الفرق النموذجي بين معدات التبديل SF6 ومعدات التبديل ذات الفراغ في الجهد العالي
مقارنة بين قواطع الفراغ وقواطع SF6 في المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي
عندما يتعلق الأمر بقطع التيار المعيب، خاصة تلك المرتبطة بمعدل ارتفاع حاد للجهد العابر المؤقت (TRV)، فإن قواطع الفراغ تتمتع بميزة كبيرة على قواطع SF6 (سداسي فلوريد الكبريت) بسبب خصائص استعادة العزل لديها. فيما يلي مقارنة مفصلة، بما في ذلك الاختلافات الرئيسية في إحصائيات الانهيار والسلوك المتأخر للانهيار وأداء التطبيقات الخاصة مثل قطع الأحمال الاستحثائية وقطع بنوك المكثفات.
1. استعادة العزل والجهد العابر المؤقت (TRV)
قواطع الفراغ:
استعادة عزل سريعة: تشتهر قواطع الفراغ باستعادة العزل السريعة للغاية، وهي أمر حاسم عند التعامل مع معدلات TRV عالية. بعد قطع التيار، يستعيد الفراغ خصائص العزل بسرعة، مما يجعله فعالاً بشكل كبير في التعامل مع ظروف TRV الحادة.
أداء متفوق في TRV الحاد: تسمح هذه الفترة القصيرة من الاستعادة لقواطع الفراغ بمعالجة الجهود العابرة المؤقتة ذات معدل الارتفاع الحاد بشكل أكثر فعالية من قواطع SF6. يستعيد العزل بسرعة مما يقلل من خطر إعادة الاشتعال خلال مرحلة TRV.
قواطع SF6:
استعادة عزل أبطأ: رغم أن قواطع SF6 فعالة، إلا أنها تستعيد العزل بشكل أبطأ مقارنة بقواطع الفراغ. هذا يعني أنه خلال حدث TRV حاد، يكون هناك خطر أكبر من إعادة الاشتعال أو الانهيار قبل استعادة العزل بالكامل.
أقل ملاءمة لـ TRV الحاد: في التطبيقات التي يكون فيها TRV بمعدل ارتفاع حاد، قد لا تؤدي قواطع SF6 بنفس الكفاءة التي تؤدي بها قواطع الفراغ، مما قد يؤدي إلى زيادة الضغط على القطع وزيادة خطر الفشل.
2. إحصائيات الانهيار
قواطع الفراغ:
جهد انهيار عالي: في المبدأ، تتميز الفجوات الفراغية بجهد انهيار عالٍ جداً، مما يجعلها موثوقة للغاية في معظم ظروف التشغيل.
احتمال ضئيل للانهيار عند جهد معتدل: رغم الجهد العالي للانهيار، لا يزال هناك احتمال ضئيل جداً للانهيار يحدث عند جهود نسبية معتدلة. ومع ذلك، فإن هذا الاحتمال ضئيل للغاية وليس مصدر قلق في التطبيقات العملية.
قواطع SF6:
جهد انهيار أقل: عادة ما يكون جهد الانهيار في فجوات SF6 أقل مقارنة بفجوات الفراغ، مما يعني أنها أكثر عرضة للانهيار تحت بعض الظروف.
أداء أكثر ثباتاً: رغم أن قواطع SF6 قد تكون لها جهد انخفاض أقل، إلا أنها تميل إلى تقديم أداء أكثر توقعًا واستقرارًا عبر مجموعة واسعة من ظروف التشغيل.
3. سلوك الانهيار المتأخر
قواطع الفراغ:
انهيار متأخر تلقائي: أحد الخصائص الفريدة لقواطع الفراغ هو أنها يمكن أن تواجه انهياراً متأخراً تلقائياً، والذي يمكن أن يحدث حتى بعد عدة مئات من ملي الثواني بعد قطع التيار. هذا الظاهرة نادرة ولكن يمكن أن تحدث بسبب الأيونات المتبقية أو عوامل أخرى.
عواقب محدودة: عواقب مثل هذه الأحداث من الانهيار المتأخر محدودة لأن الفجوة الفراغية تستعيد عزلها فوراً بعد الانهيار. هذه الخاصية الذاتية للشفاء تضمن أن القطع يبقى قابلاً للعمل وأمناً.
قواطع SF6:
لا يوجد انهيار متأخر: لا تظهر قواطع SF6 سلوك الانهيار المتأخر، حيث يتم تحييد غاز SF6 بسرعة بعد قطع التيار، مما يستعيد خصائص العزل للفجوة.
