قبل از تعیین مدار شکن خلاء داخلی با ولتاژ متوسط ​​چه چیزی باید بدانید؟

مدار شکن خلاء داخلی با ولتاژ متوسط چیست؟

A مدارشکن وکیوم داخلی ولتاژ متوسط (MV VCB) یک وسیله کلیدزنی و حفاظتی است که برای قطع جریان های خطا و جداسازی مدارهای الکتریکی که در محدوده ولتاژ متوسط - معمولاً بین 1 کیلو ولت تا 52 کیلو ولت - طراحی شده است. مشخصه تعیین کننده این فناوری مکانیسم خاموش کردن قوس آن است: قوس الکتریکی که هنگام جدا شدن کنتاکت ها ایجاد می شود، در داخل یک قطع کننده خلاء مهر و موم شده خاموش می شود، جایی که عدم وجود مولکول های گاز مانع از حفظ قوس در خارج از عبور از صفر فعلی می شود. این اصل وقفه خلاء باعث خاموشی قوس بسیار سریع و تمیز می شود، با حداقل فرسایش تماسی و بدون نیاز به عایق گاز یا روغن به عنوان یک محیط قطع کننده.

نام "داخلی" نشان می دهد که این شکن ها برای نصب در داخل اتاقک های تابلو برق با روکش فلزی، اتاق های سوئیچ، یا پست های محصور طراحی شده اند که شرایط محیطی - دما، رطوبت، گرد و غبار و آلودگی - کنترل یا تا حدی کنترل می شود. این آنها را از قطع کننده های مدار خلاء در فضای باز نصب شده بر روی قطب ها یا در پست های هوای آزاد، که به ضد آب و هوای اضافی و محفظه های مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش نیاز دارند، متمایز می کند. VCB های داخلی MV از جمله پرکاربردترین دستگاه های حفاظتی در توزیع برق صنعتی، پست های فرعی ثانویه، ساختمان های تجاری، مراکز داده و تأسیسات زیرساختی در سراسر جهان هستند.

چگونه وقفه خلاء کار می کند

قطع کننده خلاء قلب قطع کننده مدار است. این شامل دو کنتاکت آلیاژ مس-کروم - یکی ثابت و دیگری متحرک - است که در داخل یک پاکت سرامیکی یا شیشه‌ای قرار دارد که با فشار تقریباً 10-3 تا 10-4 Pa تخلیه می‌شود. هنگامی که شکن سیگنال قطع را دریافت می‌کند، یک مکانیسم عملیاتی با شارژ فنر یا الکترومغناطیسی، کنتاکت ثابت را با سرعت بالا از کنتاکت دور می‌کند. همانطور که کنتاکت ها از هم جدا می شوند، جریان به طور لحظه ای از طریق یک قوس بخار فلزی که توسط تبخیر مواد تماس حفظ می شود، جریان می یابد.

از آنجایی که عملاً هیچ مولکول گازی در شکاف خلاء وجود ندارد، پلاسمای قوس پس از عبور جریان از نقطه عبور طبیعی خود که 100 بار در ثانیه در یک سیستم 50 هرتز رخ می دهد، نمی تواند از نظر حرارتی حفظ شود. در آن تقاطع صفر، قوس خاموش می شود و شکاف خلاء قدرت دی الکتریک خود را در میکروثانیه بازیابی می کند - بسیار سریعتر از هوا، SF6 یا قطع کننده های نفت. این بازیابی سریع دی الکتریک چیزی است که به قطع کننده های مدار خلاء اجازه می دهد تا جریان های اتصال کوتاه 25 کیلوآمپر، 31.5 کیلو آمپر یا 40 کیلو آمپر را در کسری از یک چرخه قطع کنند و انرژی خطا را محدود کرده و آسیب به تجهیزات پایین دست را به حداقل برسانند. ماده تماس مس و کروم به طور خاص برای به حداقل رساندن جوشکاری تماسی، تولید یک قوس منتشر که به طور یکنواخت در سطح تماس پخش می شود و در برابر فرسایش در ده ها هزار چرخه عملیاتی مقاومت می کند، انتخاب شده است.

پارامترهای فنی کلیدی و معنای آنها

انتخاب صحیح قطع کننده مدار خلاء داخلی MV مستلزم درک روشنی از پارامترهای درجه بندی شده است که پوشش عملیاتی آن را مشخص می کند. جدول زیر حیاتی ترین مشخصات و اهمیت عملی آنها را خلاصه می کند:

جریان قطع اتصال کوتاه پارامتری است که اغلب در حین خرید کمتر از اندازه کوچکتر می شود. سطح خطای احتمالی در نقطه نصب باید از روی امپدانس ترانسفورماتور بالادست، امپدانس کابل و پیکربندی سیستم محاسبه شود - نه تنها از رتبه بندی پلاک نام تخمین زده شود. نصب بریکر با درجه ISC ناکافی در یک گذرگاه با خطای بالا یک خطر ایمنی جدی است: ممکن است شکن نتواند خطا را قطع کند و قوس الکتریکی را حفظ کند که می تواند باعث انفجار فلاش قوس الکتریکی در داخل اتاقک تابلو برق شود.

