واکیوم در برابر برش‌کننده‌های مدار هوایی: تفاوت‌های کلیدی

میزبان‌های هوایی فشار پایین در مقایسه با میزبان‌های خلاء: ساختار، عملکرد و کاربرد

میزبان‌های هوایی فشار پایین، همچنین به عنوان میزبان‌های عمومی یا قاب‌های قالب‌گیری شده (MCCBs) نیز شناخته می‌شوند، برای ولتاژ‌های متناوب 380/690V و ولتاژ‌های مستقیم تا 1500V طراحی شده‌اند، با جریان‌های اسمی از 400A تا 6300A یا حتی 7500A. این میزبان‌ها از هوا به عنوان ماده خاموش‌کننده قوس استفاده می‌کنند. قوس از طریق افزایش طول، تقسیم و خنک‌سازی توسط چتر قوس (راه‌ران قوس) خاموش می‌شود. این میزبان‌ها می‌توانند جریان‌های خطا تا 50kA، 80kA، 100kA یا تا 150kA را قطع کنند.

اجزاء اصلی و عملکرد

• مکانیسم عملیاتی: در بخش جلوی میزبان قرار دارد و سرعت لازم برای جدا شدن و بستن تماس‌ها را فراهم می‌کند. حرکت سریع تماس‌ها به افزایش طول و خنک‌سازی قوس کمک می‌کند و خاموش شدن آن را تسهیل می‌کند.

• واحد قطع هوشمند: کنار مکانیسم عملیاتی نصب شده است و "مخ" میزبان فشار پایین است. این واحد از طریق سنسورها سیگنال‌های جریان و ولتاژ را دریافت می‌کند، پارامترهای الکتریکی را محاسبه می‌کند و آن‌ها را با تنظیمات حفاظت LSIG مورد مقایسه قرار می‌دهد:

• L: تأخیر بلندمدت (حفاظت از بار زیاد)

• S: تأخیر کوتاه‌مدت (حفاظت از خطا کوتاه‌مدار)

• I: فوری (قطع فوری)

• G: حفاظت از خطای زمین
  بر اساس این تنظیمات، واحد قطع سیگنال می‌دهد تا مکانیسم میزبان را در صورت بار زیاد یا خطا کوتاه‌مدار باز کند و محافظت کامل را فراهم کند.

• اتاق قوس و انتهایی‌ها: در بخش عقب قرار دارد و اتاق قوس شامل تماس‌ها و چتر قوس است. انتهایی‌های سه‌فازی خروجی پایین مجهز به:

• سنسورهای جریان الکترونیکی (برای ورود سیگنال به واحد قطع)

• تبدیل‌کننده‌های جریان الکترومغناطیسی (CTs) (برای تأمین انرژی عملیاتی به واحد قطع)

مکانیسم عملیاتی معمولاً عمر مکانیکی کمتر از 10000 عملیات دارد.

تکامل از قطع هوایی به قطع خلاء

در گذشته، میزبان‌های هوایی فشار متوسط وجود داشتند اما حجم بزرگ، ظرفیت قطع محدود و تولید قوس برق قابل توجه (قوس غیرصفر) آن‌ها آن‌ها را ناامن و غیرعملی می‌کرد.

به طور متقابل، میزبان‌های خلاء (VCBs) یک ترتیب کلی مشابه دارند: مکانیسم عملیاتی در بخش جلو و قطع‌کننده در بخش عقب. با این حال، قطع‌کننده از یک قطع‌کننده خلاء (یا "فلکون خلاء") استفاده می‌کند که ساختاری مشابه یک چراغ روشنایی دارد - یک پوشش شیشه‌ای یا سرامیکی بسته که به خلاء بالا خلاء شده است.

در خلاء:

• فقط یک فاصله تماس کوچک برای رضایت از معیارهای عایق و تحمل ولتاژ لازم است.

• قوس به سرعت خاموش می‌شود به دلیل فقدان مedium قابل یونیزاسیون و پخش موثر بخار فلزی.

