Vakuumbrytere vs luftbrytere: Nøkkel forskjeller

Lavspennings luftbrytere vs. vakuum brytere: Struktur, ytelse og anvendelse

Lavspennings luftbrytere, også kjent som universelle eller formede rammebrytere (MCCBs), er designet for vekselstrømsspenninger på 380/690V og likestrømsspenninger opp til 1500V, med nominalstrømmer fra 400A til 6300A eller enda 7500A. Disse bryterne bruker luft som bukselukningsmedium. Buxen slukkes gjennom buksekjøring, deling og kjøling av en buksekjør (bukserunner). Slike brytere kan avbryte kortslutningsstrømmer på 50kA, 80kA, 100kA, eller opp til 150kA.

Hovedkomponenter og funksjonalitet

• Drivmekanisme: Beliggenhet foran bryteren, gir nødvendig hastighet for kontaktavstand og lukking. Rask kontaktbevegelse hjelper med å strekke og kjøle buksen, noe som forenkler utslukning.

• Intelligent trip-enhet: Montert ved siden av drivmekanismen, er dette "hjernen" i lavspenningsbryteren. Den mottar strøm- og spennings-signaler via sensorer, beregner elektriske parametre, og sammenligner dem med forhåndsinnstilte LSIG beskyttelsesinnstillinger:

• L: Lang tidsforsinkelse (overlastbeskyttelse)

• S: Kort tidsforsinkelse (kortslutningsbeskyttelse)

• I: Øyeblikkelig (øyeblikkelig trip)

• G: Jordefeilsbeskyttelse
  Basert på disse innstillingene, signaliserer tripenheten mekanismen til å åpne bryteren under overlasting eller kortslutning, noe som gir fullstendig beskyttelse.

• Buksekammer og terminaler: Beliggenhet bak, buksekammeret inneholder kontaktene og buksekjøren. De trefasen utgående terminalene nederst er utstyrt med:

• Elektroniske strømsensorer (for signalmelding til tripenheten)

• Elektromagnetiske strømtransformatorer (CTs) (for å levere driftsstrøm til tripenheten)

Drivmekanismen har typisk en mekanisk levetid på mindre enn 10 000 operasjoner.

Evolusjon fra luft til vakuum avbryting

Historisk sett eksisterte mellomspennings luftbrytere, men de var klumpete, hadde begrenset avbrytningskapasitet, og produserte betydelig buksekjør (ikke-null buks), noe som gjorde dem usikre og upraktiske.

I motsetning til dette, deler vakuum brytere (VCBs) en liknande generell oppbygging: drivmekanismen foran, og avbryteren bakerst. Imidlertid bruker avbryteren en vakuum avbryter (eller "vakuumflaske"), som er strukturelt lik en glødelys - et hermetisk stengt glass eller keramisk omhylle evacuate til høy vakuum.

I vakuum:

• Kreves bare en liten kontaktavstand for å oppfylle isolasjons- og spenningskrav.

• Buksen slukkes raskt grunnet fraværet av ionisere medium og effektiv diffusjon av metallvaporer.

Anvendelser av vakuum brytere

Vakuum brytere har utviklet seg raskt og brukes nå bredt i lavspennings-, mellomspennings- og høyspenningsystemer:

• Lavspennings VCBs: Typisk kategorisert på 1.14kV, med nominalstrømmer opp til 6300A og kortslutningsavbrytningskapasitet opp til 100kA.

• Mellomspennings VCBs: Mest vanlig i området 3.6–40.5kV, med strømmer opp til 6300A og avbrytningskapasitet opp til 63kA. Over 95% av mellomspennings switchgear bruker nå vakuum avbryting.

• Høyspennings VCBs: Enkeltpolige avbrytere har nådd 252kV, og 550kV vakuum brytere har blitt oppnådd gjennom seriekoblet avbrytere.

Nøkkel design forskjeller

I motsetning til luftbrytere som bruker kontaktfedder, krever vakuum brytere at drivmekanismen:

• Skaffe tilstrekkelig åpning og lukkingshastighet

• Sikre tilstrekkelig kontakttrykk

Dette kontakttrykket må forbli tilstrekkelig selv etter opptil 3mm kontaktversling, for å pålitelig transportere den nominale strømmen og tåle den maksimale korttidstrømmen under feil.

Fordeler med vakuum brytere

• Høy pålitelighet og sikkerhet

• Uutsatt for miljøforhold (støv, fukt, høyde)

• Null buksekjør (ingen ekstern buks)

• Kompakt størrelse og lange vedlikeholdsintervaller

Disse fordeler gjør vakumbrytere ideelle for bruk i farlige miljøer som kjemiske anlegg, kullgruver, olje- og gassanlegg, hvor eksplosjonsrisiko og brannsikkerhet er kritiske.

Eksempel fra virkeligheten: Vakuum vs. luftbryter ytelse under feil

Et stort kjemisk anlegg installerte to brytere - en luftbryter og en vakumbryter - i identiske kretskonfigurasjoner og utsatte dem for samme feilkondisjoner.

Kretsen var en koblingskonfigurasjon, der kraftkildene på hver side av bryteren var uten synkronisering. Dette førte til en midlertidig spenning over kontaktavstanden nær det dobbelte av den nominale spenningen, noe som førte til bryterfeil.

Resultater:

• Luftbryter:
  Rammet fullstendig destruksjon. Bryterenhets omslutningen sprakk, og tilstøtende switchgear på begge sider ble alvorlig skadet. Omfattende rekonstruksjon og erstattelse var nødvendig.

• Vakumbryter:
  Feilen var betydelig mindre voldelig. Etter å ha erstattet vakuum avbryteren og rengjort buksekjørrprodukter (svovl) fra bryteren og kompartimentet, ble switchgear hurtig restaurert til tjeneste.

Konklusjon

Vakumbrytere demonstrerer superiør feilinndamming, sikkerhet og pålitelighet sammenlignet med luftbrytere, spesielt under alvorlige midlertidige overspenninger. Deres hermetisk stengte vakuum avbrytere forebygger buksekjørr, noe som minimerer skade og nedetid.

I eksplosive eller flammbare miljøer som kjemiske anlegg og kullgruver, gir buksekjørrfri operasjon og robust ytelse av vakumbrytere en klar teknologisk og sikkerhetsmessig fordel.