Vakuumski prekidači u usporedbi sa zračnim prekidačima: Ključne razlike

Niskonaponski zračni prekidači vs. vakuumski prekidači: Struktura, performanse i primena

Niskonaponski zračni prekidači, takođe poznati kao univerzalni ili oblikovani okvirni prekidači (MCCBs), dizajnirani su za napon struje na izmene od 380/690V i napon struje na konstantu do 1500V, sa nominalnim tokovima koji se kreću od 400A do 6300A ili čak 7500A. Ovi prekidači koriste zrak kao sredstvo za gasenje luka. Luk se gasi putem produljivanja, razdvajanja i hlađenja u kanalu za luk (luk traka). Takvi prekidači mogu prekidati tokove kratkog spoja od 50kA, 80kA, 100kA, ili čak 150kA.

Glavni komponenti i funkcionalnost

• Mehanizam rada: Nalazi se na prednjem delu prekidača, pruža potrebnu brzinu za odvajanje i zatvaranje kontakata. Brzi kretanje kontakata pomaže u produljivanju i hlađenju luka, što olakšava njegovo gasenje.

• Inteligentna jedinica za prekid: Montirana pored mehanizma rada, ova je "mozg" niskonaponskog prekidača. Preko senzora prima signale o toku i naponu, izračunava električne parametre i upoređuje ih sa unapred postavljenim LSIG štitnim podešavanjima:

• L: Dugoročno kašnjenje (zaštita od preopterećenja)

• S: Kratkorocno kašnjenje (zaštita od kratkog spoja)

• I: Instantno (odmah prekid)

• G: Zaštita od zemljanih grešaka
  Na osnovu ovih podešavanja, jedinica za prekid signalizira mehanizmu da otvori prekidač u slučaju preopterećenja ili kratkog spoja, obezbeđujući kompleksnu zaštitu.

• Kanal za luk i terminali: Nalazi se na zadnjem delu, kanal za luk sadrži kontakte i kanal za luk. Donji tri-fazni izlazni terminali su opremljeni sa:

• Elektronskim senzorima toka (za ulazne signale jedinici za prekid)

• Elektromagnetskim transformatorima toka (CTs) (da bi snabdevali radnom snagom jedinicu za prekid)

Mehanizam rada tipično ima mehanički život manji od 10.000 operacija.

Evolucija od zraka do vakuumskog prekida

Istorijatski, postoje srednjonaponski zračni prekidači, ali su bili grubi, imali ograničenu sposobnost prekida i proizvodili značajnu luka svjetlost (nije nula luka), što ih činilo nesigurnim i nepraktičnim.

U suprotnosti, vakuumski prekidači (VCBs) imaju sličan ukupni raspored: mehanizam rada na prednjem delu, a prekidnik na zadnjem delu. Međutim, prekidnik koristi vakuumski prekidnik (ili "vakuumsku bočicu"), koji je strukturno sličan žaruloj - zapečaćenoj staklenoj ili keramičkoj omotaču koja je iscrpljena do visokog vakuma.

U vakumu:

• Potreban je samo mali razmak između kontakata da bi se ispunili uslovi izolacije i otpornosti na napon.

• Luk se brzo gasi zbog odsustva ionizabilnog sredstva i efikasnog difuznog metala para.

Primena vakuumskih prekidača

Vakuumski prekidači se brzo razvijaju i sada su široko korišćeni u niskonaponskim, srednjonaponskim i visokonaponskim sistemima:

• Niskonaponski VCBs: Obično nominirani na 1.14kV, sa nominalnim tokovima do 6300A i sposobnošću prekida kratkog spoja do 100kA.

• Srednjonaponski VCBs: Najčešći u rasponu od 3.6–40.5kV, sa tokovima do 6300A i sposobnošću prekida do 63kA. Više od 95% srednjonaponske aparature sada koristi vakuumski prekid.

• Visokonaponski VCBs: Jednopolni prekidnici dostigli su 252kV, a 550kV vakuumski prekidači su dostignuti kroz serijalno povezane prekidnike.

Ključne razlike u dizajnu

Za razliku od zračnih prekidača koji koriste opruge kontakata, vakuumski prekidači zahtevaju da mehanizam rada:

• Pruži dovoljnu brzinu otvaranja i zatvaranja

• Osigura dovoljno pritisanje kontakata

Ovo pritisanje kontakata mora ostati dovoljno čak i nakon do 3mm istrošenja kontakata, kako bi pouzdano nosio nominalni tok i otpirao vrhunske kratkotrajne tokove tokom grešaka.

Prednosti vakuumskih prekidača

• Visoka pouzdanost i sigurnost

• Imuni na okruženjske uslove (prašina, vlaga, nadmorska visina)

• Nema luke svjetlosti (nema vanjske luke)

• Kompaktna veličina i dugi intervali održavanja

Ove prednosti čine vakumne prekidače idealnim za korišćenje u opasnim okruženjima, poput hemijskih fabrika, ugljena, naftnih i plinovih instalacija, gde su rizici od eksplozije i požarna sigurnost ključni.

Stvarni studija slučaja: Performanse vakumskog i zračnog prekidača pod uslovima greške

Velika hemijska fabrika instalirala je dva prekidača - jedan zračni prekidač i jedan vakumski prekidač - u identičnim shemama strujnih krugova i podvrgla ih istim uslovima greške.

Strujni krug bio je vezan konfiguracijom, gde su izvore struje na obje strane prekidača bili izvan sinkronizacije. To je rezultiralo privremenskim naponom preko rastojanja između kontakata koji se približavao dvaput većem nominalnom naponu, što je dovelo do otkaza prekidača.

Rezultati:

• Zračni prekidač:
  Potpuno uništen. Oklop jedinice prekidača je prasknuo, a susjedna aparatura na obje strane je teško oštećena. Bila je potrebna ekstenzivna rekonstrukcija i zamjena.

• Vakumski prekidač:
  Otkaz je bio znatno manje nasilan. Nakon zamjene vakuumskog prekidnika i čišćenja proizvoda luke (dim) sa prekidača i odseka, aparatura je brzo vraćena u upotrebu.

Zaključak

Vakumski prekidači pokazuju superiornu kontrolu grešaka, sigurnost i pouzdanost u usporedbi sa zračnim prekidačima, posebno pod teškim privremenim prekomernim napona. Njihovi zapečaćeni vakuumski prekidnici sprečavaju širenje luke, minimizirajuši oštećenje i vremensku pauzu.

U eksplozivnim ili vatrenim okruženjima, poput hemijskih fabrika i ugljena, bezlukna operacija i robustna performansa vakuumskih prekidača pruža jasan tehnološki i sigurnosni prednost.