با توجه به انتقال انرژی جهانی و ارتقاء شبکه در مقیاس بزرگ،مدار شکن خلاء(VCB) - یکی از پرکاربردترین وسایل حفاظتی در سیستم های قدرت - در حال تغییر سیستماتیک است. این تکامل، VCB ها را از موقعیت غالب در ولتاژ متوسط ​​به سمت برنامه های کاربردی ولتاژ بالا، و از یک تابع سوئیچینگ ساده به سمت گره های شبکه هوشمند حرکت می دهد. صنعت به طور گسترده تشخیص می دهد که VCB ها وارد دومین منحنی رشد شده اند که با جایگزین های سازگار با محیط زیست، ادغام دیجیتال و سازگاری شدید محیطی مشخص می شود.

I. محرک های بازار و فناوری: VCB وارد یک چرخه تکرار جدید می شود

مزیت اصلی قطع کننده های مدار خلاء در محیط قطع کننده (خود خلاء) نهفته است که انتشار کربن صفر، قابلیت قطعی قوی، عمر الکتریکی طولانی و عملکرد بدون نیاز به تعمیر و نگهداری را ارائه می دهد. در محدوده ولتاژ متوسط ​​(12kV-40.5kV)، VCB ها برای مدت طولانی راه حل غالب بوده اند. با این حال، در سطوح ولتاژ بالاتر (72.5 کیلو ولت و بالاتر)، کلیدهای مدار SF6 به دلیل عملکرد عالی عایق خود، موقعیت پیشرو خود را حفظ کرده اند. از آنجایی که SF6 پتانسیل گرمایش جهانی بسیار بالایی دارد (تقریباً 23900 برابر CO2)، استفاده از آن با مقررات بین المللی سختگیرانه و محدودیت های کربن مواجه است.

این پس زمینه یک انگیزه فنی واضح برای گسترش فناوری مدارشکن خلاء به برنامه های انتقال ولتاژ بالا فراهم می کند. جهت‌های توسعه فنی جریان اصلی فعلی عبارتند از: افزایش قابلیت مقاومت ولتاژ قطع کننده‌های خلاء تک‌شکنی، استفاده از فناوری سری چند وقفه در ولتاژ ۱۲۶ کیلوولت و بالاتر، و راه‌حل‌های ترکیبی ترکیبی از عایق گاز سازگار با محیط زیست با قطع خلاء.

مقایسه تاثیر محیطی رسانه های مختلف وقفه

II. فناوری خلاء ولتاژ بالا: از "روند" تا "اعتبارسنجی مهندسی"

استفاده از کلیدهای مدار خلاء برای سطوح ولتاژ انتقال نیازمند غلبه بر چندین چالش فنی کلیدی است.

اول، قابلیت عایق بندی قطع کننده های خلاء. با افزایش سطوح ولتاژ، ویژگی های قبل از ضربه شکاف خلاء، وضعیت سطح تماس و یکنواختی میدان الکتریکی تأثیر قابل توجهی بر عملکرد عایق دارند. رویکردهای فنی رایج شامل بهینه سازی ساختارهای تماسی (مانند تماس های میدان مغناطیسی محوری)، بهبود سطح خلاء قطع کننده، و استفاده از ساختارهای عایق مرکب است.

دوم، پاسخ با سرعت بالا از مکانیسم عامل. قطع کننده های مدار خلاء ولتاژ بالا معمولاً به زمان های وقفه کلی کوتاه تری نیاز دارند و تقاضاهای بالاتری را برای ویژگی های مکانیکی مکانیزم عملیاتی ایجاد می کنند. مکانیزم های فنری، محرک های مغناطیسی دائمی و مکانیزم های دافعه الکترومغناطیسی هر کدام از نظر باز شدن سریع، سرعت باز شدن اولیه و کنترل پراکندگی مزایا و معایب خاص خود را دارند.

سوم، اشتراک ولتاژ در اتصالات سری چند بریک. در سطوح ولتاژ 126 کیلو ولت و بالاتر، دشواری فنی و هزینه قطع کننده های خلاء تک بریک به طور قابل توجهی افزایش می یابد و اتصال سری چند بریک را به یک گزینه مهندسی کاربردی تبدیل می کند. با این حال، اتصالات سری چند وقفه با چالش هایی با عدم تعادل توزیع ولتاژ استاتیک و دینامیکی مواجه هستند که به راه حل هایی مانند خازن های درجه بندی یا فناوری کنترل سنکرون نیاز دارند.

