การแนะนำแผนการดับกระแสไฟฟ้าแบบขนานของสวิตช์ตัดโหลดสูญญากาศที่ปราศจาก SF6 ในหน่วยหลัก MVRing

เมื่อวงจรไฟฟ้าแรงสูงถูกตัดการเชื่อมต่อ แรงดันไฟฟ้าจะทำลายอากาศเพื่อสร้างก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงและปราศจากสภาพนำไฟฟ้าสูง ซึ่งปรากฏเป็นประกายไฟอุณหภูมิสูงในทันที ซึ่งเรียกว่าส่วนโค้ง

ความเสียหายจากอาร์คมีสูงมาก: อาร์คจะสร้างอุณหภูมิสูง ซึ่งจะทำให้พื้นผิวของหน้าสัมผัสสึกกร่อนและวัสดุฉนวนไหม้หมด หน้าสัมผัสทั้งสองที่ถูกตัดการเชื่อมต่อในตอนแรกสร้างกระแสไฟฟ้าเนื่องจากมีอาร์ค ซึ่งทำให้สวิตช์ใช้เวลานานขึ้นในการตัดวงจรและทำให้ความเสียหายที่เกิดจากความผิดพลาดของไฟฟ้าลัดวงจรในระบบไฟฟ้ารุนแรงขึ้น อาร์คสามารถทำให้เกิดไฟไหม้หรือแม้แต่ระเบิดได้

ดังนั้นการดับอาร์คจึงกลายเป็นส่วนสำคัญในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง ตัวอย่างเช่น ยูนิตหลักแบบแหวน จำเป็นต้องทำการสลับวงจรไฟฟ้าแรงสูงให้เสร็จสมบูรณ์ และต้องติดตั้งในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น เช่น สนามบินและพื้นที่อยู่อาศัย จึงต้องแน่ใจว่ามีความปลอดภัย

เพื่อขจัดส่วนโค้ง วิธีการดั้งเดิมส่วนใหญ่ประกอบด้วยแนวคิดต่อไปนี้:

1. ทิ้ง วีความจุไฟฟ้า

เมื่อพูดถึงการลดแรงดันไฟฟ้า บางคนหวังว่าจะลดแรงดันไฟฟ้าในวงจรโดยตรง แต่เห็นได้ชัดว่าเป็นไปไม่ได้ ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งที่อุปกรณ์ต้องทำคือการตัดการเชื่อมต่อวงจรให้เสร็จสมบูรณ์ในระหว่างการส่งแรงดันไฟฟ้าสูง ไม่สามารถเปลี่ยนการส่งแรงดันไฟฟ้าสูงเป็นการส่งแรงดันไฟฟ้าต่ำได้เสมอไป แรงดันไฟฟ้าตกที่นี่คือแรงดันไฟฟ้าในขณะที่หน้าสัมผัสลดลงถูกตัดการเชื่อมต่อ เราทราบว่า U = IR เมื่อหน้าสัมผัสถูกตัดการเชื่อมต่อ R จะเพิ่มขึ้นทันที หากเราต้องการลด U ให้เหลือน้อยที่สุด เราควรตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านหน้าสัมผัสมีค่าน้อยที่สุดในขณะที่หน้าสัมผัสถูกตัดการเชื่อมต่อ นอกจากนี้ โปรดทราบว่าในวงจร AC กระแสและแรงดันไฟฟ้าที่จุดตัดศูนย์มักจะไม่ซิงโครไนซ์กัน ขึ้นอยู่กับประเภทของโหลด

หากต้องการลดแรงดันไฟฟ้าที่จุดสัมผัสเมื่อจุดสัมผัสเปิดอยู่ ให้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการกระทำเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าข้ามศูนย์ ดังนั้นในอุดมคติ I จะเป็น 0 พอดี U=IR=0 ดังนั้นจึงไม่มีอาร์กเกิดขึ้น แต่นี่ไม่ใช่กรณี แนวคิดนี้ยาก ความยากคือโครงสร้างเชิงกลต้องทำงานอย่างแม่นยำบนกระแสไฟฟ้า 50Hz เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของกระแสไฟฟ้า (50Hz) จุดสัมผัสเชิงกลจะเคลื่อนที่ช้าเกินไป ที่สำคัญกว่านั้นคือความแตกต่างของเวลาระหว่างสองการกระทำยังแตกต่างกันอีกด้วย! ในครั้งนี้คุณทริกเกอร์ มันจะตัดการเชื่อมต่อหลังจาก 15 มิลลิวินาที และในครั้งต่อไปที่คุณทริกเกอร์ มันจะตัดการเชื่อมต่อหลังจาก 22 มิลลิวินาที ช่วงจิตเตอร์นี้มีความสำคัญมากภายใต้กระแสไฟฟ้า 50Hz

