Преимущества и применения низковольтных вакуумных выключателей

Низковольтные вакуумные выключатели: преимущества, применение и технические вызовы

Из-за меньшего номинального напряжения у низковольтных вакуумных выключателей контактный промежуток меньше, чем у средневольтных. При таких малых промежутках технология поперечного магнитного поля (ПМП) эффективнее осевого магнитного поля (ОМП) для разрыва высоких короткозамкнутых токов. При разрыве больших токов вакуумная дуга склонна концентрироваться в режиме суженной дуги, где локальные зоны эрозии могут достигать точки кипения материала контакта.

Без надлежащего контроля перегретые области на поверхности контактов испускают избыточные металлические пары, что может привести к диэлектрическому пробою контактного промежутка под воздействием переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН) после прохождения нуля тока, что ведет к неудаче разрыва. Применение поперечного магнитного поля — перпендикулярного столбу дуги — внутри вакуумного прерывателя заставляет суженную дугу быстро вращаться по поверхности контакта. Это значительно снижает локальную эрозию, предотвращает чрезмерное повышение температуры при прохождении нуля тока и, таким образом, значительно улучшает способность выключателя к разрыву.

Преимущества вакуумных выключателей:

• Контакты не требуют обслуживания

• Долгий срок службы, электрический ресурс практически равен механическому

• Вакуумные прерыватели можно устанавливать в любом положении

• Тихая работа

• Отсутствие риска возгорания или взрыва; дуга полностью содержится в герметичной вакуумной камере, что делает их подходящими для опасных, взрывобезопасных сред, таких как угольные шахты

• Производительность не зависит от окружающих условий, таких как температура, пыль, влажность, солевой туман или высота

• Способность выдерживать высокие напряжения через очень маленькие вакуумные промежутки

• Разрыв тока обычно завершается на первом пересечении нуля тока

• Экологически безопасны и легко перерабатываемы

Низковольтные вакуумные выключатели обладают такими же всесторонними защитными, измерительными и диагностическими функциями, как и обычные воздушные выключатели (ACBs). Однако они предлагают превосходные преимущества, включая большую электрическую и механическую долговечность, большее количество операций разрыва номинальных коротких замыканий, более мощную способность к гашению дуги и истинно "нулевое" свечение дуги.

Эти характеристики делают их особенно подходящими для суровых условий и систем с высоким напряжением и низкой частотой, таких как AC690V и 1140V в конфигурациях TN, TT и IT, которые часто встречаются в фотovoltaic и ветроэнергетических применениях. Они позволяют создавать системы сбора высокого напряжения, снижающие потери при передаче. Помимо защиты линий, эти выключатели также могут защищать двигатели (соответствуют требованиям GB50055) и генераторы (соответствуют стандартам GB755), предоставляя пользователям более безопасное, надежное и всестороннее решение для защиты низковольтных распределительных сетей.

Почему вакуумные выключатели не используются шире в низковольтных приложениях?

Основная причина заключается в значительных энергетических потребностях механизма управления:

Низковольтные выключатели обычно используют легкие механизмы управления с компактными компонентами. В отличие от них, вакуумные выключатели требуют значительно больше энергии для управления — особенно те, которые предназначены для приложений с высокой разрывной способностью. Из-за малого контактного промежутка для гашения дуги требуется интенсивная энергия. Для выдерживания электромагнитных сил во время разрыва короткого замыкания необходима высокая контактная сила. Например:

• Вакуумный выключатель на 31,5 кА требует примерно 3200 Н контактной силы.

• Для поддержания достаточного давления после износа контактов требуется ход контакта 4 мм.

• Следовательно, общая энергия, необходимая от момента соприкосновения до полного закрытия, намного выше, чем у воздушных выключателей.

Специфические энергетические требования включают:

• 45 джоулей для выключателя на 40 кА (контактная сила: 4200 Н)

• 63 джоуля для выключателя на 50 кА (контактная сила: 6200 Н)

Таким образом, механизм управления должен быть значительно усилен, чтобы удовлетворить этим требованиям. Для низковольтного применения на 100 кА энергия, необходимая вакуумному прерывателю, превышает возможности стандартных механизмов управления низковольтных выключателей.

Необходима полная модернизация — увеличенные пружины накопления энергии, увеличенный ход сжатия пружин и т.д. Некоторые существующие механизмы имеют минимальное сжатие (например, всего 25 мм), и даже увеличение жесткости пружин не обеспечивает достаточной энергии. Требуются механизмы с большим ходом. Как видно на примере средневольтных вакуумных выключателей, пружины, приводимые в действие кулачком, часто имеют ход более 50 мм, что позволяет накапливать достаточную энергию. Кроме того, общая механическая прочность, твердость и жесткость механизма управления должны быть усилены, чтобы справиться с высокими усилиями.