طُرِحَت تقنية قاطع الدائرة الفراغية لأول مرة عام ١٩٦٠، لكنها لا تزال في طور التطور. قاطع الدائرة هو جهاز مصمم لفصل الدائرة الكهربائية لمنع التيار الزائد، الناتج عادةً عن قصر الدائرة أو التحميل الزائد. وظيفته الأساسية هي قطع تدفق التيار عند اكتشاف عطل. تُقدِّم هذه المقالة لمحة عامة عن قواطع الدائرة الفراغية ومبادئ عملها. لمزيد من المعلومات التفصيلية حول أنواع قواطع الدائرة المختلفة وأهميتها، تابع القراءة.
قاطع الدائرة الفراغي (VCB) هو نوع من قواطع الدائرة يستخدم وسطًا فراغيًا لإطفاء الأقواس الكهربائية. تتم جميع عمليات صنع وكسر وإخماد الأقواس داخل قاطع الدائرة داخل حجرة التفريغ، ولهذا السبب يُطلق عليه قاطع دائرة الفراغ.
إن استخدام الفراغ كوسيط لإخماد القوس يمنح قاطع الدائرة أداءً فائقًا في إخماد القوس وقوة عزل عالية. هذا يجعله مناسبًا لمعظم تطبيقات الجهد القياسي. على الرغم من تطوير تقنية الفراغ لأنظمة الجهد العالي، إلا أنها ليست مجدية تجاريًا بعد عند هذه المستويات.
يحدث تشغيل نقاط التلامس الحاملة للتيار وإخماد القوس المصاحب في حجرة التفريغ، والتي تُسمى قاطع الفراغ. يتكون القاطع من حجرة قوس فولاذية تقع في مركز عوازل سيراميكية موضوعة بشكل غير متماثل. عادةً ما يتم الحفاظ على ضغط الفراغ داخل القاطع عند حوالي 10−6−10−6 بار. يتأثر أداء قاطع الدائرة الفراغية بشكل أساسي بالمواد المستخدمة في جهات الاتصال الحاملة للتيار، مثل سبائك النحاس والكروم (Cu/Cr).
يعتمد مبدأ عمل قاطع الدائرة الفراغي على توليد قوس كهربائي عند فتح نقاط تلامس القاطع في الفراغ. يتأين بخار المعدن المنبعث من نقاط التلامس، مشكلاً القوس. إلا أن القوس ينطفئ بسرعة بفضل التكثيف السريع لبخار المعدن والإلكترونات والأيونات خارج منطقة التلامس، مما يسمح باستعادة القوة العازلة للفراغ بسرعة. ومن أهم خصائص الفراغ قدرته على إطفاء القوس بسرعة بفضل استعادة القوة العازلة للفراغ بسرعة.
تختلف خصائص إطفاء القوس في قاطع الدائرة الفراغي عن خصائص الأنواع الأخرى من قواطع الدائرة. فعندما تنفصل نقاط التلامس، ينطلق بخار المعدن، ويملأ مساحة التلامس. يتكون هذا البخار من أيونات موجبة، وتعتمد كثافته على التيار المار عبر القوس. ومع انخفاض التيار، ينخفض معدل إطلاق البخار أيضاً. وبمجرد وصول التيار إلى الصفر، تعود القوة العازلة للوسط إذا انخفضت كثافة البخار.
انقطاع التيار المنخفض: عندما يكون التيار صغيرًا، ينقسم القوس إلى عدة مسارات متوازية، مشكلًا قوس انتشار يسهل انقطاعه.
انقطاع التيار العالي: عند مستويات التيار العالية، يتركز القوس في مساحة صغيرة، مما يؤدي إلى تبخير سطح التلامس بسرعة. إذا استمر القوس في الانتشار، فيمكن انقطاعه؛ ولكن إذا لم ينطفئ بسرعة، فقد يشتعل مرة أخرى.
يتأثر أداء قاطع الدائرة الفراغية في إطفاء القوس بشكل كبير بمادة التلامس وشكله وطريقة التعامل مع بخار المعدن. نظرًا لتغير مسار القوس باستمرار، تظل درجة الحرارة عند أي نقطة منخفضة نسبيًا.
بمجرد انطفاء القوس نهائيًا، تزداد قوة العزل الكهربائي لقاطع الدائرة الفراغية بسرعة، وهي ميزة فريدة لهذه القواطع. هذا يجعلها مثالية لتبديل المكثفات، لأنها تمنع إعادة اشعال القوس. بالإضافة إلى ذلك، يمكن انقطاع التيارات الصغيرة قبل أن تصل إلى الصفر، مما قد يتسبب في تقطيع، حسب مادة التلامس.
بالمقارنة مع أنواع أخرى من قواطع الدائرة، تتطلب قواطع الدائرة الفراغية معايير عزل أعلى لقمع القوس الكهربائي. يبلغ ضغط الفراغ داخل القاطع حوالي 10−4−10−4 بار، مما ينتج عنه وسط ذو كثافة جزيئية منخفضة جدًا. تتميز قواطع الدائرة الفراغية بميزتين رئيسيتين:
عزل فائق: يُعد الفراغ وسطًا عازلًا أكثر فعالية بكثير مقارنةً بغيره مثل SF6 والهواء، خاصةً لأنه يعمل عند ضغوط أقل من تلك المستخدمة في قواطع SF6 عالية الضغط والهواء.
قوة عزل عالية: عند انقطاع القوس الكهربائي في الفراغ، تكون قوة العزل للوسط أكبر بأكثر من 1000 مرة من قوة عزل قواطع الدائرة الأخرى.
تجعل هذه الميزات قواطع الدائرة الفراغية أكثر كفاءة وأخف وزنًا وفعالية من حيث التكلفة. كما أنها تتميز بعمر افتراضي أطول ولا تتطلب صيانة تُذكر مقارنةً بأنواع أخرى من القواطع.
تطبيقات قواطع الدائرة الفراغية
تُعتبر قواطع الدائرة الفراغية الآن التقنية الأكثر موثوقية لقطع التيار في أنظمة الجهد المتوسط. فهي تتطلب صيانة بسيطة مقارنةً بأنواع قواطع الدائرة الأخرى.
تُناسب هذه التقنية بشكل خاص تطبيقات الجهد المتوسط، وعلى الرغم من تطوير تقنية التفريغ عالية الجهد، إلا أنها غير مجدية تجاريًا بعد. تُستخدم قواطع الدائرة الفراغية بشكل شائع في معدات التبديل المغطاة بالمعادن وقواطع الدائرة المغلقة بالبورسلين.
تأسست شركة GONGSHUN Electrical Co., Ltd (electric-cn.com)، CHNGS في تسعينيات القرن الماضي، وهي متخصصة في تصنيع وبيع وصيانة المنتجات الكهربائية عالية الجهد.
تُساعد خبرتنا الفنية، ومجموعة منتجاتنا الشاملة، وخبرتنا الطويلة والغنية العديد من العملاء الذين يحتاجون إلى حل مشاكل الطاقة لديهم. يسعدنا تقديم المساعدة في أي وقت. سواءً كنت بحاجة إلى استشارة حول منتج تطبيقي أو مساعدة فنية، فإن فريق الخدمة العالمي لدينا ملتزم بتقديم الدعم المناسب لك. لمزيد من المعلومات الفنية حول مفتاح كسر الحمل، لا تتردد في الاتصال بنا، أرسل بريدًا إلكترونيًا إلى gongshun@electric-cn.com