ทำความเข้าใจกับเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศกลางแจ้ง: การออกแบบ การให้คะแนน และการบำรุงรักษา

หน้าที่ของเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศกลางแจ้งในการจ่ายพลังงาน

เบรกเกอร์วงจรสุญญากาศกลางแจ้ง เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งป้องกันที่ใช้ในเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้าแรงปานกลางและแรงสูงเพื่อขัดขวางกระแสไฟฟ้าขัดข้อง และแยกส่วนของระบบไฟฟ้าอย่างปลอดภัยระหว่างการโอเวอร์โหลด การลัดวงจร หรือการบำรุงรักษาตามกำหนดเวลา แตกต่างจากเบรกเกอร์ภายในอาคารที่ทำงานภายในสถานีไฟฟ้าย่อยที่ปิดล้อมซึ่งป้องกันจากองค์ประกอบต่างๆ หน่วยกลางแจ้งถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ทนทานต่อการสัมผัสโดยตรงกับฝน อุณหภูมิสุดขั้ว ความชื้น และรังสี UV ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการสลับที่สม่ำเสมอตลอดการใช้งานมานานหลายทศวรรษ

คำว่า "สุญญากาศ" หมายถึงสื่อขัดขวางที่ใช้ภายในช่องสัมผัสของเบรกเกอร์ เมื่อหน้าสัมผัสแยกจากกันเพื่อขัดขวางการไหลของกระแส สภาพแวดล้อมสุญญากาศจะช่วยให้ส่วนโค้งที่เกิดขึ้นดับลงอย่างรวดเร็วและสะอาด โดยไม่จำเป็นต้องใช้วิธีหยุดชะงักด้วยน้ำมัน ก๊าซ หรือการระเบิดทางอากาศที่ใช้ในการออกแบบเบรกเกอร์รุ่นเก่า ทำให้เบรกเกอร์สุญญากาศเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับสาธารณูปโภคและโรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องการการบำรุงรักษาต่ำ ทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแทนเซอร์กิตเบรกเกอร์ก๊าซหรือน้ำมัน SF6 โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งกลางแจ้งซึ่งการเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษามีจำกัดมากขึ้น

เทคโนโลยีการหยุดชะงักของสุญญากาศทำงานอย่างไร

ภายในเบรกเกอร์สุญญากาศ ห้องขัดจังหวะจะมีหน้าสัมผัสแบบตายตัวและแบบเคลื่อนที่ซึ่งผนึกไว้ภายในขวดสุญญากาศ โดยทั่วไปจะคงไว้ที่ความดันต่ำกว่า 10⁻⁴ ปาสคาล เมื่อเบรกเกอร์ได้รับสัญญาณทริป หน้าสัมผัสที่กำลังเคลื่อนที่จะแยกออกจากหน้าสัมผัสคงที่ และส่วนโค้งที่เกิดขึ้นจะถูกจำกัดอยู่ภายในตัวขัดขวางสุญญากาศ แทนที่จะกระจายไปในอากาศหรือน้ำมันโดยรอบ

กระบวนการสูญพันธุ์อาร์ค

เนื่องจากมีโมเลกุลของก๊าซน้อยมากที่อยู่ในสุญญากาศเพื่อรักษาไอออไนซ์ ส่วนโค้งจะดับลงเกือบจะในทันทีหลังจากที่กระแสไหลผ่านจุดข้ามศูนย์ตามธรรมชาติ ซึ่งเกิดขึ้นสองครั้งต่อรอบไฟฟ้ากระแสสลับ การสูญพันธุ์อย่างรวดเร็วนี้ช่วยลดระยะเวลาอาร์กได้อย่างมากเมื่อเทียบกับเบรกเกอร์อากาศหรือน้ำมัน ลดการกัดเซาะของหน้าสัมผัส และยืดอายุการใช้งานของหน้าสัมผัสสวิตช์

การกู้คืนอิเล็กทริก

หลังจากที่ส่วนโค้งดับลง ช่องว่างสุญญากาศจะฟื้นคืนความเป็นฉนวนอย่างรวดเร็ว ทำให้สามารถทนต่อแรงดันการกู้คืนของระบบโดยไม่ต้องตีซ้ำ การกู้คืนไดอิเล็กตริกอย่างรวดเร็วนี้เป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบที่สำคัญของการหยุดชะงักของสุญญากาศเหนือตัวกลางสวิตชิ่งอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการดำเนินการสวิตชิ่งบ่อยครั้ง

คุณสมบัติการออกแบบสำหรับการต้านทานต่อสิ่งแวดล้อมกลางแจ้ง

เนื่องจากเบรกเกอร์กลางแจ้งต้องเผชิญกับสภาพอากาศอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติการก่อสร้างหลายประการจึงถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อรักษาประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกัน

• ตัวเรือนที่ทนต่อสภาพอากาศสร้างขึ้นจากวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็กชุบสังกะสีหรือสแตนเลส
• ยางซิลิโคนหรือบูชพอร์ซเลนที่ออกแบบมาเพื่อต้านทานการติดตามและวาบไฟตามผิวภายใต้สภาวะที่เปียกหรือปนเปื้อน
• เครื่องทำความร้อนป้องกันการควบแน่นที่ติดตั้งภายในตู้ควบคุมเพื่อป้องกันความชื้นสะสมบนส่วนประกอบภายใน
• กลไกการทำงานแบบปิดผนึกระดับ IP54 หรือสูงกว่าเพื่อป้องกันฝุ่นและน้ำเข้า
• ระดับอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง ซึ่งมักจะอยู่ระหว่าง -30°C ถึง 50°C เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล

