מתג מפוח נמוך מול מתג מעגל אוויר: ההבדלים העיקריים

מפרקי חשמל נמוך לחץ אוויר מול מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק: מבנה, ביצועים ויישום

מפרקי חשמל נמוך לחץ אוויר, המכונים גם מפרקים אוניברסליים או מפרקים מסגרת מצופים (MCCBs), מיועדים לתחומים של 380/690V חילופין ולתחומים עד 1500V ישר, עם זרמים מזומנים מתווכים המגיעים מ-400A ועד 6300A ואפילו 7500A. המפרקים משתמשים באוויר כאמצעי לכיבוי קשת. הקשת מכובה באמצעות הארכת קשת, פיצול והחמצה על ידי צינור קשת (רציף קשת). מפרקים אלה יכולים להפריד זרמי קצר-مدار של 50kA, 80kA, 100kA או אפילו עד 150kA.

רכיבים עיקריים ופונקציונליות

• กลไก פעולה: ממוקם בחזית המפרק, הוא מספק את המהירות הנדרשת להפרדת מגע ולהסגר. תנועת מגע מהירה עוזרת להארכה והחמצת הקשת, מה שמאפשר כיבוי.

• יחידה חכמה לסגירת מעגל: מותקנת לצד הג'ילק ההפעלה, זו היא "המוח" של מפרק החשמל הנמוך. היא מקבלת אותות זרם ומתח דרך חיישנים, מחשבת פרמטרים חשמליים, ומשווה אותם עם הגדרות הגנה LSIG מקודמות:

• L: דילוג ארוך טווח (הגנה על עומס)

• S: דילוג קצר טווח (הגנה על קצר-مدار)

• I: מיידי (סגירת מיידית)

• G: הגנה על תקלה לקרקע
  בהתבסס על הגדרות אלו, יחידת הסגירה שולחת אות לג'ילק להיפטר מהמפרק בהתקף או קצר-مدار, ומספקת הגנה כוללת.

• חדר הקשת והטרמינלים: ממוקם מאחור, חדר הקשת מכיל את המגע וצינור הקשת. הטרמינלים התלת-פאזיים התחתונים מצוידים ב:

• חיישני זרם אלקטרוניים (לכניסת אות ליחידה חכמה)

• מרחבי זרם אלקטרומגנטיים (CTs) (כדי לספק אנרגיה להפעלה של היחידה חכמה)

הג'ילק ההפעלה בדרך כלל יש לו חיי מכניקה של פחות מ-10,000 פעולות.

האבולוציה מהאוויר לריקון

היסטוריית, היו מפרקי חשמל נמוך לחץ אוויר, אך הם היו גדולים, בעלי יכולת הפרדה מוגבלת, ויצרו פלאש קשת משמעותי (קשת לא אפסית), מה שהופך אותם לא בטוחים ולא מעשיים.

בניגוד, מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק (VCBs) משתפים מערך כללי דומה: הג'ילק ההפעלה בחזית, והמעכב מאחור. אבל המעכב משתמש במעכב ריק (או "בקבוק ריק"), שהוא דומה באופן מבני לנורת חשמל — מעטפת זכוכית או קרמית סגורה שנדchnerה בריק גבוה.

בריק:

• צריכים רק פער מגע קטן כדי לעמוד בדרישות מבודד ועמידות מתח.

• הקשת מכובה במהירות עקב היעדר חומר מיינן ובהפצה יעילה של אדים מתכותיים.

יישומי מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק

מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק התפתחו במהירות ונמצאים כיום בשימוש רחב במערכות נמוכות, בינוניות וגבוהות מתח:

• מפרקי VCB נמוכים: בדרך כלל מדורגים ב-1.14kV, עם זרמים מזומנים עד 6300A ויכולת הפרדת קצר-مدار עד 100kA.

• מפרקי VCB בינוניים: נפוצים ביותר בטווח 3.6–40.5kV, עם זרמים עד 6300A ויכולת הפרדה עד 63kA. מעל 95% מהציוד המיתגני הבינוני משתמש בריקון ריק.

• מפרקי VCB גבוהים: מעכבים חד-פולסי הגיעו ל-252kV, ומפרקי חשמל תחתית לחץ ריק של 550kV נושגו באמצעות מעכבים מחוברים בטור.

הבדלים עיקריים בעיצוב

בניגוד למפרקי חשמל נמוך לחץ אוויר המשמשים ספרי מגע, מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק דורשים מג'ילק ההפעלה לספק:

• מהירות פתיחה וסגירה מספקת

• לחץ מגע מספיק

לחץ מגע זה חייב להיות מספק גם אחרי עד 3mm של שחיקה של מגע, כדי לשאת באופן надежный номинальный ток и выдерживать пиковый короткозамкнутый ток при неисправностях.

יתרונות של מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק

• אמינות גבוהה ואבטחה

• unsusceptible to environmental conditions (dust, humidity, altitude)

• zero arc flash (no external arcing)

• גודל קומפקטי ומרווחי תחזוקה ארוכים

יתרונות אלה גורמים למפרקים ריקים להיות מתאימים לשימוש בסביבות מסוכנות כמו מפעלי כימיקלים, מכרות פחם, מתקני נפט וגז, שבהן סיכונים לפיצוץ ואבטחת אש הם קריטיים.

מחקר מקרה מעשי: ביצועי מפרקים ריקים לעומת מפרקים אוויר תחת מצב התקלקלות

מפעל כימיקלים גדול התקין שני מפרקים חשמל — אחד מפרק אוויר ואחד מפרק ריק — בקונפיגורציות מעגל זהות וחשפו אותם לתנאי התקלקלות זהים.

המעגל היה קונפיגורציה של קשר, כאשר מקורות החשמל משני צידי המפרק היו מחוץ למקצב. זה גרם למתח przejściowy na szczycie kontaktu zbliżony do podwójnej wartości napięcia znamionowego, prowadząc do awarii wyłącznika.

Wyniki:

• מפרק אוויר:
  ספג הרס מלא. המכל של יחידת המפרק נפרץ, והציוד המיתגני סמוך משני הצדדים נפגע קשה. נדרש שיקום וחליפה נרחבים.

• מפרק ריק:
  הכשל היה הרבה פחות אלים. לאחר החלפת מעכב הריק והנקה של תוצרי הקשת (אפר) מהמפרק והמכל, הציוד המיתגני הוחזר לשירות במהירות.

מסקנה

מפרקי חשמל תחתית לחץ ריק מראים תכולה טובה יותר של התקלות, בטיחות וביצועים בהשוואה למפרקים אוויר, במיוחד תחת מתחים תרמיים קיצוניים. המעכבים הריקים שלהם למנוע את הפצת הקשת, מפחיתים את הנזק והשבתה.

בסביבות פיצוציות אוammable environments such as chemical plants and coal mines, the arc-free operation and robust performance of vacuum circuit breakers provide a clear technological and safety advantage.