القواطع الكهربائية Circuit breaker

و يعرفالقاطع (Circuit breaker) على أنه أداة فصل ووصل للدائرة الكهربائية، يقع بين
المصدر الكهربائي(Source) وبين الأحمال(Loads) المغذاة من هذاالمصدر.
وتتحرك الأجزاء الميكانيكية فيه إما يدويا(Manual) أوكهربائيا(Electrical) لتعمل بدورها
على فصل التيار الكهربائي عن مركز الأحمالمهما كانت سواء محركات أو دوائر إضاءة أو
تغذية لوحات كهربائية أو دوائر مراقبةو تحكم …إلخ.

ويمكن تشغيل القاطع يدويا أو كهربائيا أو ذاتيا بأشكال وطرقوتوصيلات مختلفة، وقد يكون
مزودا بعناصر حماية الدوائر الكهربائية (Fuses Or Relays) الكافية لحماية تلك الدائرة
المستخدم فيها،وتكون وظيفته إيصال التيارالكهربائي إلى الدارة الكهربائية حالة أنه يراد إيصاله ويقوم بفضل التيارالكهربائي- في حالة أنه يراد فصله .
أما الفصل الذاتي (Automatic) فيقوم بهالقاطع في حالة حدوث دائرة قصرSC أو خطأ((Fault أو زيادة الحمل أو التيار أو فيحالة هبوط الجهد أو زيادته غير ذلك من إشارات يتلقاها من الأنواع المختلفة منال(Relays) .

أجزاء القاطع :

أ) الملامس المتحرك :
ويكون من مادة جيدة التوصيل للكهرباء ووظيفته (مع الملامس الثابت) الوصلالمباشر بين أطراف
المصدر الكهربائي وأطراف دائرة الحمل . وفي بعض القواطع خاصةذات القدرات الكهربائية العالية تكون الملامسات المتحركة وكذلك الملامسات الثابتةذات جزأين حيث يكون الجزء الثاني مضافا لوقاية الملامسات الرئيسية من آثار الشررالكهربائي الذي يحصل عند الوصل و الفصل وتسمى الملامسات الأولى بالملامسات الرئيسية Main contact ، ويسمى الجزء الثاني من الملامس بملامسات امتصاص الشرر(ِِArcing contact ) ،ويتحكم الجزء الميكانيكي بحركة الملامس المتحرك حيث يقوم بوصله أو فصلهعن الملامس الثابت حين نقوم بوصل أو فصل التيار الكهربائي للجزءالكهربائي.

ب) الملامس الثابت :
ويكون من مادة جيدة التوصيل للكهرباءووظيفته مشتركة مع الملامس المتحرك، توجد هنالك ملامسات امتصاص شرر ثابتة تقابلملامسات امتصاص الشرر المتحركة .

ج) الجزء الميكانيكي :
ويتحكم بحركة الملامس المتحرك ،حيث يقوم بوصله أو فصله بالملامس الثابت بعد أنيأخذ أمرا بذلك من الجزء الكهربائي ،ويأخذ الجزء الميكانيكي أشكالا وتركيبات وخواصتختلف باختلاف نوع القاطع و استخداماته وصناعته .
ومن أشكال الجزء الميكانيكي :
1) أن يكون تركيب ميكانيكي بسيط لزمبرك ،حيث يتم شحن الزمبرك بالبداية عندعملية الوصل وتفريغه عند عملية الفصل ، وهذا النوع شائع الاستعمال في القواطعالبسيطة التركيب المستخدمة في دوائر كهربائية ذات تيارات مختلفة .وهذا النوع لايمكن تشغيله أوتوماتيكيا إلا بإضافات خاصة .

