چرا مدار شکن هوای بازشو استاندارد طلایی برای توزیع برق ایمن و قابل نگهداری است؟

مدار شکن هوای بازشو چیست و چه تفاوتی با انواع ثابت دارد

A قطع کننده مدار هوا (ACB) یک دستگاه سوئیچینگ محافظ با جریان بالا است که بر روی شاسی نصب شده است که می تواند بدون قطع سیم کشی خارجی به صورت فیزیکی از پایه یا نوار آن در پانل تابلو برق خارج شود. بر خلاف یک قطع کننده مدار با نصب ثابت - که به طور دائم در پانل پیچ می شود و قبل از اینکه بتوان آن را جدا کرد، نیاز به قطع کامل مدار و قطع فیزیکی کابل ها دارد - طراحی بیرون کشیده اجازه می دهد تا بریکر از طریق یک توالی از موقعیت های میانی تعریف شده، غلت بخورد یا از موقعیت های میانی تعریف شده خارج شود، و آن را از هر دو گذرگاه اصلی و مدار کنترل ایمن جدا می کند. بخش ثابت مجموعه که به عنوان گهواره یا شاسی قابل برداشت شناخته می شود، به طور دائم به هادی های ورودی و خروجی متصل می شود. تمام اتصالات الکتریکی بین بریکر و پایه از طریق مجموعه ای از کنتاکت های ایزوله محکم و فنری انجام می شود که با حرکت شکن بین موقعیت ها درگیر و جدا می شوند.

این ویژگی مکانیکی به ظاهر ساده پیامدهای عملی عمیقی برای بهره برداری، نگهداری و قابلیت اطمینان سیستم های توزیع برق دارد. در کارخانه‌های صنعتی، مراکز داده، بیمارستان‌ها و ساختمان‌های تجاری بزرگ - محیط‌هایی که در دسترس بودن مداوم برق حیاتی است و تعمیر و نگهداری باید با خیال راحت انجام شود - مکانیسم تخلیه آنچه را که در غیر این صورت یک رویداد قطعی برنامه‌ریزی‌شده بزرگ بود، به یک روش کوتاه و کنترل‌شده تبدیل می‌کند. بریکر را می توان در یک میز کار آماده آزمایش، بازرسی، سرویس یا تعویض کرد، در حالی که یک واحد یدکی در گهواره نصب شده است، به جای چند ساعت، برق را در عرض چند دقیقه بازیابی می کند. این انعطاف‌پذیری عملیاتی، قطع‌کننده مدار هوای بیرون‌کش را به انتخاب غالب برای موقعیت‌های منبع اصلی، کوپلر اتوبوس، و موقعیت‌های فیدر بزرگ در تابلو برق توزیع فشار متوسط ​​و بالا در سراسر جهان تبدیل کرده است.

سه موقعیت تعریف شده یک مدار شکن بازشو

مکانیسم کشش از طریق سه موقعیت مکانیکی متمایز و قابل قفل شدن عمل می کند که هر کدام هدف خاصی در عملکرد ایمن تابلو برق دارند. درک این موقعیت‌ها برای کارکرد صحیح و ایمن تابلو برق ضروری است.

موقعیت متصل

در موقعیت اتصال، کنتاکت‌های جداکننده اصلی بریکر به طور کامل با کنتاکت‌های سمت باس و سمت بار گهواره درگیر می‌شوند و دوشاخه مدار کنترل ثانویه متصل است. بریکر آماده بسته شدن است و جریان را به طور معمول حمل می کند. همه اینترلاک ها برای عملکرد عادی راضی هستند. هنگامی که بریکر در حالت بسته (روشن) قرار دارد، نمی توان آن را از موقعیت متصل خارج کرد - یک اینترلاک ضد خروج تا زمانی که شکن باز نشود از حرکت جلوگیری می کند و از پیامدهای فاجعه بار تلاش برای شکستن جریان بار با مکانیسم قفسه بندی به جای کنتاکت های خاموش کننده قوس محافظت می کند.

