Tyhjiö vs. ilmajohtimet: Avaintehostukset

Alavirta- ja tyhjiövirtaestot: Rakenne, suorituskyky ja soveltaminen

Alavirta-alavirtaestot, myös tunnetut yleispätevät tai muovirunkoiset virtaestot (MCCB), on suunniteltu AC-virtasuurelle 380/690V ja DC-virtasuurelle enintään 1500V, nominaleilla virtasuureilla 400A–6300A tai jopa 7500A. Nämä estot käyttävät ilmaa kaaren sammutusvälineenä. Kaara sammutetaan kaaran pitenemisen, jakautumisen ja jäähtymisen avulla kaarakanavan (kaarareitin) kautta. Tällaiset estot voivat keskeyttää lyhytkiertovirtasuojet 50kA, 80kA, 100kA tai jopa 150kA.

Pääkomponentit ja toiminnallisuus

• Toimintomekanismi: Sijaitsee eston etupuolella, tarjoaa välttämättömän nopeuden yhteyksien erottamiseen ja sulkemiseen. Nopea yhteyden liike auttaa pitentämään ja jäähtymään kaaraa, mikä helpottaa sen sammuttamista.

• Älykäs katkaisuyksikkö: Asennettu toimintomekanismin vierelle, tämä on alavirtaeston "ajattelu". Se vastaanottaa virta- ja jännitesignaalit anturien kautta, laskee sähköisiä parametreja ja vertaa niitä asetetuun LSIG-suojaukseen:

• L: Pitkäaikainen viive (ylikuormansuojitus)

• S: Lyhytaikainen viive (lyhytkierros-suojitus)

• I: Välittömästi (välittömästi katkaisee)

• G: Maavirran suojitus
  Näiden asetusten perusteella katkaisuyksikkö antaa signaalin mekanismille avaamaan eston ylikuormituksen tai lyhytkierroksen tapauksessa, tarjoten laajan suojan.

• Kaaralohko ja yhteyspisteet: Sijaitsevat eston takapuolella, kaaralohkossa sijaitsevat yhteystekijät ja kaarakanava. Alhaalla olevat kolme vaihetta ulosmenoville yhteyspisteille on varustettu:

• Elektroniset virransensorit (signaalin syöttö katkaisuyksikölle)

• Elektromagneettiset virransiirtojen muuntimet (CT) (katkaisuyksikön toimintaan tarvittavan tehon tuottamiseksi)

Toimintomekanismin mekaaninen elinkaari on yleensä alle 10 000 toimintoa.

Evoluutio ilmast tyhjiövirtaestoisiin

Historiallisesti olemassa olleet keskivirta-ilmaestot olivat valmiiksi, rajoitetulla virtasammutuskapasiteetilla ja tuottivat merkittävää kaaravaloa (nollasta poikkeava kaara), mikä teki niistä epäturvallisia ja käytännöllisesti katsoen epäsovellyksellisiä.

Tyhjiövirtaestot (VCB) taas jakavat samankaltaisen kokonaisrakenteen: toimintomekanismi edessä ja keskeyttäjä takana. Kuitenkin keskeyttäjä käyttää tyhjiökeskeyttäjää (tai "tyhjiöpullon"), joka rakenteeltaan muistuttaa kynttilävaloja — tiiviisti suljettua lasia tai keramiikkaa, josta on evakuoitu korkea tyhjiö.

Tyhjiössä:

• Tarvitaan vain pieni yhteyden väli, jotta voidaan täyttää eristys- ja kestokykyvaatimukset.

• Kaara sammutetaan nopeasti ilman ionisoituvaa välinettä ja metalliparven tehokkaan diffuusion ansiosta.

