Prednosti i primene niskonaponskih vakuumskih prekidača

Niskonaponski vakumski prekidači: prednosti, primena i tehnički izazovi

Zahvaljujući nižem naponu, niskonaponski vakumski prekidači imaju manji kontaktan razmak u odnosu na srednjenski tipove. Pod ovim malim razmacima, tehnologija transverzalnog magnetnog polja (TMF) je superiornija od aksijalnog magnetnog polja (AMF) za prekid velikih strujnih krugova. Kada se prekida velika struja, vakumski luk ima tendenciju da se koncentriše u ograničeni mod luka, gde lokalne zone erozije mogu dostići tačku vrećanja materijala kontakta.

Bez pravilnog kontrole, pregrejane oblasti na površini kontakta emituju prekomerno metalno par, što može dovesti do dielektričnog kolaapsa kontaktne rastojanja pod privremeno oporavljajućim naponom (TRV) nakon nule struje, što dovodi do neuspeloga prekida. Primena transverzalnog magnetnog polja - okomitog na stupac luka - unutar vakumskog prekidača pomaže da ograničeni luk brzo rotira preko površine kontakta. To značajno smanjuje lokalnu eroziju, sprečava prekomerni porast temperature na nuli struje, i time značajno poboljšava sposobnost prekidača za prekid.

Prednosti vakumskih prekidača:

• Kontakti ne zahtevaju održavanje

• Dugačak radni život, sa električkim životom skoro jednakim mehaničkom životu

• Vakumski prekidači mogu biti montirani u bilo kojoj orijentaciji

• Tiha operacija

• Nema rizika od požara ili eksplozije; luk je potpuno sadržan unutar zatvorene vakumne komore, što ih čini pogodnim za opasne, eksplozivne okruženja kao što su ugljeni rudnici

• Performanse nisu uticane okružujućim uslovima kao što su temperatura, prašina, vlaga, solana magla ili visina

• Sposobni su da izdrže visoke napone preko veoma malih vakumskih razmaka

• Prekid struje obično se završava na prvom prelasku kroz nulu struje

• Ekološki prihvatljivi i lako reciklabilni

Niskonaponski vakumski prekidači imaju istu kompleksnu zaštitu, široke meračke mogućnosti i bogate dijagnostičke funkcije kao i konvencionalni vazdušni prekidači (ACBs). Međutim, nude superiornije prednosti, uključujući veću električnu i mehaničku izdržljivost, veći broj nominiranih prekida kratkog spoja, jaču sposobnost ugasevanja luka i stvarnu "nultu ark flash" performansu.

Ove karakteristike čine niskonaponske vakumski prekidače posebno pogodnim za teška okruženja i visokonaponske niskofrekventne sisteme kao što su AC690V i 1140V u TN, TT i IT konfiguracijama - često se koriste u fotovoltaičkim i vetrogeneratorskim aplikacijama. Omogućavaju visokonaponske sakupljačke sisteme koji smanjuju gubitke pri prenosu. Osim zaštite linija, ovi prekidači takođe mogu štititi motore (ispunjavajući zahteve GB50055) i generatora (ispunjavajući standard GB755), pružajući korisnicima bezbednije, pouzdanije i kompleksnije rešenje za zaštitu niskonaponskih distribucija struje.

Zašto niskonaponski vakumski prekidači nisu šire korišćeni?

Glavni razlog leži u značajnim energijskim zahtevima operativnog mehanizma:

Niskonaponski prekidači obično koriste lagane operativne mehanizme sa kompaktnim komponentama. U suprotnosti, vakumski prekidači zahtevaju značajno više operativne energije - posebno oni dizajnirani za aplikacije sa visokim kapacitetom prekida. Zbog malog kontaktanog razmaka, gasenje luka zahteva intenzivnu energiju. Da bi izdržali elektromagnetske sile tokom prekida greške, visoki kontaktan pritisak je neophodan. Na primer:

• 31.5kA vakumski prekidač zahteva oko 3200N kontaktne sile.

• Da bi se održao adekvatan pritisak nakon erozije kontakata, potrebno je putovanje kontakta od 4mm.

• Kao rezultat, ukupna energija potrebna od engagiranja kontakta do potpunog zatvaranja je mnogo veća nego kod vazdušnih prekidača.

Specifični energetski zahtevi uključuju:

• 45 džula za 40kA prekidač (kontaktne sile: 4200N)

• 63 džula za 50kA prekidač (kontaktne sile: 6200N)

Stoga, operativni mehanizam mora biti značajno pojačan da bi ispunio ove zahteve. Za 100kA niskonaponsku aplikaciju, energija potrebna vakumskom prekidaču prelazi kapacitet standardnih niskonaponskih operativnih mehanizama.

Potrebna je kompletna nadogradnja - veće spranje za skladištenje energije, povećan hod kompresije sprangice itd. Neki postojeći mehanizmi imaju minimalan hod kompresije (na primer, samo 25mm), i čak i povećanjem tvrdosti sprangice nije moguće dostići dovoljnu energiju. Umesto toga, potrebni su mehanizmi sa dužim hodom. Kao što se vidi na srednjenskim vakumskim prekidačima, sprangice pokretane kamenom često se proširuju preko 50mm, omogućavajući dovoljno skladištenje energije. Takođe, ukupna mehanička čvrstoća, tvrdota i rigidnost operativnog mehanizma moraju biti pojačane kako bi se obradili visoki sili.