4. الأداء في قطع الأحمال الاستحثائية
قواطع الفراغ:
معدل إعادة الاشتعال أعلى: في قطع الأحمال الاستحثائية، وخاصة عند قطع المفاعلات الشائعة، تميل قواطع الفراغ إلى تجربة عدد أكبر بكثير من حالات إعادة الاشتعال المتكررة عند صفر تيار التردد الواحد. وهذا يعود إلى استعادة العزل السريعة، والتي يمكن أن تؤدي إلى إعادة الاشتعال إذا تجاوز TRV قدرة القطع.
استراتيجيات التخفيف: لتخفيف هذه المشكلة، يمكن استخدام تدابير خاصة مثل مقاومات الإدخال المسبق أو دوائر التحكم في الصدمات لتقييد TRV وتقليل احتمال إعادة الاشتعال.
قواطع SF6:
معدل إعادة الاشتعال أقل: عادة ما يكون لمفاتيح SF6 معدل إعادة اشتعال أقل في تطبيقات قطع الأحمال الاستحثائية. هذا يرجع إلى استعادة العزل البطيئة لـ SF6، مما يسمح بتراكم العزل بشكل تدريجي ويقلل من فرص إعادة الاشتعال.
5. قطع بنوك المكثفات
قواطع الفراغ:
مشكلة قوس التسرب المسبق: عند قطع بنوك المكثفات، يجب على قواطع الفراغ تجنب التيار الداخلي المرتفع للغاية. يمكن أن يحدث قوس التسرب المسبق قبل إغلاق اللقطات تماماً، مما يمكن أن يضر بخصائص العزل لنظام اللقطات، مما يؤدي إلى فشل محتمل.
تدابير التخفيف: لمنع ذلك، غالبًا ما تتضمن معدات الفراغ لقطع بنوك المكثفات ميزات مثل مقاومات الإدخال المسبق أو آليات الإغلاق المسيطر عليها لتقييد التيار الداخلي وحماية القطع.
قواطع SF6:
أفضل إدارة للتيار الداخلي: تعتبر قواطع SF6 أكثر ملاءمة لقطع بنوك المكثفات لأنها يمكن أن تتعامل مع تيارات دخول أعلى دون تدهور كبير في العزل. هذا يجعلها الخيار المفضل للتطبيقات التي يتوقع فيها تيارات دخول عالية.
6. تصميم نظام اللقطات
تختلف أنظمة اللقطات في قواطع الفراغ وقواطع SF6 في التصميم لتوفير مبادئ التشغيل الخاصة بها:
قاطع الدائرة الكهربائية SF6 (على اليسار):
تم تصميم نظام اللقطات في قاطع الدائرة الكهربائية SF6 للعمل مع الوسط الغازي، الذي يوفر خصائص ممتازة لإخماد القوس. تكون اللقطات عادة أكبر وأكثر متانة لتتعامل مع التيارات والعزم الأعلى المرتبط بـ SF6.
قاطع الدائرة الكهربائية الفراغي (على اليمين):
نظام اللقطات في قاطع الدائرة الكهربائية الفراغي أبسط وأكثر تراصاً، حيث يوفر البيئة الفراغية عزلًا وإخمادًا ممتازين للقوس. تكون اللقطات عادة مصنوعة من مواد مثل سبائك النحاس والتنجستن، والتي لها درجات ذوبان عالية وموصلية جيدة.
خاتمة
باختصار، تتفوق قواطع الفراغ في التطبيقات ذات الجهود العابرة المؤقتة الحادة بسبب استعادة العزل السريعة لديها، مما يجعلها متفوقة في التعامل مع معدلات TRV العالية. ومع ذلك، قد تواجه المزيد من حالات إعادة الاشتعال في قطع الأحمال الاستحثائية وتتطلب إدارة دقيقة عند قطع بنوك المكثفات لتجنب قوس التسرب المسبق. من ناحية أخرى، توفر قواطع SF6 أداءً أكثر استقرارًا من حيث إحصائيات الانهيار وهي أكثر ملاءمة للتعامل مع التيارات الداخلة العالية، مما يجعلها الخيار المفضل لقطع بنوك المكثفات. اختيار بين قواطع الفراغ وقواطع SF6 يعتمد على التطبيق المحدد وأنواع الأحمال المقطوعة.
