ความแตกต่างทั่วไประหว่างอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ SF6 และสวิตช์เกียร์สูญญากาศในระบบไฟฟ้าแรงสูง

การเปรียบเทียบตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศและ SF6 ในอุปกรณ์สวิตช์ไฟฟ้าแรงสูง

เมื่อพูดถึงการตัดกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันฟื้นคืนชั่วขณะ (TRV) ที่สูงมาก ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ มีข้อได้เปรียบเหนือ ตัวตัดวงจรแบบ SF6 (ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์) เนื่องจากคุณสมบัติในการฟื้นคืนด้านไฟฟ้าที่ดีกว่า นี่คือการเปรียบเทียบที่ละเอียด รวมถึงความแตกต่างสำคัญในสถิติการแตกหัก การแตกหักในระยะหลัง และประสิทธิภาพในการใช้งานเฉพาะ เช่น การสลับโหลดเหนี่ยวนำและการสลับแบงก์คอนเดนเซอร์

1. การฟื้นคืนด้านไฟฟ้าและการฟื้นคืนแรงดันชั่วขณะ (TRV)

• ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ:

• การฟื้นคืนด้านไฟฟ้าเร็ว: ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศมีชื่อเสียงในเรื่องของการฟื้นคืนด้านไฟฟ้าที่รวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อต้องจัดการกับอัตรา TRV ที่สูง เมื่อตัดกระแสไฟฟ้าแล้วช่องว่างสุญญากาศจะฟื้นคืนคุณสมบัติฉนวนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้มีประสิทธิภาพในการจัดการกับ TRV ที่สูงมาก

• ประสิทธิภาพสูงใน TRV ที่สูงมาก: ระยะเวลาการฟื้นคืนที่รวดเร็วนี้ทำให้ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศสามารถจัดการกับแรงดันฟื้นคืนชั่วขณะที่มีอัตราการเพิ่มขึ้นสูงได้ดีกว่าตัวตัดวงจรแบบ SF6 การฟื้นคืนฉนวนอย่างรวดเร็วลดความเสี่ยงของการจุดไฟใหม่ระหว่างระยะ TRV

• ตัวตัดวงจรแบบ SF6:

• การฟื้นคืนด้านไฟฟ้าช้ากว่า: ตัวตัดวงจรแบบ SF6 แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่มีการฟื้นคืนด้านไฟฟ้าที่ช้ากว่าตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ หมายความว่าในเหตุการณ์ TRV ที่สูง จะมีความเสี่ยงสูงขึ้นในการจุดไฟใหม่หรือแตกหักก่อนที่ฉนวนจะฟื้นคืนเต็มที่

• ไม่เหมาะสมสำหรับ TRV ที่สูงมาก: ในแอปพลิเคชันที่ TRV มีอัตราการเพิ่มขึ้นสูง ตัวตัดวงจรแบบ SF6 อาจไม่ทำงานได้ดีเท่าตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ ทำให้เกิดความเครียดต่อตัวตัดวงจรและมีความเสี่ยงในการล้มเหลวสูงขึ้น

2. สถิติการแตกหัก

• ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ:

• แรงดันการแตกหักสูง: ในหลักการ ช่องว่างสุญญากาศมีแรงดันการแตกหักที่สูงมาก ทำให้มีความเชื่อถือได้สูงในสภาวะการทำงานส่วนใหญ่

• ความน่าจะเป็นของการแตกหักที่แรงดันปานกลางน้อยมาก: แม้จะมีแรงดันการแตกหักสูง แต่ยังมีความน่าจะเป็นเล็กน้อยที่จะเกิดการแตกหักที่แรงดันปานกลาง อย่างไรก็ตาม ความน่าจะเป็นนี้น้อยมากและไม่เป็นปัญหาในแอปพลิเคชันจริง

• ตัวตัดวงจรแบบ SF6:

• แรงดันการแตกหักต่ำกว่า: ช่องว่าง SF6 มีแรงดันการแตกหักต่ำกว่าช่องว่างสุญญากาศ หมายความว่ามีความไวต่อการแตกหักภายใต้สภาวะบางอย่าง

• ประสิทธิภาพที่คงที่และมีความน่าเชื่อถือ: แม้ตัวตัดวงจรแบบ SF6 อาจมีแรงดันการแตกหักต่ำกว่า แต่พวกเขามีประสิทธิภาพที่คงที่และคาดการณ์ได้ในช่วงการทำงานที่กว้าง

3. พฤติกรรมการแตกหักในระยะหลัง

• ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ:

• การแตกหักแบบสุญญากาศที่เกิดขึ้นเอง: หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศคือสามารถเกิดการแตกหักแบบสุญญากาศที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้หลังจากการตัดกระแสไฟฟ้าหลายร้อยมิลลิวินาที ปรากฏการณ์นี้หายาก แต่สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากไอออนตกค้างหรือปัจจัยอื่น ๆ

• ผลลัพธ์จำกัด: ผลลัพธ์จากการแตกหักในระยะหลังนี้มีน้อยมากเนื่องจากช่องว่างสุญญากาศจะฟื้นคืนคุณสมบัติฉนวนทันทีหลังจากการแตกหัก คุณสมบัติการฟื้นฟูตนเองนี้ทำให้ตัวตัดวงจรยังคงทำงานและปลอดภัย

• ตัวตัดวงจรแบบ SF6:

