진공 회로 차단기와 공기 회로 차단기: 주요 차이점
저압 공기 회로 차단기와 진공 회로 차단기: 구조, 성능 및 응용
저압 공기 회로 차단기 또는 보편적인 프레임형 회로 차단기(MCCBs)는 380/690V의 교류 전압과 최대 1500V의 직류 전압을 위해 설계되었으며, 정격 전류는 400A에서 6300A 또는 7500A까지 다양합니다. 이러한 차단기는 공기를 아크 소멸 매체로 사용하며, 아크는 아크 챔버(아크 러너)를 통한 연장, 분할, 그리고 냉각을 통해 소멸됩니다. 이러한 차단기는 50kA, 80kA, 100kA, 또는 최대 150kA의 단락 회로 전류를 차단할 수 있습니다.
주요 구성 요소 및 기능
운전 메커니즘: 차단기 앞부분에 위치하여 접점의 분리와 폐쇄에 필요한 속도를 제공합니다. 빠른 접점 움직임은 아크를 늘리고 냉각하여 소멸을 용이하게 합니다.
지능형 트립 유닛: 운전 메커니즘 옆에 장착되어 저압 회로 차단기의 "뇌" 역할을 합니다. 센서를 통해 전류와 전압 신호를 받아들여 전기적 파라미터를 계산하고, 이를 LSIG 보호 설정값과 비교합니다:
L: 장시간 지연 (과부하 보호)
S: 단시간 지연 (단락 회로 보호)
I: 순간적 (즉시 트립)
G: 접지 고장 보호
이러한 설정에 따라 트립 유닛은 과부하나 단락 회로 시 메커니즘에게 차단기를 열어 종합적인 보호를 제공하도록 신호를 보냅니다.아크 챔버 및 단자: 차단기 후면에 위치한 아크 챔버에는 접점과 아크 챔버가 포함되어 있습니다. 하단의 3상 출구 단자는 다음과 같이 장착됩니다:
전자식 전류 센서 (트립 유닛에 대한 신호 입력용)
전자기적 전류 변환기 (CTs) (트립 유닛에 작동 전력을 공급하기 위한)
운전 메커니즘은 일반적으로 10,000회 이하의 기계 수명을 가지고 있습니다.
공기에서 진공 중단으로의 발전
역사적으로 중압 공기 회로 차단기가 존재했지만, 부피가 크고 제한된 중단 용량을 가지고 있었으며, 상당한 아크 플래시(영 아크)를 발생시키며 안전하지 않고 실용적이지 않았습니다.
반면에 진공 회로 차단기(VCBs)는 비슷한 전체 레이아웃을 가지고 있습니다: 앞부분에 운전 메커니즘이 있고, 뒷부분에 중단기가 있습니다. 그러나 중단기는 진공 중단기(또는 "진공 병")를 사용하며, 이는 백열전구와 구조적으로 유사한 밀폐된 유리 또는 세라믹 엔벨롭으로, 고진공 상태로 배출됩니다.
진공에서는:
절연 및 내압 요구 사항을 충족하기 위해 작은 접점 간격만 필요합니다.
이온화 가능한 매체가 없고 금속 증기의 효율적인 확산으로 인해 아크가 빠르게 소멸됩니다.
진공 회로 차단기의 응용
진공 회로 차단기는 빠르게 발전하여 이제 저압, 중압, 고압 시스템에서 널리 사용되고 있습니다:
저압 VCBs: 일반적으로 1.14kV로 등급이 매겨져 있으며, 정격 전류는 최대 6300A이고 단락 회로 중단 용량은 최대 100kA입니다.
중압 VCBs: 가장 일반적으로 3.6–40.5kV 범위에서 사용되며, 전류는 최대 6300A이고 중단 용량은 최대 63kA입니다. 중압 스위치기어의 95% 이상이 진공 중단을 사용하고 있습니다.
고압 VCBs: 단일극 중단기는 252kV에 도달하였으며, 시리즈 연결된 중단기를 통해 550kV 진공 회로 차단기가 달성되었습니다.
주요 설계 차이점
접점 스프링을 사용하는 공기 회로 차단기와 달리, 진공 회로 차단기는 운전 메커니즘이 다음을 제공해야 합니다:
충분한 개방 및 폐쇄 속도
충분한 접점 압력
이 접점 압력은 최대 3mm의 접점 마모 후에도 여전히 충분해야 하며, 정격 전류를 안정적으로 전달하고 고장 시 피크 단시간 전류를 견딜 수 있어야 합니다.
진공 회로 차단기의 장점
높은 신뢰성과 안전성
환경 조건(먼지, 습도, 고도)에 영향받지 않음
외부 아크 플래시 없음 (외부 아크 없음)
작은 크기와 긴 유지보수 주기
이러한 장점은 화학 공장, 석탄 광산, 석유 및 가스 시설과 같은 위험 환경에서 폭발 위험과 화재 안전이 중요한 경우 진공 차단기를 이상적인 선택으로 만듭니다.
실제 사례 연구: 고장 시 진공 대비 공기 차단기 성능
대형 화학 공장에서는 동일한 회로 구성에서 두 개의 회로 차단기 — 하나는 공기 회로 차단기, 다른 하나는 진공 회로 차단기 — 를 설치하고 동일한 고장 조건을 적용했습니다.
회로는 양쪽 차단기의 전원이 동기화되지 않은 타이 회로였습니다. 이로 인해 접점 간격에 걸리는 일시적인 전압이 정격 전압의 두 배에 가까워져 차단기 고장이 발생했습니다.
결과:
공기 회로 차단기:
완전히 파괴되었습니다. 차단기 유닛의 외관이 파열되었고, 양쪽의 인접한 스위치기어도 심각하게 손상되었습니다. 광범위한 재구축 및 교체가 필요했습니다.진공 회로 차단기:
고장이 훨씬 덜 극심했습니다. 진공 중단기를 교체하고 차단기와 구획에서 아크 부산물(숯)을 청소한 후, 스위치기어는 빠르게 서비스로 복원되었습니다.
결론
진공 회로 차단기는 특히 심각한 일시적인 과전압 상황에서 공기 차단기보다 우수한 고장 제어, 안전성, 신뢰성을 보여줍니다. 밀봉된 진공 중단기는 아크 전파를 방지하여 손상과 중단 시간을 최소화합니다.
화학 공장과 석탄 광산과 같은 폭발이나 발화 위험이 있는 환경에서는 아크 없는 작동과 강력한 성능을 가진 진공 회로 차단기가 기술적이고 안전적인 명확한 이점을 제공합니다.
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