موقعیت آزمون

در موقعیت آزمایش، کنتاکت های جداکننده اصلی به طور کامل جدا شده و به طور فیزیکی از باس و هادی بار جدا می شوند، اما دوشاخه مدار کنترل ثانویه متصل باقی می ماند. این اجازه می دهد تا کنترل قطع کننده، رله حفاظتی، مکانیسم عملکرد موتور و عملکردهای کمکی با استفاده از منبع تغذیه کنترل پانل بدون هیچ گونه امکان اتصال کنتاکت های اصلی به گذرگاه زنده، کار و آزمایش شوند. تکنسین‌های تعمیر و نگهداری می‌توانند آزمایش‌های عملکردی کامل را انجام دهند - از جمله تست‌های سفر از رله‌های اضافه جریان و خطای زمین، باز کردن و بستن برقی شکن، و تأیید وضعیت‌های تماس کمکی - با ایمنی کامل با مدار اصلی جدا شده. موقعیت تست همچنین برای بررسی های اولیه راه اندازی و تست های معمول دوره ای بدون نیاز به قطع سیستم استفاده می شود.

موقعیت قطع شده

در موقعیت قطع، هر دو کنتاکت جداکننده اصلی و دوشاخه مدار کنترل ثانویه کاملاً جدا می شوند. بریکر به طور کامل از تمام اتصالات الکتریکی داخل پانل جدا شده است و می توان با خیال راحت از پایه روی ریل ها یا چرخ های راهنمای آن برای بازرسی کامل، تمیز کردن، نگهداری تماس یا تعویض خارج شود. کرکره های ایمنی خودکار روی خوشه های تماسی در گهواره و سمت بار در گهواره بسته می شوند که از تماس تصادفی با هادی های برق در طول فرآیند خروج جلوگیری می کند. این دریچه‌ها را می‌توان تنها با وارد کردن مجدد کنترل‌شده بریکر به گهواره باز کرد و یک لایه حفاظتی حیاتی در برابر تماس‌های برق‌دار ناخواسته در جایی که در غیر این صورت یک محفظه اتوبوس زنده در معرض دید قرار می‌گرفت، فراهم می‌کند.

فناوری قطع قوس در قطع کننده های مدار هوا

"هوا" در قطع کننده مدار هوا به محیط خاموش کننده قوس اشاره دارد - بر خلاف کلیدهای مدار روغن، که قوس ها را در روغن عایق خاموش می کنند، یا قطع کننده های مدار SF6 که از گاز هگزا فلوراید سولفور استفاده می کنند، ACB با استفاده از سیستم مجموعه های لوله قوس الکتریکی، قوس جریان خطا را در هوای آزاد قطع می کند. درک نحوه کارکرد این طرح، هم اثربخشی طراحی و هم الزامات نگهداری خاص آن را توضیح می دهد.

هنگامی که کنتاکت های شکن در شرایط خطا از هم جدا می شوند، یک قوس الکتریکی در شکاف بین کنتاکت های بازکننده تشکیل می شود. این قوس حامل جریان خطا است و باید به سرعت خاموش شود تا مدار قطع شود. در یک ACB، قوس توسط نیروهای الکترومغناطیسی و مجموعه‌ای از راه‌اندازهای قوس به داخل یک کانال قوس رانده می‌شود - پشته‌ای از صفحات قوس‌شکن فلزی که عمود بر مسیر قوس چیده شده‌اند. همانطور که قوس وارد ناودان می شود، به تعداد زیادی قوس سری کوتاهتر بین صفحات تقسیم کننده مجاور تقسیم می شود. هر بخش قوس برای حفظ ولتاژ احتراق مجدد خود نیاز دارد و ولتاژ مورد نیاز ترکیبی همه بخش ها به سرعت از ولتاژ سیستم فراتر می رود و جریان قوس کل را به صفر می رساند و فرآیند وقفه را کامل می کند. کل دنباله، از جداسازی تماس تا جریان صفر، معمولاً بسته به بزرگی جریان خطا و طراحی قطع کننده در 20 تا 80 میلی ثانیه رخ می دهد.

رتبه‌بندی‌های فعلی، ظرفیت شکست و استانداردها

قطع کننده های مدار هوای بیرون کش برای کاربردهای با جریان بالا طراحی شده اند و در طیف وسیعی از درجه بندی ها مشخص شده اند که باید به دقت با نیازهای سیستم الکتریکی مطابقت داده شوند. استانداردهای اولیه حاکم بر طراحی و آزمایش ACB عبارتند از IEC 60947-2 (تجهیزات سوئیچ و کنترل ولتاژ پایین - قطع کننده های مدار) و UL 1066 در بازارهای آمریکای شمالی، با بسیاری از تولید کنندگان محصولات دارای گواهی دوگانه را ارائه می دهند.

