คุณควรตรวจสอบพารามิเตอร์หลักใดบ้างก่อนเลือกเบรกเกอร์สุญญากาศ

อะไรทำให้เบรกเกอร์สุญญากาศแตกต่าง?

A เบรกเกอร์วงจรสุญญากาศ (VCB) ขัดจังหวะกระแสไฟฟ้าลัดโดยการแยกหน้าสัมผัสของมันไว้ภายในตัวขัดขวางสุญญากาศแบบปิดผนึก โดยที่การไม่มีโมเลกุลของก๊าซหมายถึงส่วนโค้งที่เกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสจะดับลงเกือบจะในทันที - โดยทั่วไปจะอยู่ภายในการข้ามศูนย์กระแสครั้งแรกหลังจากการแยกหน้าสัมผัส เมื่อเปรียบเทียบกับเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ใช้น้ำมัน แรงลม หรือ SF6 แล้ว VCB เกิดการสูญพันธุ์ของอาร์กได้เร็วกว่า อายุการใช้งานไฟฟ้ายาวนานกว่ามาก (โดยทั่วไปการทำงาน 10,000 ครั้งขึ้นไปที่กระแสไฟที่กำหนด) ต้องการการบำรุงรักษาน้อยที่สุด และไม่มีความเสี่ยงต่อการเกิดเพลิงไหม้หรือการปล่อยก๊าซพิษ ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่โดดเด่นสำหรับสวิตช์เกียร์แรงดันไฟฟ้าปานกลางในช่วง 3.6 kV ถึง 40.5 kV ครอบคลุมโรงงานอุตสาหกรรม สถานีไฟฟ้าย่อยระบบสาธารณูปโภค อาคารพาณิชย์ การทำเหมือง และการติดตั้งพลังงานหมุนเวียน

แม้จะมีความน่าเชื่อถือ แต่ VCB ก็ไม่ใช่อุปกรณ์ขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคน ระดับแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟที่กำหนด ความสามารถในการทำลายการลัดวงจร กลไกการทำงาน และคุณลักษณะเฉพาะของโหลดที่ได้รับการป้องกัน ล้วนมีอิทธิพลต่อเบรกเกอร์ที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานที่กำหนด การเลือก VCB ที่มีขนาดเล็กเกินไปสำหรับระดับความผิดปกติ ไม่ตรงกับประเภทโหลด หรือไม่เข้ากันกับแผงสวิตช์เกียร์ จะส่งผลต่อทั้งการป้องกันและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ คู่มือนี้จะอธิบายพารามิเตอร์การเลือกที่สำคัญทุกรายการในทางปฏิบัติ

ขั้นตอนที่หนึ่ง: ยืนยันระดับแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าของระบบ

เกณฑ์การเลือกแรกและพื้นฐานที่สุดคือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่กำหนดของเบรกเกอร์ ซึ่งจะต้องเท่ากับหรือสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่จะปรากฏที่ขั้วต่อเบรกเกอร์ภายใต้สภาวะการทำงานใดๆ รวมถึงแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวระหว่างการสวิตช์หรือเหตุการณ์ข้อผิดพลาด VCB ผลิตขึ้นในระดับแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานที่กำหนดโดย IEC 62271-100 และ ANSI/IEEE C37.04 คลาสทั่วไป ได้แก่ 7.2 kV, 12 kV, 17.5 kV, 24 kV และ 40.5 kV สำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าปานกลาง

อย่าเลือกเบรกเกอร์ที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าของระบบที่กำหนดพอดี ระบบจำหน่าย 6.6 kV ควรใช้เบรกเกอร์พิกัด 7.2 kV และระบบ 11 kV ต้องใช้เบรกเกอร์คลาส 12 kV เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่กำหนดคำนึงถึงความคลาดเคลื่อนของแรงดันไฟฟ้าของระบบและแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว สิ่งสำคัญไม่แพ้กันคือพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่ทนแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อแรงกระตุ้นฟ้าผ่า (BIL) ซึ่งยืนยันว่าเบรกเกอร์สามารถทนแรงดันไดอิเล็กตริกที่เกิดจากฟ้าผ่าและไฟกระชากแบบสวิตช์บนเครือข่ายที่เชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่สอง: กำหนดกระแสไฟปกติที่ได้รับการจัดอันดับ

