Vakuumpåbryder vs. luftpåbrydere: Nøgleforskelle

Lavspændings luftbrydere vs. vakuum brydere: Struktur, ydeevne og anvendelse

Lavspændings luftbrydere, også kendt som universelle eller formede rammebrydere (MCCBs), er designet til vekselstrøm på 380/690V og gennemstrøm på op til 1500V, med nominelle strømmer fra 400A til 6300A eller endda 7500A. Disse brydere bruger luft som buelukningsmedium. Buelukningen sker gennem buelængning, deling og køling af en buekanal (bueregl). Sådanne brydere kan afbryde kortslutningsstrømmer på 50kA, 80kA, 100kA eller op til 150kA.

Hovedkomponenter og funktionalitet

• Drivmekanisme: Placeringen foran bryderen giver den nødvendige hastighed for kontaktadskillelse og lukning. Hurtig kontaktbevægelse hjælper med at strække og køle buen, hvilket letter dens udslettelse.

• Intelligent trip enhed: Monteret ved siden af drivmekanismen, er dette "hjernen" i lavspændingsbryderen. Den modtager strøm- og spændingssignaler via sensorer, beregner elektriske parametre, og sammenligner dem med forudindstillede LSIG beskyttelsesindstillinger:

• L: Langtidforsinkelse (overbelastningsbeskyttelse)

• S: Korttidforsinkelse (kortslutningsbeskyttelse)

• I: Øjeblikkelig (øjeblikkelig udskiftning)

• G: Jordefejlbeskyttelse
  På baggrund af disse indstillinger sender trip enheden et signal til mekanismen om at åbne bryderen under overbelastninger eller kortslutninger, hvilket giver en komplet beskyttelse.

• Buekammer og terminaler: Beliggende bagved, indeholder buekammeret kontakterne og buekanalen. De trefasede udgangsterminaler nederst er udstyret med:

• Elektroniske strømsensorer (til signaltildeling til trip enheden)

• Elektromagnetiske strømtransformatorer (CTs) (til levering af driftsstrøm til trip enheden)

Drivmekanismen har typisk en mekanisk levetid på mindre end 10.000 operationer.

Udvikling fra luft til vakuumafbrydning

Historisk set eksisterede der mellemspændingsluftbrydere, men de var klodsede, havde begrænset afbrydningsevne og producerede betydelige buelys (ikke-nul bue), hvilket gjorde dem usikre og upraktiske.

I modsætning hertil deler vakuum brydere (VCBs) en lignende samlet layout: drivmekanismen foran, og afbryderen bagved. Afbryderen benytter imidlertid en vakuumafbryder (eller "vakuumflaske"), som strukturelt ligner en glødelampe – en forseglet glas- eller keramikomhuvel, der er evakueret til et højt vakuum.

I et vakuum:

• Er kun en lille kontaktgap nødvendig for at opfylde isolations- og standby-spændingskrav.

• Bliver buen hurtigt udslettet pga. mangel på ioniserbart medium og effektiv diffusion af metaldamp.

Anvendelser af vakuum brydere

Vakuum brydere har udviklet sig hurtigt og anvendes nu bredt i lav-, mellem- og højspændingssystemer:

• Lavspændings VCBs: Typisk kategoriseret ved 1.14kV, med nominelle strømmer op til 6300A og kortslutningsafbrydningsevne op til 100kA.

• Mellemspændings VCBs: Mest almindelige i rækken 3.6–40.5kV, med strømmer op til 6300A og afbrydningsevne op til 63kA. Over 95% af mellemspændingsskabene anvender nu vakuumafbrydning.

• Højspændings VCBs: Enkeltpolse afbrydere har nået 252kV, og 550kV vakumbrydere er blevet realiseret gennem serieforbindte afbrydere.

Nøglestrukturforskelle

I modsætning til luftbrydere, der anvender kontaktfjeder, kræver vakumbrydere, at drivmekanismen:

• Tilbyder tilstrækkelig åbnings- og lukningshastighed

• Sikrer tilstrækkelig kontakttryk

Dette kontakttryk skal være tilstrækkeligt selv efter op til 3mm kontaktslid, for at pålideligt transportere den nominelle strøm og modstå den maksimale korttidstrøm under fejl.

Fordele ved vakuum brydere

• Høj pålidelighed og sikkerhed

• Immun mod miljøforhold (støv, fugt, højde)

• Ingen bue lys (ingen ekstern bue)

• Kompakt størrelse og lange vedligeholdelsesintervaller

Disse fordele gør vakumbrydere ideelle til anvendelse i farlige miljøer som kemiske anlæg, kulminer, olie- og gasfaciliteter, hvor eksplosionsrisici og brandsikkerhed er afgørende.

Reel verden case study: Vakuum vs. luftbryder ydeevne under fejl

Et stort kemianlæg installerede to brydere – en luftbryder og en vakumbryder – i identiske kreditskonfigurationer og udsatte dem for de samme fejlforhold.

Kreditten var en tie-konfiguration, hvor strømforsyningen på hver side af bryderen var udsynkroniseret. Dette resulterede i en midlertidig spænding over kontaktgapet nærmede sig dobbelt den nominelle spænding, hvilket førte til bryderfiasko.

Resultater:

• Luftbryder:
  Lidt fuldstændig ødelæggelse. Bryderenhedens beholder sprang, og naboskabet på begge sider blev alvorligt skadet. Omfattende genopbygning og erstatning var nødvendig.

• Vakumbryder:
  Fiaskoen var markant mindre voldsom. Efter erstatning af vakuumafbryderen og rensning af buen biprodukter (sort) fra bryderen og kabinetet, blev skabet hurtigt sat i drift igen.

Konklusion

Vakumbrydere demonstrerer superiør fejlindhold, sikkerhed og pålidelighed sammenlignet med luftbrydere, især under alvorlige midlertidige overspændinger. Deres forsegled vakuumafbrydere forebygger buespredning, hvilket minimaliserer skader og nedetid.

I eksplosive eller brandfarlige miljøer som kemiske anlæg og kulminer, giver buelfri drift og robust ydeevne af vakumbrydere et klart teknologisk og sikkerhedsfordele.