Vakuumski prekidači nasuprot zračnim prekidačima: Ključne razlike

Niskonaponski zračni prekidači nasuprotno vakuumskim prekidačima: Struktura, performanse i primjena

Niskonaponski zračni prekidači, također poznati kao univerzalni ili oblikovani ramni prekidači (MCCBs), dizajnirani su za napon struje od 380/690V i DC napone do 1500V, s nominalnim strujama u rasponu od 400A do 6300A ili čak 7500A. Ovi prekidači koriste zrak kao sredstvo za ugasevanje luku. Luka se ugaša putem proširenja, razdvajanja i hlađenja putem luke kanala (luk traka). Takvi prekidači mogu prekinuti struju kratkog spoja od 50kA, 80kA, 100kA ili čak 150kA.

Glavni komponenti i funkcionalnost

• Radni mehanizam: Smješten na prednjem dijelu prekidača, pruža potrebnu brzinu za odvajanje i zatvaranje kontakata. Brza kretanja kontakata pomažu u proširenju i hlađenju luke, što omogućuje njeno ugašenje.

• Pametan jedinica za prekid: Montiran uz radni mehanizam, to je "mozak" niskonaponskog prekidača. Preko senzora prima signale o struji i naponu, izračunava električne parametre i uspoređuje ih s prethodno postavljenim LSIG zaštitnim postavkama:

• L: Dugotrajna odlaganja (zaštita od preopterećenja)

• S: Kratkotrajna odlaganja (zaštita od kratkog spoja)

• I: Instantano (odmah prekid)

• G: Zaštita od zemljanih grešaka
  Na temelju tih postavki, jedinica za prekid signalizira mehanizmu da otvori prekidač pri preopterećenju ili kratkom spoju, pružajući kompleksnu zaštitu.

• Kamara luke i terminali: Smještena na zadnjem dijelu, kamara luke sadrži kontakte i luku kanal. Donji trofazni izlazni terminali opremljeni su sa:

• Elektronički senzori struje (za unos signala u jedinicu za prekid)

• Elektromagnetski transformatori struje (CTs) (za snabdijevanje radnom snagom jedinice za prekid)

Radni mehanizam tipično ima mehanički život manji od 10.000 operacija.

Evolucija od zračnog do vakuumskog prekida

Istorijatski, postoje srednjonaponski zračni prekidači, ali su bili grublji, imali ograničenu kapacitet prekida i proizvodili značajnu luku (neznačajna luka), što ih čini nesigurnim i nepraktičnim.

U suprotnosti, vakuumski prekidači (VCBs) imaju sličan ukupni raspored: radni mehanizam na prednjem dijelu, a prekidni element na zadnjem. Međutim, prekidni element koristi vakuumski prekidni element (ili "vakuumsku bočicu"), koji je strukturno sličan žaruloj — zapečaćenom staklenom ili keramičkom omotaču iscrpljenom do visokog vakuuma.

U vakuumu:

• Potreban je samo mali razmak kontakta kako bi se ispunile zahtjeve za izolaciju i otpornost na napon.

• Luka se brzo ugaša zbog odsustva ionizabilnog sredstva i učinkovite difuzije metalnih parova.

Primjena vakuumskih prekidača

Vakuumski prekidači se brzo razvijaju i sada su široko upotrebljeni u niskonaponskim, srednjonaponskim i visokonaponskim sustavima:

• Niskonaponski VCB-ovi: Obično ocijenjeni na 1.14kV, s nominalnim strujama do 6300A i kapacitetom prekida kratkog spoja do 100kA.

• Srednjonaponski VCB-ovi: Najčešći u rasponu 3.6–40.5kV, s strujama do 6300A i kapacitetom prekida do 63kA. Više od 95% srednjonaponske aparature sada koristi vakuumsku prekidnu tehnologiju.

• Visokonaponski VCB-ovi: Jednoplošni prekidni elementi dostigli su 252kV, a vakuumski prekidači od 550kV postignuti su putem serijalno povezanih prekidnih elemenata.

Ključne razlike u dizajnu

U suprotnosti sa zračnim prekidačima koji koriste kontaktna opruga, vakuumski prekidači zahtijevaju da radni mehanizam:

• Pruži dovoljnu brzinu otvaranja i zatvaranja

• Osigura dovoljno pritisak kontakata

Ovaj pritisak kontakata mora ostati dovoljan čak i nakon do 3mm istjecanja kontakata, kako bi pouzdano nosio nominalnu struju i otpirao vrhunski kratak strujni tok tijekom grešaka.

Prednosti vakuumskih prekidača

• Visoka pouzdanost i sigurnost

• Imuni na okolišne uvjete (prašina, vlaga, nadmorska visina)

• Nula luk (bez vanjske luke)

• Kompaktna veličina i dugi intervali održavanja

Ove prednosti čine vakuumne prekidače idealnim za upotrebu u opasnim okruženjima poput kemikaljskih tvornica, ugljena, naftnih i plinovih objekata, gdje su rizici od eksplozije i požarna sigurnost ključni.

Stvarni primjer: Performanse vakuumskog i zračnog prekidača pod uslovima greške

Velika kemikaljska tvornica instalirala je dva prekidača — jedan zračni prekidač i jedan vakuumski prekidač — u identičnim kolo konfiguracijama i podvrgnuta ih je istim uslovima greške.

Kolo je bio vezni konfiguracija, gdje su izvori struje na obje strane prekidača bili izvan sinkronizacije. To je rezultiralo privremanim naponom preko kontaktnog razmaka blizu dvaput veće od nominalnog napon, što je dovelo do neuspjeha prekidača.

Rezultati:

• Zračni prekidač:
  Podvrgnut potpunom uništenju. Kućište prekidača je prasknulo, a susjedna aparatura na obje strane je ozbiljno oštećena. Bilo je potrebno obnoviti i zamijeniti velike dijelove.

• Vakuumski prekidač:
  Neuspjeh je bio znatno manje nasilan. Nakon zamjene vakuumskog prekidnog elementa i čišćenja proizvoda luke (praha) s prekidača i odseka, aparatura je brzo vraćena u službu.

Zaključak

Vakuumski prekidači pokazuju superiornu kontrolu grešaka, sigurnost i pouzdanost u usporedbi s zračnim prekidačima, posebno pod teškim privremenim prenaponima. Njihovi zapečaćeni vakuumski prekidni elementi sprečavaju širenje luke, minimizirajuši oštećenja i vremenski propust.

U eksplozivnim ili vatričnim okruženjima, poput kemikaljskih tvornica i ugljena, bezzračna operacija i robustna performansa vakuumskih prekidača pružaju jasan tehnološki i sigurnosni prednost.