กระแสไฟฟ้าปกติที่กำหนดคือกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องที่เบรกเกอร์สามารถส่งผ่านได้อย่างไม่มีกำหนด โดยไม่เกินขีดจำกัดอุณหภูมิของหน้าสัมผัส ตัวนำ และขั้วต่อ ค่านี้ต้องตรงกับกระแสโหลดต่อเนื่องสูงสุดของวงจรที่ได้รับการป้องกัน โดยมีระยะขอบด้านความปลอดภัยที่เหมาะสม กระแสไฟพิกัดมาตรฐานสำหรับ VCB แรงดันปานกลางคือ 630 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A และ 3150 A

เมื่อคำนวณพิกัดกระแสที่ต้องการ ให้คำนึงถึงกระแสโหลดเต็มของมอเตอร์หรือหม้อแปลงที่ใหญ่ที่สุดที่ได้รับการปกป้อง บวกกับโหลดเพิ่มเติมใดๆ บนตัวป้อนเดียวกัน สำหรับตัวป้อนหม้อแปลง ให้ใช้กระแสโหลดเต็มของหม้อแปลงที่แรงดันไฟฟ้าหลัก ไม่ใช่แผ่นป้าย kVA เพียงอย่างเดียว สำหรับตัวป้อนมอเตอร์ ให้รวมปัจจัยการบริการและการเติบโตของภาระในอนาคตที่อาจเกิดขึ้น การเลือกพิกัดกระแสที่มีพื้นที่ว่างด้านบนอย่างน้อย 20–25% เหนือกระแสโหลดสูงสุดที่คำนวณได้ถือเป็นแนวปฏิบัติที่ดีและหลีกเลี่ยงปัญหาการเสื่อมสภาพทางความร้อนที่น่ารำคาญของหน้าสัมผัสเบรกเกอร์ตลอดอายุการใช้งาน

ขั้นตอนที่สาม: จับคู่ความสามารถในการทำลายการลัดวงจรกับระดับความผิดปกติ

ความสามารถในการทำลายการลัดวงจร (เรียกอีกอย่างว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่กำหนดหรือ Isc) ถือเป็นพารามิเตอร์ด้านความปลอดภัยที่สำคัญที่สุดในการเลือก VCB กำหนดกระแสไฟฟ้าลัดที่อาจเกิดขึ้นสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถขัดจังหวะได้อย่างปลอดภัยโดยไม่มีความเสียหายต่อผู้ขัดขวางหรือการสูญเสียการกักเก็บ หากระดับความผิดปกติจริงที่จุดติดตั้งเกินความสามารถในการทำลายพิกัดของเบรกเกอร์ เบรกเกอร์อาจล้มเหลวในการขัดจังหวะข้อผิดพลาด ส่งผลให้เกิดการโค้งอย่างต่อเนื่อง การระเบิดของผู้ขัดขวางสุญญากาศ และอาจเกิดความเสียหายร้ายแรงต่อสวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ

กระแสไฟฟ้าลัดที่อาจเกิดขึ้น ณ จุดใดๆ ในเครือข่ายจะต้องคำนวณโดยใช้การศึกษาการลัดวงจร โดยคำนึงถึงอิมพีแดนซ์แหล่งที่มาของแหล่งจ่ายไฟฟ้า อิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงและสายเคเบิลทั้งหมดระหว่างแหล่งกำเนิดและเบรกเกอร์ และการมีส่วนร่วมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในพื้นที่หรือมอเตอร์ขนาดใหญ่ กระแสไฟกระชากที่พิกัดทั่วไปสำหรับ VCB แรงดันปานกลางคือ 16 kA, 20 kA, 25 kA, 31.5 kA และ 40 kA (RMS แบบสมมาตร) เลือกเบรกเกอร์ที่มีกระแสไฟกระชากเกินพิกัดกระแสไฟลัดที่คาดไว้ที่จุดติดตั้งเสมอ รวมถึงสถานการณ์การเสริมกำลังเครือข่ายในอนาคตที่อาจเพิ่มระดับข้อบกพร่อง

ที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดคือกระแสไฟฟ้าทนช่วงเวลาสั้นที่ได้รับการจัดอันดับ (Ik) ซึ่งเป็นกระแสไฟฟ้าลัดที่เบรกเกอร์สามารถพกพาได้ตามระยะเวลาที่กำหนด (โดยทั่วไปคือ 1 หรือ 3 วินาที) โดยไม่มีความเสียหาย พารามิเตอร์นี้เกี่ยวข้องกับเบรกเกอร์ส่วนบัสและบัสคัปเปลอร์ที่อาจมีกระแสไฟฟ้าลัดในขณะที่การป้องกันต้นน้ำทำงาน

