Paano Tumatalo ng mga Vacuum Circuit Breakers ng Tama

01 Pambungad

Sa mga sistema ng medium-voltage, ang mga circuit breaker ay hindi maaaring hindi kasama na pangunahing komponente. Ang mga vacuum circuit breaker ang nangunguna sa lokal na merkado. Kaya, ang tama na electrical design ay hindi maaaring hiwalayin mula sa tamang pagpili ng mga vacuum circuit breaker. Sa seksyon na ito, ipag-uusap namin kung paano tama na pumili ng mga vacuum circuit breaker at ang mga karaniwang maling ideya sa kanilang pagpili.

02 Ang Kapasidad ng Pagputol para sa Short-Circuit Current Ay Hindi Kailangang Masyadong Mataas

Ang kapasidad ng pagputol ng short-circuit ng isang circuit breaker ay hindi kailangang masyadong mataas, ngunit dapat may ilang margin upang makatugon sa hinaharap na paglago ng grid capacity na maaaring magresulta sa pagtaas ng short-circuit current. Gayunpaman, sa aktwal na electrical design, ang pinili na kapasidad ng pagputol ng mga circuit breaker ay madalas masyadong mataas. 

Halimbawa, sa mga end-user transformer substations sa loob ng 10kV system, ang busbar short-circuit current ay kadalasang nasa paligid ng 10kA, at sa mas malaking-capacity na sistema, maaaring umabot hanggang 16kA. Gayunpaman, sa mga electrical design drawing, ang kapasidad ng pagputol ng mga vacuum circuit breaker ay madalas tinukoy bilang 31.5kA, o kahit 40kA. Ang ganitong mataas na kapasidad ng pagputol ay nagresulta sa sayang na investment. Sa mga nabanggit na kaso, sapat na ang 20kA o 25kA na kapasidad ng pagputol. Ngunit, sa kasalukuyan, ang mga vacuum circuit breaker na may 31.5kA na kapasidad ng pagputol ay may mataas na demand at mass-produced, nagresulta sa pagbaba ng manufacturing costs at presyo, kaya naging mas malawak na ginagamit.

Sa electrical design, ang inihesang short-circuit currents ay kadalasang nasa mataas na bahagi. Ang dahilan dito ay ang system impedance at contact resistance sa circuit loop ay madalas nakakalimutan sa panahon ng pagkalkula. Syempre, ang kapasidad ng pagputol ng mga circuit breaker ay dapat pinili batay sa pinakamataas na posible na short-circuit current. Gayunpaman, ang setting value ng short-circuit protection ay hindi dapat batay sa pinakamataas na short-circuit current. 

Ito ay dahil madalas nangyayari ang mga arcs sa panahon ng short circuits, at ang resistance ng arc ay napakataas. Sa mga calculation ng design, ang short circuits ay itinreat bilang pure metallic three-phase short circuits, na inaasahan na walang arc at walang contact resistance. Sa aktwal na fault statistics, higit sa 80% ng mga short circuit ay single-phase, at halos lagi ang mga arcs ay naroroon sa panahon ng short-circuit events. Dahil dito, ang aktwal na short-circuit current ay mas mababa kaysa sa ideal na inihesang value. 

Kung ang setting value ng protection ay masyadong mataas, ito ay nagbabawasan ng sensitivity ng protection o nagdudulot ng failure ng instantaneous protection na gumana. Sa engineering practice, ang problema ay madalas hindi ang circuit breaker na hindi nag-putol, kundi ang protection element na hindi nag-activate dahil sa masyadong mataas na setting values. Incidentally, ang pure metallic three-phase short circuits ay malamang na hindi nangyayari—ito lamang nangyayari kung ang grounding wires ay hindi natanggal pagkatapos ng maintenance bago isara ang breaker. Gayunpaman, ang grounding ay karaniwang ginagawa gamit ang grounding switches o grounding trolleys, at ang interlocking functions ay nandoon, kaya ang pure metallic short circuits ay napakaliit ang posibilidad.

Sa mga electrical construction drawings, kadalasang nakikita ang kapasidad ng pagputol ng main incoming circuit breaker na isang antas mas mataas kaysa sa mga feeder circuit breakers. Ito ay hindi kinakailangan. Ang main breaker ay nag-handle ng busbar short-circuit faults, habang ang mga feeder breakers ay nag-handle ng mga fault sa kanilang mga respective circuits. Gayunpaman, malapit sa load side ng isang feeder breaker, dahil sa kanyang proximity sa busbar, ang short-circuit current ay hindi naiiba nang malaki mula sa busbar short-circuit current. Kaya, ang kapasidad ng pagputol ng main at feeder breakers ay dapat pareho.