การเลือกบุชชิ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในพื้นที่ชายฝั่งทะเลหรือพื้นที่อุตสาหกรรมที่คราบเกลือหรือมลพิษในอากาศสามารถสะสมอยู่บนพื้นผิวฉนวน และเพิ่มความเสี่ยงที่พื้นผิวจะเกิดการวาบไฟตามผิว บูชยางซิลิโคนกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ เนื่องจากคุณสมบัติพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งทำให้น้ำเป็นเม็ดบีดและม้วนออก แทนที่จะสร้างฟิล์มนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง

พิกัดไฟฟ้าที่สำคัญที่ต้องพิจารณา

การเลือกเซอร์กิตเบรกเกอร์สูญญากาศภายนอกอาคารที่ถูกต้องจำเป็นต้องจับคู่พิกัดไฟฟ้าหลายรายการกับการใช้งานเฉพาะและเงื่อนไขของระบบที่จะติดตั้งเบรกเกอร์

โดยทั่วไปวิศวกรสาธารณูปโภคและวิศวกรอุตสาหกรรมจะเลือกพิกัดของเบรกเกอร์ตามการศึกษาข้อบกพร่องของระบบ ซึ่งจะคำนวณกระแสไฟฟ้าลัดสูงสุดที่มีอยู่ที่จุดติดตั้ง การเลือกเบรกเกอร์ที่มีพิกัดการลัดวงจรต่ำกว่าค่าที่คำนวณได้ ทำให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยอย่างร้ายแรง เนื่องจากเบรกเกอร์อาจไม่สามารถขัดจังหวะความผิดปกติได้อย่างปลอดภัยเกินพิกัดความสามารถที่กำหนด

การใช้งานทั่วไปในเครือข่ายการกระจายสินค้า

เซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศกลางแจ้งมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในหลายส่วนของโครงข่ายไฟฟ้า โดยแต่ละส่วนมีลำดับความสำคัญด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อย

สถานีไฟฟ้าย่อย

สาธารณูปโภคใช้เบรกเกอร์สุญญากาศกลางแจ้งที่ตำแหน่งสถานีย่อยบนเสาและสถานีย่อยที่ติดตั้งแผ่นเพื่อป้องกันวงจรตัวป้อนและเปิดใช้งานการแบ่งส่วนอัตโนมัติในระหว่างสภาวะความผิดปกติ ช่วยแยกส่วนที่ชำรุดในขณะที่ยังคงให้บริการไปยังพื้นที่ที่ไม่ได้รับผลกระทบจากเครือข่ายการกระจาย

การเชื่อมต่อพลังงานทดแทน

ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลมมักใช้เบรกเกอร์สุญญากาศกลางแจ้ง ณ จุดที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า โดยจะป้องกันข้อผิดพลาดและอนุญาตให้ตัดการเชื่อมต่อสิ่งอำนวยความสะดวกที่หมุนเวียนได้อย่างปลอดภัยในระหว่างการรบกวนของโครงข่ายหรือกิจกรรมการบำรุงรักษาตามแผน

สิ่งอำนวยความสะดวกทางอุตสาหกรรม

ไซต์งานอุตสาหกรรมหนัก รวมถึงการทำเหมืองและโรงงานผลิตที่มีการกระจายแรงดันไฟฟ้าปานกลางในไซต์งาน อาศัยเบรกเกอร์กลางแจ้งเพื่อปกป้องหม้อแปลงและสายป้อนที่วิ่งระหว่างอาคารหรือพื้นที่แปรรูปที่แยกจากกันซึ่งสัมผัสกับสภาพกลางแจ้ง

แนวทางปฏิบัติในการบำรุงรักษาที่ยืดอายุการใช้งาน

แม้ว่าเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าการใช้น้ำมันหรือการพ่นลมอย่างมาก แต่การตรวจสอบเป็นระยะยังคงจำเป็นเพื่อยืนยันความน่าเชื่อถืออย่างต่อเนื่อง การทดสอบความสมบูรณ์ของสุญญากาศ ซึ่งดำเนินการโดยใช้การทดสอบความทนทานต่อไฟฟ้าแรงสูงบนช่องว่างหน้าสัมผัสแบบเปิด จะช่วยยืนยันว่าขวดสุญญากาศไม่ได้สูญเสียการปิดผนึกเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากขวดสุญญากาศที่เสียหายไม่สามารถขัดขวางกระแสไฟฟ้าขัดข้องได้อย่างปลอดภัย

ควรทำการวัดความต้านทานของหน้าสัมผัสเป็นระยะๆ เพื่อตรวจจับการกัดเซาะของหน้าสัมผัสที่มากเกินไปจากการทำงานสวิตช์ซ้ำๆ นอกจากนี้ ควรตรวจสอบจุดหล่อลื่นกลไก เครื่องทำความร้อนของตู้ควบคุม และอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เชื่อมต่อใกล้กับเบรกเกอร์ระหว่างการเยี่ยมชมการบำรุงรักษาตามกำหนดเวลา เพื่อให้แน่ใจว่าระบบป้องกันทั้งหมดยังคงทำงานตามที่ออกแบบไว้ตลอดอายุการใช้งานที่คาดหวังของเบรกเกอร์กลางแจ้ง 25 ถึง 30 ปี