ขั้นตอนที่สี่: ทำความเข้าใจประเภทโหลดและผลกระทบต่อการเลือก

ลักษณะของโหลดที่เชื่อมต่อกับวงจรมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเลือก VCB เนื่องจากประเภทโหลดที่แตกต่างกันจะทำให้เกิดความเครียดที่แตกต่างกันกับตัวขัดขวางสุญญากาศในระหว่างการสวิตชิ่ง

โหลดมอเตอร์

การสลับมอเตอร์แรงดันไฟฟ้าปานกลางเป็นหนึ่งในการใช้งาน VCB ที่มีความต้องการมากที่สุด ในช่วงเวลาของการจ่ายพลังงาน มอเตอร์จะดึงกระแสพุ่งเข้า 6-8 เท่าของกระแสโหลดเต็ม ที่สำคัญกว่านั้นคือ เมื่อปิดมอเตอร์ที่ทำงานอยู่ สนามแม่เหล็กที่พังทลายจะสร้างแรงดันไฟกระชากที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเกินแบบสับหรือกระแสไฟฟ้าชั่วคราวแบบสับเปลี่ยน VCB ที่เลือกไว้สำหรับหน้าที่การสลับมอเตอร์จะต้องมีระดับกระแสไฟสับต่ำ โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 5 A เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้ ผู้ผลิตหลายรายเสนอ VCB ที่ได้รับการจัดอันดับเป็นพิเศษสำหรับการสลับมอเตอร์บ่อยครั้ง (คลาส M2 ตาม IEC 62271-100) โดยมีพิกัดความทนทานที่ 10,000 การทำงานที่ไม่มีโหลดขึ้นไป และการดำเนินการสลับโหลดเต็ม 2,000 หรือมากกว่า อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือวงจร RC snubber มักใช้กับด้านโหลดของ VCB ที่สลับมอเตอร์เพื่อเป็นมาตรการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเพิ่มเติม

โหลดของหม้อแปลงและตัวเก็บประจุของธนาคาร

หม้อแปลงไฟฟ้าที่ให้พลังงานจะสร้างกระแสพุ่งเข้าโดยมีออฟเซ็ต DC สูง ซึ่งสามารถเข้าถึงกระแสไฟที่กำหนดของหม้อแปลงได้ 8–12 เท่าเป็นเวลาหลายรอบ VCB จะต้องสามารถทนต่อการไหลเข้านี้ได้โดยไม่เกิดการสะดุดที่ไม่พึงประสงค์ หากตั้งค่าการป้องกันกระแสเกินทันทีไวเกินไป การสลับธนาคารตัวเก็บประจุสร้างปัญหาที่แตกต่าง: การพุ่งเข้าครั้งแรกนั้นเป็นความถี่ชั่วคราวที่สูงมากซึ่งจะเน้นไปที่ตัวขัดขวางสุญญากาศแบบอิเล็กทริก สำหรับหน้าที่ของตัวเก็บประจุ ให้เลือก VCB ที่มีอัตราการสลับตัวเก็บประจุแบบแบ็คทูแบ็คซึ่งระบุทั้งกระแสพุ่งสูงสุดและความถี่ เพื่อยืนยันว่าอินเทอร์รัปเตอร์สามารถรองรับการหยุดชะงักของกระแสประจุไฟฟ้าแบบไร้การหยุดซ้ำได้

ขั้นตอนที่ห้า: เลือกกลไกการทำงานที่เหมาะสม

กลไกการทำงานจะจัดเก็บและปล่อยพลังงานที่จำเป็นในการเปิดและปิดหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์ด้วยความเร็วและแรงที่เพียงพอเพื่อให้เกิดการหยุดชะงักของส่วนโค้งและแรงกดหน้าสัมผัสที่เชื่อถือได้ กลไกที่โดดเด่นสองประเภทใน VCB สมัยใหม่คือกลไกแบบสปริงชาร์จและกลไกแอคชูเอเตอร์แม่เหล็ก (แม่เหล็กถาวร)