تمایز بین Icu و Ics به ویژه برای طراحان سیستم مهم است. یک بریکر با توان Icu 85 کیلو آمپری می‌تواند خطای با این بزرگی را قطع کند، اما پس از انجام این کار، ممکن است قبل از اینکه برای ادامه سرویس مناسب باشد، نیاز به تعویض یا تعمیر اساسی داشته باشد. یک بریکر با Icهای برابر با 100% Icu - بالاترین طبقه بندی قابلیت شکست سرویس - می تواند جریان خطای نامی خود را قطع کند و برای ادامه کار کاملاً قابل استفاده بماند، که این یک ویژگی مهم در سیستم های بحرانی است که در آن بریکر باید پس از وقوع خطا بدون تعویض فوری به آن اعتماد کرد.

واحدهای سفر الکترونیکی و عملکردهای حفاظتی

مدار شکن‌های هوای مدرن مجهز به واحدهای سفر الکترونیکی مبتنی بر ریزپردازنده (ETU) هستند که مجموعه‌ای از عملکردهای حفاظتی، قابلیت‌های اندازه‌گیری و رابط‌های ارتباطی بسیار فراتر از آنچه با مکانیسم‌های سفر حرارتی-مغناطیسی قبلی امکان‌پذیر بود، ارائه می‌کنند. ETU مرکز اطلاعاتی بریکر است که به طور مداوم جریان را در تمام فازها و هادی خنثی را کنترل می کند، حالات حرارتی را محاسبه می کند و در صورت تجاوز از هر آستانه حفاظتی، دستورات سفر به مکانیزم عملیاتی را صادر می کند.

توابع حفاظت استاندارد

عملکردهای حفاظتی اصلی ارائه شده توسط ETU در ACBهای خروجی شامل حفاظت اضافه بار (تاخیر طولانی مدت - L)، حفاظت از اتصال کوتاه با تاخیر زمانی (تأخیر کوتاه مدت - S)، حفاظت از اتصال کوتاه لحظه ای (I) و حفاظت از خطای زمین (G). هر تابع دارای آستانه‌های جریان پیکاپ و تنظیمات تاخیر زمانی قابل تنظیم مستقل است، که به مهندس حفاظت اجازه می‌دهد تا مشخصه سفر بریکر را دقیقاً برای دستیابی به تبعیض با دستگاه‌های بالادست و پایین دست در طیف کامل سطوح جریان خطا پیکربندی کند. این چارچوب حفاظتی LSIG چهار کاره، معماری استاندارد برای ACB ETU است و مبنای هماهنگی حفاظت در سیستم‌های توزیع پیچیده با سطوح مختلف دستگاه‌های اضافه جریان را تشکیل می‌دهد.

اندازه گیری و ارتباطات پیشرفته

فراتر از حفاظت، ETU های پیشرفته اندازه گیری واقعی RMS جریان در هر فاز و خنثی، ولتاژ در هر فاز و بین فازها، ضریب توان، توان اکتیو و راکتیو، مصرف انرژی و سطوح اعوجاج هارمونیک را ارائه می دهند. این داده‌های اندازه‌گیری به صورت محلی از طریق نمایشگر یکپارچه و از راه دور از طریق رابط‌های ارتباطی از جمله Modbus RTU، Modbus TCP/IP، PROFIBUS، PROFINET، IEC 61850 و پروتکل‌های مختلف اختصاصی سازنده قابل دسترسی هستند. یکپارچه‌سازی با سیستم‌های مدیریت ساختمان، پلت‌فرم‌های SCADA و نرم‌افزار مدیریت انرژی به داده‌های شکن اجازه می‌دهد تا به نظارت جامع کیفیت توان، مدیریت تقاضا و برنامه‌های نگهداری پیش‌بینی‌کننده در سراسر تأسیسات کمک کنند.

کاربردهای معمولی که در آن ACB های Draw-Out مشخص شده اند

قطع کننده مدار هوای خروجی در هر جایی مشخص می شود که ترکیبی از ظرفیت جریان بالا، حفاظت جامع، انعطاف پذیری عملیاتی و قابلیت نگهداری بدون قطعی، هزینه بالاتر را در مقایسه با قطع کننده های مدار قالبی با نصب ثابت توجیه می کند. چندین دسته برنامه به طور مداوم تصمیمات مشخصات ACB را هدایت می کنند.

