อะไรทำให้เบรกเกอร์อากาศเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการป้องกันกระแสไฟสูง

Air Circuit Breaker คืออะไรและทำงานอย่างไร?

อ เบรกเกอร์อากาศ (ACB) เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งและการป้องกันที่ใช้ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำ โดยทั่วไปสำหรับวงจรที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1,000V AC และที่พิกัดกระแสตั้งแต่ 630A ถึง 6,300A หรือสูงกว่า คุณลักษณะที่กำหนดของ ACB ดังที่ชื่อบอกเป็นนัย คือ มันใช้อากาศที่ความดันบรรยากาศเป็นตัวกลางในการดับอาร์ค เมื่อเบรกเกอร์เปิดภายใต้สภาวะความผิดปกติ ส่วนโค้งที่เกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสแยกจะถูกดึงเข้าไปในรางอาร์ค ซึ่งเป็นชุดแผ่นแยกโลหะที่แบ่งและทำให้ส่วนโค้งเย็นลง ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานอย่างรวดเร็วจนกระทั่งดับลง กลไกการอาร์คดับนี้ไม่ต้องใช้น้ำมันที่เป็นฉนวน เครื่องขัดขวางสุญญากาศ หรือก๊าซอัด ทำให้ ACB บำรุงรักษาและตรวจสอบได้ง่ายกว่าเทคโนโลยีทางเลือกอื่นๆ

ภายใน ACB กลไกการทำงานจะเก็บพลังงานกลไว้ในชุดสปริงปิดที่ชาร์จด้วยตนเองหรือชาร์จด้วยมอเตอร์ เมื่อได้รับสัญญาณทริป — จากยูนิตทริปอิเล็กทรอนิกส์ที่ตรวจจับโอเวอร์โหลด การลัดวงจร ความผิดปกติของโลก หรือฟังก์ชันการป้องกันอื่นๆ สลักจะปล่อยพลังงานสปริงที่เก็บไว้และหน้าสัมผัสหลักจะแยกออกจากกันด้วยความเร็วสูง ความเร็วของการแยกหน้าสัมผัสเป็นสิ่งสำคัญ: ยิ่งหน้าสัมผัสเปิดเร็วเท่าไร เวลาอาร์คก็จะสั้นลง และพลังงานจะสะสมในรางโค้งและส่วนประกอบโดยรอบน้อยลง ACB สมัยใหม่บรรลุการแยกหน้าสัมผัสได้ในเวลาต่ำกว่า 10 มิลลิวินาทีจากสัญญาณการเดินทางไปยังการแยกหน้าสัมผัส และเวลาเคลียร์ทั้งหมด (รวมถึงการสูญพันธุ์ของส่วนโค้ง) โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 25–40 มิลลิวินาทีสำหรับข้อผิดพลาดของการลัดวงจร

ตำแหน่งที่ใช้เบรกเกอร์วงจรอากาศ

ACB ได้รับการติดตั้งที่ระดับกระแสสูงสุดภายในลำดับชั้นการจ่ายพลังงานแรงดันต่ำ — เบรกเกอร์วงจรขาเข้าหลักในแผงจ่ายไฟหลัก (MDB) ตัวป้อนหลักไปยังบอร์ดจ่ายไฟย่อยขนาดใหญ่ และตำแหน่งตัวรับและตัวต่อบัสในชุดสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ อัตรากระแสไฟสูง ความสามารถในการดับอาร์คที่แข็งแกร่ง และฟังก์ชันการป้องกันที่ครอบคลุม ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้เป็นตัวเลือกมาตรฐานไม่ว่าจะได้รับผลกระทบจากข้อผิดพลาด เช่น ความเสียหายจากความร้อน ความเสี่ยงจากไฟไหม้ อุปกรณ์ถูกทำลาย หรือความปลอดภัยของบุคลากร ต้องการการปกป้องและการเลือกสรรในระดับสูงสุด

สภาพแวดล้อมการติดตั้งโดยทั่วไป ได้แก่ โรงงานผลิตทางอุตสาหกรรม อาคารสูงเชิงพาณิชย์ ศูนย์ข้อมูล โรงพยาบาล สถานีไฟฟ้า สถานีไฟฟ้าย่อย สิ่งอำนวยความสะดวกบำบัดน้ำ และระบบไฟฟ้าทางทะเล ในแต่ละสภาพแวดล้อมเหล่านี้ ACB ทำหน้าที่เป็นผู้เฝ้าประตูระหว่างหม้อแปลงรองและเครือข่ายการจำหน่ายดาวน์สตรีม และการทำงานที่ถูกต้องระหว่างเกิดข้อผิดพลาดถือเป็นเหตุการณ์เดียวที่สำคัญที่สุดในการจำกัดขอบเขตและระยะเวลาของเหตุการณ์ทางไฟฟ้า

