استخدام الفراغ كوسيط للفصل (القَطع) في الدوائر الكهربائية

في الهندسة الكهربائية، يُعتبر الفراغ أحد الوسائط الفعّالة المستخدمة في أجهزة الفصل (القواطع الكهربائية) بسبب خصائصه العازلة الممتازة. عندما يتم إنشاء فراغ في حجرة الفصل، فإنه يمنع تكون القوس الكهربائي (الشرارة) عند فصل التيار، مما يجعلها وسيلة آمنة وفعّالة لإيقاف التيار الكهربائي في الدوائر ذات الجهد العالي.

1. مفهوم الفراغ كوسيط عازل:

• الفراغ: هو حالة انعدام المادة في حيز معين، مما يعني عدم وجود جزيئات هواء أو غازات أخرى. في هذه الحالة، لا يمكن للتيار الكهربائي أن يمر بسهولة لأن الفراغ يمنع تكون القوس الكهربائي.
• العزل الكهربائي: يتميز الفراغ بمقاومة عالية جدًا لمرور التيار الكهربائي، مما يجعله وسطًا مثاليًا للفصل في القواطع الكهربائية.

مبدأ عمل قواطع الفراغ (Vacuum Circuit Breakers – VCBs):

• حجرة الفراغ: تحتوي قواطع الفراغ على حجرة مفرغة من الهواء، حيث يتم فصل التلامسات الكهربائية عند حدوث عطل أو عند الحاجة إلى فصل الدائرة.
• منع القوس الكهربائي: عند فصل التلامسات، يتم منع تكون القوس الكهربائي بسبب عدم وجود جزيئات هواء يمكن أن تتأين وتسمح بمرور التيار. هذا يجعل عملية الفصل سريعة وآمنة.
• إطفاء القوس: في حالة حدوث قوس كهربائي لفترة وجيزة، فإن الفراغ يساعد على إطفائه بسرعة بسبب عدم وجود وسط يساعد على استمراره.

مزايا استخدام الفراغ كوسيط للفصل:

• كفاءة عالية: قواطع الفراغ تتمتع بكفاءة عالية في إطفاء القوس الكهربائي، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الدوائر ذات الجهد العالي والتيارات الكبيرة.
• صيانة أقل: بسبب عدم وجود وسيط غازي أو سائل، فإن قواطع الفراغ تتطلب صيانة أقل مقارنة بأنواع القواطع الأخرى.
• عمر أطول: قواطع الفراغ لديها عمر تشغيلي أطول بسبب قلة التآكل في التلامسات.
• حجم صغير: مقارنة بالقواطع الهوائية أو الزيتية، فإن قواطع الفراغ تكون أصغر حجمًا وأخف وزنًا.

تطبيقات قواطع الفراغ:

• شبكات التوزيع الكهربائية: تُستخدم قواطع الفراغ على نطاق واسع في شبكات توزيع الكهرباء ذات الجهد المتوسط (حتى 36 كيلو فولت).
• الصناعات الثقيلة: تستخدم في الصناعات التي تتطلب فصلًا سريعًا وآمنًا للتيار الكهربائي.
• أنظمة الطاقة المتجددة: تُستخدم أيضًا في أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بسبب كفاءتها العالية.

مقارنة مع وسائط الفصل الأخرى:

• الهواء: قواطع الهواء تعتمد على الهواء كوسيط لإطفاء القوس الكهربائي، ولكنها أقل كفاءة من قواطع الفراغ.
• الزيت: قواطع الزيت تستخدم الزيت كوسيط لإطفاء القوس، ولكنها تتطلب صيانة دورية وتنظيف بسبب تلوث الزيت.
• غاز SF6: قواطع غاز SF6 فعالة جدًا ولكنها تعاني من مشاكل بيئية بسبب انبعاثات الغازات الدفيئة.

التحديات:

• التكلفة العالية: قواطع الفراغ قد تكون أكثر تكلفة من بعض الأنواع الأخرى.
• التقنيات المتقدمة: تتطلب تصنيعًا دقيقًا لضمان جودة الفراغ داخل الحجرة.

استخدام الفراغ كوسيط للفصل في القواطع الكهربائية يُعد تقنية متقدمة وفعّالة، خاصة في تطبيقات الجهد العالي والتيارات الكبيرة. بفضل خصائصه العازلة الممتازة، يوفر الفراغ كفاءة عالية في إطفاء القوس الكهربائي، مع تقليل الحاجة إلى الصيانة وزيادة العمر التشغيلي. على الرغم من التحديات المتعلقة بالتكلفة، إلا أن فوائد قواطع الفراغ تجعلها خيارًا مثاليًا للعديد من التطبيقات الكهربائية الحديثة.