2) أن يكون قلبا حديديا لملفمغناطيسي ذو تركيب ميكانيكي خاص :
حيث تتم عملية الوصل للقاطع بإيصال التيارالكهربائي للملف المغناطيسي حيث يتمغنط القلب المشدود بزمبرك بقوة أكبر من قوة شدالزمبرك ، وبالتالي يشحن الزمبرك الذي يستفاد من طاقة شحنه في عملية الفصل،و القلببدوره يسحب معه الجزء الميكانيكي فتتم عملية الوصل ، وعندما نقوم بفصل التيارالكهربائي عن الملف تزول المغنطة فتقوم طاقة الشحن المخزونة في الزمبرك بإرجاعالزمبرك إلى وضعه الأصلي وبذلك تتم عملية الفصل .
وهذا النوع من القواطع شائعالاستعمال في دوائر التحكم (Control) التي تتعامل مع مصادر الجهود و التياراتالمنخفضة و المتوسطة نسبيا ،وهذه يمكن تشغيله أوتوماتيكيا.
3)أن يكون آلة تشغيلذات تركيب خاص وخواص معينة تناسب نوع الاستخدام حيث يمكن الاستفادة من طاقة شحنزمبركات خاصة بعملية الفصل أو الوصل ، ويتم الشحن إما يدويا(بتحريك جزء ميكانيكيمعين ) ،أو كهربائيا (بواسطة محرك كهربائي) .وتتم عملية التشغيل أيضا إمايدويا(التحكم بحركة مزلاج مثلا) أو كهربائيا (استغلال الأثر المغناطيسي في التأثيرعلى حركة المزلاج مثلا).
واستعمالات هذا النوع شائعة في قواطع الدوائرالكهربائية ذات الجهود العالية أو ذات التيارات العالية أو كلاهما. وهناك إمكانيةتشغيل هذا النوع ذاتيا بالتحكم الكهربائي ، وكذلك يمكن التحكم به عن بعد (Remote control ) .

د) الجزء الكهربائي :
وهذا الجزء موجود فقط في القواطع التييمكن تشغيلها كهربائيا ،وكما ذكر سابقا فإن وظيفة الجزء الكهربائي إما أن تكونلإعطاء أوامر الفصل و الوصل للجزء الميكانيكي وإما لشحن الزمبركات ،ويكون الجزءالكهربائي إما محرك كهربائي((Motor وإما أن يكون ملف مغناطيسي يتحكم بالجزءالميكانيكي بشكل مباشر أو غير مباشر.

ه) العازل بين الأقطاب :
وهذا الجزءتزداد أهميته كلما كان التعامل مع مصادر جهود وتيارات أعلى إذ يعمل هذا الجزءبمثابة حاجز يمنع التماس بين الأقطاب وبالتالي يمنع حدوث دوائر القصر (Short circuit ) بينها . والسبب الرئيسي لحدوث التماس بين الأقطاب هو الشرر الكهربائيالذي يحصل لحظة الفصل و الوصل .ونجد أن العازل في القواطع الصغيرة السعة هو عبارةعن نوع خاص من الزيوت العازلة ،وفي بعض الأنواع يكون هذا العازل غازا خاملا ضمن غرفمفرغة من الهواء ، وهناك العازل المحيط الذي تكون وظيفته عزل الأقطاب عن الأرض أوالجسم الذي تركب عليه وهو مهم جدا كعازل الأقطاب.

الشرر الكهربائي فيالقاطع الكهربائي :

تتعرض ملامسات القاطع عند لحظة الوصل لمرور تيار كهربائيعالي نسبيا يسمى(starting current) أو (Inrush current) تعتمد قيمته على الجهدالمطبق في الدائرة وعلى محصلة مقاومات الحمل. و هذا التيار اللحظي يكون أضعاف قيمةتيار تشغيل الحمل لذا فإن الحمايات الموجودة يجب أن لا تفصل القاطع عند مرور هذاالتيار اللحظي ويجب أن يضبط ال(ٍSetting ) لها ليعطي (Delay time ) معين . ولهذايجب أن تكون ملامسات القاطع ذات درجة تحمل مناسبة لتحمل ذلك التيار .
وتحدثالشرارة الكهربائية على ملامسات كل قطب عند لحظة تماسها كذلك عند لحظةابتعادها،وسبب حدوث هذه الشرارة هو تأين الهواء (كسر عاز ليته) الموجود ضمن مسافةمعينة و في لحظة معينة بين الملامس المتحرك والملامس الثابت بسبب فرق الجهد الموجودبينهما،وتزداد هذه الشرارة كلما ازداد الفرق وكذلك كلما ازداد تشبع الهواء بالرطوبةو الغبار.