03 Ang Electrical at Mechanical Life Requirements Ay Hindi Kailangang Masyadong Mataas

Ang electrical life na binanggit dito ay hindi tumutukoy sa bilang ng pagbubuksan at pag-sasara ng breaker sa ilalim ng rated o partial load current sa tiyak na interval, kundi ang bilang ng pag-putol ng short-circuit current nang walang kinakailangang maintenance. Walang national standard para sa bilang na ito. Karaniwan, ang mga manufacturer ay disenyo para sa 30 na ganyang pag-putol. Ang ilang mga produktong manufacturer ay maaaring handlin 50. Sa bidding documents para sa mga user project, kadalasang nakikita ang masyadong mataas na requirements para sa bilang ng short-circuit interruptions. Halimbawa, isang tender document ay nangangailangan ng 12kV line protection vacuum circuit breaker na putulin ang rated short-circuit current 100 beses, na may mechanical life ng 100,000 operations at rated current interruption 20,000 beses—ang mga requirements na ito ay hindi makatwiran.

Masyadong mataas na bilang ng short-circuit interruptions ay hindi kinakailangan. Ang short-circuit fault ay isang malaking electrical incident. Bawat pag-occur ay dapat itreat bilang isang seryosong aksidente na nangangailangan ng root cause analysis at corrective actions upang maiwasan ang recurrence. Kaya, sa buong effective service life ng isang circuit breaker, ito ay lalagyan lamang ng short-circuit faults ilang beses. Ang mas mataas na system voltage, mas malaking pinsala ang idinudulot ng short circuits, ngunit mas mababa ang probabilidad ng pag-occur. Kaya, ang isang medium-voltage circuit breaker na maaaring putulin 30 short-circuit faults ay sapat na. Ang type testing para sa short-circuit interruption ay mahal. Para sa 12kV vacuum circuit breaker, ang bawat short-circuit interruption test ngayon ay may halaga ng humigit-kumulang 10,000 RMB. Ang pag-conduct ng maraming tests ay nagdudulot ng mataas na cost at hindi kinakailangan.

Nangangahulugan ba ang mas mataas na bilang ng matagumpay na interruptions na mas mahusay ang kapasidad ng pag-putol? Ito ang isa pang karaniwang maling ideya. Ang key sa short-circuit interruption testing ng vacuum circuit breaker ay nasa unang sampung operations. Basta ang breaker ay matagumpay na putulin ang inihesang current sa unang sampung tests, ang kanyang susunod na performance ay karaniwang reliable. Ang statistical data mula sa type tests ay nagpapakita na ang pinakamataas na probabilidad ng failure ay nasa unang sampung interruptions at unti-unting bumababa habang lumalaki ang bilang ng interruptions. Matapos ang 30 interruptions, ang posibilidad ng failure sa susunod na mga test ay halos zero. Kaya, ang maaaring putulin 30 beses ay hindi nangangahulugan na hindi ito maaaring putulin 50—it simply means further testing is unnecessary.

Tungkol sa mechanical life ng mga vacuum circuit breakers, walang kinakailangang masyadong mataas na requirements. Ang M1 class ay orihinal na hindi bababa sa 2,000 operations, at ang M2 class ay lamang 10,000. Ngayon, ang mga manufacturer ay nag-compete sa mechanical life—isang claim na 25,000, at isa na 100,000. Sa bidding processes, ang mga participant ay nag-compare ng mga halaga ng mechanical life, na walang saysay para sa distribution-use vacuum circuit breakers. Gayunpaman, sa mga espesyal na aplikasyon tulad ng frequent switching ng motors, arc furnaces, o automatic capacitor compensation circuits, ang vacuum contactors ang mas angkop (ang SF6 circuit breakers ang karaniwang ginagamit para sa switching ng medium-voltage capacitor banks). Ang mga contactors ay may mechanical at electrical lives na higit sa isang milyong operations (ang kanilang electrical life ay iminumensura sa rated current interruption, hindi short-circuit current). Walang kinakailangang compete sa mechanical life sa mga circuit breakers.

