สิ่งที่คุณควรรู้ก่อนระบุเบรกเกอร์สุญญากาศในร่มแรงดันปานกลาง

เบรกเกอร์สุญญากาศในร่มแรงดันปานกลางคืออะไร?

A เบรกเกอร์สูญญากาศในร่มแรงดันปานกลาง (MV VCB) เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งและการป้องกันที่ออกแบบมาเพื่อรบกวนกระแสไฟฟ้าลัดและแยกวงจรไฟฟ้าที่ทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าปานกลาง ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 1 kV ถึง 52 kV คุณลักษณะที่กำหนดของเทคโนโลยีนี้คือกลไกการดับส่วนโค้ง: ส่วนโค้งไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อหน้าสัมผัสแยกออกจากกันจะดับลงภายในตัวขัดขวางสุญญากาศแบบปิดผนึก ซึ่งการไม่มีโมเลกุลของก๊าซจะป้องกันไม่ให้ส่วนโค้งอยู่ได้เองเกินกว่าค่าข้ามศูนย์ปัจจุบัน หลักการหยุดชะงักแบบสุญญากาศนี้ทำให้เกิดการสูญพันธุ์ของอาร์กอย่างรวดเร็วและสะอาดมาก โดยมีการกัดเซาะหน้าสัมผัสน้อยที่สุด และไม่มีข้อกำหนดสำหรับฉนวนก๊าซหรือน้ำมันเป็นตัวกลางในการรบกวน

การกำหนด "ในอาคาร" ระบุว่าเบรกเกอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับการติดตั้งภายในห้องสวิตช์เกียร์ ห้องสวิตช์ หรือสถานีไฟฟ้าย่อยที่หุ้มด้วยโลหะ โดยมีการควบคุมหรือควบคุมสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ฝุ่น และมลพิษ บางส่วน สิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศกลางแจ้งที่ติดตั้งบนเสาหรือในสถานีย่อยแบบเปิดโล่ง ซึ่งต้องมีการกันน้ำเพิ่มเติมและกรอบที่ทนทานต่อรังสียูวี VCB ในร่มของ MV เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ป้องกันที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการจ่ายพลังงานทางอุตสาหกรรม สถานีไฟฟ้าสำรองสำรอง อาคารพาณิชย์ ศูนย์ข้อมูล และสิ่งอำนวยความสะดวกด้านโครงสร้างพื้นฐานทั่วโลก

การหยุดชะงักของสุญญากาศทำงานอย่างไร

เครื่องขัดขวางสูญญากาศเป็นหัวใจสำคัญของเซอร์กิตเบรกเกอร์ ประกอบด้วยหน้าสัมผัสโลหะผสมทองแดง-โครเมียม 2 หน้า - แบบตายตัวและแบบเคลื่อนไหว 1 แบบ - อยู่ภายในซองเซรามิกหรือแก้วที่อพยพออกไปด้วยความดันประมาณ 10⁻³ ถึง 10⁻⁴ Pa เมื่อเบรกเกอร์ได้รับสัญญาณทริป กลไกการทำงานที่ชาร์จด้วยสปริงหรือแม่เหล็กไฟฟ้าจะขับเคลื่อนหน้าสัมผัสที่กำลังเคลื่อนที่ออกจากหน้าสัมผัสแบบตายตัวด้วยความเร็วสูง เมื่อหน้าสัมผัสแยกออกจากกัน กระแสจะยังคงไหลชั่วครู่ผ่านส่วนโค้งไอโลหะที่ค้ำจุนโดยการระเหยของวัสดุหน้าสัมผัส

เนื่องจากแทบไม่มีโมเลกุลของก๊าซอยู่ในช่องว่างสุญญากาศ อาร์กพลาสมาจึงไม่สามารถรักษาอุณหภูมิไว้ได้เมื่อกระแสไหลผ่านจุดศูนย์ตามธรรมชาติ ซึ่งเกิดขึ้น 100 ครั้งต่อวินาทีบนระบบ 50 เฮิร์ตซ์ ที่จุดตัดศูนย์นั้น ส่วนโค้งจะดับลงและช่องว่างสุญญากาศจะฟื้นคืนความแรงไดอิเล็กทริกในหน่วยไมโครวินาที ซึ่งเร็วกว่าอากาศ, SF₆ หรือตัวขัดขวางน้ำมันมาก การกู้คืนไดอิเล็กตริกอย่างรวดเร็วคือสิ่งที่ช่วยให้เบรกเกอร์วงจรสุญญากาศขัดจังหวะกระแสลัดวงจร 25 kA, 31.5 kA หรือ 40 kA ภายในเสี้ยวหนึ่งของรอบ ซึ่งจำกัดพลังงานข้อผิดพลาดและลดความเสียหายต่ออุปกรณ์ดาวน์สตรีมให้เหลือน้อยที่สุด วัสดุหน้าสัมผัสทองแดง-โครเมียมได้รับการคัดเลือกมาเป็นพิเศษเพื่อลดการเชื่อมแบบสัมผัส ทำให้เกิดส่วนโค้งกระจายที่กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วหน้าสัมผัส และต้านทานการกัดเซาะในรอบการทำงานนับหมื่นครั้ง

พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญและความหมาย

การเลือกเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศในร่ม MV ที่ถูกต้องจำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับพารามิเตอร์ที่กำหนดซึ่งกำหนดขอบเขตการปฏิบัติงาน ตารางต่อไปนี้สรุปข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดและความสำคัญในทางปฏิบัติ:

กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเป็นพารามิเตอร์ที่มีขนาดเล็กที่สุดในระหว่างการจัดซื้อจัดจ้าง ระดับความผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นที่จุดติดตั้งจะต้องคำนวณจากอิมพีแดนซ์หม้อแปลงต้นทาง อิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล และการกำหนดค่าระบบ — ไม่ได้ประเมินจากพิกัดแผ่นป้ายเพียงอย่างเดียว การติดตั้งเบรกเกอร์ที่มีระดับ Isc ไม่เพียงพอที่บัสระดับความผิดปกติสูงถือเป็นความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างร้ายแรง: เบรกเกอร์อาจล้มเหลวในการขัดจังหวะข้อผิดพลาด ทำให้เกิดประกายไฟอย่างต่อเนื่องซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดของส่วนโค้งภายในห้องสวิตช์เกียร์

กลไกการทำงาน: สปริงชาร์จเทียบกับแอคชูเอเตอร์แม่เหล็ก

กลไกการทำงานที่ขับเคลื่อนการแยกและการปิดหน้าสัมผัสถือเป็นปัจจัยด้านความน่าเชื่อถือที่สำคัญ การออกแบบสองแบบครองตลาด VCB ในร่มของ MV

กลไกการชาร์จแบบสปริง

กลไกการชาร์จด้วยสปริง (พลังงานที่สะสมไว้) ใช้ชุดสปริงอัดไว้ล่วงหน้าเพื่อขับเคลื่อนทั้งจังหวะปิดและจังหวะเปิดอย่างอิสระ มอเตอร์ไฟฟ้าหรือมือจับแบบแมนนวลจะชาร์จสปริงปิด เมื่อมีการออกคำสั่งปิด สปริงจะปล่อยพลังงานออกมาเพื่อขับเคลื่อนหน้าสัมผัสให้ปิดและชาร์จสปริงเปิดไปพร้อมๆ กัน สปริงเปิดจะคลายออกตามคำสั่งทริป ทำให้หน้าสัมผัสแยกจากกัน การจัดเก็บพลังงานแบบอิสระนี้หมายความว่าเบรกเกอร์สามารถดำเนินการรอบการทำงานแบบเปิด-ปิด-เปิด (O-CO) ได้เต็มรูปแบบ โดยไม่ต้องอาศัยการควบคุมความพร้อมของแหล่งจ่ายไฟในระหว่างจังหวะเปิด ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับการใช้งานในการป้องกันที่เบรกเกอร์จะต้องตัดการทำงานแม้ว่าแหล่งจ่ายไฟเสริมจะล้มเหลวก็ตาม กลไกแบบสปริงชาร์จมีประวัติการบริการที่ยาวนานและมีเอกสารประกอบอย่างดี และเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการใช้งานสวิตช์เกียร์ส่วนใหญ่

กลไกของแอคชูเอเตอร์แม่เหล็ก (แม่เหล็กถาวร)

กลไกแอคทูเอเตอร์แม่เหล็กจะแทนที่สปริงเชิงกลด้วยแม่เหล็กถาวรและขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า พัลส์กระแสสั้นผ่านขดลวดจะดึงดูดหรือผลักแอคชูเอเตอร์เพื่อขับเคลื่อนการเปิดหรือปิด และแม่เหล็กถาวรจะยึดหน้าสัมผัสไว้ในตำแหน่งโดยไม่ใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง แอคทูเอเตอร์แบบแม่เหล็กมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่ากลไกสปริง ซึ่งโดยปกติจะมีส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวน้อยกว่า 10 ชิ้น เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่มีมากกว่า 100 ชิ้นในสปริงขับเคลื่อน ซึ่งผู้เสนอแย้งว่าผลลัพธ์ที่ได้คือความน่าเชื่อถือทางกลไกที่สูงขึ้น และความต้องการในการบำรุงรักษาที่ต่ำกว่าตลอดอายุการใช้งาน 25 ถึง 30 ปี ข้อจำกัดคือการเปิดต้องใช้พัลส์ของพลังงานที่เก็บไว้จากธนาคารตัวเก็บประจุ ซึ่งจะต้องยังคงมีประจุอยู่ การสูญเสียแหล่งประจุของตัวเก็บประจุสามารถป้องกันการสะดุดได้ เบรกเกอร์แอคชูเอเตอร์แบบแม่เหล็กนั้นพบเห็นได้ทั่วไปมากขึ้นในการใช้งานที่จัดลำดับความสำคัญของช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ต่ำมาก เช่น สถานีย่อยของเครือข่ายและระบบจำหน่ายใต้ดิน