ประเภทของแอร์เซอร์กิตเบรกเกอร์

ACB แบบติดตั้งอยู่กับที่

ACB แบบคงที่ถูกขันเข้ากับแผงสวิตช์เกียร์หรือแผงจ่ายไฟโดยตรง และไม่สามารถถอดออกได้โดยไม่ต้องถอดบัสบาร์และสายเคเบิล การออกแบบนี้มีขนาดกะทัดรัดกว่าและมีค่าใช้จ่ายต่ำกว่าการดึงออกเทียบเท่า แต่จำเป็นต้องตัดวงจรและเปิดแผงเพื่อการบำรุงรักษา การทดสอบ หรือการเปลี่ยนเบรกเกอร์ ACB คงที่มีความเหมาะสมในการติดตั้งที่สามารถนำวงจรออกจากการให้บริการเพื่อการบำรุงรักษาได้โดยไม่มีผลกระทบที่ยอมรับไม่ได้ต่อความต่อเนื่องในการจัดหา เช่น การติดตั้งทางอุตสาหกรรมขนาดเล็ก แผงจำหน่ายรอง หรือระบบที่มีความยืดหยุ่นในการกำหนดตารางการบำรุงรักษาที่เพียงพอ

การถอนเงิน (ถอนออกได้) ACBs

ACB แบบดึงออกติดตั้งอยู่บนกลไกแท่นที่ช่วยให้สามารถถอดเบรกเกอร์ออกจากแผงสวิตช์เกียร์ไปยังตำแหน่งทดสอบหรือตัดการเชื่อมต่อได้ โดยไม่รบกวนบัสบาร์หลักหรือการเชื่อมต่อสายเคเบิล ในตำแหน่งที่เชื่อมต่อ หน้าสัมผัสตัดการเชื่อมต่อหลักและรองของเบรกเกอร์จะเชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสคงที่ในแผงควบคุม การถอนเบรกเกอร์ไปยังตำแหน่งทดสอบจะแยกหน้าสัมผัสกำลังหลักออกในขณะที่ยังคงการควบคุมและการเชื่อมต่อวงจรเสริมไว้ ทำให้สามารถทดสอบทริปยูนิตและฟังก์ชันการป้องกันได้ภายใต้สภาวะความผิดปกติจำลองโดยที่แผงทำงานอยู่ การถอนออกอย่างสมบูรณ์ในตำแหน่งที่ไม่ได้เชื่อมต่อจะแยกการเชื่อมต่อทั้งหมดออก ทำให้สามารถถอดเบรกเกอร์ออกเพื่อการบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนใหม่ได้ในขณะที่แผงจ่ายไฟส่วนที่เหลือยังคงมีพลังงานอยู่ ความสามารถนี้ทำให้การดึง ACB เป็นข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับการใช้งานที่สำคัญ โดยต้องมีการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องให้กับวงจรอื่นๆ ในระหว่างการบำรุงรักษา เช่น โรงพยาบาล ศูนย์ข้อมูล และกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ดำเนินการอย่างต่อเนื่อง

ACB แบบใช้มอเตอร์

สามารถระบุ ACB ทั้งแบบคงที่และแบบดึงออกได้ด้วยกลไกที่ควบคุมด้วยมอเตอร์ ซึ่งช่วยให้สามารถปิดและเปิดเบรกเกอร์ด้วยไฟฟ้าจากระยะไกลโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเองที่แผงควบคุม ACB แบบใช้มอเตอร์สามารถควบคุมได้จากระบบการจัดการอาคาร (BMS), แพลตฟอร์ม SCADA หรือรีเลย์การจัดการพลังงานเฉพาะ ช่วยให้สามารถกำหนดแผนการจัดการโหลด การถ่ายโอนอัตโนมัติระหว่างแหล่งจ่ายไฟ และการเคลียร์และปิดข้อผิดพลาดจากระยะไกลโดยไม่ต้องส่งช่างไฟฟ้าไปที่ตำแหน่งแผง กลไกการชาร์จสปริงของมอเตอร์ยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าสปริงปิดจะถูกชาร์จใหม่ทันทีหลังจากการทำงานปิด ทำให้เบรกเกอร์พร้อมสำหรับการปิดอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องชาร์จสปริงด้วยตนเอง