خطورة الشرر في القواطع الكهربائية :

يعتبر الشرر الحاصلفي القواطع الكهربائية خطرا للأسباب التالية :

1) لأنه يسبب صهرا أو رفعا فيدرجة حرارة الملامسات و بالتالي إتلافها ويزداد تأثير ذلك كلما ازداد ت كميةالشرارة .
2) قد تسبب انحرافا تدريجيا في العازل الموجود بين الأقطاب إذا كان منالنوع الصلب وبالتالي إتلافه وتوصيل الأقطاب ببعضها بواسطة الكربون المتكون نتيجةالاحتراق مما يؤدي إلى حدوث(Short circuit) بين الأقطاب .

وقد تم تصنيفالقواطع الكهربائية ( Circuit breakers) بناء على طريقة إخماد الشرارة الكهربائية ،ومن هذه الأنواع الموجودة في محطة الحسين الحرارية.

Minimum oil circuit§ breaker :

ويستخدم هذا النوع من القواطع بالجهديةKV 132،حيث تكون الفازاتالثلاثة مفصولة عن بعضها البعض ، ويستخدم لكل منها حجرة مملوءة بالزيت لإخماد القوسالكهربائي ،حيث يتم تنفيس الأبخرة التي تولدت نتيجة تحلل الزيت في منطقة الشرارةأثناء حركة الملامس المتحرك من القاطع وتقوم هذه الأبخرة بتوجيه كمية من الزيت كاملالعزل الموجود في الحجرة لإخماد الشرارة والذي يتم فتحه وإغلاقه بواسطة قوة شدزنبرك.

SF6 Circuit Breaker :§

تستخدم هذه القواطع في الوحدةالسابعة بشكل استثنائي لنفس الجهديةKV 132،أما الغاز المستخدم فيها فهو غاز خاملوكثافته أكبر من كثافة الهواء بخمس مرات ومتانته الكهربائية تزداد بزيادة الضغط،ونتيجة لارتفاع ثمن هذا الغاز فإنه من الممكن الحصول على خليط ذو متانة جيدةبواسطة خاطه بالهواء .
وتبرز أهمية هذا الغاز في إخماد القوس الكهربائي بصفتهالكهروسلبية (Electronegative gas) حيث أنه يميل إلى كسب إلكترونات وعندما يتحركالملامس المتحرك فإن غاز ال SF6سوف يندفع إلى حجرة الإخماد عاملا على كسب إلكتروناتمشكلا أيونات سالبة غير متحركة نسبيا مما يسهل إطفاءه.

Bulk oil§ circuit breaker :

وهو النوع المستخدم عند مستوى الفولتية KV 33 وهي موزعةفي المحطة على النحو التالي:
أ‌) على الأطراف الثانوية لمحولات الربط الأربعة Interbus transformers
KV33/132 .
ب‌) على الأطراف الثانوية لمحولات الغازيةالأولى و الثانية KV 33/10.
ج) على الأطراف الابتدائية لمحولات الخدمة KV3.3/33 .
د) على الخطوط المزودة لشركة الكهرباء الأردنية ( (JEPCO.

عند فصلالملامسات وحدوث القوس ، فإن الزيت يتبخر ويتحلل إلى غاز بنسبة (50%) من الحجموتكون كمية الزيت المتحللة قليلة ،إلا أن حجم الغاز المتكون كبير.

Vacuum§ circuit breaker :

وهو النوع المستخدم في محطة الحسين الحرارية عند مستوىالفولتية 3.3KV للوحدات اليابانية الصنع ،من الرابعة حتى السابعة.
آلية إخمادالشرارة في هذا النوع من ال(Circuit breaker ) تقوم على مبدأ تفريغ غرفة الملامسات (Contacts) لمنع حدوث تأين الهواء الذي يساعد على حدوث القوس .وتكون عملية الفتحوالإغلاق بواسطة قوة شد زمبرك.