• ไม่มีการแตกหักในระยะหลัง: ตัวตัดวงจรแบบ SF6 ไม่มีพฤติกรรมการแตกหักในระยะหลัง เนื่องจากแก๊ส SF6 ฟื้นคืนสภาพฉนวนอย่างรวดเร็วหลังจากการตัดกระแสไฟฟ้า

4. ประสิทธิภาพในการสลับโหลดเหนี่ยวนำ

• ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ:

• อัตราการจุดไฟใหม่สูง: ในการสลับโหลดเหนี่ยวนำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสลับรีแอคเตอร์ขนาน ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศมักจะประสบกับการจุดไฟใหม่ซ้ำๆ ในระดับศูนย์กระแสไฟฟ้าที่ความถี่กำลังไฟฟ้า นี่เป็นเพราะการฟื้นคืนด้านไฟฟ้าที่รวดเร็ว ซึ่งสามารถนำไปสู่การจุดไฟใหม่หาก TRV สูงกว่าความสามารถของตัวตัดวงจร

• กลยุทธ์การบรรเทา: เพื่อบรรเทาปัญหานี้ สามารใช้มาตรการพิเศษ เช่น ตัวต้านทานการแทรกหรือวงจรสแนบเบอร์ เพื่อลด TRV และลดโอกาสของการจุดไฟใหม่

• ตัวตัดวงจรแบบ SF6:

• อัตราการจุดไฟใหม่ต่ำ: ตัวตัดวงจรแบบ SF6 ทั่วไปมีอัตราการจุดไฟใหม่ต่ำในการสลับโหลดเหนี่ยวนำ เนื่องจากการฟื้นคืนด้านไฟฟ้าที่ช้าของ SF6 ทำให้การสร้างฉนวนค่อยๆ ลดโอกาสของการจุดไฟใหม่

5. การสลับแบงก์คอนเดนเซอร์

• ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ:

• ปัญหาอาร์กก่อนการปะทะ: เมื่อสลับแบงก์คอนเดนเซอร์ ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศต้องหลีกเลี่ยงกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสูงมาก อาร์กที่เกิดขึ้นก่อนที่ตัวติดต่อจะปะทะกันอย่างเต็มที่สามารถทำให้คุณสมบัติฉนวนของระบบตัวติดต่อเสื่อมลง นำไปสู่ความล้มเหลวได้

• มาตรการบรรเทา: เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ระบบสวิตช์สุญญากาศสำหรับการสลับแบงก์คอนเดนเซอร์มักจะมีคุณสมบัติเช่น ตัวต้านทานการแทรกหรือกลไกควบคุมการปะทะ เพื่อลดกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าและป้องกันตัวตัดวงจร

• ตัวตัดวงจรแบบ SF6:

• การจัดการกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสูงได้ดีกว่า: ตัวตัดวงจรแบบ SF6 มักจะเหมาะสมกว่าในการสลับแบงก์คอนเดนเซอร์ เนื่องจากสามารถจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสูงโดยไม่มีการเสื่อมสภาพฉนวนอย่างมาก ทำให้เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับแอปพลิเคชันที่คาดว่าจะมีกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสูง

6. การออกแบบระบบตัวติดต่อ

ระบบตัวติดต่อของสวิตช์วงจรแบบสุญญากาศและ SF6 แตกต่างกันในด้านการออกแบบเพื่อรองรับหลักการทำงานของแต่ละประเภท:

• สวิตช์วงจรแบบ SF6 (ซ้าย):

• ระบบตัวติดต่อในสวิตช์วงจรแบบ SF6 ออกแบบมาเพื่อทำงานกับสื่อกลางแก๊ส ซึ่งมีคุณสมบัติในการดับอาร์กที่ยอดเยี่ยม ตัวติดต่อมักจะใหญ่และแข็งแรงกว่าเพื่อรับกับกระแสไฟฟ้าและพลังงานที่สูงขึ้นที่เกี่ยวข้องกับ SF6

• สวิตช์วงจรแบบสุญญากาศ (ขวา):

• ระบบตัวติดต่อในสวิตช์วงจรแบบสุญญากาศมีโครงสร้างที่ง่ายและกะทัดรัด เนื่องจากสภาพสุญญากาศมีคุณสมบัติฉนวนและดับอาร์กที่ดี ตัวติดต่อมักจะทำจากวัสดุเช่น ทองแดง-ทังสเตน ซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงและมีความนำไฟฟ้าที่ดี

สรุป

สรุปแล้ว ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศมีประสิทธิภาพสูงในแอปพลิเคชันที่มี TRV ที่สูงมาก เนื่องจากมีการฟื้นคืนด้านไฟฟ้าที่รวดเร็ว ทำให้เหนือกว่าในการจัดการกับอัตรา TRV ที่สูง อย่างไรก็ตาม อาจมีการจุดไฟใหม่มากขึ้นในการสลับโหลดเหนี่ยวนำและต้องการการจัดการอย่างรอบคอบเมื่อสลับแบงก์คอนเดนเซอร์เพื่อป้องกันอาร์กก่อนการปะทะ ตัวตัดวงจรแบบ SF6 ตรงกันข้ามมีประสิทธิภาพที่คงที่ในด้านสถิติการแตกหักและเหมาะสมกว่าในการจัดการกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสูง ทำให้เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการสลับแบงก์คอนเดนเซอร์ การเลือกระหว่างตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศและ SF6 ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเฉพาะและประเภทของโหลดที่สลับ