การให้คะแนนที่สำคัญและความหมาย

การเลือก ACB สำหรับการใช้งานเฉพาะจำเป็นต้องทำความเข้าใจพิกัดหลักที่ระบุบนแผ่นป้ายเบรกเกอร์และในเอกสารข้อมูลทางเทคนิคของผู้ผลิต การใช้พิกัดเหล่านี้อย่างไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของ ACB ในระหว่างสภาวะความผิดปกติ

พิกัดกระแสทนระยะสั้น (Icw) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานของ ACB และแสดงถึงความสามารถที่ไม่มีอยู่ในเบรกเกอร์วงจรเคสแบบขึ้นรูป (MCCB) ที่ต่ำกว่าพิกัดที่กำหนด Icw ยอมให้ ACB ยังคงปิดอยู่และมีกระแสไฟฟอลต์ตามระยะเวลาที่กำหนด — โดยทั่วไปคือ 1 วินาที — โดยไม่สะดุด ความสามารถนี้จำเป็นสำหรับการบรรลุการเลือกปฏิบัติ (การเลือกปฏิบัติ) ในระบบการกระจาย: ACB อัปสตรีมปิดค้างในขณะที่เบรกเกอร์ดาวน์สตรีมจะล้างข้อผิดพลาด โดยจำกัดขอบเขตของการหยุดชะงักของแหล่งจ่ายไฟให้กับวงจรที่มีข้อบกพร่องเท่านั้น แทนที่จะทำให้เกิดการเดินทางต้นทางที่จะตัดพลังงานในส่วนที่กว้างขึ้นของการติดตั้ง

หน่วยการเดินทางแบบอิเล็กทรอนิกส์: ความฉลาดของ ACB สมัยใหม่

Electronic Trip Unit (ETU) หรือที่เรียกว่าระบบปล่อยทางอิเล็กทรอนิกส์หรือ Trip Unit อัจฉริยะ คือโมดูลควบคุมที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งจะตรวจสอบกระแสผ่านขั้วแต่ละขั้วของ ACB และดำเนินการคำสั่งตัดการทำงานเมื่อเกินเกณฑ์การป้องกันที่กำหนดไว้ ETU สมัยใหม่มาแทนที่กลไกการเดินทางด้วยแม่เหล็กความร้อนก่อนหน้านี้ด้วยฟังก์ชันการป้องกันที่มีคุณลักษณะเฉพาะที่สามารถปรับได้อย่างเต็มที่ ซึ่งสามารถกำหนดค่าให้ตรงกับความต้องการเฉพาะของการติดตั้งแต่ละครั้งได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ใดๆ

การป้องกันการโอเวอร์โหลด (การหน่วงเวลานาน — LTD)

ฟังก์ชันการหน่วงเวลานานจะช่วยปกป้องสายเคเบิลและอุปกรณ์จากกระแสโหลดเกินอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแม้จะต่ำกว่าระดับลัดวงจร แต่ก็จะทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อนได้หากปล่อยให้ยังคงอยู่ กระแสไฟปิ๊กอัพ (Ir) สามารถปรับได้ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 40% ถึง 100% ของพิกัดกระแสของเบรกเกอร์ ช่วยให้เกณฑ์การป้องกันตรงกับความขยายของสายเคเบิลจริง แทนที่จะตั้งค่าเริ่มต้นไว้ที่พิกัดเบรกเกอร์สูงสุด การหน่วงเวลา (tr) ยังสามารถปรับได้ โดยมีคุณลักษณะเป็นคุณลักษณะเวลาผกผันที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าเกินพิกัดในระยะเวลาสั้นๆ (เช่น กระแสพุ่งเข้าของมอเตอร์) ผ่านไปได้โดยไม่สะดุด พร้อมทั้งป้องกันการโอเวอร์โหลดอย่างต่อเนื่อง

การป้องกันการลัดวงจร (การหน่วงเวลาสั้น ๆ - STD และทันที)

