วงจรป้องกันไฟฟ้าด้วยวิญญาณสุญญากาศกับวงจรป้องกันไฟฟ้าด้วยอากาศ: ความแตกต่างหลัก

เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแรงดันต่ำกับเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศ: โครงสร้าง สมรรถนะ และการใช้งาน

เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแรงดันต่ำ หรือที่เรียกว่า เบรกเกอร์เฟรมทั่วไปหรือเบรกเกอร์เฟรมหล่อ (MCCBs) ถูกออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าสลับ 380/690V และแรงดันไฟฟ้าตรงสูงสุด 1500V ด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ตั้งแต่ 400A ถึง 6300A หรือมากถึง 7500A เบรกเกอร์เหล่านี้ใช้อากาศเป็นสารดับอาร์ก อาร์กจะถูกดับโดยการยืด อาร์กแยก และทำให้เย็นลงโดยช่องทางอาร์ก (arc runner) เบรกเกอร์เหล่านี้สามารถตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้ถึง 50kA, 80kA, 100kA หรือมากถึง 150kA

ส่วนประกอบหลักและฟังก์ชันการทำงาน

• กลไกทำงาน: ตั้งอยู่ด้านหน้าของเบรกเกอร์ ให้ความเร็วที่จำเป็นในการแยกและปิดคอนแทค การเคลื่อนไหวของคอนแทคอย่างรวดเร็วช่วยยืดและทำให้อาร์กเย็นลง ทำให้ดับอาร์กได้ง่ายขึ้น

• ทริปยูนิตอัจฉริยะ: ติดตั้งไว้ข้างๆ กลไกทำงาน นี่คือ "สมอง" ของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแรงดันต่ำ รับสัญญาณกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าผ่านเซ็นเซอร์ คำนวณพารามิเตอร์ไฟฟ้า และเปรียบเทียบกับการตั้งค่าการป้องกัน LSIG ที่กำหนดไว้:

• L: ความล่าช้าระยะยาว (การป้องกันโอเวอร์โหลด)

• S: ความล่าช้าระยะสั้น (การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร)

• I: ทันที (การทริปทันที)

• G: การป้องกันไฟฟ้ารั่ว
  ตามการตั้งค่านี้ ทริปยูนิตส่งสัญญาณให้กลไกเปิดเบรกเกอร์ในกรณีโอเวอร์โหลดหรือไฟฟ้าลัดวงจร ให้การป้องกันอย่างครอบคลุม

• ห้องอาร์กและเทอร์มินอล: ตั้งอยู่ด้านหลัง ห้องอาร์กมีคอนแทคและช่องทางอาร์ก เทอร์มินอลขาออกสามเฟสที่ด้านล่างมี:

• เซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ (สำหรับสัญญาณเข้าสู่ทริปยูนิต)

• ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า (CTs) (เพื่อจ่ายพลังงานทำงานให้กับทริปยูนิต)

กลไกทำงานมักมีอายุการใช้งานเชิงกลน้อยกว่า 10,000 ครั้ง

การพัฒนาจากอากาศไปสู่การตัดวงจรด้วยสุญญากาศ

ในอดีต มีเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแรงดันกลางที่ใช้อากาศ แต่มีขนาดใหญ่ ความสามารถในการตัดวงจรจำกัด และสร้างอาร์กไฟฟ้า (ไม่เป็นศูนย์) ซึ่งทำให้ไม่ปลอดภัยและไม่เหมาะสม

ในทางกลับกัน เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศ (VCBs) มีโครงสร้างโดยรวมคล้ายคลึงกัน: กลไกทำงานที่ด้านหน้า และตัวตัดวงจรที่ด้านหลัง แต่ตัวตัดวงจรใช้ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ (หรือ "ขวดสุญญากาศ") ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายหลอดไฟฟ้าแสงสว่าง — บรรจุภัณฑ์แก้วหรือเซรามิกที่ถูกสุญญากาศอย่างมาก

ในสุญญากาศ:

• ต้องการช่องว่างระหว่างคอนแทคเพียงเล็กน้อยเพื่อตอบสนองความต้องการด้านฉนวนและการทนแรงดัน

• อาร์กถูกดับอย่างรวดเร็วเนื่องจากการขาดสารที่สามารถไอออนได้และการกระจายของไอโลหะอย่างมีประสิทธิภาพ

การใช้งานของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศ

เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและตอนนี้ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบแรงดันต่ำ แรงดันกลาง และแรงดันสูง:

• VCBs แรงดันต่ำ: โดยทั่วไปมีแรงดันที่กำหนดไว้ที่ 1.14kV ด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้สูงสุด 6300A และความสามารถในการตัดวงจรลัดวงจรสูงสุด 100kA

