Vacuum vs Air Circuit Breakers: Key Differences Pumipili sa Vacuum ug Air Circuit Breakers: Ang mga Kalainan

Mga Low-Voltage Air Circuit Breakers vs. Vacuum Circuit Breakers: Struktura, Performance ug Application

Ang mga low-voltage air circuit breakers, o mas nailhan isip universal o molded frame circuit breakers (MCCBs), gihimo para sa AC voltages nga 380/690V ug DC voltages hangtod sa 1500V, uban sa rated currents nga nagsugod gikan sa 400A hangtod sa 6300A o paabot sa 7500A. Ang mga breakers kini gamit ang hangin isip medium sa pag-putli sa arc. Ang arc gitapos pinaagi sa pag-elongate, pag-split, ug pag-cool sa usa ka arc chute (arc runner). Ang mga breakers kini makapadisrupt sa short-circuit currents nga 50kA, 80kA, 100kA, o hangtod sa 150kA.

Pangunhing Komponente ug Functionality

• Operating Mechanism: Nakalocated sa front sa breaker, hatag kini sa kinahanglan nga speed alang sa contact separation ug closure. Ang mabilis nga contact motion makatabang sa pag-elongate ug pag-cool sa arc, facilitation sa extinction.

• Intelligent Trip Unit: Gihimong mounted sa side sa operating mechanism, kini ang "brain" sa low-voltage circuit breaker. Gitanggap niini ang current ug voltage signals pinaagi sa sensors, gi-compute ang electrical parameters, ug gikompara niini sa preset LSIG protection settings:

• L: Long-time delay (overload protection)

• S: Short-time delay (short-circuit protection)

• I: Instantaneous (instant trip)

• G: Ground fault protection
  Basado sa mga settings, ang trip unit mo-signal sa mechanism nga buksan ang breaker sa panahon sa overloads o short circuits, providing comprehensive protection.

• Arc Chamber ug Terminals: Nakalocated sa rear, ang arc chamber naglaman sa contacts ug arc chute. Ang lower three-phase outgoing terminals equipped uban sa:

• Electronic current sensors (para sa signal input sa trip unit)

• Electromagnetic current transformers (CTs) (para supply operating power sa trip unit)

Ang operating mechanism kasagaran adunay mechanical life nga less than 10,000 operations.

Evolution gikan sa Air ngadto sa Vacuum Interruption

Sa kasinatian, ang mga medium-voltage air circuit breakers adunay pero bulky, limited breaking capacity, ug mobuto og significant arc flash (non-zero arc), making them unsafe ug impractical.

Sa katuyuan, ang vacuum circuit breakers (VCBs) adunay similar overall layout: ang operating mechanism sa front, ug ang interrupter sa rear. Pero, ang interrupter nagamit og vacuum interrupter (o "vacuum bottle"), structurally similar sa incandescent light bulb — sealed glass o ceramic envelope evacuated to a high vacuum.

Sa vacuum:

• Kinahanglan lang og small contact gap aron mapasabot ang insulation ug withstand voltage requirements.

• Ang arc rapid nga mogwara tungod sa absence sa ionizable medium ug efficient diffusion sa metal vapor.

Applications sa Vacuum Circuit Breakers

Ang vacuum circuit breakers naka-develop rapid ug karon wide use across low-voltage, medium-voltage, ug high-voltage systems:

• Low-Voltage VCBs: Kasagaran rated sa 1.14kV, uban sa rated currents up to 6300A ug short-circuit breaking capacity up to 100kA.

• Medium-Voltage VCBs: Common sa 3.6–40.5kV range, uban sa currents up to 6300A ug breaking capacity up to 63kA. Over 95% sa medium-voltage switchgear karon nagamit vacuum interruption.

• High-Voltage VCBs: Single-pole interrupters naabot sa 252kV, ug 550kV vacuum circuit breakers nakuha pinaagi sa series-connected interrupters.

Key Design Differences

Wala kay sa air circuit breakers nga nagamit contact springs, ang vacuum circuit breakers gigikanan ang operating mechanism aron:

• Hatagan og sufficient opening ug closing speed

• Ensure adequate contact pressure

Kini nga contact pressure kinahanglan nga sufficient pa man sa pagpasabot og up to 3mm nga contact wear, aron reliable carry sa rated current ug withstand sa peak short-time current during faults.

Advantages sa Vacuum Circuit Breakers

• High reliability ug safety

• Immune sa environmental conditions (dust, humidity, altitude)

• Zero arc flash (no external arcing)

• Compact size ug long maintenance intervals

Kini nga advantages gihatagan ang vacuum breakers ideal para sa paggamit sa hazardous environments sama sa chemical plants, coal mines, oil & gas facilities, diin critical ang explosion risks ug fire safety.

Real-World Case Study: Vacuum vs. Air Breaker Performance Under Fault

Ang usa ka large chemical plant install og duha ka circuit breakers — usa air circuit breaker ug usa vacuum circuit breaker — sa identical circuit configurations ug subject sila sa same fault conditions.

Ang circuit usa ka tie configuration, diin ang power sources sa either side sa breaker wala synchronized. Kini resulta sa transient voltage across the contact gap approaching twice the rated voltage, leading to breaker failure.

Results:

• Air Circuit Breaker:
  Nakabalaka complete destruction. Ang breaker unit’s enclosure ruptured, ug adjacent switchgear sa both sides severely damaged. Extensive reconstruction ug replacement required.

• Vacuum Circuit Breaker:
  Ang failure significantly less violent. Pag-replace sa vacuum interrupter ug cleaning sa arc by-products (soot) sa breaker ug compartment, ang switchgear restored quick sa service.

Conclusion

Ang vacuum circuit breakers demonstrate superior fault containment, safety, ug reliability compared sa air breakers, especially under severe transient overvoltages. Ang ilang sealed vacuum interrupters prevent arc propagation, minimizing damage ug downtime.

Sa explosive o flammable environments sama sa chemical plants ug coal mines, ang arc-free operation ug robust performance sa vacuum circuit breakers provide clear technological ug safety advantage.