• กลไกการชาร์จแบบสปริง เก็บพลังงานไว้ในสปริงเชิงกลที่ชาร์จด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือด้วยตนเอง มีความแข็งแกร่ง ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการให้บริการมานานหลายทศวรรษ และสามารถดำเนินการแบบเปิดปิด (CO) จากสปริงที่มีประจุได้ แม้หลังจากสูญเสียกำลังเสริมแล้วก็ตาม เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการใช้งานด้านสาธารณูปโภคและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
• กลไกตัวกระตุ้นแม่เหล็กถาวร (PMA) ใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจากคอยล์พัลส์เพื่อเปิดและปิดหน้าสัมผัส โดยมีแม่เหล็กถาวรยึดหน้าสัมผัสให้อยู่ในตำแหน่งที่ไม่มีพลังงานต่อเนื่อง PMA มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่ากลไกสปริงมาก โดยมีความทนทานเชิงกลสูงมาก (สูงสุด 50,000 การทำงาน) ระยะเวลาการทำงานที่รวดเร็วและสม่ำเสมอเป็นพิเศษ และแทบไม่ต้องมีการหล่อลื่นหรือการปรับแต่งใดๆ เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานรอบสูง เช่น การสลับมอเตอร์บ่อยครั้ง การปิดฝา และระบบอัตโนมัติของกริดอัจฉริยะ

แรงดันไฟฟ้าเสริมสำหรับกลไกการทำงาน (โดยทั่วไปคือ 110V DC, 220V DC หรือ 230V AC) จะต้องตรงกับแหล่งจ่ายไฟควบคุมที่มีอยู่ในแผงสวิตช์เกียร์ ตรวจสอบสิ่งนี้ในขั้นตอนข้อกำหนดเพื่อหลีกเลี่ยงการดัดแปลงที่มีค่าใช้จ่ายสูง

พารามิเตอร์การเลือกคีย์โดยสรุป

ตารางต่อไปนี้สรุปพารามิเตอร์การเลือกหลักและคำถามที่แต่ละคนตอบในระหว่างกระบวนการกำหนดคุณสมบัติ:

มาตรฐานการปฏิบัติตามข้อกำหนดและความเข้ากันได้ของแผง

VCB ไม่ได้ทำงานแบบแยกส่วน โดยถูกรวมเข้ากับแผงสวิตช์เกียร์ (ภายในหรือภายนอก ยึดอยู่กับที่หรือถอดออกได้) ซึ่งจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับประเทศและภาคส่วนการติดตั้ง เบรกเกอร์ต้องมีขนาดและเข้ากันได้กับแผงไฟฟ้า โดยมีรูปทรงการเชื่อมต่อหลัก เค้าโครงเทอร์มินัลรอง และขนาดแคร่ของชั้นวางหรือแบบถอดได้ตรงกัน IEC 62271-100 เป็นมาตรฐานสากลหลักที่ใช้ควบคุมการทดสอบประเภทและคุณลักษณะที่กำหนดของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ในอเมริกาเหนือ ANSI/IEEE C37.04, C37.06 และ C37.09 จะควบคุมการจัดอันดับและการทดสอบเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าแรงสูง

ขอใบรับรองการทดสอบประเภทจากผู้ผลิตเสมอเพื่อยืนยันว่ารุ่นเบรกเกอร์เฉพาะได้รับการทดสอบตามมาตรฐานที่บังคับใช้ในห้องปฏิบัติการอิสระที่ได้รับการรับรอง ตรวจสอบว่าแรงดันทดสอบ กระแสไฟฟ้า และความสามารถในการตัดกระแสตรงหรือเกินกว่าข้อกำหนดการใช้งานของคุณ ไม่ใช่แค่ว่าพิกัดของแผ่นป้ายตรงกันเท่านั้น สำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ระดับยูทิลิตี้ หรือโครงการส่งออก โปรดยืนยันว่าเบรกเกอร์และแผงสวิตช์เกียร์มีใบรับรองที่กำหนดตามข้อกำหนดเฉพาะของผู้ใช้ปลายทาง เช่น รายงานการทดสอบ KEMA, CESI หรือ CPRI VCB ที่เลือกด้วยความเอาใจใส่อย่างเข้มงวดต่อพารามิเตอร์เหล่านี้จะปกป้องเครือข่ายของคุณได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลา 25 ถึง 30 ปีโดยมีการแทรกแซงน้อยที่สุด