การใช้งานหลักของเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศในร่ม MV

เบรกเกอร์วงจรสุญญากาศในร่มของ MV ได้รับการติดตั้งที่จุดสวิตชิ่งและการป้องกันตลอดเครือข่ายการจำหน่ายแรงดันไฟฟ้าปานกลาง บทบาทเฉพาะจะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน แต่ข้อกำหนดพื้นฐาน — การหยุดชะงักของข้อผิดพลาดที่เชื่อถือได้และการสลับที่ควบคุมได้ — นั้นมีความสอดคล้องกันในทุกคุณสมบัติ

• สถานีย่อยการกระจายหลักและรอง โดยที่ MV VCB ปกป้องตัวป้อนหม้อแปลง ข้อต่อบัส และอุปกรณ์ป้อนจ่ายขาเข้า เบรกเกอร์ Incomer ที่แผงสวิตช์ 11 kV หรือ 33 kV แทบจะเป็นเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศในการติดตั้งสมัยใหม่ โดยมาแทนที่เซอร์กิตเบรกเกอร์น้ำมันที่แทนที่ตั้งแต่ปี 1980 เป็นต้นไป
• การควบคุมมอเตอร์ในโรงงานอุตสาหกรรม โดยที่มอเตอร์แรงดันไฟฟ้าปานกลางขนาดใหญ่ — โดยทั่วไปมีกำลังมากกว่า 200 กิโลวัตต์ — ได้รับการสลับและป้องกันโดย VCB เฉพาะ แทนที่จะเป็นคอนแทคเตอร์ เบรกเกอร์สุญญากาศจัดการทั้งการสลับเริ่ม/หยุดตามปกติและการป้องกันข้อผิดพลาด ทำให้ไม่ต้องใช้รีเลย์ป้องกันและฟิวส์รวมกันในการกำหนดค่าต่างๆ
• ศูนย์ข้อมูลและสวิตช์อุปกรณ์สิ่งอำนวยความสะดวกที่สำคัญ ซึ่งเวลาในการล้างข้อผิดพลาดที่รวดเร็วของผู้ขัดขวางสุญญากาศจะลดระยะเวลาการจุ่มแรงดันไฟฟ้าบนตัวป้อนที่ดีต่อสุขภาพที่อยู่ติดกัน ลดความเสี่ยงที่ระบบจ่ายไฟสำรอง (UPS) จะเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่โดยไม่จำเป็นในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาดบนตัวป้อนแบบขนาน
• เครือข่ายรวบรวมพลังงานทดแทน รวมถึงสถานีย่อยสำหรับฟาร์มกังหันลมและสถานีย่อยชุดรวมสตริง PV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ โดยที่ MV VCB จะปกป้องสายป้อนที่เชื่อมต่อแต่ละหน่วยการผลิตเข้ากับบัสรวบรวม และให้การแยกส่วนที่ชำรุดอย่างรวดเร็วโดยไม่ส่งผลกระทบต่อกำลังการผลิตที่เหลืออยู่
• สถานีย่อยจ่ายแรงดึงของรางรถไฟ ซึ่งรอบการทำงานที่ต้องการ — การสลับความถี่สูงรวมกับการหยุดชะงักของโหลดแบบเหนี่ยวนำ — ทำให้เทคโนโลยีสูญญากาศเป็นตัวเลือกที่ต้องการมากกว่าทางเลือกอื่น โดยมี VCB แบบฉุดตามจุดประสงค์สำหรับระบบ AC เฟสเดียวขนาด 25 kV

เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศกับ SF₆: การเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสม

เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF₆) แข่งขันโดยตรงกับเทคโนโลยีสูญญากาศในตลาดในร่มที่มีแรงดันไฟฟ้าปานกลาง SF₆ มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยมและประสิทธิภาพในการดับอาร์ก แต่ศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อนซึ่งมากกว่า CO₂ ถึง 23,500 เท่า ได้กระตุ้นให้เกิดแรงกดดันด้านกฎระเบียบที่เข้มงวดมากขึ้นในยุโรป อเมริกาเหนือ และเขตอำนาจศาลอื่นๆ กฎระเบียบ F-Gas ของสหภาพยุโรปได้กำหนดแนวทางไปสู่การเลิกใช้ SF₆ ในสวิตช์เกียร์แรงดันปานกลางแบบใหม่ภายในต้นทศวรรษ 2030 และผู้ผลิตสวิตช์เกียร์รายใหญ่หลายรายได้ประกาศเลิกผลิตผลิตภัณฑ์ MV ที่ใช้ SF₆ เพื่อสนับสนุนเทคโนโลยีสุญญากาศหรือฉนวนทางเลือก

สำหรับการติดตั้งภายในอาคารใหม่ เบรกเกอร์วงจรสุญญากาศเป็นตัวเลือกเริ่มต้นที่ให้เสียงทั้งในทางเทคนิคและเชิงพาณิชย์สำหรับช่วงแรงดันไฟฟ้าปานกลางเต็มรูปแบบจนถึง 40.5 kV อุปกรณ์เหล่านี้ไม่มีความรับผิดต่อสิ่งแวดล้อม ไม่ต้องใช้อุปกรณ์จัดการก๊าซหรือโครงสร้างพื้นฐานในการตรวจสอบการรั่วไหล และประสิทธิภาพในแง่ของความสามารถในการขัดขวาง ความทนทานทางกล และอายุการใช้งานของการสัมผัสจะเท่ากับทางเลือก SF₆ ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่สวิตช์เกียร์ภายในอาคารส่วนใหญ่ทำงาน โครงการที่ระบุอุปกรณ์ SF₆ ในปัจจุบันกำลังสะสมความรับผิดชอบในการเปลี่ยนในอนาคต เนื่องจากกฎระเบียบที่เข้มงวดและข้อกำหนดการรับรองการจัดการ SF₆ สำหรับบุคลากรด้านการบำรุงรักษามีภาระมากขึ้น

ข้อกำหนดในการบำรุงรักษาและการพิจารณาอายุการใช้งาน

ข้อดีอย่างหนึ่งในทางปฏิบัติของเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศคือความต้องการการบำรุงรักษาต่ำเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีน้ำมันและการระเบิดทางอากาศรุ่นก่อนๆ เครื่องขัดขวางสุญญากาศแบบปิดผนึกไม่ต้องการการบำรุงรักษาภายในตลอดอายุการใช้งาน — ความสมบูรณ์ของสุญญากาศจะถูกรักษาโดยซองเซรามิกหรือแก้ว และข้อต่อประสานระหว่างโลหะกับเซรามิก และไม่สามารถปรับภาคสนามได้ ผู้ผลิตจัดให้มีตัวบ่งชี้การสึกหรอของหน้าสัมผัสแบบธรรมดาบนก้านหน้าสัมผัสที่กำลังเคลื่อนที่ ซึ่งจะแสดงการสึกกร่อนของหน้าสัมผัสสะสม และแจ้งเตือนเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาเมื่อตัวขัดขวางใกล้จะหมดอายุการใช้งาน โดยทั่วไปหลังจากใช้งานตามปกติเป็นเวลา 20 ถึง 30 ปี หรือหลังจากใช้งานไฟฟ้าเต็มพิกัดตามจำนวนที่กำหนด

การบำรุงรักษาตามปกติจะมุ่งเน้นไปที่กลไกการทำงานมากกว่าการขัดขวาง กลไกที่ชาร์จด้วยสปริงจำเป็นต้องมีการหล่อลื่นจุดหมุนและพื้นผิวลูกเบี้ยวเป็นระยะๆ การตรวจสอบชุดสปริงและระยะการเคลื่อนที่ และการทดสอบการทำงานของคอยล์ปิดและทริป การทดสอบความต้านทานฉนวนของตัวขัดขวางและตัวนำปฐมภูมิควรดำเนินการตามช่วงเวลาที่ผู้ผลิตกำหนดหรือตามมาตรฐานการบำรุงรักษาที่ใช้บังคับ - IEEE C37.10 ในทางปฏิบัติในอเมริกาเหนือ, IEC 62271-100 ในบริบทระหว่างประเทศ เซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศที่ได้รับการดูแลอย่างดีในสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่สะอาดควรให้บริการที่เชื่อถือได้เป็นเวลา 25 ถึง 30 ปี ก่อนที่จะต้องมีการยกเครื่องกลไกทั้งหมดหรือเปลี่ยนอุปกรณ์ขัดขวาง ทำให้ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานมีการแข่งขันสูงกับทางเลือกอื่นที่ต้องมีการแทรกแซงบ่อยครั้งมากขึ้น