Air blast circuit breaker:§

وهوالنوع المستخدم في محطة الحسين الحرارية عند مستوى الفولتية 3.3KV للوحداتالإيطالية الصنع ،من الأولى حتى الثالثة،وهي تستخدم في المواقع التالية:
أ‌) علىالأطراف الثانوية لمحولات الوحدة والخدمة.
ب‌) بدوائر محركات مياه التغذيةFeed water pumps (KV3.3 ) .
ج) محركات دفع الهواء Forced draft fans

ومن أهمما يميز هذه القواطع:

1) تستخدم (Dc Motor) للف زمبرك قوي يعمل على جذب ذراعميكانيكي مؤديا إلى وصل الدارة ،أما عملية الفتح فتتم بواسطة (Tripping coil) يؤديإلى إفلات الزمبرك وإعادة الذراع إلى وضعها الأصلي .
2) يستخدم بهذا النوع منالقواطع (Magnetic blow up coil ) وهو ملف يوضع على التوازي مع ذراع ميكانيكي ،حيثأن وصل هذا الذراع يعمل( Short circuit )على الملف وبالتالي لا يمر فيه تيار ،ولكنفي حالة فتح الذراع يدخل هذا الملف بالدارة مولدا مجالا مغناطيسيا معاكسا لمجالالشرارة ،مما يدفع القوس الكهربائي إلى الأعلى داخلا غرف ذات فراغات صغيرة معزولةتؤدي إلى تقطيع الشرارة .
3) يستخدم بهذا النوع من القواطع مبدأ ال(Anti pumping) وذلك لمنع الإغلاق بحالة حدوث (Fault) مع استمرارية إعطاء إشارةللإغلاق،وذلك للمحافظة على الملامسات من العطب والانحراف جراء تكرار الفتحوالإغلاق.

Air circuit breaker :§

وهذا النوع من القواطع لايستخدم تقنيات خاصة من أجل إطفاء الشرارة وذلك لأن القدرة لها قليلة مما شرارةصغيرة يسهل إطفاؤها.
وهذه القواطع تستخدم في محطة الحسين الحرارية في دوائرمحركات (Air cooled condensate fans) ذات الفولتية V416 ويبلغ عددها لكل 99 موزعةكالتالي :
9 مراوح لكل من الوحدات الإيطالية الثلاث.
18 مروحة لكل من الوحداتاليابانية الأربعة.

البطاريات (Batteries) :q

تعرفالبطارية على أنها الآلية العملية الوحيدة القادرة على إختزان القدرة الكهربائية،وذلك على شكل قدرة (طاقة) كيميائية يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية.
وتتكونالبطارية من :
السائل الكهرلي : وهو الوسط الناقل كهربائيا و الموجود فيالبطارية ، وهو عبارة عن محلول حمض الكبريتيك في الماء(H2SO4) في البطارياتالحمضية،و ماءات البوتاسيوم في الماء(KOH) في البطاريات القلوية ،ويستخدم فيالبطاريات بكثافة معينة.
ويتم شحن البطارية بتحويل الطاقة الكهربائية إلىكيميائية بتغذية طرفيها بتيار مستمر(DC).
كل بطارية تحتوي على نوعين من الألواح؛السالبة والموجبة.

استخدامات البطاريات الأساسية في المحطة :

1) الحماية(Protection) سواء في القواطع الكهربائية( Circuit Breaker) أوالمرحلات(Relays).
2) دوائر التحكم(Control circuit) : حيث أن جميع الإشاراتالتي تستخدم في تحويل الإشارات الحرارية والميكانيكية والهوائية وغيرها تحول إلىإشارات (DC voltage ) .
بالإضافة إلى أنظمة التحكم (P,I,D ) كلها تعمل على ال(DC voltage ) .
3) حالات الطوارئ :الإنارة تستعمل جهدية البطاريات لعدة ساعات فيحالة (Black out).
3) لتشغيل مضخة الزيت الخاصة بال(Bearings) في حالة بدءالتشغيل خوفا من تكسرها بسبب قوة اندفاع ال( (Steam وما يسببه من احتكاك .

Posted in: