Vakuumski preklopniki vs. zračni preklopniki: Ključne razlike

Nizkotlačni zračni preklopniki vs. vakuumski preklopniki: Struktura, delovanje in uporaba

Nizkotlačni zračni preklopniki, tudi znani kot univerzalni ali oblikovani ramni preklopniki (MCCBs), so zasnovani za strogono strmi tok AC do 380/690V in DC do 1500V, z nominalnimi toki, ki segajo od 400A do 6300A ali celo 7500A. Ti preklopniki uporabljajo zrak kot sredstvo za ugasanje luka. Luk se ugaša s podaljševanjem, razdelitvijo in hlajenjem z lukom (lukovodnikom). Takšni preklopniki lahko prekineta kratkoročne tokove 50kA, 80kA, 100kA ali celo 150kA.

Glavni komponenti in funkcionalnost

• Operacijski mehanizem: Nalagan na fronti preklopnika, zagotavlja potrebno hitrost za ločevanje in zapiranje kontaktov. Hitro gibanje kontaktov pomaga pri podaljševanju in hlajenju luka, kar omogoča njegovo ugašanje.

• Pametna izbirna enota: Nameščena ob operacijskem mehanizmu, je to "mozgji" nizkotlačnega preklopnika. Prejme tok in napetostne signale preko senzorjev, izračuna električne parametre in jih primerja z prednastavljenimi LSIG varnostnimi nastavitvami:

• L: Dolgoročna zamuda (preobremenitvena zaščita)

• S: Krajkoročna zamuda (zaščita pred kratkoročnimi tokovi)

• I: Tujoktenska (tujoktna odpoved)

• G: Zaščita pred zemeljskim tokom
  Na podlagi teh nastavitev izbirna enota posreduje signal mehanizmu, da prekine preklopnik ob preobremenitvi ali kratkoročnem toku, kar zagotavlja popolno zaščito.

• Lukovodnik in konektorji: Nalagan na zadnjici, lukovodnik vsebuje kontakte in lukovodnik. Spodnji tri-fazni izhodni konektorji so opremljeni s:

• Elektronskimi tokovimi senzorji (za vhod signala v izbirno enoto)

• Elektromagnetskimi tokovimi transformatorji (CT) (za oskrbovanje izbirne enote z operativno energijo)

Operacijski mehanizem običajno ima mehansko življenjsko dobo manj kot 10.000 operacij.

Razvoj od zračnega do vakuumsko prekinitve

Zgodovinsko so obstajali srednetlačni zračni preklopniki, vendar so bili obsežni, imeli omejeno prekinitveno zmogljivost in ustvarjali značilno lukovino (nezničen luk), kar jih je naredilo nevarne in nepraktične.

V nasprotju s tem imajo vakuumski preklopniki (VCBs) podobno splošno postavitev: operacijski mehanizem na fronti in prekinitveni element na zadnjici. Vendar uporablja prekinitveni element vakuumski prekinitveni element (ali "vakuumski posodeček"), ki je strukturno podoben žarni svetilki - zapečeni stekleni ali keramični omara, iz katerih je izveden visoki vakuum.

V vakumu:

• Potreben je le majhen kontaktni razmik, da bi izpolnil pogoje za izolacijo in izdržnost napetosti.

• Luk se hitro ugaša zaradi odsotnosti ionizabilnega sredstva in učinkovite difuzije metalnih parov.

Uporabe vakuumskih preklopnikov

Vakuumski preklopniki se hitro razvijajo in so zdaj široko uporabljani v nizkotlačnih, srednetlačnih in visokotlačnih sistemih:

• Nizkotlačni VCB-ji: Običajno označeni z 1,14kV, z nominalnimi toki do 6300A in prekinitveno zmogljivostjo za kratkoročne tokove do 100kA.

• Srednetlačni VCB-ji: Najpogostejši v območju 3,6–40,5kV, z toki do 6300A in prekinitveno zmogljivostjo do 63kA. Več kot 95% srednetlačne switchgear uporablja vakuumsko prekinitveno tehnologijo.

• Visokotlačni VCB-ji: Enopoli prekinitveni elementi so dosegli 252kV, 550kV vakuumski preklopniki pa so bili doseženi s serijsko vezanimi prekinitvenimi elementi.

Ključne razlike v zasnovi

Različno od zračnih preklopnikov, ki uporabljajo kontaktne pruge, vakuumski preklopniki zahtevajo, da operacijski mehanizem:

• Ponudi dovolj hitrost pri odpiranju in zapiranju

• Zagotovi zadostno tlak na kontaktnih površinah

Ta tlak na kontaktnih površinah mora ostati zadosten tudi po do 3mm nosilca kontakta, da bi zanesljivo prenašal nominalni tok in izdrževal vrhunski kratkoročni tok med napakami.

Prednosti vakuumskih preklopnikov

• Visoka zanesljivost in varnost

• Odgornost okoljskim pogoji (prašna, vlaga, nadmorska višina)

• Ni lukovine (ni zunanje lukovine)

• Kompaktna velikost in dolge časovne razlage za vzdrževanje

Te prednosti naredijo vakuumski preklopnike idealnimi za uporabo v nevarnih okoljih, kot so kemikalne tovarne, premogovnice, nafte in plinovske instalacije, kjer so eksplozivni tveganja in varnost pri požarju ključni.

Primer iz realnega sveta: Učinkovitost vakuumskih in zračnih preklopnikov ob napaki

Velika kemikalna tovarna namesti dva preklopnika - en zračni preklopnik in en vakuumski preklopnik - v identičnih krmilnih konfiguracijah in jih podvržela istim pogojiom napake.

Krmilna mreža je bila konfiguracija veze, kjer so viri napetosti na obeh straneh preklopnika bili neravnovesni. To je povzročilo prehodno napetost preko kontaktne razlike, ki je blizu dvakrat večja od nominalne napetosti, kar je vodilo do odpovedi preklopnika.

Rezultati:

• Zračni preklopnik:
  Prišel do popolne uničenosti. Ohišje enote preklopnika je prasknilo, in sosednja krmilna oprema na obeh straneh je bila zelo poškodovana. Potrebna je bila obsežna rekonstrukcija in zamenjava.

• Vakuumski preklopnik:
  Napaka je bila značilno manj nasilna. Po zamenjavi vakuumsko prekinitvenega elementa in čiščenju produktov lukovine (dim) iz preklopnika in odseka, je krmilna oprema hitro vrnjena v uporabo.

Zaključek

Vakuumski preklopniki kažejo boljše omejevanje napak, varnost in zanesljivost v primerjavi s zračnimi preklopniki, zlasti ob hudih prehodnih pretokov. Njihovi zaprti vakuumski prekinitveni elementi preprečujejo širjenje luka, kar zmanjša poškodbe in čas brezdejstva.

V eksplozivnih ali plamenih okoljih, kot so kemikalne tovarne in premogovnice, luksna brez-lukovina in trdna zmogljivost vakuumskih preklopnikov ponuja jasno tehnološko in varnostno prednost.