کاربردهای میزبان‌های خلاء

میزبان‌های خلاء به سرعت توسعه یافته‌اند و حالا در سیستم‌های فشار پایین، متوسط و بالا به طور گسترده استفاده می‌شوند:

• VCBs فشار پایین: معمولاً با ولتاژ اسمی 1.14kV، با جریان‌های اسمی تا 6300A و ظرفیت قطع خطا تا 100kA.

• VCBs فشار متوسط: بیشتر در محدوده 3.6–40.5kV، با جریان‌های تا 6300A و ظرفیت قطع تا 63kA. بیش از 95% از تجهیزات قطع فشار متوسط اکنون از قطع خلاء استفاده می‌کنند.

• VCBs فشار بالا: قطع‌کننده‌های تک قطبی به 252kV رسیده‌اند و VCBs 550kV از طریق قطع‌کننده‌های سری‌پیوندی به دست آمده‌اند.

تفاوت‌های طراحی کلیدی

میزبان‌های خلاء که از فنرهای تماس استفاده می‌کنند، مکانیسم عملیاتی باید:

• سرعت کافی برای باز کردن و بستن را فراهم کند

• فشار تماس کافی را تضمین کند

این فشار تماس باید حتی پس از 3mm ارتداد تماس، کافی باشد تا به طور مطمئن جریان اسمی را منتقل کند و جریان کوتاه‌مدت حداکثر را در زمان خطا تحمل کند.

مزایای میزبان‌های خلاء

• قابلیت اطمینان و ایمنی بالا

• مقاوم در برابر شرایط محیطی (گرد و غبار، رطوبت، ارتفاع)

• عدم وجود قوس برق (بدون قوس خارجی)

• حجم کوچک و بازه‌های نگهداری طولانی

این مزایا میزبان‌های خلاء را برای استفاده در محیط‌های خطرناک مانند کارخانه‌های شیمیایی، معادن زغال‌سنگ، تأسیسات نفت و گاز مناسب می‌کند، جایی که خطر انفجار و ایمنی آتش‌سوزی مهم است.

مطالعه موردی واقعی: عملکرد میزبان‌های خلاء در مقایسه با میزبان‌های هوایی در زمان خطا

یک کارخانه شیمیایی بزرگ دو میزبان قطع کننده - یک میزبان هوایی و یک میزبان خلاء - در ترتیبات مداری یکسان نصب کرد و آن‌ها را تحت شرایط خطا یکسان قرار داد.

مدار یک تیه بود که منابع برق در دو طرف میزبان غیرهماهنگ بودند. این امر باعث شد تا ولتاژ موقتی در فاصله تماس به دو برابر ولتاژ اسمی نزدیک شود، که منجر به خرابی میزبان شد.

نتایج:

• میزبان هوایی:
  خرابی کامل رخ داد. پوشش واحد میزبان پاره شد و تجهیزات مجاور در هر دو طرف خراب شدند. بازسازی و تعویض گسترده‌ای لازم بود.

• میزبان خلاء:
  خرابی به طور قابل توجهی کمتر خشونت‌بار بود. پس از تعویض قطع‌کننده خلاء و تمیز کردن محصولات قوس (سوخته) از میزبان و کمد، تجهیزات مداری به سرعت به خدمت بازگشتند.

نتیجه‌گیری

میزبان‌های خلاء نسبت به میزبان‌های هوایی عملکرد بهتری در حفاظت از خطا، ایمنی و قابلیت اطمینان دارند، به ویژه در شرایط ولتاژ موقتی شدید. پوشش‌های خلاء بسته شده آن‌ها جلوگیری از انتشار قوس را فراهم می‌کنند و خسارت و وقت توقف را به حداقل می‌رسانند.

در محیط‌های انفجاری یا قابل اشتعال مانند کارخانه‌های شیمیایی و معادن زغال‌سنگ، عملکرد بدون قوس و قوی میزبان‌های خلاء مزیت فناوری و ایمنی واضحی را ارائه می‌دهد.