کلید هوایی و کاربرد آن در صنعت برق

در سیستم‌های برق صنعتی، ایمنی و قابلیت اطمینان تجهیزات از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از اجزای کلیدی که در حفاظت از مدارهای الکتریکی نقش دارد، کلید هوایی است. این وسیله در شرایط مختلفی مانند اضافه‌بار، اتصال کوتاه و افت ولتاژ به کار می‌رود تا از آسیب‌های جدی به شبکه جلوگیری کند. ولی کلید هوایی چگونه کار می‌کند و چرا در صنایع مختلف از آن استفاده می‌شود؟ در این مقاله به بررسی عملکرد، کاربردها و معیارهای انتخاب کلید هوایی در صنعت برق می‌پردازیم.

کلید هوایی چیست؟

کلید هوایی یکی از تجهیزات حفاظتی در سیستم‌های برق صنعتی است که برای قطع و وصل جریان در مدارهای فشار ضعیف و متوسط به کار می‌رود. این کلیدها به کمک مکانیزم‌های مختلفی مانند هوای فشرده یا قوس الکتریکی، جریان را در مواقع اضطراری یا در شرایط عادی قطع می‌کنند تا از آسیب به تجهیزات و شبکه جلوگیری شود. کلیدهای هوایی معمولاً در تابلوهای توزیع، نیروگاه‌ها و صنایع بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. هنگام خرید کلید هوایی، فاکتورهایی مانند ظرفیت قطع، نوع کاربرد و استانداردهای ایمنی باید مورد توجه قرار گیرد. همچنین، قیمت کلید هوایی بسته به برند، مشخصات فنی و تکنولوژی به‌کاررفته در آن متغیر است.

ساختار و اجزای کلید هوایی

مهم‌ترین اجزای کلید هوایی عبارت‌اند از:

کنتاکت‌های اصلی و کمکی

کنتاکت‌های اصلی وظیفه قطع و وصل جریان را بر عهده دارند، در حالی که کنتاکت‌های کمکی برای ارسال سیگنال‌های کنترلی و حفاظتی به مدار فرمان استفاده می‌شوند.

مکانیزم قطع و وصل

این بخش شامل فنرها، اهرم‌ها و سیستم‌های مکانیکی است که برای انجام عملیات قطع و وصل به کار می‌رود. عملکرد این مکانیزم دستی، موتوری یا الکترومغناطیسی است.

واحد خاموش‌کننده قوس

هنگام قطع جریان، قوس الکتریکی ایجاد می‌شود که ممکن است به تجهیزات آسیب برساند. این واحد با استفاده از صفحات فلزی یا سیستم‌های خنک‌کننده، قوس را مهار کرده و از تخریب کنتاکت‌ها جلوگیری می‌کند.

واحد حفاظت (رله‌های حفاظتی)

این بخش شامل رله‌های مختلفی مانند رله اضافه‌بار، رله اتصال کوتاه و رله افت ولتاژ است که درصورت بروز خطا، فرمان قطع را صادر می‌کنند.

ترمینال‌های ورودی و خروجی

این ترمینال‌ها برای اتصال کلید هوایی به مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند و جریان را از شبکه دریافت و به بار منتقل می‌کنند.

موتور یا دسته‌ قطع و وصل

در برخی مدل‌ها، یک موتور الکتریکی برای کنترل از راه دور کلید هوایی تعبیه شده است، در حالی که مدل‌های دستی با استفاده از یک اهرم مکانیکی عمل می‌کنند.

ساختار کلید هوایی به گونه‌ای طراحی شده است که در شرایط مختلف عملکردی، از پایداری و ایمنی بالایی برخوردار باشد. انتخاب یک کلید هوایی مناسب نیازمند بررسی مشخصات این اجزا و تطابق آن‌ها با نیاز شبکه برق صنعتی است.

انواع کلید هوایی

کلیدهای هوایی (Air Circuit Breakers) بر اساس ویژگی‌ها و کاربردهای مختلف به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند. در ادامه، به معرفی برخی از انواع رایج کلیدهای هوایی و نمونه‌هایی از محصولات مرتبط می‌پردازیم.

کلید هوایی از نظر تعداد پل‌ها

سه پل (3-Pole): این کلیدها برای مدارهای سه‌فاز استفاده می‌شوند و هر پل برای یکی از فازها تعبیه شده است. کلید هوایی زیمنس مدل 3WL1106-2CB32-1AA2 نمونه‌ای از این مدل است که می توانید مدل‌های مشابه  را از تولیددیتا خریداری کنید.

چهار پل (4-Pole): علاوه بر سه فاز، یک پل اضافی برای نول (Neutral) در نظر گرفته شده است که در برخی کاربردهای خاص مورد نیاز است. به عنوان مثال کلید هوایی زیمنس مدل 4WL1112-2BB42-1AA2 از این نوع است.

کلید هوایی از نظر نوع نصب

• ثابت (Fixed): این کلیدها به‌صورت ثابت در تابلو نصب می‌شوند و جابه‌جایی آن‌ها نیاز به قطع کامل سیستم دارد.

• کشویی (Withdrawable): این نوع کلیدها قابلیت جابه‌جایی و تعویض سریع را دارند، بدون اینکه نیاز به قطع کامل سیستم باشد.

کاربردهای کلید هوایی در صنعت برق

در این بخش مهم‌ترین کاربردهای آن را بررسی می‌کنیم.