2. อากาศ บีโห่ร้องถึง อีแต่งแต้มสีสัน กอาร์ซี

หลังจากเกิดอาร์คแล้ว สามารถดับอาร์คได้ด้วยการเป่าลม ซึ่งเราเรียกกันทั่วไปว่าการเป่าลมอาร์ค การเป่าลมอาร์คใช้กระแสลมเพื่อกระทำกับอาร์ค ซึ่งสามารถระบายความร้อนอาร์คได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มแรงดันในบริเวณอาร์ค และกำจัดก๊าซอิสระที่เหลือออก ทำให้มีประสิทธิภาพในการดับอาร์คได้ดี วิธีการเป่าลมอาร์คอาจเป็นการเป่าลมในแนวนอนหรือแนวตั้งก็ได้

นอกจากนี้ ยังสามารถเพิ่มกริดรอบ ๆ ส่วนที่อาร์คเกิดขึ้นได้ เพื่อตัดอาร์คออกได้ ซึ่งจะช่วยให้ดับอาร์คได้อย่างรวดเร็ว

แน่นอนว่าการดับอาร์คไม่ได้หมายความว่าต้องหาคนมาเป่าให้ การไหลของอากาศที่เกิดจากการสัมผัสสามารถใช้เพื่อทำให้การเป่าอาร์คเสร็จสมบูรณ์ได้

ในสถานการณ์ปกติ มักใช้วิธีการเป่าอาร์คเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการนำวิธีนี้ไปใช้ไม่สูง ตัวอย่างเช่น ห้องดับอาร์คต่างๆ จะมีกลไกและกริดสำหรับการเป่าอาร์ค

3. แทนที่ มสื่อ

หากเราเปลี่ยนตัวกลางที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีกว่าและตัดวงจรในตัวกลางนี้ ก็จะสามารถลดอาร์กได้ สิ่งที่ง่ายที่สุดที่คิดได้คือสูญญากาศ ประสิทธิภาพของตัวตัดสูญญากาศในการดับอาร์กนั้นดีมาก แต่ต้นทุนของสูญญากาศนั้นสูงและอายุการใช้งานสั้น

ปัจจุบัน ตัวกลางที่ใช้กันมากที่สุดคือซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ SF6 ซึ่งเป็นก๊าซสังเคราะห์ที่สังเคราะห์ขึ้นเมื่อ 100 ปีก่อนโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส 2 คน คือ มอยซองและเลอโบ

ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

การนำความร้อนสูงสามารถนำอุณหภูมิของอาร์คออกไปได้อย่างรวดเร็ว ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่เป็นพิษ มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร และไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้น ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์จึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมพลังงานเป็นฉนวนและตัวกลางในการตัดวงจรสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันปานกลางและสูง อย่างไรก็ตาม ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์เป็นก๊าซเรือนกระจกและมีศักยภาพในการทำให้โลกร้อน (GWP) อยู่ที่ 23,500 ซึ่งหมายความว่าซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ 1 กิโลกรัมมีผลกระทบต่อคาร์บอนไดออกไซด์ 23,500 กิโลกรัม ซึ่งถือว่าร้ายแรงมาก

มีโซลูชั่นใดบ้างที่ปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีอายุการใช้งานยาวนาน?

