Предимства и приложения на нисковолтовите вакуумни прекъсвачи
Нисковолтови вакуумни прекъсвачи: Предимства, приложение и технически предизвикателства
Благодарение на по-ниското напрежение, нисковолтовите вакуумни прекъсвачи имат по-малко разстояние между контактите в сравнение с прекъсвачите за средно напрежение. При такива малки разстояния, технологията на поперечен магнитен пол (TMF) е по-ефективна от осев магнитен пол (AMF) за прекъсване на големи краткосрочни токове. Когато се прекъсват големи токове, вакуумната дъга се концентрира в режим на стеснена дъга, където местните зони на износ могат да достигнат точката на кипене на материалите на контактите.
Без надлежен контрол, прекомерно затоплените области на повърхността на контактите излъчват прекомерно количество метален пар, което може да доведе до диелектрическо пробиване на разстоянието между контактите под преходното възстановително напрежение (TRV) след нулата на тока, което води до неуспешно прекъсване. Приложението на поперечен магнитен пол – перпендикулярно на колоната на дъгата – вътре в вакуумния прекъсвач кара стеснената дъга бързо да се върти по повърхността на контактите. Това значително намалява местния износ, предотвратява прекомерно температурно увеличение при нулата на тока и по този начин голямо подобрява способността за прекъсване на прекъсвача.
Предимства на вакуумните прекъсвачи:
Контактите не изискват поддръжка
Дълъг оперативен живот, с електричен живот почти равен на механичния живот
Вакуумните прекъсвачи могат да бъдат монтирани в каквато и да е ориентация
Тиха работа
Няма риск от пожар или взрив; дъгата е напълно съдържана в запечатаната вакуумна камера, което ги прави подходящи за опасни, взривозащитни среди, като въглищни мини
Производителността не е влияна от околните условия, като температура, прах, влажност, солен мъгла или височина
Способни са да издържат високо напрежение през много малки вакуумни разстояния
Прекъсването на тока обикновено се завършва при първото пресичане на нулата на тока
Екологично чисти и лесно повторно използваеми
Нисковолтовите вакуумни прекъсвачи споделят същите комплексни защитни, обширни измервателни и богати диагностични характеристики, както и традиционните въздушни прекъсвачи (ACBs). Обаче те предлагат по-добри предимства, включително по-висока електрическа и механична издръжливост, по-голям брой на класифицирани операции за прекъсване на краткосрочни токове, по-силен капацитет за гасене на дъга и истинско "нулево" излъчване на дъга.
Тези характеристики ги правят особено подходящи за сурови среди и системи с високо напрежение и ниска честота, като AC690V и 1140V в конфигурации TN, TT и IT – обикновено срещани в приложенията на фотоелектрични и ветроенергийни системи. Те позволяват високонапрегнати колекторни системи, които намаляват загубите при пренос. Освен защитата на линиите, тези прекъсвачи могат да защитават двигатели (спазвайки изискванията на GB50055) и генератори (спазвайки стандарта GB755), предоставяйки на потребителите по-безопасно, по-надеждно и комплексно решение за защита на нисковолтовата енергодистрибуция.
Защо вакуумните прекъсвачи не се използват по-широко в нисковолтови приложения?
Основната причина се корени в значителните енергийни изисквания на работната система:
Нисковолтовите прекъсвачи обикновено използват леки работни системи с компактни компоненти. В сравнение, вакуумните прекъсвачи изискват значително повече енергия за работа – особено тези, предназначени за приложения с висок капацитет за прекъсване. Благодарение на малкото разстояние между контактите, изгасяването на дъгата изисква интензивна енергия. За да издържат на електромагнитните сили по време на прекъсване на дефект, е необходимо високо контактно налягане. Например:
31.5kA вакуумен прекъсвач изисква около 3200N контактно налягане.
За поддържане на достатъчно налягане след износ на контактите, е необходим контактно движение от 4mm.
Следователно, общата необходима енергия от контактно съединяване до пълно затваряне е много по-голяма, отколкото при въздушните прекъсвачи.
Специфични енергийни изисквания включват:
45 джаула за 40kA прекъсвач (контактно налягане: 4200N)
63 джаула за 50kA прекъсвач (контактно налягане: 6200N)
По този начин, работната система трябва значително да бъде усилена, за да отговаря на тези изисквания. За 100kA нисковолтово приложение, енергията, изисквана от вакуумния прекъсвач, надвишава капацитета на стандартните нисковолтови работни системи.
Необходимо е пълно обновление – по-големи пружини за съхранение на енергия, увеличена ходила на пружините и т.н. Някои съществуващи механизми имат минимално съкратени ходила (например само 25mm), и дори увеличаването на жесткостта на пружините не може да достави достатъчна енергия. Вместо това, са необходими механизми с по-дълги ходила. Както се вижда в средноволтовите вакуумни прекъсвачи, пружини, приведени от ками, често се удължават над 50mm, позволявайки достатъчно съхранение на енергия. Освен това, общата механична сила, твърдост и жесткост на работния механизм трябва да бъдат подобрени, за да се справят с високите сили, включени в процеса.