حفاظت از سیستم‌های توزیع برق صنعتی

در واحدهای صنعتی و کارخانجات، شبکه‌های توزیع برق با جریان‌های بالا کار می‌کنند. کلیدهای هوایی در این سیستم‌ها نقش مهمی در قطع سریع مدار هنگام وقوع اضافه‌بار یا اتصال کوتاه دارند. این کلیدها باعث جلوگیری از آسیب‌دیدگی تجهیزات صنعتی و افزایش ایمنی کارگاه‌ها می‌شوند.

ایمنی تابلوهای برق فشار ضعیف

تابلوهای برق فشار ضعیف که در مراکز تجاری، مسکونی و صنعتی استفاده می‌شوند، نیاز به حفاظت ویژه‌ای دارند. کلیدهای هوایی با توانایی تحمل جریان‌های بالا و قطع مدار در شرایط خطرناک، ایمنی تابلوهای برق را تضمین می‌کنند.

حفاظت از ژنراتورها و ترانسفورماتورها

در نیروگاه‌ها، پست‌های توزیع و تأسیسات برق، ژنراتورها و ترانسفورماتورها وظیفه تأمین برق را بر عهده دارند. کلیدهای هوایی در این سیستم‌ها از تجهیزات حساس در برابر اتصال کوتاه، افزایش ناگهانی جریان و نوسانات ولتاژ محافظت می‌کنند. این امر موجب افزایش طول عمر تجهیزات و جلوگیری از خاموشی‌های ناگهانی می‌شود.

کاربرد در سیستم‌های برق اضطراری (UPS و دیزل ژنراتور)

در مراکز حساس مانند بیمارستان‌ها، دیتاسنترها و مراکز مخابراتی، قطع برق ممکن است خسارات جدی ایجاد کند. کلیدهای هوایی در سیستم‌های برق اضطراری برای کنترل توزیع برق بین شبکه اصلی و ژنراتور پشتیبان به کار می‌روند. این کلیدها باعث می‌شوند که در هنگام قطع برق، تأمین انرژی بدون وقفه ادامه یابد.

استفاده در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

محیط‌های صنعتی حساس مانند پالایشگاه‌ها و تأسیسات پتروشیمی نیازمند تجهیزات ایمن برای کنترل برق هستند. کلیدهای هوایی با قابلیت قطع سریع مدار، از ایجاد جرقه و خطر انفجار جلوگیری می‌کنند. همچنین، این کلیدها در سیستم‌های کنترل و توزیع برق این صنایع برای افزایش ایمنی و کارایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد در سیستم‌های حمل‌ونقل ریلی و مترو

در ایستگاه‌های راه‌آهن، مترو و قطارهای برقی، سیستم‌های برق با جریان بالا کار می‌کنند. کلیدهای هوایی در این بخش‌ها برای مدیریت توزیع برق، کنترل نوسانات جریان و جلوگیری از آسیب به تجهیزات کنترلی استفاده می‌شوند. به‌ویژه در مواقع اضطراری، این کلیدها برق را به‌سرعت قطع کرده و از بروز خطرات جلوگیری می‌کنند.

ایمنی تجهیزات مراکز پزشکی و بیمارستان‌ها

تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های MRI، سی‌تی‌اسکن و دستگاه‌های تنفسی نیاز به تأمین برق پایدار دارند. کلیدهای هوایی با قابلیت قطع و وصل سریع مدار، از این تجهیزات در برابر نوسانات جریان و اضافه‌بار محافظت می‌کنند. همچنین، در مواقع قطع برق، این کلیدها نقش مهمی در اتصال خودکار سیستم‌های برق اضطراری ایفا می‌کنند.

حفاظت از سیستم‌های مخابراتی و دیتاسنترها

در مراکز مخابراتی و دیتاسنترها، جریان‌های الکتریکی ناپایدار به سرورها و تجهیزات شبکه آسیب می‌رسانند. کلیدهای هوایی با کنترل دقیق ولتاژ و جریان، از بروز مشکلات ناشی از نوسانات برق جلوگیری می‌کنند. این موضوع موجب افزایش پایداری شبکه‌های ارتباطی و کاهش اختلالات در ارائه خدمات می‌شود.

استفاده در صنایع فولاد و معادن

در صنایعی که از تجهیزات سنگین و ماشین‌آلات صنعتی با جریان‌های بالا استفاده می‌کنند، کلیدهای هوایی نقش کلیدی در مدیریت برق ایفا می‌کنند. در صنایع فولاد، سیمان و معادن، این کلیدها از تجهیزات در برابر خرابی‌های ناشی از افزایش جریان و اتصال کوتاه محافظت می‌کنند.

کنترل و توزیع برق در نیروگاه‌ها

نیروگاه‌های برق که تأمین انرژی کلان‌شهرها را بر عهده دارند، نیازمند سیستم‌های حفاظتی پیشرفته هستند. کلیدهای هوایی در نیروگاه‌ها برای توزیع بهینه برق، جلوگیری از اضافه‌بار و قطع مدار در مواقع اضطراری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

جمع‌بندی

کلید هوایی یکی از مهم‌ترین تجهیزات حفاظتی در صنعت برق است که نقش کلیدی در تأمین ایمنی و پایداری شبکه‌های الکتریکی ایفا می‌کندبا شناخت درست عملکرد و ویژگی‌های آن، می‌توان از بروز آسیب‌های جدی به تجهیزات و تأسیسات برقی جلوگیری کرد. انتخاب مناسب کلید هوایی بر اساس نیازهای شبکه و استانداردهای ایمنی، تأثیر مستقیمی بر بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های نگهداری دارد.