Công tắc cắt chân không so với công tắc cắt không khí: Những điểm khác biệt chính

Áp-tơ mạch không khí áp suất thấp so với Áp-tơ mạch chân không: Cấu trúc, Hiệu suất và Ứng dụng

Áp-tơ mạch không khí áp suất thấp, còn được gọi là áp-tơ mạch đa năng hoặc áp-tơ khung đúc (MCCBs), được thiết kế cho điện áp xoay chiều 380/690V và điện áp một chiều lên đến 1500V, với dòng định mức từ 400A đến 6300A hoặc thậm chí 7500A. Những áp-tơ này sử dụng không khí làm môi trường dập hồ quang. Hồ quang được dập thông qua kéo dài, chia nhỏ và làm mát bởi khe dập hồ quang (khe dẫn hồ quang). Các áp-tơ này có thể ngắt dòng ngắn mạch lên đến 50kA, 80kA, 100kA, hoặc lên đến 150kA.

Các Thành Phần Chính và Chức năng

• Cơ chế hoạt động: Nằm ở phía trước của áp-tơ, cung cấp tốc độ cần thiết cho việc tách và đóng tiếp điểm. Sự di chuyển nhanh của tiếp điểm giúp kéo dài và làm mát hồ quang, hỗ trợ quá trình dập.

• Đơn vị nhảy thông minh: Được gắn bên cạnh cơ chế hoạt động, đây là "trí não" của áp-tơ mạch không khí áp suất thấp. Nó nhận tín hiệu dòng và điện áp thông qua cảm biến, tính toán các tham số điện và so sánh chúng với cài đặt bảo vệ LSIG đã được thiết lập:

• L: Trì hoãn thời gian dài (bảo vệ quá tải)

• S: Trì hoãn thời gian ngắn (bảo vệ ngắn mạch)

• I: Ngay lập tức (nhảy ngay)

• G: Bảo vệ rò rỉ đất
  Dựa trên các cài đặt này, đơn vị nhảy phát tín hiệu cho cơ chế để mở áp-tơ dưới điều kiện quá tải hoặc ngắn mạch, cung cấp bảo vệ toàn diện.

• Buồng hồ quang và đầu nối: Nằm ở phía sau, buồng hồ quang chứa các tiếp điểm và khe dập hồ quang. Ba đầu ra pha dưới được trang bị:

• Cảm biến dòng điện tử (để nhập tín hiệu vào đơn vị nhảy)

• Biến dòng điện từ (để cung cấp nguồn điện cho đơn vị nhảy)

Cơ chế hoạt động thường có tuổi thọ cơ học ít hơn 10.000 lần vận hành.

Sự Phát Triển từ Ngắt Không Khí sang Ngắt Chân Không

Trong lịch sử, áp-tơ mạch không khí áp suất trung bình tồn tại nhưng rất cồng kềnh, có khả năng ngắt hạn chế và tạo ra hồ quang lớn (không bằng không), khiến chúng không an toàn và không thực tế.

Ngược lại, áp-tơ mạch chân không (VCBs) có bố cục tổng thể tương tự: cơ chế hoạt động ở phía trước, và bộ ngắt ở phía sau. Tuy nhiên, bộ ngắt sử dụng bộ ngắt chân không (hoặc "chai chân không"), cấu trúc tương tự như bóng đèn sợi đốt — một vỏ thủy tinh hoặc gốm kín được hút chân không cao.

Trong chân không:

• Chỉ cần khoảng cách tiếp điểm nhỏ để đáp ứng yêu cầu cách điện và chịu điện áp.

• Hồ quang được dập nhanh chóng do thiếu môi trường ion hóa và sự khuếch tán hiệu quả của hơi kim loại.

Ứng Dụng của Áp-tơ Mạch Chân Không

Áp-tơ mạch chân không đã phát triển nhanh chóng và hiện được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống áp suất thấp, trung bình và cao:

• Áp-tơ mạch chân không áp suất thấp: Thường có định mức 1.14kV, với dòng định mức lên đến 6300A và khả năng ngắt ngắn mạch lên đến 100kA.