ฟังก์ชันการหน่วงเวลาสั้น ๆ (STD) ตรวจจับกระแสไฟฟ้าลัดระดับสูง และตัดการทำงานของเบรกเกอร์หลังจากการหน่วงเวลาโดยเจตนา โดยปรับได้ตั้งแต่ 0.05 ถึง 0.4 วินาทีใน ETU ส่วนใหญ่ เพื่อให้อุปกรณ์ป้องกันดาวน์สตรีมทำงานก่อน (แบบเลือกได้) ฟังก์ชั่นทันที (I) จะตัดการทำงานของเบรกเกอร์โดยไม่มีการหน่วงเวลาโดยเจตนา เมื่อกระแสไฟฟ้าขัดข้องเกินเกณฑ์ที่สูงมาก โดยทั่วไปจะตั้งค่าไว้ที่ 10–15 เท่าของกระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ ซึ่งแสดงถึงข้อผิดพลาดในการปิดซึ่งความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นนั้นรุนแรงมากจนไม่สามารถยอมรับความล่าช้าได้ การผสมผสานระหว่าง STD ที่ปรับได้และการตั้งค่าทันทีช่วยให้วิศวกรป้องกันปรับแต่งกราฟการตอบสนองของเบรกเกอร์เพื่อให้ได้ทั้งการเลือกใช้กับอุปกรณ์ดาวน์สตรีมและการแก้ไขข้อบกพร่องร้ายแรงอย่างรวดเร็ว

การป้องกันความผิดพลาดของโลก

การป้องกันข้อผิดพลาดของโลก (EFP) ตรวจจับกระแสตกค้างที่ไหลในตัวนำกราวด์ ซึ่งเป็นกระแสที่ออกจากตัวนำเฟสแต่ไม่ไหลย้อนกลับผ่านทางสายดินที่เป็นกลาง บ่งชี้ว่ากระแสนั้นไหลผ่านเส้นทางสายดินโดยไม่ได้ตั้งใจ ในระบบสายดิน TN-S และ TT การป้องกันข้อผิดพลาดของการลงดินใน ACB ให้ระดับการป้องกันสำรองสำหรับข้อผิดพลาดในการลงกราวด์ที่มีอิมพีแดนซ์สูงซึ่งอาจสร้างกระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอต่อการดำเนินการป้องกันการลัดวงจร เกณฑ์การรับข้อผิดพลาดของโลก (Ig) สามารถปรับได้โดยอิสระ และสามารถตั้งค่าการหน่วงเวลา (tg) เพื่อประสานงานกับอุปกรณ์กระแสเหลือดาวน์สตรีม (RCD) ได้

ACB กับ MCCB: การเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสม

ขอบเขตระหว่างเบรกเกอร์วงจรอากาศและเบรกเกอร์วงจรแม่พิมพ์ (MCCB) มักถูกเข้าใจผิด เทคโนโลยีทั้งสองให้การป้องกันกระแสเกินและการลัดวงจร แต่จะแตกต่างกันอย่างมากในช่วงพิกัดปัจจุบัน ความสามารถในการทำลาย ความสามารถในการปรับเปลี่ยนการป้องกัน การบำรุงรักษา และต้นทุน การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้จะช่วยป้องกันทั้งข้อกำหนดที่ต่ำกว่าที่กำหนด (การใช้ MCCB ในตำแหน่งที่ต้องการความสามารถของ ACB) และข้อกำหนดที่เกินข้อกำหนด (การเลือก ACB ที่ MCCB จะทำงานได้ดีพอๆ กันด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า)

• คะแนนปัจจุบัน: MCCB มีจำหน่ายประมาณ 1,600A ในสายผลิตภัณฑ์มาตรฐาน เหนือระดับนี้ ACB เป็นทางเลือกเดียวที่ใช้งานได้จริง สำหรับพิกัดระหว่าง 630A ถึง 1,600A ทั้งสองเทคโนโลยีจะพร้อมใช้งาน และการตัดสินใจเกี่ยวข้องกับปัจจัยอื่นๆ
• ทนกระแสไฟในระยะเวลาอันสั้น (Icw): การให้คะแนนนี้เป็นตัวสร้างความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุด ACB ได้กำหนดพิกัด Icw ที่เปิดใช้งานการเลือกแบบแบ่งระดับตามเวลาที่ระดับกระแสไฟฟอลต์สูง MCCB มาตรฐานที่ต่ำกว่าประมาณ 800A มักจะไม่มีพิกัด Icw ที่มีความหมาย - พวกมันเดินทางทันทีด้วยกระแสฟอลต์สูง ทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะเลือกใช้อุปกรณ์ดาวน์สตรีมสำหรับฟอลต์อินแบบใกล้ชิด
• การปรับการป้องกัน: ชุดเดินทางแบบอิเล็กทรอนิกส์ของ ACB มีพารามิเตอร์การป้องกันที่ปรับได้เต็มที่ในทุกฟังก์ชัน โดยทั่วไปการตั้งค่าการป้องกัน MCCB จะถูกจำกัดมากขึ้น โดยยูนิตที่ได้รับการจัดอันดับต่ำกว่าบางยูนิตจะนำเสนอเฉพาะคุณลักษณะแม่เหล็กความร้อนคงที่เท่านั้น
• การบำรุงรักษา: ACB ได้รับการออกแบบมาเพื่อการตรวจสอบและบำรุงรักษา โดยสามารถตรวจสอบและให้บริการหน้าสัมผัส รางโค้ง และกลไกการทำงานภาคสนามได้ MCCB เป็นหน่วยปิดผนึกส่วนใหญ่ซึ่งจะถูกเปลี่ยนแทนที่จะบำรุงรักษาเมื่อหมดอายุการใช้งาน
• ราคา: ACB มีต้นทุนสูงกว่า MCCB อย่างมีนัยสำคัญที่อันดับปัจจุบันที่เทียบเท่า เบี้ยประกันภัยนี้ได้รับการพิสูจน์ด้วยความสามารถเพิ่มเติมที่อธิบายไว้ข้างต้น แต่ไม่ควรจ่ายในกรณีที่แอปพลิเคชันไม่จำเป็นต้องใช้ความสามารถเหล่านั้น

