Vakum ve Hava Devre Kesicileri: Ana Farklar

Düşük Gerilimli Havada Kesme Döşemeleri vs. Vakum Kesici Döşemeler: Yapı, Performans ve Uygulama

Düşük gerilimli havada kesme döşemeleri, aynı zamanda genel veya kalıp çerçeveli devre kesiciler (MCCB) olarak da bilinir, 380/690V AC gerilimleri ve 1500V'ye kadar olan DC gerilimleri için tasarlanmıştır, nominal akım aralığı 400A ile 6300A veya hatta 7500A arasında değişmektedir. Bu kesiciler, kemer söndürme ortamı olarak hava kullanır. Kemer, kemer uzatma, bölünme ve bir kemer kanalı (kemer yolu) tarafından soğutma yoluyla söndürülür. Bu tür kesiciler, 50kA, 80kA, 100kA veya hatta 150kA kısa devre akımlarını kesebilir.

Ana Bileşenler ve İşlevsellik

• İşletme Mekanizması: Kesici ön tarafında yer alır ve temas ayrılması ve kapanması için gerekli hızı sağlar. Hızlı temas hareketi, kemerin uzamasına ve soğumasına yardımcı olur, bu da sönmeyi kolaylaştırır.

• Akıllı Sıçratıcı Birim: İşletme mekanizmasının yanında monte edilmiştir, düşük gerilimli devre kesicinin "beyni"dir. Sensörler aracılığıyla akım ve gerilim sinyallerini alır, elektriksel parametreleri hesaplar ve bunları önceden belirlenmiş LSIG koruma ayarlarıyla karşılaştırır:

• L: Uzun süreli gecikme (aşırı yük koruması)

• S: Kısa süreli gecikme (kısa devre koruması)

• I: Ani (anlık sıçrama)

• G: Toprak hatası koruması
  Bu ayarlara dayanarak, sıçratıcı birim aşırı yükler veya kısa devreler altında kesicinin açılması için mekanizmaya sinyal verir, kapsamlı koruma sağlar.

• Kemer Odası ve Terminaller: Arka tarafta bulunan kemer odası, temaları ve kemer kanalını içerir. Alt üç faz çıkış terminalleri şunlarla donatılmıştır:

• Elektronik akım sensörleri (sıçratıcı birime sinyal girişi için)

• Elektromanyetik akım dönüştürücüler (CT) (sıçratıcı birime çalışma gücü sağlama için)

İşletme mekanizmasının tipik mekanik ömrü 10.000 işlemden azdır.

Havadan Vakuma Geçiş

Tarihsel olarak, orta gerilimli hava devre kesicileri vardı, ancak bu kesiciler cüretkar, sınırlı kesme kapasitesine sahipti ve önemli kemer parlaması (sıfır olmayan kemer) oluşturdukları için güvenli değildi ve uygulanabilir değildi.

Karşıtlık olarak, vakum devre kesicileri (VCB'ler) benzer bir genel düzeneye sahiptir: ön tarafta işletme mekanizması, arka tarafta kesici. Ancak, kesici, yüksek vakuma boşaltılan kapatılmış cam veya seramik bir zarfı andıran bir vakum kesici (veya "vakum şişesi") kullanır.

Vakumda:

• Yalıtım ve dayanıklılık gereksinimlerini karşılamak için sadece küçük bir temas boşluğu gerekir.

• Kemer, iyonize edilebilir bir ortamın yokluğu ve metali buharın etkin difüzyonu nedeniyle hızlı bir şekilde söner.

Vakum Devre Kesicilerinin Uygulamaları

Vakum devre kesicileri hızla gelişti ve şu anda düşük, orta ve yüksek gerilimli sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır:

• Düşük Gerilimli VCB'ler: Tipik olarak 1.14kV nominal gerilimle, 6300A'ya kadar nominal akım ve 100kA'ya kadar kısa devre kesme kapasitesi ile.

• Orta Gerilimli VCB'ler: En yaygın olarak 3.6–40.5kV aralığında, 6300A'ya kadar akım ve 63kA'ya kadar kesme kapasitesi ile. Orta gerilimli anahtar ekipmanlarının %95'ten fazlası şimdi vakum kesici kullanmaktadır.

• Yüksek Gerilimli VCB'ler: Tek pol kesiciler 252kV'ye ulaşmış, ve seri bağlantılı kesiciler aracılığıyla 550kV vakum devre kesicileri elde edilmiştir.

Ana Tasarım Farklılıkları

Hava devre kesicileri temas yayları kullanırken, vakum devre kesicileri işletme mekanizmasından aşağıdaki özelliklere ihtiyaç duyar:

• Yeterli açma ve kapatma hızı sağlamak

• Yeterli temas basıncı sağlamak

Bu temas basıncı, en çok 3mm temas aşınması sonrasında bile, nominal akımı güvenli bir şekilde taşıyabilmek ve arızalar sırasında zirve kısa süreli akımı dayanabilmek için yeterli olmalıdır.

Vakum Devre Kesicilerinin Avantajları

• Yüksek güvenilirlik ve güvenlik

• Çevresel koşullara karşı bağışık (toz, nem, rakım)

• Sıfır kemer parlaması (dış kemer oluşumu yok)

• Kompakt boyut ve uzun bakım aralıkları

Bu avantajlar, vakum kesicilerini kimyasal tesisler, kömür madenleri, petrol ve gaz tesisleri gibi patlama riskleri ve yangın güvenliği kritik olan tehlikeli ortamlarda ideal hale getirir.

Gerçek Hayat Örneği: Arızalı Durumlarda Vakum ve Hava Kesicilerinin Performansı

Bir büyük kimyasal tesis, aynı devre yapılandırmalarında bir hava devre kesicisi ve bir vakum devre kesicisi kurdu ve onları aynı arızalı durumlara maruz bıraktı.

Devre, kesicinin her iki tarafındaki güç kaynaklarının senkronize olmadığını gösteren bir bağlama yapılandırmasıydı. Bu, temas boşluğunun üzerinden geçen geçici gerilimin nominal gerilimin iki katına yaklaşmasına neden oldu, bu da kesicinin başarısız olmasına yol açtı.

Sonuçlar:

• Hava Devre Kesicisi:
  Tamamen yıkıldı. Kesicinin kasası çatladı ve her iki taraftaki komşu anahtar ekipmanları ciddi şekilde hasar gördü. Geniş çaplı yeniden inşa ve değiştirme gerektirdi.

• Vakum Devre Kesicisi:
  Arızanın şiddet derecesi çok daha azdı. Vakum kesiciyi değiştirip, kesiciden ve bölmeden kemer yan ürünlerini (kül) temizledikten sonra, anahtar ekipmanı hızlı bir şekilde servise geri döndürüldü.

Sonuç

Vakum devre kesicileri, özellikle ciddi geçici aşırı gerilimler altında, hava kesicilere göre üstünlük gösterir, arızayı daha iyi kontrol eder, daha güvenlidir ve daha güvenilirdir. Kapalı vakum kesicileri, kemer yayılmasını önler, hasarı ve kapalı kalma süresini minimize eder.

Kimyasal tesisler ve kömür madenleri gibi patlayıcı veya yanıcı ortamlarda, vakum devre kesicilerinin kemer olmayan çalışması ve sağlam performansı teknolojik ve güvenlik açısından açık bir avantaj sağlar.