Wakuuumowe a przepływowe wyłączniki: Kluczowe różnice

Niskonapięciowe automaty powietrzne vs. wakuowe automaty obwodowe: struktura, wydajność i zastosowanie

Niskonapięciowe automaty powietrzne, znane również jako uniwersalne lub formowane ramowe automaty obwodowe (MCCBs), są zaprojektowane dla napięć przemiennych 380/690V i napięć stałych do 1500V, z prądem nominalnym od 400A do 6300A, a nawet 7500A. Te automaty używają powietrza jako środka gaszącego łuk elektryczny. Łuk jest gaszony poprzez jego wydłużanie, rozszczepianie i chłodzenie za pomocą kanału łuku (biegnika łuku). Takie automaty mogą przerwać prąd zwarciowy o wartości 50kA, 80kA, 100kA, a nawet 150kA.

Główne komponenty i funkcjonalność

• Mechanizm napędowy: znajduje się na froncie automatu, dostarczając niezbędnej szybkości do rozdzielenia i zamknięcia kontaktów. Szybkie ruchy kontaktów pomagają w wydłużaniu i chłodzeniu łuku, ułatwiając jego zgaszenie.

• Inteligentna jednostka wyłącznika: zamontowana obok mechanizmu napędowego, to "mózg" niskonapięciowego automatu obwodowego. Otrzymuje sygnały prądowe i napięciowe poprzez czujniki, oblicza parametry elektryczne i porównuje je z ustawionymi parametrami ochrony LSIG:

• L: długotrwała opóźniona ochrona (ochrona przeciw przeładunkowi)

• S: krótkotrwała opóźniona ochrona (ochrona przeciw zwarciu)

• I: natychmiastowa (natychmiastowe wyłączenie)

• G: ochrona przeciw zwarciom na ziemię
  Na podstawie tych ustawień, jednostka wyłącznika sygnalizuje mechanizmowi otwarcie automatu w przypadku przeładunku lub zwarć, zapewniając kompleksową ochronę.

• Komora łuku i zaciski: znajdujące się z tyłu, komora łuku zawiera kontakty i kanał łuku. Dolne trójfazowe zaciski wyjściowe są wyposażone w:

• elektroniczne czujniki prądowe (do sygnałów wejściowych do jednostki wyłącznika)

• elektromagnetyczne transformatory prądowe (CTs) (do zasilania jednostki wyłącznika)

Mechanizm napędowy ma zwykle mechaniczny żywotność poniżej 10 000 operacji.

Ewolucja od powietrza do wakuu

Historycznie, istniały średnionapięciowe automaty powietrzne, ale były one grube, miały ograniczoną zdolność przerwania, a także generowały znaczne łuki elektryczne (niezerowe łuki), co sprawiało, że były niebezpieczne i niepraktyczne.

W przeciwieństwie do tego, wakuowe automaty obwodowe (VCBs) mają podobną ogólną budowę: mechanizm napędowy z przodu, a przerzutnik z tyłu. Jednak przerzutnik używa wakuowego przerzutnika (lub "butelki wakuowej"), który jest konstrukcyjnie podobny do żarówki — szczelnej szklanej lub ceramicznej osłony, ewakuowanej do wysokiego wakuu.

W wakuu:

• Potrzebna jest tylko mała luka kontaktowa, aby spełnić wymagania izolacyjne i wytrzymałość napięcia.

• Łuk jest szybko gaszony ze względu na brak jonizującego środka i efektywną dyfuzję pary metalicznej.

Zastosowania wakuowych automatów obwodowych

Wakuowe automaty obwodowe rozwijały się dynamicznie i są teraz szeroko stosowane w systemach niskiego, średniego i wysokiego napięcia:

• Niskonapięciowe VCBs: zwykle o nominale 1.14kV, z prądem nominalnym do 6300A i zdolnością przerwania zwarciowego do 100kA.

• Średnionapięciowe VCBs: najbardziej popularne w zakresie 3.6–40.5kV, z prądem do 6300A i zdolnością przerwania do 63kA. Ponad 95% urządzeń średnionapięciowych używa teraz przerzutników wakuowych.

• Wysokonapięciowe VCBs: jednopole przerzutników osiągnęły 252kV, a 550kV wakuowe automaty obwodowe zostały osiągnięte poprzez szereg połączonych przerzutników.

Kluczowe różnice w projektowaniu

W przeciwieństwie do automatów powietrznych, które używają sprężyn kontaktowych, wakuowe automaty obwodowe wymagają, aby mechanizm napędowy:

• Dostarczał wystarczającą szybkość otwierania i zamykania

• Zapewniał odpowiednie ciśnienie kontaktowe

To ciśnienie kontaktowe musi pozostać wystarczające nawet po zużyciu kontaktów do 3mm, aby wiarygodnie przesyłać prąd nominalny i wytrzymywać szczytowy prąd krótkotrwały podczas uszkodzeń.

Zalety wakuowych automatów obwodowych

• Wysoka niezawodność i bezpieczeństwo

• Odporność na warunki środowiskowe (pył, wilgotność, wysokość nad poziomem morza)

• Zero łuków elektrycznych (brak zewnętrznego łuku)

• Kompaktowa wielkość i długie interwały między konserwacjami

Te zalety sprawiają, że wakuowe automaty są idealne do użytku w niebezpiecznych środowiskach, takich jak zakłady chemiczne, kopalnie węgla, obiekty naftowo-gazowe, gdzie ryzyko eksplozji i bezpieczeństwo pożarowe są kluczowe.

Przypadek studyjny: wydajność wakuowych i powietrznych automatów obwodowych w warunkach uszkodzenia

Duże zakłady chemiczne zainstalowały dwa automaty obwodowe — jeden powietrzny i jeden wakuowy — w identycznych konfiguracjach obwodowych i poddano je tym samym warunkom uszkodzenia.

Obwód był konfiguracją łączącą, gdzie źródła energii po obu stronach automatu były nierównoległe. To spowodowało, że przejściowe napięcie na luce kontaktowej zbliżyło się do dwukrotności napięcia nominalnego, prowadząc do awarii automatu.

Wyniki:

• Automat powietrzny:
  Uległ całkowitemu zniszczeniu. Obudowa automatu została rozerwana, a obudowy przełączników po obu stronach były poważnie uszkodzone. Wymagana była rozległa rekonstrukcja i wymiana.

• Wakuowy automat obwodowy:
  Awaria była znacznie mniej gwałtowna. Po wymianie wakuowego przerzutnika i oczyszczeniu produktów spalania (sadzy) z automatu i przedziału, urządzenia przełączające zostały szybko przywrócone do użytku.

Podsumowanie

Wakuowe automaty obwodowe pokazują lepsze zabezpieczenie, bezpieczeństwo i niezawodność w porównaniu do automatów powietrznych, zwłaszcza pod wpływem silnych przejściowych przepięć. Ich szczelne wakuowe przerzutniki zapobiegają rozprzestrzenianiu się łuku, minimalizując uszkodzenia i czas przestoju.

W środowiskach eksplozywnych lub łatwopalnych, takich jak zakłady chemiczne i kopalnie węgla, bezłukowe działanie i solidna wydajność wakuowych automatów obwodowych zapewniają jasną technologiczną i bezpieczeństwa przewagę.