کنتاکتور خلاء

کنتاکتور خلاء چیست؟

به کنتاکتور هایی که محفظه قطع جرقه در آنها از خلاء پر شده باشد، کنتاکتور خلاء می گویند که با نام (VC (Vacuum Contactor شناخته می شوند. کنتاکتور های خلاء یک کلید در سطح ولتاژ متوسط و رنج جریان 400 تا 800 آمپر مورد استفاده قرار می گیرند و اساسا رله های تقویت شده هستند.

تا قبل از پدید آمدن کنتاکتورها از کلیدهای دستی جهت اتصالات استفاده می شد که انواع مختلفی دارند. ولی به علت محدودیت جریانی که داشتند، در جریان های بسیار بالا تیغه های آنها ذوب شده و هنگام قطع و وصل جریان در آنها، به دلیل وجود هوا و رسانا بودن آن ایجاد جرقه شدید می کردند. این موضوع، سازندگان را بر آن داشت تا نوع پیشرفته تری از رله ها یا بوبین های کنتاکتورها را طراحی کرده و گسترش دهند. به کنتاکتورهایی که محفظه قطع جرقه در آنها از خلاء پر شده باشد، کنتاکتور خلاء می گویند که با نام (VC (Vacuum Contactor شناخته می شوند.

کنتاکتور خلاء از دو قسمت اصلی تشکیل شده: قطع کننده خلاء و یک مکانیسم عملیاتی. مکانیسم عملیاتی از یک سیم پیچ نگهدارنده با یک هسته آهنی و یک آرمیچر تشکیل شده است. هنگامی که سیم پیچ برق دار شود، کانتکت ها جذب می شوند و کنتاکتور بسته می شود؛ سیم پیچ ها می توانند با برق DC یا AC تغذیه شوند. کنتاکت متحرک از سمت انتها به قسمت زیرین پوسته متصل می شود و کنتاکت متحرک می تواند بدون نشت هوا به داخل محفظه حرکت کند. قطع کننده خلاء دارای دو عملکرد اصلی خاموش کردن قوس در لحظه ی قطع جریان و سوئیچینگ مکرر جریان عملیاتی می باشد. اما در کل نمی تواند جریان اضافه بار و جریان اتصال کوتاه را قطع کند.

کنتاکتور های خلاء یک کلید در سطح ولتاژ متوسط و رنج جریان 400 تا 800 آمپر مورد استفاده قرار می گیرند و اساسا رله های تقویت شده هستند، کنتاکتور خلا دارای برخی از ویژگی های تخصصی برای کنترل بارهای با توان بالا می باشند. در سیستم ها اصولا با قطع برق شبکه، تا لحظه صفر شدن جریان در شبکه، یک تاخیر خواهیم داشت که این تاخیر موجب ایجاد جرقه یا قوس الکتریکی بین کانتکت های کلید که در حال باز شدن هستند، می شود. کنتاکتورهای خلاء دارای محفظه هایی برای خاموش کردن قوس یا جرقه در هنگام قطع و وصل جریان هستند. فشار داخل محفظه خلا حدود 0.01 پاسکال می باشد. متریال مورد استفاده در ساخت این کلید ها آلیاژهایی مانند مس، آنتیموان و اسمیم هستند. پوشش بیرونی این کنتاتور ها از جنس عایق های شیشه ای یا سرامیکی است.

کنتاکتور خلاء به علت وجود خلاء در محفظه قطع کلید و مزیت هایی که به تفصیل خواهیم گفت، این جرقه یا قوس به وجود آمده را در حداقل زمان ممکن نسبت به سایر کنتاکتورها قطع می کند و از این جهت در مدارات ولتاژ متوسط و بالا کاربرد بسیار زیادی دارد. کنتاکتور های خلا عموما برای محیط های آلوده و ناهنجار بسیار مناسب هستند.
کنتاکتورهای خلاء برای قطع قوس از محفظه کپسوله شده از خلاء استفاده می کنند. این نوع محفظه باعث می شود که کنتاکتور به علت سرعت بالای خاموشی قوس در خلاء و فضای حرکتی کم مورد نیاز کنتاکت ها برای دفع قوس، دارای حجم بسیار کوچکی باشد و فضای نسبتا کمتری اشغال کند.

خلاء به کار رفته در کنتاکتور باعث جلوگیری از ایجاد قوس در کنتاکت های باز کنتاکتور می‌ شود؛ علت این واکنش پراکنده و کم بودن تعداد مولکول های هوا در اطراف کانتکت ها و یونیزه نشدن عایق درون محفظه قطع است؛ به علت خصوصیات عملکردی خلاء در جاهایی که به سوئیچینگ با سرعت بسیار بالا نیاز است، از کنتاکتور خلاء استفاده می کنند. این کنتاکتورها معمولا در سطح ولتاژ متوسط از حدود 6 تا 12 کیلوولت به طور بسیار گسترده تری مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی از بزرگترین مزیت های کنتاکتور خلاء عمر بالای مکانیکی و الکتریکی آنها به نسبت سایر کنتاکتورها و کلیدهاست. این کنتاکتورها به طور ویژه برای کاربردهای صنعتی و سوئیچینگ انواع بارهای سلفی، خازنی و اهمی که تعداد عملکرد کنتاکتور در آن ها بسیار زیاد است و یا مصارفی که تعداد دفعات سوئیچینگ به طور معمول در آنها تا 1 میلیون بار می رسد، طراحی شده اند.