4. ขนาน วีแหลม ฉันการขัดจังหวะ (SVI) สสารละลาย

โซลูชันนี้ปลอดภัยกว่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า โดย Schneider Electric เป็นผู้เสนอโซลูชันนี้เป็นครั้งแรกและใช้ในหน่วยหลักแบบวงแหวน โซลูชันตัดสูญญากาศแบบขนานประกอบด้วยห้องดับอาร์กสูญญากาศและสวิตช์แยกในอากาศ ซึ่งทำให้สามารถใช้งานสวิตช์สามสถานีทั่วไปได้โดยใช้ชิ้นส่วนจำนวนน้อยและมีต้นทุนต่ำ

มาลองใช้โซลูชั่นของ Schneider Electric เป็นตัวอย่างในการแนะนำหลักการของ SVI

เมื่อหน้าสัมผัสเคลื่อนที่ กระแสไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนจากหน้าสัมผัสคงที่ไปยังตัวตัดสูญญากาศ และควรสังเกตว่าในขณะที่หน้าสัมผัสเคลื่อนที่และหน้าสัมผัสคงที่แยกจากกัน เนื่องจากหน้าสัมผัสทั้งสองมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน จึงไม่มีอาร์กเกิดขึ้น

จากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวตัดสูญญากาศในตำแหน่งปิด จากนั้นแกนหมุนจะหมุนและขับเคลื่อนตัวตัดสูญญากาศให้เปิดและปิดโดยอาศัยหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ได้

เมื่อการขัดจังหวะกระแสไฟฟ้าเสร็จสิ้นแล้ว การสัมผัสที่เคลื่อนที่จะปล่อยแกนหมุนและหมุนต่อไปที่ตำแหน่งแยก ภายใต้การกระทำของสปริงบัฟเฟอร์ แกนหมุนจะกลับสู่ตำแหน่งเดิม จึงปิดตัวตัดสูญญากาศ

โซลูชันนี้สามารถลดขนาดและต้นทุนของเครื่องตัดสูญญากาศได้ เนื่องจากเครื่องตัดสูญญากาศทำงานเฉพาะในระยะตัด จึงสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้ากู้คืนชั่วคราวระหว่างการตัดได้ แต่ไม่จำเป็นต้องมีความสามารถในการปิดวงจรลัดวงจร ความสามารถในการทนต่อกระแสไฟฟ้าระยะสั้น และความสามารถในการทนต่อกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง ในระหว่างระยะปิด กระแสไฟฟ้าจะไม่ผ่านเครื่องตัดสูญญากาศ นอกจากนี้ ในระหว่างระยะตัด เวลาที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเครื่องตัดสูญญากาศจะมีเพียงไม่กี่มิลลิเมตรเท่านั้น

ในสถานะแยกกัน หน้าสัมผัสเคลื่อนที่และหน้าสัมผัสคงที่จะถูกแยกกันในอากาศแห้ง

เนื่องจากอากาศแห้งเป็นตัวกลางในการแยกตัว จึงมีข้อดีดังต่อไปนี้:

ปลอดสารพิษและปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน คุณจึงมั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ได้รับการติดตั้งใกล้สถานที่สาธารณะโดยไม่ต้องกังวลเรื่องการรั่วไหลของก๊าซพิษ

ปราศจากมลพิษ ทดแทนซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ และหลีกเลี่ยงผลกระทบจากก๊าซเรือนกระจก

ใช้งานง่าย เมื่ออุปกรณ์ถูกทิ้ง ก๊าซไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการกู้คืนที่ซับซ้อนและสามารถปล่อยออกได้โดยตรง

จะเห็นได้ว่าการขัดจังหวะสูญญากาศแบบขนานมีข้อดีและมีแนวโน้มที่จะเข้ามาแทนที่สารละลายซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์

นอกจากนี้ เราพบว่ากระบวนการทั้งหมดดำเนินการในลักษณะเดียวกับสวิตช์ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์สามตำแหน่งที่ใช้ในปัจจุบัน: การดำเนินการครั้งหนึ่งเพื่อทำการเบรก/แยก และครั้งที่สองเพื่อทำการต่อลงดิน แม้แต่โซลูชันยูนิตหลักแบบวงแหวนของ Schneider Electric ก็มีขนาดพื้นที่เท่ากับสวิตช์ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ และแม้แต่ความสูงของแท่งทองแดงของบัสบาร์และข้อต่อสายเคเบิลก็ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง สามารถปรับเปลี่ยนได้ง่าย และโครงร่างซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ดั้งเดิมก็ถูกแปลงเป็นโครงร่างใหม่ ดังนั้นจึงเป็นโซลูชันที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและปลอดภัยยิ่งขึ้น