Fördelar & tillämpningar av lågspänningsvacuumkretsbräckare
Lågspänningsvakuumkretsutsläckare: Fördelar, tillämpning och tekniska utmaningar
På grund av deras lägre spänningssats har lågspänningsvakuumkretsutsläckare en mindre kontaktfjärd än mellanspänningsmodeller. Under sådana små fjarer är transversal magnetfält (TMF) teknik överlägsen axiell magnetfält (AMF) för att bryta stora kortslutningsströmmar. När man bryter stora strömmar tenderar vakuumbågen att koncentreras till en restriktiv båge, där lokala erosionszoner kan nå kokpunkten för kontaktmaterial.
Utan rätt kontroll släpper överhettade områden på kontaktytan ut onödigt mycket metallånga, vilket kan leda till dielektriskt sammanbrott i kontaktfjärd under den transienta återhämtningsspänningen (TRV) efter ström noll, vilket resulterar i brytningsfel. Att applicera ett transversalt magnetfält—vinkelrätt mot bågkolonnen—inuti vakuumavbrytaren driver den restriktiva bågen att snabbt rotera över kontaktytan. Detta minskar signifikant lokal erosion, förhindrar onödig temperaturökning vid ström noll, och därmed förbättrar kraftigt avbrytarens brytningsförmåga.
Fördelar med vakuumkretsutsläckare:
Kontakter kräver ingen underhåll
Lång drifttid, med elektrisk livslängd nästan lika lång som mekanisk livslängd
Vakuumavbrytare kan monteras i valfri orientering
Tyst drift
Inga risker för brand eller explosion; bågen är helt innesluten i det säglda vakuumkammart, vilket gör dem lämpliga för farliga, explosivt skyddade miljöer som kolgruver
Prestandan påverkas inte av omgivande miljöförhållanden som temperatur, damm, fukt, saltfukt eller höjd
Förmåga att tåla höga spänningar över väldigt små vakuumfjarer
Strömbrytning vanligtvis slutförd vid första ström nollkorsning
Miljövänlig och enkel att återvinna
Lågspänningsvakuumkretsutsläckare delar samma omfattande skydd, extensiva mätfunktioner och rika diagnostiska funktioner som traditionella luftkretsutsläckare (ACBs). Men de erbjuder överlägsna fördelar, inklusive högre elektrisk och mekanisk uthållighet, fler rätta kortslutningsbrytningsoperationer, starkare bågkvävningsförmåga och sann "noll bågflam" prestanda.
Dessa egenskaper gör dem särskilt lämpliga för hårda miljöer och högspänningslågfrekvenssystem som AC690V och 1140V i TN, TT och IT-konfigurationer—vanligt förekommande i solceller och vindkraftsanvändningar. De möjliggör högspänningsinsamlarsystem som minskar transmissionförluster. Utöver linjeskydd kan dessa utsläckare också skydda motorer (uppfyller GB50055-krav) och generatorer (uppfyller GB755-standarder), vilket ger användarna en säkrare, mer pålitlig och omfattande lågspänningsfördelningslöstskydd.
Varför används inte vakuumkretsutsläckare mer i lågspänningsapplikationer?
Den primära orsaken ligger i de betydande energibehoven hos drivmechanismen:
Lågspänningskretsutsläckare använder ofta lätta drivmekanismer med kompakta komponenter. I kontrast kräver vakuumkretsutsläckare betydligt mer driftenergi—särskilt de som är utformade för applikationer med hög brytningskapacitet. På grund av deras små kontaktfjarer krävs intensiv energi för att kväva bågen. För att tåla elektromagnetiska krafter under felbrytning är hög kontakttryck viktigt. Till exempel:
En 31.5kA vakuumutsläckare kräver ungefär 3200N kontakttryck.
För att upprätthålla tillräckligt tryck efter kontaktens nötning krävs en kontaktresor av 4mm.
Därför är den totala energi som krävs från kontaktengagemang till full stängning mycket högre än för luftkretsutsläckare.
Specifika energikrav inkluderar:
45 joule för en 40kA utsläckare (kontakttryck: 4200N)
63 joule för en 50kA utsläckare (kontakttryck: 6200N)
Således måste drivmekanismen betydligt förstärkas för att möta dessa behov. För en 100kA lågspänningsapplikation överskrider den energi som krävs av en vakuumavbrytare kapaciteten för standardlågspänningsdrivmekanismer.
En fullständig uppgradering är nödvändig—större energilagringsfjädrar, ökad fjäderkomprimeringsslag, etc. Vissa existerande mekanismer har minimal komprimering (till exempel bara 25mm), och även om fjäderhårdheten ökar kan inte tillräckligt med energi levereras. Istället krävs mekanismer med längre slag. Som sett i mellanspänningsvakuumutsläckare sträcker sig kamdrivna fjädrar ofta över 50mm, vilket möjliggör tillräcklig energilagring. Dessutom måste den totala mekaniska styrkan, hårdheten och rigiditeten av drivmekanismen förbättras för att hantera de höga krafter som involveras.
