Вакуумные выключатели против воздушных выключателей: ключевые различия
Низковольтные воздушные выключатели против вакуумных выключателей: конструкция, производительность и применение
Низковольтные воздушные выключатели, также известные как универсальные или литые рамные выключатели (MCCBs), предназначены для переменного тока напряжением 380/690В и постоянного тока до 1500В, с номинальными токами от 400А до 6300А или даже 7500А. Эти выключатели используют воздух в качестве среды для гашения дуги. Дуга гасится путем удлинения, разделения и охлаждения с помощью дугогасительной камеры (дугового канала). Такие выключатели могут прерывать короткозамкнутые токи 50 кА, 80 кА, 100 кА или до 150 кА.
Основные компоненты и функциональность
Механизм управления: расположен спереди выключателя, обеспечивает необходимую скорость для разъединения и соединения контактов. Быстрое движение контактов помогает растянуть и охладить дугу, облегчая ее гашение.
Интеллектуальное устройство расцепителя: установлено рядом с механизмом управления, это "мозг" низковольтного выключателя. Оно получает сигналы тока и напряжения через датчики, вычисляет электрические параметры и сравнивает их с предустановленными настройками защиты LSIG:
L: Долговременная задержка (защита от перегрузки)
S: Кратковременная задержка (защита от короткого замыкания)
I: Мгновенное (мгновенный расцеп)
G: Защита от заземления
На основе этих настроек устройство расцепителя подает сигнал механизму для открытия выключателя при перегрузке или коротком замыкании, обеспечивая всестороннюю защиту.Дуговая камера и клеммы: расположены сзади, дуговая камера содержит контакты и дуговой канал. Нижние трехфазные выходные клеммы оснащены:
Электронные датчики тока (для ввода сигнала в устройство расцепителя)
Электромагнитные трансформаторы тока (ТТ) (для питания устройства расцепителя)
Механизм управления обычно имеет механический ресурс менее 10 000 операций.
Эволюция от воздушного гашения к вакуумному
Исторически существовали средневольтные воздушные выключатели, но они были громоздкими, имели ограниченную способность прерывания и создавали значительные дуговые вспышки (не нулевую дугу), что делало их небезопасными и непрактичными.
В отличие от них, вакуумные выключатели (VCB) имеют похожую общую компоновку: механизм управления спереди, а прерыватель сзади. Однако прерыватель использует вакуумный прерыватель (или "вакуумная колба"), который структурно похож на лампу накаливания — герметичную стеклянную или керамическую оболочку, эвакуированную до высокого вакуума.
В вакууме:
Требуется только небольшой зазор между контактами, чтобы удовлетворять требованиям изоляции и выдерживаемому напряжению.
Дуга быстро гасится из-за отсутствия ионизируемой среды и эффективного рассеивания металлического пара.
Применение вакуумных выключателей
Вакуумные выключатели быстро развивались и теперь широко используются в системах низкого, среднего и высокого напряжения:
Низковольтные VCB: обычно имеют номинальное напряжение 1,14 кВ, с номинальными токами до 6300 А и способностью прерывания короткого замыкания до 100 кА.
Средневольтные VCB: наиболее распространены в диапазоне 3,6–40,5 кВ, с токами до 6300 А и способностью прерывания до 63 кА. Более 95% средневольтного коммутационного оборудования теперь использует вакуумное гашение.
Высоковольтные VCB: однополюсные прерыватели достигли 252 кВ, а 550 кВ вакуумные выключатели были достигнуты за счет последовательно соединенных прерывателей.
Основные различия в дизайне
В отличие от воздушных выключателей, которые используют пружины контактов, вакуумные выключатели требуют, чтобы механизм управления:
Обеспечивал достаточную скорость открытия и закрытия
Гарантировал достаточное давление контактов
Это давление контактов должно оставаться достаточным даже после износа контактов до 3 мм, чтобы надежно проводить номинальный ток и выдерживать пиковый кратковременный ток во время аварий.
Преимущества вакуумных выключателей
Высокая надежность и безопасность
Устойчивость к окружающим условиям (пыль, влажность, высота)
Отсутствие дуговых вспышек (нет внешней дуги)
Компактные размеры и длительные интервалы обслуживания
Эти преимущества делают вакуумные выключатели идеальными для использования в опасных условиях, таких как химические заводы, угольные шахты, нефтегазовые объекты, где риск взрыва и пожарная безопасность являются критическими.
Практический пример: производительность вакуумных и воздушных выключателей при аварии
На крупном химическом заводе были установлены два выключателя — один воздушный и один вакуумный — в одинаковых схемах цепей и подвергнуты одинаковым аварийным условиям.
Цепь была связующей, где источники питания по обе стороны выключателя были несинхронизированы. Это привело к переходному напряжению на зазоре контактов, близкому к двойному номинальному напряжению, что вызвало отказ выключателя.
Результаты:
Воздушный выключатель:
Пострадал полное разрушение. Корпус выключателя разрушился, и соседнее коммутационное оборудование с обеих сторон было серьезно повреждено. Требовалось обширное восстановление и замена.Вакуумный выключатель:
Повреждение было значительно менее серьезным. После замены вакуумного прерывателя и очистки продуктов дуги (сажи) от выключателя и отсека, коммутационное оборудование было быстро восстановлено в эксплуатацию.
Заключение
Вакуумные выключатели демонстрируют превосходную изоляцию аварий, безопасность и надежность по сравнению с воздушными выключателями, особенно при сильных переходных перенапряжениях. Их герметичные вакуумные прерыватели предотвращают распространение дуги, минимизируя повреждения и простои.
В взрывоопасных или легковоспламеняющихся средах, таких как химические заводы и угольные шахты, бесдуговая работа и надежная производительность вакуумных выключателей предоставляют явное технологическое и безопасное преимущество.
