Fordeler og anvendelser av lavspenningsvakuumkretsbruddere
Lavspenningsvakuumkretsutslagere: Fordeler, anvendelse og tekniske utfordringer
På grunn av deres lavere spenning, har lavspenningsvakuumkretsutslagere en mindre kontaktavstand sammenlignet med mellomspenningsvarianter. Under slike små avstander er tverrmagnetisk felt (TMF) teknologi bedre enn aksialmagnetisk felt (AMF) for å bryte store kortslutningsstrømmer. Når store strømmer brytes, tenderer vakuumbuen til å konsentrere seg i en trang buemodus, hvor lokale erosjonszoner kan nå kokpunktet for kontaktmaterialet.
Uten riktig kontroll, slipper overoppvedde områder på kontaktflaten for mye metallvann, som kan føre til dielektrisk brudd av kontaktavstanden under transiente gjenopprettingsvoltage (TRV) etter strømnoll, og dermed føre til bruddfeil. Ved å anvende et tverrmagnetisk felt—vinkelrett på buen—inne i vakuumavbryteren, driver det den trange buen til å raskt rotere over kontaktflaten. Dette reduserer betydelig lokal erosjon, forhindrer unødig temperaturstigning ved strømnoll, og dermed øker betydelig utslagerens bryteevne.
Fordeler med vakuumkretsutslagere:
Kontakter krever ingen vedlikehold
Lang levetid, med elektrisk levetid nesten lik mekanisk levetid
Vakuumavbrytere kan monteres i enhver retning
Stille drift
Ingen risiko for brann eller eksplosjon; buen er fullstendig inneholdt i det lukkede vakuumrommet, gjør dem egnet for farlige, eksplosjonsikkede miljøer som kullgruver
Ytelsen er ikke påvirket av omgivende miljøforhold som temperatur, støv, fuktighet, saltfukt eller høyde
Kan tåle høye spenninger over veldig små vakuumavstander
Strømbryting typisk fullført ved første strømnullpassering
Miljøvennlig og lett gjenbrukbar
Lavspenningsvakuumkretsutslagere deler samme omfattende beskyttelse, omfattende målefunksjoner og rike diagnostiske funksjoner som konvensjonelle luftkretsutslagere (ACBs). Imidlertid tilbyr de superiøre fordeler, inkludert høyere elektrisk og mekanisk holdbarhet, større antall beregnede kortslutningsbrytinger, sterkere bueteknikkevne, og sannt "null buelys" ytelse.
Disse egenskapene gjør dem spesielt egnet for tøffe miljøer og høyspenning lavfrekvenssystemer som AC690V og 1140V i TN, TT og IT konfigurasjoner—vanligvis funnet i fotovoltaiske og vindkraftapplikasjoner. De muliggjør høyspenningssamlingssystemer som reduserer overføringstap. Ut over linjebeskyttelse, kan disse utslagerne også beskytte motorer (som oppfyller GB50055-krav) og generatore (som oppfyller GB755-standarder), gir brukerne en tryggere, mer pålitelig og omfattende lavspenningsstrømforsyningsbeskyttelsesløsning.
Hvorfor er ikke vakuumkretsutslagere mer utbredt i lavspenningsapplikasjoner?
Den primære grunnen ligger i de betydelige energibehovene til driftsmekanismen:
Lavspenningskretsutslagere bruker typisk lette driftsmekanismer med kompakte komponenter. I motsetning til dette, krever vakuumkretsutslagere betydelig mer driftsenergi—spesielt de som er designet for høy-brytekapasitetsapplikasjoner. På grunn av den lille kontaktavstanden, krever bueteknikken intens energi. For å takle elektromagnetiske krefter under feilbryting, er høy kontakttrykk nødvendig. For eksempel:
En 31.5kA vakuumutslager krever omtrent 3200N kontakttrykk.
For å opprettholde tilstrekkelig trykk etter kontaktverslisning, trengs en kontaktbevegelse på 4mm.
Dermed er den totale energien som kreves fra kontaktengasjement til full lukking mye høyere enn for luftkretsutslagere.
Spesifikke energikrav inkluderer:
45 joule for en 40kA utslager (kontakttrykk: 4200N)
63 joule for en 50kA utslager (kontakttrykk: 6200N)
Derfor må driftsmekanismen være betydelig forsterket for å møte disse behovene. For en 100kA lavspenningsapplikasjon, overstiger energibehovet for en vakuumavbryter kapasiteten til standard lavspenningsdriftsmekanismer.
En full oppgradering er nødvendig—større energilagringsfjærer, økt fjærkomprimeringsslag, etc. Noen eksisterende mekanismer har minimal komprimering (f.eks. bare 25mm), og selv økt fjærstivhet kan ikke levere nok energi. I stedet kreves mekanismer med lengre slag. Som sett i mellomspenningsvakuumutslagere, strekker cam-drevne fjærer ofte over 50mm, noe som muliggjør tilstrekkelig energilagring. I tillegg må den totale mekaniske styrken, hardheten og rigiditeten av driftsmekanismen forsterkes for å håndtere de høye kreftene involvert.
