چرا مداربر قطع کننده خلاء ۱۲kV از SF6/روغن/هوا برتری دارد: تحلیل راه حل کامل
چرا مداربرهای خلاء ۱۲ کیلوولت از SF6/روغن/هوا برترند: تحلیل راهحل کامل
در توزیع برق با ولتاژ متوسط (MV)، به ویژه در دستگاههای سوئیچ داخلی ۱۲ کیلوولت، مداربرهای خلاء (VCBs) به عنوان فناوری غالب ظاهر شدهاند و به طور قابل توجهی از جایگزینهای تاریخی مانند مداربرهای SF₆، مداربرهای کمروغن و مداربرهای هوا پیشی گرفتهاند. این گزارش مقایسهای دقیق بین VCBs داخلی ۱۲ کیلوولت و این رقبا ارائه میدهد و مزایای اصلی آنها را برجسته میکند.
I. مروری بر فناوریهای رقابتی اصلی
- مداربرهای SF₆
- اصول کار: از گاز ششفلورید سولفور (SF₆) برای خاموش کردن قوس الکتریکی و عایقبندی استفاده میکند. SF₆ خصوصیات عایقبندی و خاموش کردن قوس بسیار خوبی دارد.
- کاربرد: در زمانهای گذشته در سیستمهای MV/HV، به ویژه برای کاربردهای با ظرفیت قطع بالا یا کاربردهای خارجی، به طور گسترده استفاده میشد. با این حال، سهم بازار آن در سیستمهای داخلی ۱۲ کیلوولت به دلیل نگرانیهای محیطی و نگهداری، توسط VCBs جایگزین شده است.
- مداربرهای کمروغن
- اصول کار: از روغن ترانسفورماتور به عنوان مedium خاموش کردن قوس استفاده میکند اما به طور قابل توجهی کمتر از طرحهای قدیمی با روغن زیاد استفاده میکند.
- کاربرد: قبل از VCBs یک فناوری اصلی بود. نقاط ضعف اصلی شامل خطر آتشسوزی، نگهداری بالا و آلودگی محیطی است.
- مداربرهای هوا
- اصول کار: از پرتاب هوای فشرده برای خاموش کردن قوس استفاده میکند.
- کاربرد: در سیستمهای HV اولیه یا کاربردهای خاص استفاده میشد. برای سناریوهای داخلی ۱۲ کیلوولت، ACBs از VCBs در ظرفیت قطع، اندازه و صدای تولید شده کمتر عملکرد دارند.
II. مزایای اصلی VCBs داخلی ۱۲ کیلوولت
VCBs در شش بعد بحرانی از رقبا پیشی گرفتهاند:
- خاموش کردن قوس و قابلیت اطمینان فوقالعاده
- قطع خلاء: خلاء یک medium عایقبندی ایدهآل است. خاموش کردن قوس به طور موثر در صفر جریان در یک قطعکننده بسته انجام میشود و با بازیابی سریع خواص عایقبندی. این امر اطمینان بالایی را فراهم میکند، به ویژه برای عملیات مکرر.
- عدم خطر دوباره روشن شدن: برخلاف SF₆ یا روغن، خاموش کردن با خلاء به طور عملياتی خطر دوباره روشن شدن را حذف میکند.
- ظرفیت قطع بالا: VCBs مدرن ۱۲ کیلوولت محدوده گستردهای از جریانهای قطع کوتاهمدار (Isc) را پوشش میدهند، از ۲۰ کیلوآمپر تا ۵۰ کیلوآمپر+ (به عنوان مثال، ZN63/VBY-12: ۴۰ کیلوآمپر؛ VS1-12: ۵۰ کیلوآمپر)، با مداربرهای SF₆ برابری میکنند و از مداربرهای روغن/هوایی فراتر میروند.
- عمر مفید الکتریکی طولانی: قادر به تحمل ۳۰ تا ۵۰ قطع کامل با ظرفیت کامل (به عنوان مثال، VT19-12, VS1-12)، که نیازهای کلاس E2 را برآورده میکند و از مداربرهای روغنی فراتر میرود.
- تفوق محیطی و ایمنی
- صفر تولید گازهای گلخانهای: VCBs از خلاء به جای SF₆— یک گاز گلخانهای قدرتمند با GWP ~23,500× CO₂— استفاده میکنند که چالشهای قانونی و دفع را حذف میکند.
- عدم خطر آتشسوزی: برخلاف مداربرهای روغنی، قطعکنندههای خلاء هیچ خطر آتشسوزی یا انفجاری ندارند.
- عملکرد غیر سمی: هیچ محصول جانبی سمی در حین قطع تولید نمیکند (مغایر با تجزیه SF₆).
- نگهداری حداقلی و طول عمر بلند
- طراحی "بدون نگهداری": قطعکنندههای خلاء بسته نیازی به نگهداری داخلی در طول عمر (معمولاً با طول عمر مکانیکی همراه است). این مورد با مداربرهای SF₆ (نظارت/تکمیل گاز) و مداربرهای روغنی (تغییر روغن) تفاوت قابل توجهی دارد.
