Prednosti in uporaba nizko napetostnih vakuumskih preklopnikov

Nizevnapršni vakuumski preklopniki: prednosti, uporaba in tehnične izzive

Zaradi nižje napetostne stopnje imajo nizevnapršni vakuumski preklopniki manjšo mehurčno vrzel v primerjavi z srednjevnapršnimi tipi. Pri takšno majhnih vrzelih je tehnologija poprečnega magnetnega polja (TMF) boljša od osnovnega magnetnega polja (AMF) za prekinjanje visokih tokov pri kratkih zaprtjih. Ko prekinjajo velike toke, se vakuumski luk nagiba k koncentriranemu luku, kjer lokalne erozijske območja lahko dosežejo kozečno točko materiala kontakta.

Brez pravilnega nadzora pregrete območje na površini kontakta izdaja preveč metalnih parov, kar lahko vodi do dielektričnega propada vrzeli pod prehodnim obnovitvenim napetostni (TRV) po ničelni vrednosti toka, kar povzroči neuspešnost prekinitve. Uporaba poprečnega magnetnega polja – pravokotnega na stolpec luka – znotraj vakuumskih preklopov poganja koncentrirani luk, da se hitro vrti po površini kontakta. To značilno zmanjša lokalno erozijo, preprečuje preveliko temperaturno povečanje ob ničelni vrednosti toka in tako bistveno izboljša prekinitveno zmogljivost preklopnika.

Prednosti vakuumskih preklopnikov:

• Kontakti ne zahtevajo vzdrževanja

• Dolg operativni življenjski čas, električni življenjski čas je skoraj enak mehaničnemu življenjskemu času

• Vakuumski preklopniki se lahko namestit v poljubni orientaciji

• Tiho delovanje

• Ni tveganja za požar ali eksplozijo; luk je popolnoma vsebovan znotraj zaprtega vakuumskih posode, kar jih čini primernimi za nevarne, eksplozivne okolice, kot so premogovnice

• Odgovornost ni odvisna od okoliških pogojev, kot so temperatura, prah, vlaga, solina mlga ali višina

• Zmogljivost prenašanja visokih napetosti preko zelo majhnih vakuumskih vrzeli

• Prekinitveni tok običajno dokončan pri prvi presečnici toka z ničelno vrednostjo

• Okolju prijazni in lačno reciklabilni

Nizevnapršni vakuumski preklopniki delijo ista celovita zaščita, obsežne meritvene zmogljivosti in bogate diagnostične funkcije kot konvencionalni zračni preklopniki (ACBs). Vendar pa ponujajo superiornosti, vključno z višjo električno in mehanično trdnostjo, večjo število ocenjenih prekinitvenih operacij pri kratkih zaprtjih, močnejšo zmogljivost za ugasnanje luka in resnično "ničelno bliskanje luka".

Te značilnosti jih činijo posebej primernimi za stroge okolice in sisteme s visoko napetostjo in nizko frekvenco, kot sta AC690V in 1140V v konfiguracijah TN, TT in IT – pogosto najdeni v fotovoltačnih in vetrenih energetskih aplikacijah. Omogočajo sisteme za zbiranje visoke napetosti, ki zmanjšujejo izgube pri prenosu. Poleg zaščite linije lahko ti preklopniki zaščitijo tudi motorje (v skladu s standardi GB50055) in generatorje (v skladu s standardi GB755), kar uporabnikom zagotavlja varnejšo, bolj zanesljivo in celovito rešitev za zaščito distribucije nizevne napetosti.

Zakaj niso vakuumski preklopniki lašje uporabljani v nizevnapršnih aplikacijah?

Glavni razlog leži v velikih energijskih zahtevah operacijskega mehanizma:

Nizevnapršni preklopniki običajno uporabljajo lahke operacijske mehanizme z kompaktnimi komponentami. Na drugi strani vakuumski preklopniki zahtevajo bistveno več operacijske energije – zlasti tisti, namenjeni aplikacijam z visoko prekinitveno zmogljivostjo. Zaradi majhne vrzeli kontakta za ugasnitev luka potrebujete intenzivno energijo. Za odpor elektromagnetnim silam med prekinitvijo napake je potrebno visoko tlakovanje kontakta. Na primer:

• 31,5 kA vakuumski preklopnik zahteva približno 3200 N tlakovanje kontakta.

• Za ohranjanje zadostnega tlaka po nosilosti kontakta je potrebna pot kontakta 4 mm.

• Tako je skupna energija, ki je potrebna od dotika kontakta do popolne zaprtosti, bistveno višja kot pri zračnih preklopnikih.

Specifične energijske zahteve vključujejo:

• 45 džulov za 40 kA preklopnik (tlakovanje kontakta: 4200 N)

• 63 džulov za 50 kA preklopnik (tlakovanje kontakta: 6200 N)

Torej mora biti operacijski mehanizem bistveno okrepiti, da bi izpolnil te zahteve. Za 100 kA nizevnapršno uporabo presega energija, ki jo zahteva vakuumski preklopnik, kapaciteto standardnih nizevnapršnih operacijskih mehanizmov.

Potrebna je popolna nadgradnja – večji energijski skladiščni vijaki, povečana dolžina stiska vijaka itd. Nekateri obstoječi mehanizmi imajo minimalno stiskanje (npr. le 25 mm), in tudi povečanje čvrstosti vijaka ne more zagotoviti dovolj energije. Namesto tega so potrebni mehanizmi z daljšim hodnikom. Kot je videti pri srednjevnapršnih vakuumskih preklopnikih, se često vijaki, pogonjeni s kamom, raztegujo preko 50 mm, kar omogoča zadostno shranjevanje energije. Dodatno mora biti splošna mehanska moč, trdota in čvrstoča operacijskega mehanizma okrepiti, da bi se premagale visoke sile, ki so vpleteni.