تفاوت معمول بین تجهیزات سوئیچینگ SF6 و خلأ در ولتاژ بالا
مقایسه مداربرهای خلاء و SF6 در دستگاه‌های قطع اتصال ولتاژ بالا
هنگام قطع جریانات خطا، به ویژه آن‌هایی که با نرخ بسیار تند افزایش ولتاژ بازیابی موقت (TRV) همراه است، مداربرهای خلاء بر مداربرهای SF6 (سدیم هگزافلوئورید) مزیت قابل توجهی دارند به دلیل ویژگی‌های بازیابی الکتریکی برتر آن‌ها. در اینجا مقایسه دقیقی ارائه شده است، از جمله تفاوت‌های کلیدی در آمار شکست، رفتار شکست متأخر و عملکرد در کاربردهای خاص مانند قطع بارهای القایی و بانک‌های خازنه.
1. بازیابی الکتریکی و ولتاژ بازیابی موقت (TRV)
مداربرهای خلاء:
بازیابی الکتریکی سریع: مداربرهای خلاء به دلیل بازیابی الکتریکی بسیار سریع مشهور هستند، که در مواجهه با نرخ‌های TRV بالا حیاتی است. پس از قطع جریان، فاصله خلاء به سرعت خواص عایق خود را بازیابی می‌کند، که این موضوع آن‌ها را در مواجهه با شرایط TRV تند بسیار مؤثر می‌سازد.
عملکرد برتر در TRV تند: این زمان بازیابی سریع اجازه می‌دهد تا مداربرهای خلاء به طور مؤثرتری با ولتاژ بازیابی موقت با نرخ بسیار تند مقایسه با مداربرهای SF6 مقایسه شوند. بازیابی سریع عایق، خطر باز روشن شدن در مرحله TRV را کاهش می‌دهد.
مداربرهای SF6:
بازیابی الکتریکی آهسته‌تر: مداربرهای SF6، در حالی که هنوز مؤثر هستند، بازیابی الکتریکی آهسته‌تری نسبت به مداربرهای خلاء دارند. این بدان معناست که در زمان یک رویداد TRV تند، خطر باز روشن شدن یا شکست قبل از بازیابی کامل عایق بیشتر است.
کمتر مناسب برای TRV تند: در کاربردهایی که TRV نرخ بسیار تندی دارد، مداربرهای SF6 ممکن است به اندازه مداربرهای خلاء عملکرد نکنند، که می‌تواند منجر به تنش بیشتر روی مداربر و افزایش خطر شکست شود.
2. آمار شکست
مداربرهای خلاء:
ولتاژ شکست بالا: اصولاً، فواصل خلاء ولتاژ شکست بسیار بالایی دارند، که آن‌ها را در اغلب شرایط عملیاتی بسیار قابل اعتماد می‌سازد.
احتمال کم شکست در ولتاژ متوسط: با وجود ولتاژ شکست بالا، هنوز احتمال بسیار کوچکی برای شکست در ولتاژهای نسبتاً متوسط وجود دارد. با این حال، این احتمال بسیار کم است و عموماً در کاربردهای عملی مورد نگرانی قرار نمی‌گیرد.
مداربرهای SF6:
ولتاژ شکست پایین‌تر: فواصل SF6 معمولاً ولتاژ شکست پایین‌تری نسبت به فواصل خلاء دارند، که به این معناست که آن‌ها در شرایط خاصی بیشتر آسیب‌پذیر هستند.
عملکرد پایدارتر: در حالی که مداربرهای SF6 ممکن است ولتاژ شکست پایین‌تری داشته باشند، آن‌ها تمایل به عملکرد پیش‌بینی‌پذیر و پایدارتری در محدوده گسترده‌ای از شرایط عملیاتی دارند.
3. رفتار شکست متأخر
مداربرهای خلاء:
شکست متأخر خودبه‌خودی: یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد مداربرهای خلاء این است که ممکن است شکست متأخر خودبه‌خودی تجربه کنند، که می‌تواند تا چند صد میلی‌ثانیه پس از قطع جریان رخ دهد. این پدیده نادر است اما ممکن است به دلیل یونیزاسیون باقی‌مانده یا عوامل دیگر رخ دهد.
پیامدهای محدود: پیامدهای چنین حوادث شکست متأخری کم است چرا که فاصله خلاء بلافاصله پس از شکست عایق خود را بازیابی می‌کند. این خاصیت خوددرمانی اطمینان می‌دهد که مداربر همچنان عملیاتی و ایمن باقی بماند.
مداربرهای SF6:
عدم شکست متأخر: مداربرهای SF6 رفتار شکست متأخر نشان نمی‌دهند، زیرا گاز SF6 پس از قطع جریان به سرعت دی‌ایونیزه می‌شود و خواص عایق فاصله را بازیابی می‌کند.
