Breaker ng Vacuum vs Breaker ng Hangin: Pangunahing Pagkakaiba

Mga Circuit Breaker na Low-Voltage Air kontra Vacuum Circuit Breakers: Struktura, Performance at Application

Ang mga circuit breaker na low-voltage air, na kilala rin bilang universal o molded frame circuit breakers (MCCBs), ay disenyo para sa AC voltages ng 380/690V at DC voltages hanggang 1500V, na may rated currents na nasa pagitan ng 400A hanggang 6300A o kahit 7500A. Ang mga circuit breaker na ito ay gumagamit ng hangin bilang medium para sa arc-quenching. Ang arc ay inextinguish sa pamamagitan ng pag-elongate, splitting, at cooling ng isang arc chute (arc runner). Ang mga circuit breaker na ito ay maaaring interrupt ang short-circuit currents ng 50kA, 80kA, 100kA, o hanggang 150kA.

Pangunahing Mga Komponente at Functionality

• Operating Mechanism: Nakalagay sa harap ng circuit breaker, ito ay nagbibigay ng kinakailangang bilis para sa contact separation at closure. Ang mabilis na motion ng contact ay tumutulong sa pag-elongate at pag-cool ng arc, na nagpapadali sa extinction.

• Intelligent Trip Unit: Ito ay nakalagay sa tabi ng operating mechanism, at ito ang "brain" ng low-voltage circuit breaker. Ito ay tumatanggap ng current at voltage signals sa pamamagitan ng sensors, nagkukwenta ng electrical parameters, at nag-uugnay sa kanila sa mga preset LSIG protection settings:

• L: Long-time delay (overload protection)

• S: Short-time delay (short-circuit protection)

• I: Instantaneous (instant trip)

• G: Ground fault protection
  Batay sa mga setting na ito, ang trip unit ay nagbibigay ng signal sa mechanism upang buksan ang circuit breaker sa panahon ng overloads o short circuits, na nagbibigay ng komprehensibong proteksyon.

• Arc Chamber at Terminals: Nakalagay sa likod, ang arc chamber ay naglalaman ng contacts at arc chute. Ang lower three-phase outgoing terminals ay kasama ang:

• Electronic current sensors (para sa signal input sa trip unit)

• Electromagnetic current transformers (CTs) (para sa supply ng operating power sa trip unit)

Ang operating mechanism karaniwang may mechanical life na mas mababa sa 10,000 operations.

Ebolusyon mula sa Air sa Vacuum Interruption

Historically, ang mga medium-voltage air circuit breakers ay umiral, ngunit malaki, may limitadong breaking capacity, at naglabas ng mahalagang arc flash (non-zero arc), kaya hindi ligtas at impraktikal.

Sa kabilang banda, ang mga vacuum circuit breakers (VCBs) ay may katulad na overall layout: ang operating mechanism sa harap, at ang interrupter sa likod. Gayunpaman, ang interrupter ay gumagamit ng vacuum interrupter (o "vacuum bottle"), na may struktura na katulad ng isang incandescent light bulb — isang sealed glass o ceramic envelope na evacuated sa mataas na vacuum.

Sa vacuum:

• Kailangan lamang ng maliit na contact gap upang matugunan ang insulation at withstand voltage requirements.

• Ang arc ay mabilis na inextinguish dahil sa absence ng ionizable medium at efficient diffusion ng metal vapor.

Applications ng Vacuum Circuit Breakers

Ang mga vacuum circuit breakers ay mabilis na umunlad at ngayon ay malawak na ginagamit sa mga low-voltage, medium-voltage, at high-voltage systems:

• Low-Voltage VCBs: Karaniwang may rating na 1.14kV, na may rated currents hanggang 6300A at short-circuit breaking capacity hanggang 100kA.

• Medium-Voltage VCBs: Pinaka-karaniwan sa 3.6–40.5kV range, na may currents hanggang 6300A at breaking capacity hanggang 63kA. Mahigit 95% ng medium-voltage switchgear ngayon ay gumagamit ng vacuum interruption.

• High-Voltage VCBs: Ang single-pole interrupters ay umabot na sa 252kV, at ang 550kV vacuum circuit breakers ay nakuha sa pamamagitan ng series-connected interrupters.

Key Design Differences

Hindi tulad ng mga air circuit breakers na gumagamit ng contact springs, ang mga vacuum circuit breakers ay nangangailangan ng operating mechanism na:

• Magbigay ng sapat na opening at closing speed

• Tiyakin ang sapat na contact pressure

Ang contact pressure na ito ay dapat sapat pa rin kahit may 3mm na contact wear, upang maiahon nang maayos ang rated current at matiis ang peak short-time current sa panahon ng faults.

Advantages ng Vacuum Circuit Breakers

• Mataas na reliability at safety

• Immune sa environmental conditions (dust, humidity, altitude)

• Zero arc flash (walang external arcing)

• Compact size at matagal na maintenance intervals

Ang mga advantages na ito ay nagbibigay ng ideal na gamit ng vacuum breakers sa mga hazardous environments tulad ng chemical plants, coal mines, oil & gas facilities, kung saan ang explosion risks at fire safety ay critical.

Real-World Case Study: Performance ng Vacuum vs. Air Breaker Under Fault

Isang malaking chemical plant ay nainstalo ng dalawang circuit breakers — isa na air circuit breaker at isa na vacuum circuit breaker — sa magkaparehong circuit configurations at pinagsama sila sa parehong fault conditions.

Ang circuit ay isang tie configuration, kung saan ang power sources sa bawat side ng circuit breaker ay out of synchronization. Ito ay nagresulta sa transient voltage sa contact gap na lumapit sa twice the rated voltage, na nag-lead sa breaker failure.

Results:

• Air Circuit Breaker:
  Nagkaroon ng complete destruction. Ang enclosure ng breaker unit ay napunit, at ang adjacent switchgear sa parehong sides ay malubhang nasira. Kinailangan ng extensive reconstruction at replacement.

• Vacuum Circuit Breaker:
  Ang failure ay mas mababa ang intensity. Matapos palitan ang vacuum interrupter at linisin ang arc by-products (soot) mula sa breaker at compartment, ang switchgear ay mabilis na ibinalik sa serbisyo.

Conclusion

Ang mga vacuum circuit breakers ay nagpapakita ng superior fault containment, safety, at reliability kumpara sa mga air breakers, lalo na sa panahon ng severe transient overvoltages. Ang kanilang sealed vacuum interrupters ay nagprevent ng arc propagation, na nagminimize ng damage at downtime.

Sa mga explosive o flammable environments tulad ng chemical plants at coal mines, ang arc-free operation at robust performance ng mga vacuum circuit breakers ay nagbibigay ng clear technological at safety advantage.