• VCBs แรงดันกลาง: พบมากที่สุดในช่วง 3.6–40.5kV ด้วยกระแสไฟฟ้าสูงสุด 6300A และความสามารถในการตัดวงจรสูงสุด 63kA มากกว่า 95% ของสวิตช์เกียร์แรงดันกลางตอนนี้ใช้การตัดวงจรแบบสุญญากาศ

• VCBs แรงดันสูง: ตัวตัดวงจรเดี่ยวได้ถึง 252kV และเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศ 550kV ได้ถูกสร้างขึ้นผ่านตัวตัดวงจรที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม

ความแตกต่างในการออกแบบหลัก

ต่างจากเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าที่ใช้สปริงคอนแทค เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศต้องการให้กลไกทำงาน:

• ให้ความเร็วในการเปิดและปิดเพียงพอ

• รับประกันแรงกดคอนแทคที่เพียงพอ

แรงกดคอนแทคนี้ต้องเพียงพอแม้ภายหลังจากการสึกหรอของคอนแทคถึง 3mm เพื่อให้สามารถนำกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไว้ได้อย่างเชื่อถือได้และทนทานต่อกระแสไฟฟ้าสูงสุดในช่วงเวลาสั้นๆ ในกรณีเกิดเหตุขัดข้อง

ข้อดีของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศ

• ความเชื่อถือได้และความปลอดภัยสูง

• ไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อม (ฝุ่นละออง ความชื้น ระดับความสูง)

• ไม่มีอาร์กไฟฟ้าภายนอก (ไม่มีอาร์กภายนอก)

• ขนาดกะทัดรัดและช่วงเวลาการบำรุงรักษายาวนาน

ข้อดีเหล่านี้ทำให้เบรกเกอร์แบบสุญญากาศเหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยง เช่น โรงงานเคมี เหมืองถ่านหิน และสถานที่ผลิตน้ำมันและก๊าซ ที่ความเสี่ยงจากการระเบิดและความปลอดภัยจากไฟเป็นสิ่งสำคัญ

กรณีศึกษาในชีวิตจริง: สมรรถนะของเบรกเกอร์แบบสุญญากาศและเบรกเกอร์แบบอากาศในการทำงานภายใต้เหตุขัดข้อง

โรงงานเคมีขนาดใหญ่ติดตั้งเบรกเกอร์วงจรสองตัว — หนึ่งเป็นเบรกเกอร์วงจรแบบอากาศและอีกตัวเป็นเบรกเกอร์วงจรแบบสุญญากาศ — ในวงจรที่เหมือนกันและทำการทดสอบภายใต้เงื่อนไขเหตุขัดข้องเดียวกัน

วงจรเป็นการเชื่อมโยงระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าทั้งสองด้านของเบรกเกอร์ที่ไม่ได้สัมพันธ์กัน ทำให้เกิดแรงดันชั่วขณะระหว่างช่องว่างคอนแทคที่ใกล้เคียงสองเท่าของแรงดันที่กำหนด นำไปสู่ความล้มเหลวของเบรกเกอร์

ผลลัพธ์:

• เบรกเกอร์วงจรแบบอากาศ:
  ถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ ตู้ควบคุมของเบรกเกอร์แตก และสวิตช์เกียร์ทั้งสองด้านถูกทำลายอย่างรุนแรง ต้องการการสร้างใหม่และเปลี่ยนทดแทนอย่างมาก

• เบรกเกอร์วงจรแบบสุญญากาศ:
  ความล้มเหลวลดน้อยลงอย่างมาก หลังจากเปลี่ยนตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศและทำความสะอาดผลิตภัณฑ์อาร์ก (เถ้า) จากเบรกเกอร์และตู้ควบคุม สวิตช์เกียร์สามารถกลับมาใช้งานได้อย่างรวดเร็ว

สรุป

เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศแสดงให้เห็นถึงการควบคุมเหตุขัดข้อง ความปลอดภัย และความเชื่อถือได้ที่เหนือกว่าเบรกเกอร์แบบอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่รุนแรง ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศป้องกันการขยายตัวของอาร์ก ลดความเสียหายและระยะเวลาหยุดทำงาน

ในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงจากการระเบิดหรือไฟไหม้ เช่น โรงงานเคมีและเหมืองถ่านหิน การทำงานโดยไม่มีอาร์กไฟฟ้าและสมรรถนะที่แข็งแกร่งของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแบบสุญญากาศให้ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีและความปลอดภัยอย่างชัดเจน