شرح تفصيلي علمي لتسلسل تشغيل قواطع الجهد المتوسط

مقدمة

قواطع الدائرة الكهربائية للجهد المتوسط (Medium Voltage Circuit Breakers) هي أجهزة حماية أساسية في نظم القوى الكهربائية، مصممة لفصل الدوائر الكهربائية عند حدوث أعطال أو ظروف غير طبيعية. يعتمد أداؤها على تسلسل تشغيل دقيق يضمن الموثوقية والأمان.

التسلسل التشغيلي لقواطع الجهد المتوسط

1. حالة السكون (Rest Position)

• القاطع في وضع “مفتوح” (Open) أو “مغلق” (Closed) بشكل طبيعي
• نوابض التشغيل (Operating Springs) مشحونة وجاهزة
• دوائر التحكم في وضع الاستعداد (Control Power Available)

2. أمر الإغلاق (Closing Command)

• يتم استقبال إشارة الإغلاق إما يدوياً أو آلياً من نظام الحماية
• تبدأ دائرة التحكم في عملية الإغلاق
• يتم تحرير طاقة نوابض التشغيل أو نظام التشغيل الهيدروليكي/الغازي

3. حركة التلامس المتحرك (Moving Contact Motion)

• يبدأ التلامس المتحرك في الحركة نحو التلامس الثابت
• في قواطع SF6، يتم ضخ غاز SF6 لإنشاء وسط عازل
• في القواطع الزيتية، يتحرك الزيت لتبريد القوس الكهربي

4. لحظة التلامس (Contact Touching)

• يلامس التلامس المتحرك التلامس الثابت
• تبدأ التيارات (الحمل العادي أو تيار العطل) بالمرور
• يتم إعادة شحن نوابض التشغيل تلقائياً في بعض التصاميم

5. الإغلاق الكامل (Fully Closed Position)

• يصل التلامس المتحرك إلى نهاية مساره
• يتم تأمين القاطع في وضع الإغلاق ميكانيكياً
• تتوقف دوائر التحكم عن العمل بعد اكتمال العملية

6. أمر الفتح (Opening Command)

• يتم استقبال إشارة الفتح إما يدوياً أو من أجهزة الحماية (ريليهات)
• يتم تحرير آلية القفل الميكانيكي
• تبدأ نوابض الفتح أو أنظمة الفتح الأخرى في العمل

7. تكوين القوس الكهربي (Arc Formation)

• عند بدء انفصال التلامسات، يتكون قوس كهربي
• تعمل آلية إخماء القوس (SF6، الفراغ، الزيت أو الهواء) على تبريد القوس
• يتمدد غاز الإخماء لزيادة ضغط الإخماء

8. إخماء القوس (Arc Extinction)

• يتم تبريد القوس بواسطة وسط الإخماء
• يتم تقسيم القوس إلى أقسام متعددة في غرفة الإخماء
• ينقطع التيار عند مروره بصفر الموجة (في التيار المتردد)

9. الفتح الكامل (Fully Open Position)

• يصل التلامس المتحرك إلى وضع الفتح الكامل
• يتم الحفاظ على مسافة عزل كافية بين التلامسات
• تظهر إشارة الوضع على لوحة التحكم

10. إعادة الشحن (Recharging)

• يتم إعادة شحن نوابض التشغيل إما كهربائياً أو ميكانيكياً
• يعود القاطع لحالة الاستعداد للعملية التالية
• يتم تسجيل بيانات العملية في أنظمة المراقبة (إن وجدت)

العوامل المؤثرة على أداء القاطع

1. سرعة التلامسات: تؤثر على زمن الفتح وقدرة إخماء القوس
2. خصائص وسط الإخماء: تحدد قدرة قطع التيار
3. تصميم غرفة الإخماء: يؤثر على كفاءة تبريد القوس
4. نظام القيادة الميكانيكي: يحدد موثوقية الحركة
5. دوائر التحكم: تضمن التزامن والدقة في الأوامر

الخاتمة

يضمن هذا التسلسل التشغيلي الدقيق حماية فعالة للشبكات الكهربائية من الأعطال، مع الحفاظ على استقرار النظام. تختلف التفاصيل الدقيقة حسب نوع القاطع (SF6، الفراغ، الزيت) ولكن المبادئ الأساسية تبقى متشابهة.