Tyhjiövirtaestojen sovellukset

Tyhjiövirtaestot ovat kehittyneet nopeasti ja ne ovat nyt laajasti käytössä alavirta-, keskivirta- ja korkeavirtajärjestelmissä:

• Alavirta-VCB:t: Yleensä luokiteltu 1.14kV, nominaleilla virtasuureilla jopa 6300A ja lyhytkiertovirtasammutuskapasiteetilla jopa 100kA.

• Keskivirta-VCB:t: Yleisin 3.6–40.5kV:n välissä, virtasuureilla jopa 6300A ja sammutuskapasiteetilla jopa 63kA. Yli 95 % keskivirta-sulkuvarusteista käyttää nykyään tyhjiövirtaestoa.

• Korkeavirta-VCB:t: Yksipoluiset keskeyttäjät ovat saavuttaneet 252kV:n, ja 550kV tyhjiövirtaestot on saavutettu sarjayhdistettyjen keskeyttäjien avulla.

Tärkeät suunnitteluerot

Erityisesti ilmaestot, jotka käyttävät yhteyden kevyitä, vaativat toimintomekanismin:

• Tarjoamaan riittävää avaamis- ja sulkemisnopeutta

• Takaamaan riittävän yhteyden paineen

Tämä yhteyden paine on säilyttävä riittävänä jopa 3 mm:n yhteyden kulun jälkeen, jotta voidaan luotettavasti kuljettaa nominaleja virtasuureita ja kestää huippujen lyhytaikaista virtaa vikoissa.

Tyhjiövirtaestojen etuja

• Korkea luotettavuus ja turvallisuus

• Immuni ympäristöolosuhteille (pöly, kosteus, korkeus)

• Nolla kaaravaloa (ei ulkoista kaaraa)

• Kompakti koko ja pitkä huoltoväli

Nämä edut tekevät tyhjiövirtaestoksi sopivan ratkaisun vaarallisiin ympäristöihin, kuten kemianlaitoksiin, hiilivoimaloihin, öljy- ja kaasulaiteistoihin, joissa räjähdysriskit ja paloturvallisuus ovat kriittisiä.

Käytännön tapaustutkimus: Tyhjiö- ja ilmaestojen suorituskyky vikossa

Suuri kemianlaitos asensi kaksi virtaestoa — yhden ilmaeston ja yhden tyhjiövirtaeston — identtisiin virtapiireihin ja aikoivat ne samoissa vikotilanteissa.

Virtapiiri oli yhdistetty konfiguraatio, jossa eston molemmilla puolilla olevat virtalähteet eivät olleet synkronoidussa. Tämä johti tilapäiseen jännitteeseen yhteyden väliin, joka lähestyi kaksinkertaista nominaleista jännitettä, mikä johti eston epäonnistumiseen.

Tulokset:

• Ilmaestot:
  Kokonaisuudessaan tuhoutui. Estoyksikön kotelointi rikkoutui, ja molemmissa puolissa oleva lähellä oleva sulkuvaruste vaurioitui vakavasti. Laaja jälleenrakennus ja korvaus oli tarpeen.

• Tyhjiövirtaestot:
  Epäonnistuminen oli huomattavasti vähemmän raju. Kun tyhjiökeskeyttäjä vaihdettiin ja kaaran tuotteet (savu) puhdistettiin estosta ja kompartimentista, sulkuvaruste palautettiin nopeasti palveluun.

Yhteenveto

Tyhjiövirtaestot osoittavat parempaa vikonsisältöä, turvallisuutta ja luotettavuutta verrattuna ilmaestoihin, erityisesti vakavissa tilapäisissä ylivoltageissa. Niiden tiiviisti suljetut tyhjiökeskeyttäjät estävät kaaran leviämisen, vähentäen vahinkoa ja aikavilkastusta.

Räjähdysaltisissa tai syttyvissä ympäristöissä, kuten kemianlaitoksissa ja hiilivoimaloissa, tyhjiövirtaestojen kaarattomuus ja vahva suorituskyky tarjoavat selkeän teknologisen ja turvallisuuseron.