• بریکرهای اصلی در تابلوهای توزیع فشار پایین (MDB): موقعیت منبع اصلی برق را از ترانسفورماتور MV/LV دریافت می کند و بحرانی ترین نقطه حفاظتی در سیستم توزیع LV است. ساخت و ساز کشش در اینجا اجازه می دهد تا قطع کننده اصلی بدون قطع برق کامل محل نگهداری یا تعویض شود، که در اکثر صنایع با فرآیند پیوسته و تاسیسات حیاتی غیرقابل قبول است.
• قطع کننده های کوپلر اتوبوس در سیستم های شینه های تکراری: در تابلو برق با دو منبع ورودی و یک کوپلر اتوبوس بین آنها، کوپلر شکن باید بدون از کار انداختن هر دو درآمد به طور همزمان قابل نگهداری باشد. ساخت و ساز کشش این امکان را فراهم می کند و هدف افزونگی ترتیب دوگانه ورودی را حفظ می کند.
• قطع کننده های ورودی ژنراتور در سیستم های قدرت آماده به کار و پرایم: قطع کننده های مدار ژنراتور با شروع، هماهنگ سازی و خاموش شدن ژنراتورها، چرخه های کلیدزنی مکرری را تجربه می کنند. رتبه‌بندی استقامت مکانیکی بالا و توانایی حفظ تماس‌ها بدون قطع شدن سیستم، ACB‌های بیرون کشیده را انتخاب مناسبی برای این موقعیت‌ها می‌سازد.
• فیدرهای موتور بزرگ در کارخانه‌های صنعتی: موتورهای بالاتر از حدود 200 کیلووات اغلب مستقیماً از مدارهای تغذیه‌کننده MDB محافظت می‌شوند و نه بریکرهای قالبی، که تحمل جریان راه‌اندازی موتور را با ظرفیت قطع خطا بالا و توانایی تنظیم تنظیمات حفاظتی ترکیب می‌کنند، زیرا ویژگی‌های موتور در طول راه‌اندازی اصلاح می‌شوند.
• توزیع برق مرکز داده: ترکیبی از الزامات در دسترس بودن 24 ساعته، سطوح بالای جریان اتوبوس، و نیاز به نگهداری و آزمایش سیستم‌های حفاظتی بدون وقفه در سرویس، ACB‌های تخلیه‌شده را به مشخصات استاندارد برای موقعیت‌های اصلی و فرعی در زیرساخت‌های برق مرکز داده Tier III و Tier IV تبدیل می‌کند.

الزامات نگهداری و برنامه بازرسی

یکی از توجیهات اولیه برای مشخص ساختن کشش، سهولت و ایمنی نگهداری است. با این حال، مکانیسم تخلیه تنها در صورتی مزایای در دسترس بودن خود را ارائه می دهد که یک برنامه تعمیر و نگهداری ساختاریافته واقعاً اجرا شود. نادیده گرفتن تعمیر و نگهداری ACB در عمل رایج است و منجر به تخریب تماس، اتصال مکانیسم، و رانش ETU می شود که می تواند منجر به خاموش شدن مزاحم یا - خطرناک تر - عدم قطع شدن در شرایط خطای واقعی شود.