• Áp-tơ mạch chân không áp suất trung bình: Phổ biến nhất trong phạm vi 3.6–40.5kV, với dòng lên đến 6300A và khả năng ngắt lên đến 63kA. Hơn 95% tủ phân phối áp suất trung bình hiện sử dụng ngắt chân không.

• Áp-tơ mạch chân không áp suất cao: Bộ ngắt đơn cực đã đạt 252kV, và áp-tơ mạch chân không 550kV đã được đạt được thông qua bộ ngắt nối tiếp.

Sự Khác Biệt Thiết Kế Chủ Yếu

Không giống như áp-tơ mạch không khí sử dụng lò xo tiếp điểm, áp-tơ mạch chân không yêu cầu cơ chế hoạt động phải:

• Cung cấp tốc độ mở và đóng đủ

• Đảm bảo áp lực tiếp điểm đủ

Áp lực tiếp điểm này phải vẫn đủ kể cả sau khi tiếp điểm mòn lên đến 3mm, để đảm bảo truyền dẫn dòng định mức và chịu được dòng đỉnh ngắn mạch trong trường hợp lỗi.

Ưu Điểm của Áp-tơ Mạch Chân Không

• Độ tin cậy và an toàn cao

• Miễn nhiễm với điều kiện môi trường (bụi, độ ẩm, độ cao)

• Không có hồ quang (không có hồ quang bên ngoài)

• Kích thước nhỏ gọn và chu kỳ bảo dưỡng dài

Những ưu điểm này làm cho áp-tơ chân không lý tưởng để sử dụng trong các môi trường nguy hiểm như nhà máy hóa chất, mỏ than, cơ sở dầu khí, nơi rủi ro nổ và an toàn cháy nổ là quan trọng.

Nghiên cứu Trường Hợp Thực Tế: Hiệu Suất của Áp-tơ Mạch Chân Không so với Áp-tơ Mạch Không Khí dưới Điều Kiện Lỗi

Một nhà máy hóa chất lớn đã lắp đặt hai áp-tơ mạch — một áp-tơ mạch không khí và một áp-tơ mạch chân không — trong cùng một cấu hình mạch và đưa chúng vào cùng một điều kiện lỗi.

Mạch là cấu hình kết nối, nơi nguồn điện ở hai bên của áp-tơ không đồng bộ. Điều này dẫn đến điện áp tạm thời qua khoảng cách tiếp điểm gần gấp đôi điện áp định mức, gây ra sự hỏng hóc của áp-tơ.

Kết quả:

• Áp-tơ mạch không khí:
  Bị phá hủy hoàn toàn. Vỏ của đơn vị áp-tơ bị vỡ, và tủ phân phối hai bên đều bị hư hại nghiêm trọng. Cần phải tái xây dựng và thay thế rộng rãi.

• Áp-tơ mạch chân không:
  Sự hỏng hóc ít nghiêm trọng hơn đáng kể. Sau khi thay thế bộ ngắt chân không và làm sạch sản phẩm hồ quang (bụi bẩn) từ áp-tơ và ngăn, tủ phân phối được phục hồi nhanh chóng.

Kết Luận

Áp-tơ mạch chân không chứng tỏ khả năng chứa lỗi, an toàn và độ tin cậy vượt trội so với áp-tơ mạch không khí, đặc biệt là dưới điều kiện điện áp tạm thời cao. Các bộ ngắt chân không kín của chúng ngăn chặn sự lan truyền hồ quang, giảm thiểu thiệt hại và thời gian ngừng hoạt động.

Trong các môi trường dễ cháy nổ như nhà máy hóa chất và mỏ than, hoạt động không có hồ quang và hiệu suất mạnh mẽ của áp-tơ mạch chân không mang lại lợi thế công nghệ và an toàn rõ ràng.