مکانیسم های عملیاتی: فنر شارژ در مقابل محرک مغناطیسی

مکانیسم عملیاتی که جداسازی و بسته شدن تماس را هدایت می‌کند، یک عامل اطمینان حیاتی است. دو طرح بر بازار VCB داخلی MV تسلط دارند.

مکانیزم فنری شارژ

مکانیسم شارژ فنری (انرژی ذخیره شده) از مجموعه ای از فنرهای از پیش فشرده شده برای هدایت هر دو حرکت بسته شدن و باز شدن به طور مستقل استفاده می کند. یک موتور الکتریکی یا دسته دستی فنر بسته شدن را شارژ می کند. هنگامی که فرمان بسته صادر می شود، فنر انرژی خود را آزاد می کند تا کنتاکت ها را بسته و همزمان فنر بازکننده را شارژ می کند. فنر باز در یک فرمان سفر آزاد می شود و مخاطبین را از هم جدا می کند. این ذخیره انرژی مستقل به این معنی است که بریکر می‌تواند یک چرخه کامل باز-بستن-باز (O-CO) را بدون تکیه بر در دسترس بودن منبع تغذیه کنترلی در طول زمان باز انجام دهد - یک نیاز حیاتی برای برنامه‌های حفاظتی که در آن قطع‌کننده باید قطع شود، حتی اگر منبع تغذیه کمکی از کار افتاده باشد. مکانیزم های فنری دارای سابقه خدمات طولانی و مستند هستند و انتخاب پیش فرض برای اکثر کاربردهای تابلو برق هستند.

مکانیزم محرک مغناطیسی (مگنت دائمی).

مکانیسم محرک مغناطیسی فنرهای مکانیکی را با یک آهنربای دائمی و یک سیم پیچ الکترومغناطیسی جایگزین می کند. یک پالس جریان کوتاه از طریق سیم پیچ، محرک را جذب یا دفع می کند تا درایو باز یا بسته شود، و آهنربای دائمی کنتاکت ها را بدون مصرف برق مداوم در موقعیت خود نگه می دارد. محرک های مغناطیسی قطعات متحرک کمتری نسبت به مکانیزم های فنری دارند - معمولاً کمتر از 10 جزء متحرک در مقایسه با بیش از 100 قطعه در یک فنر محرک - که طرفداران استدلال می کنند که منجر به قابلیت اطمینان مکانیکی بالاتر و نیازهای تعمیر و نگهداری کمتر در طول عمر کاری 25 تا 30 ساله می شود. محدودیت این است که باز شدن به یک پالس انرژی ذخیره شده از یک بانک خازن نیاز دارد که باید شارژ باقی بماند. از دست دادن منبع شارژ خازن می تواند از خاموش شدن آن جلوگیری کند. کلیدهای محرک مغناطیسی به طور فزاینده ای در کاربردهایی که فواصل نگهداری بسیار کم را در اولویت قرار می دهند، مانند پست های شبکه و سیستم های توزیع زیرزمینی، رایج هستند.

کاربردهای اصلی مدارشکن های خلاء داخلی MV

کلیدهای مدار خلاء داخلی MV در نقاط کلیدزنی و حفاظتی در سراسر شبکه های توزیع ولتاژ متوسط نصب می شوند. نقش‌های خاص آن‌ها بسته به کاربرد متفاوت است، اما نیاز اساسی - قطع خطا قابل اعتماد و سوئیچینگ قابل کنترل - در همه آنها سازگار است.

• پست های توزیع اولیه و ثانویه، که در آن MV VCB از فیدرهای ترانسفورماتور، کوپلرهای اتوبوس و فیدرهای عرضه ورودی محافظت می کند. کلیدهای ورودی در تابلوهای 11 کیلوولت یا 33 کیلو ولت تقریباً منحصراً کلیدهای مدار خلاء در تاسیسات مدرن هستند و جایگزین کلیدهای مدار روغنی می شوند که از دهه 1980 به بعد جایگزین شدند.
• کنترل موتور کارخانه صنعتی، که در آن موتورهای ولتاژ متوسط ​​بزرگ - معمولاً بالای 200 کیلو وات - به جای کنتاکتورها توسط VCB های اختصاصی سوئیچ و محافظت می شوند. خلاء شکن هم سوئیچینگ معمولی استارت/ایست و هم حفاظت از خطا را انجام می دهد و نیاز به ترکیب رله حفاظتی و فیوز جداگانه را در بسیاری از پیکربندی ها از بین می برد.
• مرکز داده و تابلوی تاسیسات حیاتی، که در آن زمان رفع سریع عیب قطع کننده های خلاء، مدت زمان افت ولتاژ را در فیدرهای سالم مجاور به حداقل می رساند و خطر تعویض غیرضروری سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) به باتری را در طول یک خطای فیدر موازی کاهش می دهد.
• شبکه‌های جمع‌آوری انرژی‌های تجدیدپذیر، از جمله پست‌های کلکتور مزرعه بادی و پست‌های ترکیب‌کننده رشته‌های PV خورشیدی، که در آن‌ها VCB‌های MV از کابل‌های فیدر که واحدهای تولیدی جداگانه را به گذرگاه جمع‌آوری متصل می‌کنند محافظت می‌کنند و جداسازی سریع بخش‌های معیوب را بدون تأثیر بر ظرفیت تولید باقی‌مانده ارائه می‌دهند.
• پست‌های تامین کشش راه‌آهن، که در آن‌ها چرخه وظیفه‌ای پرکار - سوئیچینگ فرکانس بالا همراه با وقفه بار القایی - فناوری خلاء را به گزینه ترجیحی نسبت به جایگزین‌ها تبدیل می‌کند، با VCB‌های کششی درجه‌بندی شده برای سیستم‌های AC تک فاز ۲۵ کیلوولت.