- عمر مفید مکانیکی بالا: مکانیزمهای بهرهبرداری با فنر ۱۰,۰۰۰ تا ۳۰,۰۰۰ عملیات (کلاس M2) را انجام میدهند که نگهداری مکانیکی را کاهش میدهد.
- عایقبندی جامد: فناوریهایی مانند ستونهای پوشیده با اپوکسی (به عنوان مثال، VS1-12) مقاومت در برابر گرد و غبار، رطوبت و تعریق را افزایش میدهند.
- طراحی فشرده و انعطافپذیری
- مساحت کوچک: قطعکنندههای خلاء فشرده و مکانیزمهای بهینه طراحیهای کارآمد فضایی را ممکن میسازند.
- تنوع نصب: مکانیزمهای عملیاتی یکپارچه پشتیبانی از کنفیگوراسیونهای ثابت یا قابل خروج (به عنوان مثال، برای KYN28A-12/GZS1, XGN switchgear) میکنند.
- پیمانهای بودن: مونتاژ ساده و تعویض مؤلفهها.
- قطع پیشرفته و کارایی هزینه
- جریان قطع کم: در حین قطع جریان القایی، ولتاژ بیش از حد را کاهش میدهد.
- قطع کلاس C2: احتمال بسیار کم دوباره روشن شدن برای بانکهای خازن.
- هزینه کل مالکیت کم: در حالی که هزینههای اولیه ممکن است با مداربرهای SF₆ همسطح باشد، VCBs به دلیل نگهداری حداقلی، عدم هزینههای مدیریت SF₆، کاهش حق بیمه (بدون خطر آتشسوزی) و طول عمر خدماتی طولانی، هزینههای طول عمر کمتری دارند.
- مقاومت محیطی
- در شرایط استاندارد (−۱۵°س تا +۴۰°س، ≤۱,۰۰۰ متر ارتفاع) به طور مطمئن کار میکند. نسخههای عایقبندی جامد در محیطهای سخت (به عنوان مثال، رطوبت بالا، آلودگی) تحمل میکنند.
III. خلاصه مقایسهای
جدول: VCB داخلی ۱۲ کیلوولت در مقابل رقبای کلیدی
|
ویژگی |
VCB |
مداربر SF₆ |
مداربر کمروغن |
مداربر هوا |
|
medium قوس |
خلاء |
گاز SF₆ |
روغن ترانسفورماتور |
هوای فشرده |
|
قوت اصلی |
قابلیت اطمینان، بدون نگهداری، محیط زیستدوستانه، فشرده، طول عمر طولانی |
ظرفیت قطع بالا، عایقبندی |
نظامی (تاریخی) |
بدون خطر آتشسوزی |
|
ضعف اصلی |
ولتاژ بیش از حد (قابل مدیریت) |
گاز با GWP بالا، نگهداری پیچیده |
خطر آتشسوزی، نگهداری مکرر، آلودگی |
اندازه بزرگ، صدای تولید شده، ظرفیت قطع محدود |
|
ظرفیت قطع (Isc) |
بالا (۲۰ کیلوآمپر تا ۵۰ کیلوآمپر+) |
بالا |
متوسط |
پایین/متوسط |
|
عمر مفید الکتریکی |
بالا (۳۰ تا ۵۰ عملیات) |
متوسط/بالا |
پایین |
متوسط |
|
عمر مفید مکانیکی |
بالا (۱۰,۰۰۰ تا ۳۰,۰۰۰ عملیات) |
متوسط/بالا |
پایین |
متوسط |
|
نگهداری |
بسیار کم |
بالا (نظارت بر گاز) |
بالا (تغییر روغن) |
متوسط (سیستم هوا) |
|
محیط زیستدوستانه |
عالی (صفر تولید گاز) |
ضعیف (GWP SF₆) |
ضعیف (آلودگی روغن) |
متوسط (صدای تولید شده) |
|
خطر آتشسوزی/انفجار |
هیچ |
پایین (SF₆ غیرقابل اشتعال) |
بالا |
هیچ |
|
اندازه |
فشرده |
متوسط |
بزرگ |
بسیار بزرگ |
|
هزینه کل مالکیت |
پایین (اولیه + بلندمدت) |
بالا (گاز + هزینههای مطابقت) |
متوسط/بالا (نگهداری + خطر) |
متوسط/بالا |
|
روند بازار |
غلب برای داخلی ۱۲ کیلوولت |
خارج شدن از داخلی MV |
منسوخ شده |
کاربردهای خاص |
IV. نتیجهگیری
برای توزیع برق داخلی ۱۲ کیلوولت، مداربرهای خلاء (VCBs) به طور قاطع فناوری انتخابی هستند. قابلیت خاموش کردن قوس فوقالعاده، قابلیت اطمینان بینظیر، عملکرد واقعاً بدون نگهداری، ایمنی محیطی (بدون خطر SF₆/روغن/آتشسوزی)، طراحی فشرده و کارایی هزینهای طول عمر آنها جایگاه غالب آنها را در زیرساختهای الکتریکی مدرن تثبیت کرده است.
