คู่มือการเลือกตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ: พารามิเตอร์และการใช้งาน

I. การเลือกตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ

ควรเลือกตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศตามกระแสไฟฟ้าที่กำหนดและกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่กำหนด โดยใช้ความจุของระบบไฟฟ้าเป็นแนวทางหลัก ควรหลีกเลี่ยงการใช้ปัจจัยความปลอดภัยที่สูงเกินไป การเลือกที่อนุรักษ์นิยมเกินไปไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการ "ขนาดใหญ่เกินไป" (ตัวตัดวงจรขนาดใหญ่สำหรับโหลดขนาดเล็ก) ซึ่งไม่คุ้มค่าเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อประสิทธิภาพในการตัดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำหรือกระแสไฟฟ้าเก็บประจุที่มีขนาดเล็ก อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงจากการตัดกระแสไฟฟ้าที่ไม่สมบูรณ์ได้ 

ตามเอกสารที่เกี่ยวข้อง ประมาณ 93.1% ของวงจรเฟดเดอร์ 10kV ในระบบไฟฟ้าที่ดำเนินงานอยู่ในประเทศจีนมีกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไม่เกิน 2000A ดังนั้น การเลือกกระแสไฟฟ้าที่กำหนดควรเน้นค่าที่ 2000A หรือน้อยกว่า การเลือกกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่สูงสุดควรปฏิบัติตามข้อกำหนดใน "แนวทางการวางแผนและการปรับปรุงเครือข่ายเมือง" หลีกเลี่ยงการไล่ตามความปลอดภัยที่มากเกินไป

ในตลาดจีนขณะนี้ ตัวตัดวงจรแบรนด์นำเข้าที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Schneider's HVX, ABB's VD4 และ Siemens' 3AE series แบรนด์ภายในประเทศ ได้แก่ Changshu Switchgear's CV1, Shanglian's RMVS1, และ Baoguang's ZN172 series ความแตกต่างทางคุณภาพระหว่างแบรนด์ภายในประเทศและแบรนด์นำเข้าตอนนี้น้อยมาก

II. ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศและคุณสมบัติ

ตัวตัดวงจรคืออุปกรณ์สวิตช์ที่มีห้องดับอาร์คพิเศษ มันสามารถปิด เปิด และตัดกระแสไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขวงจรปกติ และสามารถปิด เปิด และตัดกระแสไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขวงจรผิดปกติ (เช่น วงจรลัดวงจร) ภายในระยะเวลาที่กำหนด มันเหมาะสมสำหรับระบบไฟฟ้าที่มีความถี่ 50Hz และระดับแรงดัน 3.6kV ขึ้นไป ใช้ในการเปิดและปิดกระแสโหลด (โดยทั่วไปไม่เกิน 4000A) กระแสโหลดเกิน และกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่กำหนด (โดยทั่วไปไม่เกิน 63kA) 

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการเปิดและปิดสายส่งไฟฟ้าระยะไกลที่ไม่มีโหลด หม้อแปลงที่ไม่มีโหลด แบงค์คอนเดนเซอร์ ฯลฯ และสามารถรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (โดยทั่วไปไม่เกิน 63kA) ภายในระยะเวลาที่กำหนด (1s, 3s, 4s) รวมถึงปิดบนกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (โดยทั่วไปไม่เกิน 160kA) อายุการใช้งานเชิงกลของตัวตัดวงจรโดยทั่วไปคือ 10,000 ครั้ง รุ่นพิเศษสามารถใช้งานได้ถึง 30,000 หรือ 60,000 ครั้ง เมื่อติดตั้งกับแอคทูเอเตอร์แม่เหล็กถาวร สามารถใช้งานได้ถึง 100,000 ครั้ง ตาม CB1984-2014 อายุการใช้งานเชิงไฟฟ้าของตัวตัดวงจรคือ 274 ครั้ง 

ตัวตัดวงจรโดยทั่วไปมีความสามารถในการป้อนใหม่โดยอัตโนมัติ ทำให้สามารถเรียกคืนการจ่ายไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วหลังจากกำจัดความเสียหาย และมักใช้ในแอพพลิเคชันที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม ตัวตัดวงจรมีราคาสูง (ต้องการการป้องกันโดยรีเลย์หรือระบบป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์) และเวลาในการตัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติอยู่ภายใน 80ms (ขึ้นอยู่กับเวลาตอบสนองของรีเลย์ป้องกัน เวลาการกระแทกของตัวตัดวงจร และเวลาอาร์ค) ความเร็วในการตัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติของตัวตัดวงจรช้ากว่าชุดสวิตช์ ดังนั้น อุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันต้องมีความสามารถในการทนทานต่อกระแสไฟฟ้าสั้นๆ ที่เพียงพอ

III. การใช้งานหลักของตัวตัดวงจร

ตัวตัดวงจรใช้ในบริษัทอุตสาหกรรมและเหมืองแร่ พลังงานไฟฟ้า และสถานีไฟฟ้าสำหรับรับ ควบคุม และป้องกันระบบไฟฟ้า การกำหนดค่าทั่วไป (ใช้ 12kV เป็นตัวอย่าง) ประกอบด้วยตัวตัดวงจรขาเข้าสองตัวและตัวตัดวงจรขาออกหนึ่งตัวหรือมากกว่า (ดูแผนภาพ) กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของตัวตัดวงจรขาเข้าโดยทั่วไปไม่เกิน 4000A กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ตัดโดยทั่วไปไม่เกิน 50kA กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของตัวตัดวงจรขาออกโดยทั่วไปไม่เกิน 1600A กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ตัดโดยทั่วไปไม่เกิน 40kA

