Vakuumszüneteltetők és levegős szüneteltetők: Főbb különbségek

Alacsony feszültségű levegőkörnyezeti átmenetek vs. vákuumátváltók: Szerkezet, teljesítmény és alkalmazás

Az alacsony feszültségű levegőkörnyezeti átmenetek, más néven univerzális vagy formált keretű átmenetek (MCCBs), AC 380/690V-os és DC legfeljebb 1500V-os feszültségekre tervezettek, ahol a nominális áram 400A-tól 6300A-ig, vagy akár 7500A-ig érheti el. Ezek az átmenetek a levegőt használják ívkitörlési közegként. Az ív kitörlése történik az ív hosszabbításával, szétválasztásával és hűtésével egy ívkitörlő csőben (ívutak). Ilyen átmenetek képesek megszakítani 50kA, 80kA, 100kA, vagy akár 150kA rövidzárt áramokat.

Fő komponensek és funkciók

• Működtető mechanizmus: Az átmenet előterében található, és biztosítja a szükséges sebességet a kapcsoló pontok szétválasztásához és zárásához. A gyors kapcsoló mozgás segít az ív hosszabbításában és hűtésében, ami a kitörlésnek kedvez.

• Intelligens trip egység: Ez a működtető mechanizmussal szomszédosan található, és ez az alacsony feszültségű átmenet "agyát" képezi. Érzékelőkön keresztül kap jelenlegi és feszültségi jeleket, számítja ki az elektromos paramétereket, és összehasonlítja őket a beállított LSIG védelmi beállításokkal:

• L: Hosszú időbeli késleltetés (terhelésvédelem)

• S: Rövid időbeli késleltetés (rövidzárt áramvédelem)

• I: Pillanatos (pillanatnyi átváltás)

• G: Földkapcsolat védelem
  Ezek alapján a trip egység jelzi a mechanizmusnak, hogy nyissa meg az átmenetet túlterhelés vagy rövidzárt esetén, így kiterjedt védelmet nyújtva.

• Ív kamra és végpontok: Az átmenet hátterében található, ahol az ív kamrában a kapcsoló pontok és az ívkitörlő cső található. A háromfázisú kilépő végpontok a következőkkel vannak felszerelve:

• Elektronikus áramerőségi érzékelők (a trip egységhez szignál bevitelére)

• Elektromágneses áramerőségi transzformátorok (CT-k) (a trip egység működési energiájának ellátásához)

A működtető mechanizmus tipikusan kevesebb, mint 10 000 művelet mértékű mechanikai élettartamot mutat.

Fejlődés a levegőtől a vákuumig

Történetileg léteztek közepes feszültségű levegőkörnyezeti átmenetek, de ezek nagyméretűek voltak, korlátozott törésképességük volt, és jelentős ív fényt termeltek (nem nulla ív), ami biztonsági és praktikus problémákat jelentett.

Ellenben a vákuumátváltók (VCBs) hasonló általános elrendezést osztanak: a működtető mechanizmus az előtérben, és a törő a háttérben. Azonban a törő vákuum törőt (vagy "vákuumbotolt") használ, amely szerkezetileg hasonló egy incandescens lámpahoz - egy üresített üveg vagy keramikai burkoló.

Vákuumban:

• Csak kis kapcsoló pont távolságra van szükség, hogy megfeleljen a izolációs és tartós feszültségi követelményeknek.

• Az ív gyorsan kitörlődik, mivel nincs ionizálható közeg, és a fémmérg anyag hatékonyan diffuzálódik.

Vákuumátváltók alkalmazása

A vákuumátváltók gyorsan fejlődtek, és ma már széles körben használódnak alacsony, közepes és magas feszültségű rendszerekben:

• Alacsony feszültségű VCB-k: Általában 1.14kV-nál, ahol a nominális áram legfeljebb 6300A, és a rövidzárt áram törésképessége legfeljebb 100kA.

• Közepes feszültségű VCB-k: Leggyakrabban 3.6–40.5kV tartományban, ahol az áram legfeljebb 6300A, és a törésképesség legfeljebb 63kA. Több, mint 95%-a a közepes feszültségű átmenetek most már vákuum törőt használnak.

• Magas feszültségű VCB-k: Az egyoldalú törők elértek 252kV-ig, és sorosan kapcsolt törőkkel 550kV-es vákuumátváltók is elérhetők.

Kulcsfontosságú tervezési különbségek

Ellentétben a levegőkörnyezeti átmenetekkel, amelyek kapcsoló rugókat használnak, a vákuumátváltóknak a működtető mechanizmusnak kell:

• Elegendes nyitási és záró sebességet biztosítania

• Megfelelő kapcsoló nyomást garantálnia

Ez a kapcsoló nyomásnak akkor is elegendőnek kell maradnia, ha a kapcsoló pontok legfeljebb 3 mm-rel szenvednek, hogy megbízhatóan továbbíthassák a nominális áramot, és tartsák ki a hibák idején fellépő rövid idejű csúcsáramot.

A vákuumátváltók előnyei

• Magas megbízhatóság és biztonság

• Népegyetlen körülményekkel (por, pára, magasság) nem érintkeznek

• Nulla ív fény (nincs külső ív)

• Kompakt méret és hosszú karbantartási időközök

Ezek az előnyök a vákuumátváltókat ideálisvá teszik veszélyes környezetekben, mint például vegyipari gyárak, szénbányák, olaj- és gázüzemek, ahol robbanási kockázatok és tűzvédelem kritikus szempontok.

Valós eset tanulmány: Vákuum és levegőkörnyezeti átmenetek teljesítménye hiba esetén

Egy nagy vegyipari gyár két átmenetet telepített - egy levegőkörnyezeti átmenetet és egy vákuumátváltót - azonos áramkör konfigurációban, és ugyanolyan hibakörülmények között tesztelte őket.

Az áramkör egy csatlakoztatási konfiguráció volt, ahol a kapcsoló mindkét oldalán lévő energiaforrások nem voltak szinkronban. Ez eredményezte, hogy a kapcsoló pontok közötti átmeneti feszültség megközelítőleg kétszerese lett a nominális feszültségnek, ami az átmenet meghibásodását okozta.

Eredmények:

• Levegőkörnyezeti átmenet:
  Teljes pusztulás. Az átmenet egység burkolata felrobbant, és a két oldalon lévő szomszédos átmenetek is súlyosan sérültek. Széles körű újjáépítés és cserére volt szükség.

• Vákuumátváltó:
  A hiba jelentősen kevésbé erős volt. A vákuum törő cseréje és az ív szennyezőanyag (pisztráng) tisztítása után a szekrény gyorsan visszaállt a szolgálatba.

Következtetés

A vákuumátváltók jobb hibakezelést, biztonságot és megbízhatóságot mutatnak, különösen súlyos átmeneti túlfeszültségek esetén, mint a levegőkörnyezeti átmenetek. A bezárt vákuum törők megakadályozzák az ív terjedését, ami minimalizálja a károkat és a leállási időt.

Robbanáshelyzetekben vagy könnyen lángoló környezetekben, mint például vegyipari gyárakban és szénbányákban, a vákuumátváltók ívmentes működése és erős teljesítménye világos technológiai és biztonsági előnyt jelent.