เกณฑ์การคัดเลือกและขั้นตอนข้อกำหนดเชิงปฏิบัติ

การระบุ ACB อย่างถูกต้องจำเป็นต้องมีลำดับการคำนวณและการตัดสินใจที่กำหนดไว้ซึ่งจะต้องทำให้เสร็จสิ้นก่อนจึงจะสามารถเลือกผลิตภัณฑ์จากแค็ตตาล็อกของผู้ผลิตได้ การข้ามขั้นตอนในกระบวนการนี้นำไปสู่การใช้งานที่ไม่ถูกต้อง โดยมีผลกระทบตั้งแต่การสะดุดที่น่ารำคาญไปจนถึงความล้มเหลวในการขัดจังหวะข้อผิดพลาดอย่างปลอดภัย

เริ่มต้นด้วยการกำหนดข้อกำหนดกระแสไฟที่กำหนด (In) ตามกระแสโหลดต่อเนื่องสูงสุดของวงจร โดยใช้ปัจจัยการลดพิกัดที่ใช้บังคับสำหรับอุณหภูมิโดยรอบและวิธีการติดตั้ง คำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (PSCC) ที่จุดติดตั้งโดยใช้ข้อมูลอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลง อิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล และข้อมูลระดับความผิดปกติของระบบ ตัวเลขนี้ต้องไม่เกินพิกัด Icu ของ ACB และพิกัด Ics ตามหลักการแล้วสำหรับความสามารถในการซ่อมบำรุงตามปกติหลังจากการล้างข้อผิดพลาด พิจารณาว่าการเลือกสรรกับอุปกรณ์ดาวน์สตรีมจำเป็นต้องมีระดับ Icw หรือไม่ และหากเป็นเช่นนั้น จะต้องบรรลุการหน่วงเวลาและระดับปัจจุบันเท่าใด กำหนดข้อกำหนดการป้องกัน ETU — ฟังก์ชันการป้องกันที่จำเป็น การตั้งค่าใด — และยืนยันว่าข้อกำหนดเหล่านี้มีอยู่ในตัวแปรหน่วยการเดินทางที่เลือก สุดท้ายนี้ ให้ยืนยันข้อกำหนดทางกล: แบบคงที่หรือแบบดึงออก แบบใช้มอเตอร์หรือแบบแมนนวล หน้าสัมผัสเสริมและเอาต์พุตสัญญาณที่จำเป็นสำหรับการรวมเข้ากับระบบ BMS หรือ SCADA และการวางแนวการเชื่อมต่อบัสบาร์ที่เข้ากันได้กับชุดสวิตช์เกียร์

ผู้ผลิต ACB ชั้นนำ ได้แก่ ABB, Schneider Electric, Siemens, Eaton และ Chint เผยแพร่ซอฟต์แวร์การเลือกโดยละเอียดและเครื่องมือประสานงานที่ทำให้การคำนวณการเลือกและการเลือกปฏิบัติเป็นอัตโนมัติเมื่อป้อนระดับข้อบกพร่องของระบบและพิกัดของอุปกรณ์ การใช้เครื่องมือเหล่านี้ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ แทนที่จะอาศัยการประมาณค่าตามกฎทั่วไป เป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดในการรับประกันว่าระบบป้องกันจะทำงานตามที่ตั้งใจไว้ภายใต้สภาวะความผิดปกติที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งในท้ายที่สุดแล้วจะเป็นประสิทธิภาพเพียงอย่างเดียวที่สำคัญเมื่อเกิดข้อผิดพลาด