IV. หลักเกณฑ์การเลือกตัวตัดวงจร

• ใช้ตัวตัดวงจรเมื่อควบคุมกระแสโหลดที่เกิน 630A

• ใช้ตัวตัดวงจรเมื่อป้องกันหม้อแปลงที่มีความจุมากกว่า 1600kVA ที่ปลายทางพลังงาน

• ใช้ตัวตัดวงจรเมื่อป้องกันมอเตอร์ที่มีความจุมากกว่า 1200kW

• ใช้ตัวตัดวงจรเมื่อสลับแบงค์คอนเดนเซอร์

• ใช้ตัวตัดวงจรเฉพาะเจาะจงเมื่อป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

• ใช้ตัวตัดวงจรเมื่อป้องกันสายส่งไฟฟ้าหรืออุปกรณ์สำคัญ

ตัวอย่างการใช้งานตัวตัดวงจร

V. ข้อควรระวังในการทำงานของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ

ในการทำงาน การบำรุงรักษาตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศควรกำหนดตามสภาพการใช้งานและความถี่ในการทำงาน สำหรับตัวตัดวงจรที่ทำงานไม่บ่อย (การทำงานประจำปีไม่เกิน 1/5 ของอายุการใช้งานเชิงกล) การตรวจสอบประจำปีเพียงครั้งเดียวภายในระยะเวลาของอายุการใช้งานเชิงกลก็เพียงพอ สำหรับตัวตัดวงจรที่ทำงานบ่อย จำนวนการทำงานระหว่างการตรวจสอบไม่ควรเกิน 1/5 ของอายุการใช้งานเชิงกล

เมื่อความถี่ในการทำงานสูงมากหรืออายุการใช้งานเชิงกลหรือเชิงไฟฟ้าใกล้สิ้นสุด ควรงดการตรวจสอบให้สั้นลง รายการตรวจสอบและปรับปรุง ได้แก่ ระดับสุญญากาศ การเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ของตัวติดต่อ การทำงานพร้อมกัน ความเร็วในการเปิดและปิด ตลอดจนการตรวจสอบส่วนประกอบหลักของกลไกการทำงาน การเชื่อมต่อไฟฟ้าภายนอก ฉนวน และตัวติดต่อเสริมของแหล่งจ่ายไฟควบคุม

ควรสังเกตุปัญหาต่อไปนี้ในการทำงานของตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ:

(1) ปัญหาเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสูงเกิน

ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศมักจะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงเกินเมื่อตัดกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก โดยเฉพาะกระแสเหนี่ยวนำขนาดเล็ก เช่น กระแสไฟฟ้าที่ทำให้หม้อแปลงแม่เหล็ก ด้วยการตัดกระแสที่มากเกินไป นอกจากนี้ เมื่อตัดกระแสเก็บประจุของแบงค์คอนเดนเซอร์ การจุดอาร์คใหม่เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงได้ยาก ครั้งใดที่การจุดอาร์คใหม่เกิดขึ้น จะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงเกินจากการจุดอาร์คใหม่ ดังนั้น ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าฟ้าชนิดโลหะออกไซด์ที่มีประสิทธิภาพหรืออุปกรณ์ป้องกัน RC (ตัวต้านทาน-คอนเดนเซอร์)

(2) การตรวจสอบความสมบูรณ์ของสุญญากาศในห้องตัดวงจร

ระดับสุญญากาศภายในห้องตัดวงจรแบบสุญญากาศโดยทั่วไปจะรักษาไว้ระหว่าง 10⁻⁴ และ 10⁻⁶ Pa เมื่อห้องตัดวงจรแก่และสะสมการสวิตช์มากขึ้น หรือเนื่องจากอิทธิพลภายนอก ระดับสุญญากาศจะค่อยๆ ทรุดโทรม เมื่อระดับสุญญากาศลดลงต่ำกว่าค่าวิกฤติ ความสามารถในการตัดวงจรและกำลังทนทานไฟฟ้าจะลดลง ดังนั้น ระดับสุญญากาศภายในห้องตัดวงจรต้องทดสอบอย่างสม่ำเสมอในการทำงาน

(3) การตรวจสอบการสึกหรอของตัวติดต่อ

พื้นผิวติดต่อของห้องตัดวงจรแบบสุญญากาศจะสึกหรอค่อยๆ หลังจากการตัดกระแสหลายครั้ง เมื่อการสึกหรอของตัวติดต่อเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของตัวติดต่อจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ระยะการเคลื่อนที่ของเบลโลวส์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้อายุการใช้งานของเบลโลวส์ลดลงอย่างมาก โดยทั่วไป การสึกหรอทางไฟฟ้าสูงสุดที่ยอมรับได้คือประมาณ 3mm เมื่อการสึกหรอสะสมถึงหรือเกินค่านี้ ประสิทธิภาพในการตัดวงจรและความนำไฟฟ้าของห้องตัดวงจรแบบสุญญากาศจะลดลง แสดงว่าถึงเวลาสิ้นสุดการใช้งานแล้ว

VI. สรุป

ในการเลือกตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ ควรพิจารณาสภาพการจ่ายไฟฟ้าจริงและลักษณะโหลดที่แท้จริงบนฝั่งโหลด การเลือกตัวตัดวงจรที่ถูกต้องและเหมาะสมมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มความปลอดภัยและเชื่อถือได้ในการทำงานของระบบ