Pienjännitevakiovirtasäätimen etu ja sovellukset

Alhaispäinen vakiovirtasulku: Edut, sovellukset ja tekniset haasteet

Heikomman jännitteen vuoksi alhaispäisen vakiovirtasulun kontaktiväli on pienempi kuin keskipäisessä tyypissä. Tällä pienellä välin kanssa vaakasuora magneettikenttä (TMF) on tehokkaampi kuin aksiaalinen magneettikenttä (AMF) suurten lyhytkatkaisusähkövirtojen katkaisemiseksi. Suuria virtoja katkaisevassa tilanteessa vakioarkki pyrkii konsentroimaan itsensä, mikä voi aiheuttaa paikallisia kuluneisuusalueita, jotka saavat kontaktimateriaalin kiehumispisteen.

Ilman asianmukaista hallintaa ylikuumenevat alueet kontaktipinnalla vapauttavat liikaa metalliparvia, mikä voi johtaa kontaktivälin dielektriseen murtoon sijaintien välillä muuttuvassa palautusjännitteessä (TRV) nollavirran jälkeen, mikä puolestaan aiheuttaa katkaisuksen epäonnistumisen. Vaakasuoran magneettikentän (kohtisuorana arkkilevyn) käyttö vakiovirtasulussa ajaa konsentroidun arkin nopeasti kiertymään kontaktipinnan yli. Tämä vähentää huomattavasti paikallista kuluneisuutta, estää liian suuren lämpötilan nousun nollavirran kohdalla ja parantaa siten merkittävästi sulun katkaisukykyä.

Vakiovirtasulkujen edut:

• Kontaktit eivät vaadi huoltoa

• Pitkä toimintaelinka, jossa sähköllinen elinkaari on melkein sama kuin mekaaninen elinkaari

• Vakiovirtasulut voidaan asentaa mihin tahansa suuntaan

• Hiljainen toiminta

• Ei palamisen tai räjähdyksen vaaraa; arki on täysin sisäistetty tiiviisti suljetussa vakiovirtachamberissa, mikä tekee niistä sopivia vaarallisiin, räjähdysvapaisiin ympäristöihin, kuten hiilikivikaivoksissa

• Suorituskyky ei ole riippuvainen ympäristön olosuhteista, kuten lämpötilasta, pölystä, kosteudesta, suolantuoksusta tai korkeudesta

• Kykeni kestämään korkeita jännitteitä hyvin pienissä vakiovirtaväleissä

• Virran katkaisu on yleensä suoritettu ensimmäisellä nollavirran ylityskohdalla

• Ympäristöystävällinen ja helposti kierrättävä

Alhaispäiset vakiovirtasulut jakavat samat laajat suojauksen, mittaus- ja diagnostiikkatoimintojen ominaisuudet perinteisten ilmasulkujen (ACBs) kanssa. Ne tarjoavat kuitenkin paremmat edut, kuten korkeamman sähköisen ja mekaanisen kestävyyden, suuremman määrän suunniteltuja lyhytkatkaisusulkutoimintoja, vahvemman arkkikatkaisukyvyn ja todellisen "nolla arkki" -suorituksen.

Nämä ominaisuudet tekevät niistä erityisen sopivia koville olosuhteille ja korkeajännitteisille matalataajuusjärjestelmille, kuten AC690V ja 1140V TN-, TT- ja IT-konfiguraatioissa, jotka ovat yleisiä aurinkopaneeli- ja tuulivoima-sovelluksissa. Ne mahdollistavat korkeajännitteisten keräämisjärjestelmien käytön, mikä vähentää siirtolukuja. Lineaarisen suojauksen lisäksi nämä sulut voivat myös suojata moottoreita (GB50055-vaatimusten mukaan) ja generaattoreita (GB755-standardien mukaan), tarjoten käyttäjille turvallisemman, luotettavamman ja kattavamman alhaispäisen sähkönjakelusuojauksen ratkaisun.

Miksi vakiovirtasulkuja ei käytetä laajemmin alhaispäisissä sovelluksissa?

Pääasiallinen syy on toimintamekanismin huomattavissa energiavaatimuksissa:

Alhaispäiset sulkut yleensä käyttävät kevyitä toimintamekanismeja kompakteilla komponenteilla. Vakiovirtasulut taas vaativat huomattavasti enemmän toimintaa energiaa – erityisesti ne, jotka on suunniteltu suurkapasiteettisiin sovelluksiin. Pieni kontaktiväli vaatii intensiivistä energiaa arkin sammuttamiseksi. Sähkömagneettisten voimien vastustamiseksi sijainnin katkaisutilanteessa tarvitaan korkeaa kontaktipainetta. Esimerkiksi:

• 31,5 kA vakiovirtasululle tarvitaan noin 3200 N kontaktivoima.

• Riittävän paineen ylläpitämiseksi kontaktituhoamisen jälkeen tarvitaan 4 mm:n kontaktiliike.

• Tämän seurauksena kokonaismääräinen energia, joka tarvitaan kontaktilta solmuntiin, on paljon suurempi kuin ilmasulkujen käsittelyssä.

Erityiset energiavaatimukset sisältävät:

• 40 kA sululle 45 joulea (kontaktivoima: 4200 N)

• 50 kA sululle 63 joulea (kontaktivoima: 6200 N)

Tämän vuoksi toimintamekanismi on vahvistettava merkittävästi näiden vaatimusten tyyppiin. 100 kA alhaispäisessä sovelluksessa vakiovirtasulun vaatimat energiat ylittävät tavallisten alhaispäisten toimintamekanismien kapasiteetin.

Täydellinen päivitys on tarpeen – suuremmat energiavarastovesit, lisätty vesivaimennusmatka jne. Joissakin olemassa olevissa mekanismeissa on minimaalinen puristus (esimerkiksi vain 25 mm), ja jopa joustavuuden lisääminen ei riitä tuottamaan riittävää energiaa. Sen sijaan tarvitaan mekanismeja, joilla on pidempi matka. Kuten keskipäisissä vakiovirtasuluissa, kammiopohjaiset vesit usein ulottuvat yli 50 mm, mikä mahdollistaa riittävän energiavarastoinnin. Lisäksi toimintamekanismin kokonaismekaaninen vahvuus, kovuus ja jäykkyys on vahvistettava käsittelemään korkeita voimia.