4. عملکرد در قطع بارهای القایی
مداربرهای خلاء:
نرخ باز روشن شدن بالاتر: در قطع بارهای القایی، به ویژه وقتی که واکنش‌های شوندی متصل می‌شوند، مداربرهای خلاء می‌توانند تعداد بسیار بیشتری از باز روشن شدن‌های مکرر در یک صفر جریان فرکانس توان تجربه کنند. این به دلیل بازیابی الکتریکی سریع است که می‌تواند منجر به باز روشن شدن شود اگر TRV از توانایی مداربر بیشتر شود.
استراتژی‌های کاهش: برای کاهش این مشکل، اقدامات خاصی مانند مقاومت‌های پیش‌قرار یا مدارهای تنظیم‌کننده می‌توانند برای محدود کردن TRV و کاهش احتمال باز روشن شدن استفاده شوند.
مداربرهای SF6:
نرخ باز روشن شدن پایین‌تر: مداربرهای SF6 معمولاً نرخ باز روشن شدن پایین‌تری در کاربردهای قطع بارهای القایی دارند. این به دلیل بازیابی الکتریکی آهسته‌تر SF6 است که اجازه می‌دهد عایق به تدریج بسازد و احتمال باز روشن شدن را کاهش دهد.
5. قطع بانک‌های خازنه
مداربرهای خلاء:
نگرانی‌های آتش‌سوزی پیش‌ضربه: هنگام قطع بانک‌های خازنه، مداربرهای خلاء باید جریان‌های ورودی بسیار بالا را اجتناب کنند. آتش‌سوزی پیش‌ضربه که می‌تواند قبل از بسته شدن کامل تماس‌ها رخ دهد، می‌تواند خواص الکتریکی سیستم تماس را تضعیف کند و منجر به شکست‌های احتمالی شود.
اقدامات کاهش: برای جلوگیری از این، دستگاه‌های قطع خلاء برای قطع بانک‌های خازنه اغلب ویژگی‌هایی مانند مقاومت‌های پیش‌قرار یا مکانیزم‌های بسته شدن کنترل شده برای محدود کردن جریان ورودی و محافظت از مداربر شامل می‌شوند.
مداربرهای SF6:
مدیریت بهتر جریان‌های ورودی: مداربرهای SF6 به طور کلی برای قطع بانک‌های خازنه مناسب‌تر هستند چون می‌توانند جریان‌های ورودی بالاتر را بدون تضعیف قابل توجه الکتریکی مدیریت کنند. این آن‌ها را در کاربردهایی که جریان‌های ورودی بالا انتظار می‌رود، انتخاب مطلوب می‌کند.
6. طراحی سیستم تماس
سیستم‌های تماس مداربرهای خلاء و SF6 در طراحی متفاوت هستند تا اصول عملکردی خود را تأمین کنند:
مداربر SF6 (سمت چپ):
سیستم تماس در مداربر SF6 طراحی شده است تا با محیط گازی کار کند که خواص خاموش‌کننده قوس بسیار خوبی دارد. تماس‌ها معمولاً بزرگ‌تر و قوی‌تر هستند تا جریان‌های بالاتر و تبدیل انرژی مرتبط با SF6 را مدیریت کنند.
مداربر خلاء (سمت راست):
سیستم تماس در مداربر خلاء ساده‌تر و فشرده‌تر است، زیرا محیط خلاء خواص عایق و خاموش‌کننده قوس بسیار خوبی فراهم می‌کند. تماس‌ها معمولاً از موادی مانند آلیاژ برنج-تنگستن ساخته شده‌اند که نقطه ذوب بالا و هدایت خوبی دارند.
نتیجه‌گیری
به طور خلاصه، مداربرهای خلاء در کاربردهایی با TRV بسیار تند به دلیل بازیابی الکتریکی سریع خود برتر هستند و قادر به مقایسه با نرخ‌های TRV بالا هستند. با این حال، آن‌ها ممکن است در قطع بارهای القایی باز روشن شدن‌های بیشتری تجربه کنند و نیاز به مدیریت دقیق در زمان قطع بانک‌های خازنه برای جلوگیری از آتش‌سوزی پیش‌ضربه دارند. مداربرهای SF6 از طرف دیگر، از نظر آمار شکست عملکرد پایدارتری ارائه می‌دهند و برای مدیریت جریان‌های ورودی بالا مناسب‌تر هستند، که آن‌ها را در قطع بانک‌های خازنه انتخاب مطلوب می‌کند. انتخاب بین مداربرهای خلاء و SF6 به کاربرد خاص و نوع باری که قطع می‌شود بستگی دارد.