خلاء در مقابل مدار شکن های SF₆: انتخاب فناوری مناسب

برای چندین دهه، قطع کننده های مدار گاز سولفور هگزا فلوراید (SF6) به طور مستقیم با فناوری خلاء در بازار داخلی ولتاژ متوسط رقابت می کردند. SF6 خواص دی الکتریک عالی و عملکرد خاموش کردن قوس را ارائه می دهد، اما پتانسیل گرمایش جهانی آن - 23500 برابر بیشتر از CO2 - باعث ایجاد فشار نظارتی شدیدتر در اروپا، آمریکای شمالی و سایر حوزه های قضایی شده است. مقررات F-Gas اتحادیه اروپا خط سیری را به سمت حذف تدریجی SF6 در تابلوهای ولتاژ متوسط ​​جدید تا اوایل دهه 2030 تعیین کرده است و چندین تولید کننده اصلی تابلو برق قبلاً اعلام کرده اند که محصولات MV مبتنی بر SF6 را به نفع فناوری های خلاء یا عایق های جایگزین متوقف کرده اند.

برای تاسیسات داخلی جدید، قطع کننده های مدار خلاء از نظر فنی و تجاری انتخاب پیش فرض مناسبی در محدوده کامل ولتاژ متوسط ​​تا 40.5 کیلو ولت هستند. آنها هیچ مسئولیت زیست محیطی ندارند، نیازی به تجهیزات انتقال گاز یا زیرساخت نظارت بر نشتی ندارند، و عملکرد آنها از نظر قابلیت قطع، استقامت مکانیکی، و عمر تماس کاملاً برابر با جایگزین های SF6 در سطوح ولتاژی است که اکثر تابلو برق های داخلی در آن کار می کنند. پروژه‌هایی که امروزه تجهیزات SF6 را مشخص می‌کنند، با سخت‌تر شدن مقررات و سخت‌تر شدن مقررات و سخت‌تر شدن الزامات صدور گواهینامه SF6 برای پرسنل تعمیر و نگهداری، مسئولیت جایگزینی در آینده را جمع‌آوری می‌کنند.

الزامات تعمیر و نگهداری و ملاحظات عمر سرویس

یکی از مزایای عملی قطع کننده های مدار خلاء، تقاضای تعمیر و نگهداری پایین آنها در مقایسه با فناوری های قبلی نفت و انفجار هوا است. قطع کننده خلاء مهر و موم شده در طول عمر خود نیاز به تعمیر و نگهداری داخلی ندارد - یکپارچگی خلاء توسط پوشش سرامیکی یا شیشه ای و اتصالات لحیم کاری شده فلز به سرامیک حفظ می شود و نمی توان آن را در میدان تنظیم کرد. سازندگان یک نشانگر سایش تماس ساده بر روی میل تماس متحرک ارائه می دهند که فرسایش تماس تجمعی را نشان می دهد و به پرسنل تعمیر و نگهداری هشدار می دهد زمانی که قطع کننده به پایان عمر خود نزدیک می شود، معمولاً پس از 20 تا 30 سال سرویس عادی یا پس از رسیدن به تعداد نامی عملیات الکتریکی با بار کامل.

تعمیر و نگهداری معمولی به جای وقفه بر مکانیسم عملیاتی تمرکز دارد. مکانیسم های شارژ فنری به روغن کاری دوره ای نقاط محوری و سطوح بادامک، بازرسی مجموعه فنر و فواصل حرکت، و آزمایش عملکردی سیم پیچ های بسته و تراش نیاز دارند. آزمایش مقاومت عایق قطع کننده ها و هادی های اولیه باید در فواصل زمانی مشخص شده توسط سازنده یا استاندارد تعمیر و نگهداری قابل اجرا - IEEE C37.10 در رویه آمریکای شمالی، IEC 62271-100 در زمینه های بین المللی انجام شود. یک مدارشکن خلاء که به خوبی نگهداری می شود در یک محیط داخلی تمیز باید خدمات قابل اعتمادی را برای 25 تا 30 سال قبل از نیاز به تعمیرات اساسی مکانیزم یا جایگزینی قطع کننده ارائه دهد و هزینه کل چرخه عمر را با جایگزین هایی که نیاز به مداخله مکرر دارند بسیار رقابتی کند.