04 Excessive Requirements for Other Electrical Parameters

Ang short-time withstand current ng isang circuit breaker ay tumutukoy sa kanyang kakayahan na tanggapin ang thermal stress ng short-circuit current sa panahon ng fault. Ito ay hindi pareho sa temperature rise. Ang temperature rise testing ay kasama ang pagpasa ng rated o inihesang current sa breaker sa mahabang panahon at siguraduhin na ang temperature rise sa iba't ibang puntos ay hindi lumampas sa inihesang limit. Ang short-time withstand current ng isang circuit breaker ay karaniwang itest para sa 3 segundo.

Sa loob ng panahong ito, ang init na ginawa ng short-circuit current ay hindi dapat sumira sa breaker. Ang 3-second thermal withstand capability ay sapat na. Ang dahilan dito ay pagkatapos ng short circuit, ang time-graded protection maaaring kasama ang intentional delay upang matiyak ang selectivity. Para sa time-based protection, ang 0.5-second delay sa pagitan ng adjacent breakers ay matitiyak ang selectivity. Kung ang mga breakers ay may dalawang antas ng pagkakaiba, ang trip delay ay 1 segundo; kung tatlo, 1.5 segundo. Ang 3-second withstand capability ay sapat na. Gayunpaman, ang ilang mga user o designers ay insistent na 5-second thermal withstand capability, na talagang hindi kinakailangan.

Sa panahon ng closing process ng isang circuit breaker, ang moving at fixed contacts maaaring mag-bounce. Kung ang bounce time ay masyadong mahaba o ang three-phase closing asynchronism ay malaki, maaaring mangyari ang breakdown at restrike sa pagitan ng mga contacts. Ang restrike ay nagdudulot ng charge-discharge process sa circuit, na nagpapataas ng steepness at amplitude ng overvoltage. Ang overvoltage na ito ay kilala bilang contact restrike overvoltage.

Ang panganib nito maaaring lampa pa sa current chopping overvoltage ng vacuum circuit breakers, na nagbabanta sa turn-to-turn insulation ng transformers at motors. Kaya, ang contact bounce time at three-phase asynchronism ay hindi dapat lampa ng 2ms. Ang kasalukuyang parameters ng circuit breaker ay ginawa upang matugunan ang requirement na ito. Gayunpaman, ang ilang mga user ay nangangailangan ng halaga na mas mababa kaysa 2ms, kahit nangangailangan ng hindi hihigit sa 1ms, na lampa sa kasalukuyang teknikal na kakayahan.

05 Negative Issues Caused by Excessively High Starting Current of Vacuum Interrupters

Ang starting rated current para sa medium-voltage vacuum interrupters ay 630A. Kasalukuyan, ang ilang mga manufacturer ay hindi na gumagawa ng 630A versions, at ang pinakamababang starting current ay tumaas sa 1250A. Ito ay may kaugnayan sa vacuum interrupter manufacturing. Gayunpaman, ito ay nagdudulot ng serye ng negative consequences. Dahil ang starting current ng vacuum interrupters ay masyadong mataas, ang mga vacuum circuit breakers na inassemble gamit ang mga interrupter na ito ay kailangang tugma sa rating ng interrupter. 

Dahil dito, lahat ng associated components—tulad ng pole columns, plug-in contacts sa pole columns, at fixed contacts sa switchgear—ay kailangang tugma sa rating ng interrupter. Ito ay nagresulta sa severe waste ng non-ferrous metal materials sa karamihan ng mga kaso. Halimbawa, ang isang 12kV vacuum circuit breaker ay maaaring supply lang ng 1000kVA transformer, na ang 10kV side rated current ay lamang 57.7A. Gayunpaman, dahil ang vacuum interrupter ay nagsisimula sa 1250A, ang circuit breaker ay kailangang rated sa 1250A. Bilang resulta, lahat ng mga accessories ng breaker ay kailangang may rated current na hindi bababa sa 1250A, at ang fixed contacts sa switchgear ay kailangang may rated current na hindi bababa sa 1250A, na nagresulta sa significant waste ng non-ferrous metals.

Mas masama pa, ang mga user o designers ay insistent na ang current-carrying capacity ng main conductors sa switchgear ay kailangang tugma sa circuit breaker—na ang conductor’s current-carrying capacity ay designed sa 1250A. Sa tunay na sitwasyon, ang capacity na 60A ay sapat na, at basta ang minimum cross-section ng circuit conductor ay lumalampas sa dynamic at thermal stability checks, mayroon pa ring malaking lugar para makipagtipid sa materials.