قاطع دائرة سداسي فلوريد الكبريت من حيث البناء والعمل

أهمية قاطع سداسي فلوريد الكبريت في الأنظمة الكهربائية:

بشكل عام تستخدم قواطع الدائرة الكهربائية للحماية من عطل التيار في الأنظمة الكهربائية، وذلك على أوسع نطاق، بحيث تقوم هذه القواطع “بكسر الدائرة” فجأة وإخماد القوس الكهربائي بأمان، لذلك فإن جزء كسر الدائرة سهل لأنه مجرد فصل للتلامس ولكن القوس الكهربائي الذي يولد بعد ذلك يمنع الدائرة من الانكسار ويسبب الضرر يجب إخماده بأسرع ما يمكن.

لذلك تعتمد قوة القوس على العديد من المتغيرات مثل الجهد الكهربائي والفجوة بين جهات الاتصال ودرجة الحرارة والضغط وما إلى ذلك، كما يمكن “إخماد القوس” باستخدام تقنيات ووسائل مختلفة، لذلك؛ فإن قاطع الدائرة (SF6) هو أحد الأنواع العديدة من قواطع الدائرة التي تستخدم غاز (SF6)، والمستخدم كوسيط تبريد القوس لكسر دائرة الجهد العالي بأمان.

ما هو قاطع الدائرة من نوع سداسي فلوريد الكبريت؟

كيميائياً يسمى سداسي فلوريد الكبريت أو قاطع الدائرة (SF6)، وهو هو نوع من قواطع الدائرة التي تستخدم غاز (SF6) المضغوط “لإطفاء القوس”، كما أنه غاز عازل للكهرباء يتمتع بخصائص عزل وقوس تبريد فائق أفضل بكثير من الهواء أو الزيت، بحيث يتم استخدامه “لتبريد القوس” في قواطع الدائرة ذات الجهد العالي حتى 800 كيلو فولت في محطات الطاقة والشبكات الكهربائية وما إلى ذلك.

كما يحتوي غاز (SF6) على “كهروسلبية” عالية جداً، ولديها ميل قوي لامتصاص الإلكترونات الحرة، خاصةً عندما يتم ضرب قوس بين جهات الاتصال؛ فإنه يمتص منه الإلكترونات الحرة. يتحول إلى أيونات سالبة أثقل من الإلكترونات، ونظراً لوزنها الثقيل، حيث يتم تقليل قدرتها على الحركة لذلك؛ فإن تنقل الشحنات في غاز سداسي فلوريد الكبريت لديه قدرة منخفضة على الحركة مما يعزز قوة العزل الكهربائي للوسيط لأن حركة الشحنات الكهربائية تكون مسؤولة عن التدفق الحالي.

الخصائص الفيزيائية لغاز (SF6):

بالحقيقة يعتبر أن قاطع (SF6) أفضل وسيلة تبريد القوس ترجع إلى خواصه الفيزيائية والكيميائية الموضحة أدناه.

• غاز غير قابل للاشتعال.

• غاز عديم اللون والرائحة.

• لديه موصلية حرارية ممتازة.

• له كثافة عالية وأثقل من الهواء.

• يسيل عند درجة حرارة منخفضة تعتمد على الضغط.

الخصائص الكيميائية لغاز (SF6):

• غاز (SF6) مستقر وخامل.

• غازات غير سامة في شكلها النقي ولكن منتجاتها كذلك.

• لديها قدرة عالية على الكهرباء، مما يعني أن لديها تقارباً قوياً مع الإلكترونات الحرة.

• يتحد بسهولة بعد تبريد القوس لإعادة الاستخدام.

الخصائص الكهربائية لغاز (SF6):

• لديها قوة عازلة متفوقة والتي تتناسب طرديا مع الضغط.

• قدرات تبريد القوس أفضل 100 مرة تقريباً من الهواء.

• تردد الجهد لا يؤثر على قوتها العازلة.

بناء قاطع الدائرة الخاص بـ (SF6):

تتكون قواطع الدائرة (SF6) من جزأين رئيسيين:

• وحدة القاطع: تتكون وحدة القاطع من نوعين من جهات الاتصال الحاملة للتيار، أي جهة الاتصال الثابتة والمتحركة، لذلك لا تتحرك جهات “الاتصال الثابتة”، كما يوحي اسمها أثناء تحرك جهة الاتصال المتحركة ذهاباً وإياباً باستخدام ذراع يتم تشغيله بواسطة آلية، كما يوجد فتحة لمدخل ومخرج غاز (SF6) المضغوط لتبريد القوس وكذلك إخماده.

• نظام الغاز: يعتبر سداسي فلوريد الكبريت من الغازات الباهظة الثمن، كما أن انبعاث غازات منتجاته يشكل خطورة على البيئة، لذلك؛ فإنه يتم استخدام نظام الغاز المغلق، حيث يتم إعادة تجميع سداسي فلوريد الكبريت المستخدم لإعادة استخدامه، حيث يتم الحفاظ على ضغطها أيضاً نظراً لأن قوتها العازلة تعتمد بشكل كبير عليها.

مبدأ العمل لقاطع الدائرة سداسي فلوريد الكبريت:

يتم ضغط غاز (SF6) وتخزينه داخل الخزان، وأثناء حالات الخطأ؛ فإنه يتم فصل جهات الاتصال ويتم ضرب قوس بينهما، كما يتم إطلاق غاز (SF6) شديد الضغط أيضاً في نفس اللحظة، بحيث يحتوي القوس الذي هو حركة الشحنات على إلكترونات حرة، وكون (SF6) “كهرسلبي” للغاية، كما يمتص الإلكترونات الحرة التي تشكل أيونات سالبة، حيث أن هذه الأيونات أثقل وتتنقل منخفضة مقارنة بالإلكترونات الحرة.

SF6 + e– = SF6–

SF6 + e– = SF5– + F

وبسبب الكتلة الثقيلة نوعاُ ما للأيونات السالبة المتكونة، كما تقل حركة الشحنات بين جهات الاتصال، وهذا يزيد من القوة العازلة المستخدمة للوسط الذي يروي القوس بتيار صفر، بحيث يؤدي انفجار غاز (SF6) أيضاً إلى تقليل درجة حرارة القوس مما يقلل أيضاً من قوته، كما يتناسب ضغط الغاز أيضاً بشكل مباشر مع القوة العازلة لغاز (SF6).