تاریخچه کنتاکتور خلاء

در سال 1982، شرکت Eaton اولین کنتاکتور خلاء AC خود را روانه بازار کرد. این کنتاکتور ولتاژ متوسط که SJ نام داشت، برای جایگزینی کنتاکتورهای با محفظه قطع هوا در زمان خود استفاده می شد و به سرعت توانست انقلابی در صنعت کنترل ولتاژ متوسط ایجاد کند. امروزه، بعد از گذشت حدود 40 سال، به مرور و با گذشت زمان، تولید و توسعه این کنتاکتورها بیشتر شد و با کاربری های متفاوتی که دارند، در مدل های متفاوتی ساخته می شوند.

تصویری از کنتاکتورهای خانواده SJ

ساختمان کنتاکتور خلاء

کنتاکتور خلاء دارای ساختار بسیار ساده ای است. مانند رله ها، دستگاه های الکترومکانیکی به حساب می آیند. دارای چند قسمت اصلی هستند: کنتاکت ها، سیم پیچ (آهن ربای الکتریکی) و محفظه.

1. کنتاکت: کنتاکت یا همان تیغه، شامل دو بخش ثابت و متحرک بوده و بخش اصلی کنتاکتور است که وظیفه هدایت و حمل جریان الکتریکی را به عهده دارد.
2. سیم پیچ: کویل یا سیم پیچ زمانی که برق دار شود، با عملکرد مغناطیسی خود باعث حرکت مکانیکی کنتاکت ها و تغییر وضعیت آنها می شود.
3. محفظه: قاب یا محفظه جهت ایزوله بین کنتاکت ها، عایق جهت حفاظت کاربر از برق گرفتگی و حفاظی جهت حفاظت از ورود آلاینده های موجود در هوا به داخل کنتاکتور می باشد.

خصوصیات موجود در کنتاکتورهای خلاء تاثیرات زیادی در ظرفیت شکست آنها، دوام الکتریکی و میزان حساسیت آنها به جریان اضافه بار می باشد.

نکاتی در رابطه با کنتاکتور خلاء

همانطور که گفته شد کنتاکتورهای خلاء هم در مصارف AC کاربردی هستند و هم در مصارف DC استفاده می شوند. این کنتاکتورها در خاموش کردن قوس الکتریکی بسیار کارآمد هستند و هنگامی که به کلیدزنی (سوییچینگ) سریع نیاز باشد استفاده می شوند.

به علت فشار بسیار پایین داخل کپسول خلاء، فاصله دو کنتاکت کلید خلاء در حالت قطع برای ولتاژ تا 30 کیلوولت خیلی کم و در حدود 20 میلی متر است. به دنبال آن، به علت کوچک بودن طول جرقه (در حدود 20 میلیمتر) و کوتاه بودن زمان جرقه که ماکزیمم از 6 میلی ثانیه تجاوز نمی کند، انرژی آرک یا قوس الکتریکی موجود در این کلید خیلی کوچکتر از کلیدهای مشابه دیگر است و با توجه به اینکه اغلب آرک قبل از رسیدن جریان به صفر قطع می شود، می توان گفت کلید به وسیله قطع و وصل سریع نیز مجهز است. کنتاکتور خلاء امروزه به خاطر دارا بودن مزایایی از قبیل دوام زیاد، عدم نیاز به مراقبت زیاد، امکان قطع و وصل سریع و مکرر در شبکه های فشار متوسط تا 30 کیلوولت به خصوص برای وصل شبکه های کاپاسیتیو (خازنی) بسیار مناسب می باشد.

به عبارتی دیگر در هنگام وصل کردن بار خازنی ما با هجوم جریان سوئیچینگ رو به رو هستیم و وجود کنتاکتور خلا با مکانیزم قطع محفظه خلا بسیار کمک کننده است.

کاربرد کنتاکتور خلاء

کنتاکتورهای خلاء دستگاه های همه کاره ای هستند که به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند و برای تعیین صحیح و کاربرد درست کنتاکتورها باید تفاوت های بسیار زیادی را در نظر گرفت. برخی از کاربردهای کنتاکتور خلاء عبارتند از:

1. سوئیچینگ انواع موتورهای سه فاز تا قدرت ۵ مگاوات
2. سوئیچینگ انواع ترانسفورماتورهای تا قدرت ۵ مگاولت آمپر
3. کلیدزنی خازن ها و همچنین سوئیچینگ انواع بانک های خازنی تا ظرفیت ۴.۸ مگاولت آمپر
4. انجام سوئیچینگ برای بسیاری از موتورهای قفس سنجابی
5. کنترل مرکزی تاسیسات نورپردازی بزرگ
6. انجام سوئیچینگ در کارخانجات فولاد و سیمان
7. کنترل پمپ
8. انجام سوئیچینگ در محیط های سخت و کثیف مانند حفاری و استخراج در معادن
9.  انجام سوئیچینگ برای سیستم کمپرسور تهویه مطبوع
10. انجام سوئیچینگ در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
11. انجام سوئیچینگ در مرکز داده ها
12. انجام سوئیچینگ در نیروگاه ها
13. انجام سوئیچینگ در صنعت خودرو و غیره
14. تجهیزات جبران توان راکتیو
15. کوره های الکتریکی
16. پنل های فتوولتاییک
17. ایستگاه های انتقال

اگر این کلیدها به عنوان موتور استارتر در مدار قرار گیرند: کنتاکتورها معمولا با یک رله اضافه بار ترکیب می شوند تا از اتصالات موتور و منبع تغذیه حفاظت بهتری داشته باشند. هنگامی که کنتاکتور به این صورت با رله اضافه بار جفت می شود و در سرویس کنترل موتور استفاده می شود، به آن استارتر گفته می شود. دامنه ولتاژ کمکی و همچنین ملحقات آن بسیار زیاد است و بر اساس نیاز و الزامات فنی پروژه‌ها قابل انتخاب است.

مزایای کنتاکتور خلاء

1. حفاظت بالا و کامل
2. عملکرد بسیار بالا
3. دارای عمر بالای الکتریکی و مکانیکی است.
4. انجام عملیات سوئیچینگ بی خطر و سریع
5. رفع خطای راه اندازی مجدد ماشین در مواقع خاموشی
6. قابلیت دریافت فرمان از راه دور
7. طراحی ویژه برای موتورهای القایی قفس سنجابی و روتور سیم پیچی
8. به علت قابلیت قطع اتومات در صورت قطع شدن برق شبکه، امکان طراحی مدارات اتوماتیک را برای ما فراهم می کند.
9. تلفات و استهلاک پایین به دلیل قطع سریع قوس
10. به دلیل عمر بالایی که دارند، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.
11. به علت خاصیت های خلاء، انرژی قوس در این کنتاکتور بسیار کم بوده و زمان تشکیل آن تا خاموشی بسیار کوتاه است.
12. به علت وجود خلاء در آن، کنتاکت ها با حرکت بسیار کم، می توانند قوس را خاموش کنند به همین علت این کنتاکتورها فضای کمی اشغال می کنند.

نقاط ضعف کنتاکتورهای خلاء

1. عمر بالای تجهیزات آن، سبب می شود هنگامی که کنتاکتور در معرض رطوبت قرار بگیرد، در قسمت فلزات آن دچار خوردگی شود.
2. امکان سوختن سیم پیچ در نبود میدان مغناطیسی وجود دارد.

تفاوت کنتاکتورخلا با کنتانتور

• کنتاکتورهای خلا در سطح فشار متوسط و کنتاکتورهای معمولی در سطح فشار ضعیف کار می کنند.
• کنتاکت های کنتاکتور خلا به دلیل اینکه از آسیب های مربوط به آرک مصون هستند عمر بیشتری دارند.
• کنتاکتورهای خلا به دلیل حمل محفظه های قطع کننده خلا سایز بزرگتری دارند.
• کنتاکتورهای خلا در سطوح صنعتی به کار می روند اما کنتاکتورها علاوه بر مصارف صنعتی در مصارف خانگی نیز به کار روند.

بازار کنتاکتورهای خلاء

کنتاکتورهای خلاء از نظر رتبه بندی ولتاژی به چهار دسته بازاری تقسیم می شوند:

1. کمتر از 5 کیلوولت
2. 5 تا 10 کیلوولت
3. 10 تا 15 کیلوولت
4. بیش از 15 کیلوولت

کنتاکتورهای خلاء بر اساس کاربرد مداری در بازار به شش طبقه دسته بندی می شوند: موتورها، ترانسفورماتورها، خازن ها، راکتورها، بارهای مقاومتی و سایر مواردی مانند: ژنراتورها، پمپ ها، درایو (اینورتر) فرکانس متغیر، تغذیه کننده ها، فرستنده های برق و سوئیچینگ ها؛ که از میان موارد ذکر شده 3 کاربرد برتر این کنتاکتور در موتورها، ترانسفورماتورها و خازن هاست که درصدی حدود 65 درصد از کاربرد این کنتاکتور در بازار را شامل می شود.

کنتاکتورهای خلاء همچنین بر اساس استفاده نهایی در بازار به شش دسته تقسیم می شوند که عبارتند از تاسیسات، صنعتی، تجاری، معدن، نفت و گاز و سایر کاربردهای کاربران نهایی ولتاژ متوسط شامل: بخش دریایی، پمپاژ آب و فاضلاب، روشنایی خیابان و حمل و نقل و غیره تقسیم بندی می شود.