کلید خلا یا همان Vacuum Interrupter ( مدارشکن)، کلید است که کنتاکتهای آن در خلا قرار دارند. این قطعه، بخش اصلی سازندهی قطع جریانهای ولتاژ متوسط و ولتاژ بالا است. همچینین از آن در قطع جریان ژنراتور نیز استفاده میشود. کاربرد اصلی کلید خلا این است که هنگامی که در جریانهای الکتریکی، جریانهای ناخواستهای بر اثر اتصال کوتاه ناشی از اضافه بار به وجود میآید، از مدار محافظت کرده و جریان الکتریکی را پس از تشخیص خطا، قطع میکند. در ادامه، دربارهی اجزای سازندهی این محصول و کاربردهای آن به صورت دقیقتر صحبت میکنیم.
برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله کلید حرارتی را مطالعه بفرمایید.
انواع کلید خلا
با توجه به این که استفاده از انرژی الکتریسیته در شرایط مختلفی انجام میشود که هر کدام نیاز به تجهیزات خاصی دارند، کلید خلا هم مانند سایر ابزار الکتریکی، در انواع گوناگون تولید و به بازار عرضه میگردد. به طور کلی، کلیدهای خلا موجود را میتوان بر اساس سه عامل اصلی دستهبندی کرد. این عوامل عبارتند از:
- نوع محفظه
- نوع کاربرد
- کلاس ولتاژ
به عنوان مثال، کلید خلاهای قدیمیتر، با استفاده از محفظههای شیشهای تولید میشدند. اما امروزه، انواع جدیدی که از این محصول تولید و به بازار عرضه میشوند، از محفظههای سرامیکی استفاده میکنند.
دربارهی کاربردهای این محصول در ادامه به صورت کاملتر بحث خواهیم کرد. اما تقسیمبندی کلید خلا بر اساس نوع کاربرد آن را میتوان در دستههای زیر بررسی کرد:
- قطع جریان (Circuit-breaker)
- قطع جریان ژنراتور (Generator Circuit-breaker)
- تغییر بار (Load Switches)
- کنتاکتورهای موتور (Motor Contactors)
- کنترل بار
ساختار کلید قطعکننده خلا
تکنولوژی که صنایع برقی را قادر به تولید کلیدهای قدرت خلا میکرد، در دههی ۱۹۶۰ میلادی معرفی شدند. از آن زمان تا کنون، با پیشرفتهای فناورانهای که حاصل شده است، فرآیند تولید این محصول نیز دستخوش تغییراتی شده است. اما به طور کلی، میتوان برخی قطعات اصلی که این محصول را تشکیل میدهند، بررسی کرد. در ادامه، ساختار کلید خلا را به طور دقیق بررسی خواهیم کرد.
کلیدهای خلا دارای یک محفظه استیل مخصوص آرک هستند. این محفظه در بخش مرکزی یک عایق سرامیکی قرار میگیرد. دیگر قطعات تشکیلدهندهی کلید خلا، کنتاکتهای حامل جریان هستند که نقش کلیدی در عملکرد کل سیستم ایفا میکنند. این قطعات که با نام کنتاکتهای مدارشکن خلا (VCB) شناخته میشوند، معمولا از جنس آلیاژهای مسی (مس بیسموت و مس-کروم) ساخته میشوند.
کلیدهای خلا، دارای یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک هستند. این دو کنتاکت در کنار یک قطعکنندهی خلا قرار میگیرند. کنتاکت متحرک در این دستگاه، با استفاده از فولاد ضد زنگی که در زیر آن قرار دارد، به یک دستگاه کنترلی متصل میشود. آببندی محفظهی خلا، و همچنین استفاده از یک مخزن شیشهای (در مدلهای قدیمیتر) یا سرامیکی (در مدلهای جدیدتر)، به عنوان یک عایق خارجی، سبب میشود تا احتمال نشت از بین برود.
کاربردهای کلید خلا
یکی از کاربردهای اصلی کلید خلا، قابلیت حفاظتی آن است. استفاده از این محصول، میتوانند امنیت سیستم مدار الکتریکی را افزایش دهد و از این جنبه میتواند در کنار ابزار مانند محافظ کابل قرار گیرد.
استفاده از کلید خلا، در سیستمهای انتقال قدرت کاربرد بسیار وسیعی دارد. همچنین از این قطعه در دستگاههای تولید قدرت، و توزیع انرژی نیز استفاده میشود. در اکثر سیستمهای توزیع انرژی که در سیستمهای راهآهن، کوره قوس الکتریکی و شهرکهای بزرگ صنعتی وجود دارد، استفاده از کلید خلا هم رایج است.
عملکرد کلید خلا
زمانی که شرایط غیرعادی به وجود بیاید، بین کنتاکتهای موجود در کلید خلا آرک ایجاد میشود. در چنین شرایطی، با توجه به یونیزه شدن یونهای فلزاتی که در ساخت کنتاکتها به کار رفتهاند، این دو قطعه از هم جدا میشوند. جدایی کنتاکتها سبب میشود بخاری که فضای کنتاکتها را پر کردهاند، در محفظه آزاد شوند. این بخار شامل یونهای مثبتی است که در مواد سازندهی کنتاکتها وجود دارد.
حالا وقتشه مقاله آمپرمتر کلمپی رو بخونی
میزان بخاری که در این فرآیند آزاد میشود، بستگی به جریان آرک دارد. با کاهش جریان، میان بخار آزادشده هم کاهش مییابد و در صورتی که این جریان به صفر برسد، خاصیت دیالکتریک دوباره فعال میگردد. در شرایطی که قوس در حالت انتشار قرار دارد، قطع قوس الکتریکی ممکن میگردد. در صورتی که این قوسهای الکتریکی به وسیلهی کنتاکتها سریعا قطع شود، آرک دوباره فعال میشود.
البته خاموش کردن آرک، در کلیدهای خلا متفاوت، با توجه به مواد به کاررفته برای ساخت آن و همچنین شکل کنتاکتها و تکنیکهای در نظر گرفتهشده، با روشهای گوناگونی انجام میگیرد. با توجه به این که آرکها در مسیرهای متفاوتی پخش میشوند، دمای کلید نیز افزایش پیدا نمیکند. بعد از این که آخرین آرک ایجادشده خاموش شد، قدرت دیالکتریک دوباره به سیستم برقی باز میگردد.
مزایا و معایب کلید خلا
با توجه به استفادهی این قطعه از خلا، که قابلیت عایق بسیار بالایی دارد، بهترین انتخاب برای خاموش کردن آرک محسوب میشود. همچنین طول عمر مفید این محصولات نیز بسیار بالا است. ایمنی کار با کلید خلا نیز در سطح زیادی قرار دارد. چرا که امکان انفجار آنها، تقریبا صفر است. همچنین در صورت استفاده از آنها، امکان بروز آتشسوزی نیز وجود ندارد.
اما در کنار این مزایا، نکتهی منفی استفاده از کلید خلا، هزینهی بالای آن برای ولتاژهای بالاتر از ۳۸ کیلوولت است. چرا که در این شرایط، نیاز به استفاده از دو بریکر دارید که با هم به صورت سری وصل شوند.