• بازرسی سالیانه: بریکر را به حالت قطع شده بکشید و کنتاکت های اصلی را برای نشانه های حفره، سوختگی یا فرسایش بررسی کنید. صفحات کانال قوس را از نظر رسوبات کربن و آسیب مکانیکی بررسی کنید. مکانیسم کشش را برای عملکرد صاف بررسی کنید، ریل های راهنما و پیچ های قفسه بندی را طبق مشخصات سازنده روغن کاری کنید و وضعیت کرکره های ایمنی خودکار را بررسی کنید.
• تست عملکردی ETU: از موقعیت تست بریکر برای انجام تست تزریق اولیه یا ثانویه تمام عملکردهای حفاظتی سالانه استفاده کنید. بررسی کنید که زمان‌ها و جریان‌های سفر با پارامترهای تنظیم‌شده در تلورانس‌های دقت منتشر شده ETU مطابقت دارند. تمام نتایج را مستند کنید و با سوابق آزمایش قبلی مقایسه کنید تا هرگونه تغییر در کالیبراسیون را شناسایی کنید.
• بازرسی تماس جداسازی: کنتاکت های جداکننده دسته انگشتی در گهواره و کنتاکت های جفت شده روی بریکر را با پاک کننده تماسی مناسب تمیز کنید. فشار تماس را با استفاده از ابزارهای مشخص شده توسط سازنده در صورت ارائه بررسی کنید، و انگشتان تماس فرسوده را قبل از کاهش نیروی فنر تا جایی که مقاومت تماس افزایش می‌یابد و گرمایش تحت جریان بار رخ می‌دهد، جایگزین کنید.
• بازرسی پس از خطا: پس از هر عملیات تحت شرایط خطا - بدون توجه به شدت جریان خطا - بریکر را خارج کرده و قبل از بازگرداندن آن به سرویس، یک بازرسی کامل انجام دهید. صفحات ناودان قوس الکتریکی، کنتاکت های اصلی و فنرهای مکانیزم عملیاتی همگی در هنگام قطع خطا دچار تنش می شوند و باید قبل از اینکه دوباره بریکر برای محافظت از سیستم به آن اعتماد شود، بر اساس معیارهای جایگزینی ارزیابی شوند.
• تصویربرداری حرارتی در حال سرویس: با استفاده از بریکر در حالت متصل و بسته که جریان بار معمولی را حمل می‌کند، تصویربرداری حرارتی دوره‌ای از محفظه پانل از طریق پنجره‌های بازرسی مناسب می‌تواند نقاط داغ در حال توسعه را در رابط‌های تماس ایزوله قبل از ایجاد آسیب قابل مشاهده یا قطع مزاحمت شناسایی کند – ارائه هشدار قبلی برای برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی‌شده.

انتخاب ACB Draw-Out مناسب: معیارهای تصمیم گیری کلیدی

تعیین صحیح یک قطع کننده مدار هوای خروجی مستلزم کار از طریق یک فرآیند انتخاب ساختاریافته است که رتبه های الکتریکی، الزامات حفاظتی، عوامل مکانیکی و محیطی و نیازهای یکپارچه سازی سیستم را پوشش می دهد.

• جریان نامی: یک ورودی در یا بالاتر از حداکثر جریان پیوسته ای که مدار حمل می کند، انتخاب کنید که برای دمای واقعی محیط نصب در صورتی که از شرایط مرجع استاندارد 40 درجه سانتیگراد استفاده شده در جداول رتبه بندی سازنده تجاوز کند، کاهش می یابد.
• ظرفیت شکست: جریان اتصال کوتاه احتمالی را در نقطه نصب با استفاده از داده‌های امپدانس سیستم محاسبه کنید و بررسی کنید که Icu قطع کننده از این مقدار بیشتر است. برای کاربردهای حیاتی، Icها را معادل 100% Icu تعیین کنید تا از قابلیت سرویس دهی پس از خطا اطمینان حاصل کنید.
• جریان مقاومت کوتاه مدت (Icw): اگر در مطالعه هماهنگی حفاظتی، بریکر باید خاموش شدن را به تأخیر بیندازد تا به دستگاه پایین دست اجازه دهد ابتدا یک عیب را برطرف کند - یک نیاز رایج در موقعیت‌های ورودی اصلی و کوپلر اتوبوس - امتیاز Icw باید از حداکثر جریان خطا برای مدت زمان تأخیر مورد نیاز تجاوز کند، معمولاً 0.1 تا 1 ثانیه.
• توابع حفاظت ETU و ارتباطات: عملکردهای حفاظتی مورد نیاز را بر اساس مطالعه هماهنگی تعریف کنید و پیش از انتخاب نوع ETU، سازگاری پروتکل ارتباطی را با مدیریت توان تاسیسات یا سیستم SCADA مشخص کنید.
• نوع مکانیزم عملیاتی: مشخص کنید که آیا مکانیسم های بسته شدن دستی، موتوری یا انرژی ذخیره شده (با فنر) بر اساس فرکانس سوئیچینگ، الزامات عملیات از راه دور و طراحی طرح انتقال خودکار نصب مورد نیاز است یا خیر.
• قطعات یدکی و پشتیبانی طولانی‌مدت: بررسی کنید که سازنده می‌تواند متعهد به در دسترس بودن قطعات یدکی برای چرخه عمر محصول رتبه‌بندی شده - معمولاً ۱۵ تا ۲۵ سال برای تابلو برق در زیرساخت‌های حیاتی - و اینکه پشتیبانی فنی و خدمات کالیبراسیون محلی برای برنامه تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی‌شده در دسترس است.