت بازیابی سریع بعد از فرایند قطع کامل قوس به مقدار کامل دی الکتریک آن در صفر جریان دارد؛ این موضوع موجب می‌شود، کلید خلا به منظور سوئیچینگ خازن یک گزینه مناسب باشد.

بیشتر بخوانید» یکی از کاربردی ترین انواع تابلو برق، تابلو مثلث است. تابلو ستاره مثلث برای راه‌اندازی نرم و کاهش جریان راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز استفاده می‌شود. این تابلو معمولاً در صنایع سنگین، پمپ‌ها، کمپرسورها و ماشین‌آلات صنعتی کاربرد دارد و از استهلاک موتور جلوگیری می‌کند.

 خاموش کردن سریع قوس

در زمان باز شدن کنتاکت‌ها، بخار فلزی در بین کنتاکت‌ها ایجاد می‌شود. بخار فلزی ایجاد شده، مسیری را برای جریان یافتن مداوم جریان الکتریکی تا صفر بعدی جریان فراهم می‌کند. آزمایش‌های بسیاری و تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده که نشان می‌دهند تنها یک درصد بخارها در دیواره جانبی محفظه قوس روی  دیواره کناری محفظه متراکم می‌شوند و بقیه بخارها مجدداً متراکم می‌شوند. در واقع می‌توان نتیجه گرفت که فرسایش تماسی قوس تقریباً ناچیز بوده و مقاومت دی الکتریک سوئیچر خلا در مدت زمان کوتاهی بازیابی می‌شود.

مزیت‌های کلید خلا که موجب محبوبیت آن شده‌اند

• کلید خلا بدون انتشار گاز به هوا است.
• کلید خلا عملکردی بی صدا دارد.
• این کلید نیازی به نگهداری و هزینه‌های جانبی ندارد.
• بریکر خلا سرعت عمل بالایی دارد و به جهت پاکسازی خطا مناسب است.
• این کلید برای عملیات‌های مکرر بسیار مناسب و کاربردی است.
• خطر آتش سوزی در کلید خلا تقریباً صفر است.
• برعکس بریکرهای روغنی و بریکرهای هوایی انفجار در کلیدهای خلا امری اجتناب ناپذیر بوده افزایش ایمنی پرسنل می‌گردد.

بریکر خلا چه کاربردهایی دارد؟

کلید خلا را می‌توان به عنوان یک تکنولوژی قطع جریان با قابلیت اطمینان بالا برای سوئیچرهای ولتاژ متوسط شناخت. کلید خلا به دلیل اینکه نسبت به تکنولوژی کلیدهای قطع‌کننده دیگر، هزینه‌های تعمیر و نگهداری کمتری دارد، بیشتر مورد توجه خریداران است. این کلید برای کاربردهای ولتاژ متوسط مناسب است و به منظور استفاده در ولتاژهای بالا توسعه یافته است. کلیدهای خلا در سوئچگیرهایی که پوشش فلزی دارند و بریکرهایی که پوشش چینی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از دیگر کاربردهای کلید خلا می‌توان سیستم‌های انتقال نیروی برق و واحد تولید برق و سیستم‌های توزیع برق را نام برد که در کارخانه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در حال حاضر در ۸۰ درصد اپراتورهای شبکه قدرت در جهان از تکنولوژی کلید قدرت خلا استفاده می‌شود، یکی از کشورهایی که سهم عظیم بازار بریکرهای خلأ را در دنیا در اختیار دارد کشور آلمان است. این کشور ۹۹ درصد از این بازار را به تصرف خود درآورده است.

سخن آخر

کلید خلا خاصیت ترمیم دی الکتریک را دارد و یک قطع‌کننده مناسب برای قطع جریان‌های فرکانس بالا است. این کلید که در سیستم‌های برقی مانند تابلو برق ساختمانی یک قطعه حیاتی به شمار می‌رود، ایراداتی نیز دارد. از جمله اینکه در ولتاژهای بیشتر از ۳۸ کیلو ولت  اقتصادی نیست، اما قابلیت‌هایی چون نیاز نداشتن به نگهداری، بدون انتشار گاز و بی صدا بودن و بدون خطر آتش‌سوزی بودن آن موجب افزایش کارایی و کاربرد آن می‌شود.