با توجه به اطلاعات صنعت در دسترس عموم، چندین سازنده داخلی و بین‌المللی تابلو برق و موسسات تحقیقاتی توسعه نمونه اولیه را در سطح 126 کیلوولت تکمیل کرده‌اند و وارد مرحله تایید مهندسی شده‌اند. این پیشرفت در صنعت به عنوان گامی اساسی در جهت گسترش فناوری سوئیچینگ خلاء به کاربردهای ولتاژ بالا در نظر گرفته می شود.

مشخصات فنی مدار شکن های خلاء بر اساس سطح ولتاژ

III. ادغام هوشمند: VCB از "عنصر تغییر دهنده" به "گره ادراک" تکامل می یابد

در چارچوب اتوماسیون توزیع و سیستم‌های عملیات/نگهداری هوشمند، کلیدهای مدار خلاء نقش جدیدی دارند. VCB های سنتی بر جداسازی خطا و محافظت از خط تمرکز دارند. نسل جدید VCB های یکپارچه اولیه-ثانویه عملکردهای سنجش جریان/ولتاژ، برداشت توان، نظارت بر وضعیت، ارتباطات و کنترل حفاظت را عمیقاً یکپارچه می کند.

به طور خاص، اجماع فنی صنعت شامل موارد زیر است: طراحی یکپارچه فشرده ترانسفورماتورهای ابزار الکترونیکی با قطع کننده خلاء. توانایی کنترل کننده برای شناسایی سریع و پاک کردن عیوب اتصال کوتاه (معمولاً در چند سیکل). پشتیبانی از باز شدن خودکار سریع؛ و ضبط خطا و قابلیت های ارتباط از راه دور.

علاوه بر این، با افزایش تقاضا برای یکپارچه سازی شبکه انرژی تجدیدپذیر، نیاز به VCB ها برای قطع قطعات DC بالا نیز در حال افزایش است. جریان‌های اتصال کوتاه در سمت سیستم ذخیره‌سازی خورشیدی، باد و انرژی اغلب حاوی بخش قابل‌توجهی از اجزای DC هستند که چالش‌های فنی فراتر از سیستم‌های AC سنتی ایجاد می‌کنند.

ماژول های عملکردی VCB های هوشمند یکپارچه اولیه-ثانویه

مقایسه سطوح مختلف ادغام هوشمند

IV. سازگاری شدید محیطی: حفاظت از نفوذ بالا کلیدی برای محصولات در فضای باز است

قطع کننده های مدار خلاء نصب شده در فضای باز در محیط های پیچیده و متغیر کار می کنند. رطوبت، تراکم، مه نمک، دماهای شدید و گرد و غبار از علل شایع خرابی تجهیزات هستند. در این میان، تخریب عایق و خوردگی مکانیزم ناشی از تراکم، برجسته ترین مسائل هستند.

با پرداختن به این نقطه درد، افزایش رتبه کلی حفاظت از ورود (IP) در سال‌های اخیر به یک جهت ارتقای فنی اصلی برای VCB‌های فضای باز تبدیل شده است. روش‌های پیشرو در صنعت رتبه‌بندی حفاظتی را از IP54 سنتی به IP67 یا حتی IP68 افزایش داده‌اند. IP67 به این معنی است که تجهیزات می توانند غوطه ور شدن موقت در آب را بدون آسیب تحمل کنند، در حالی که IP68 نشان دهنده توانایی کار در هنگام غوطه ور شدن مداوم در شرایط مشخص است.

فن‌آوری‌های کلیدی برای دستیابی به رتبه‌بندی IP بالا عبارتند از: طراحی رابط آب‌بندی بین محل وقفه و مکانیسم، عملیات مقاوم در برابر خوردگی مکانیسم عملیاتی، و بهینه‌سازی ساختارهای آب‌بندی بین عایق‌های بوشینگ و محفظه.

مقایسه VCBهای فضای باز بر اساس رتبه حفاظت از ورود