چرا مداربرهای خلأ ۱۲ کیلوولت عملکرد بهتری نسبت به SF6/روغن/هوا دارند: تحلیل راه حل کامل
چرا مداربرهای خلاء ۱۲ کیلوولت بر SF6/روغن/هوایی برتری دارند: تحلیل جامع راهحل
در توزیع برق با ولتاژ متوسط (MV)، به ویژه در مداربرهای داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت، مداربرهای خلاء (VCBs) به عنوان فناوری غالب ظاهر شدهاند که به طور قابل توجهی فراتر از گزینههای تاریخی مانند مداربرهای SF₆، مداربرهای کم-روغن و مداربرهای هوایی هستند. این گزارش مقایسه دقیقی بین VCBs داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت و این رقبا ارائه میدهد و مزایای اصلی آنها را برجسته میکند.
I. مروری بر فناوریهای رقابتی اصلی
- مداربرهای SF₆
- اصول عملکرد: از گاز هگزافلوئورید سولفور (SF₆) برای خاموش کردن قوس الکتریکی و عایقبندی استفاده میکند. SF₆ خواص عایقبندی و خاموش کردن قوس الکتریکی بسیار عالی دارد.
- کاربرد: پیش از این به طور گستردهای در سیستمهای MV/HV، به ویژه برای کاربردهای با ظرفیت قطع بالا یا کاربردهای خارج ساختمان استفاده میشد. با این حال، سهم بازار آن در سیستمهای داخل ساختمان ۱2 کیلوولت به دلیل نگرانیهای زیستمحیطی و نگهداری توسط VCBs جایگزین شده است.
- مداربرهای کم-روغن
- اصول عملکرد: از روغن ترانسفورماتور به عنوان مedium قطع قوس الکتریکی استفاده میکند اما مقدار کمتری روغن نسبت به طراحیهای قدیمی با روغن بیشتر استفاده میکند.
- کاربرد: یک فناوری اصلی قبل از VCBs بود. نقاط ضعف اصلی شامل خطرات آتشسوزی، نگهداری بالا و آلودگی محیطی است.
- مداربرهای هوایی
- اصول عملکرد: برای خاموش کردن قوس الکتریکی از تیرهای هوا فشرده استفاده میکند.
- کاربرد: در سیستمهای HV اولیه یا کاربردهای خاص استفاده میشد. برای سناریوهای داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت، ACBs نسبت به VCBs در ظرفیت قطع، اندازه و سر و صدا ضعیفتر هستند.
II. مزایای اصلی VCBs داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت
VCBs در شش بعد حیاتی بر رقبا برتری دارند:
- قطع قوس الکتریکی و قابلیت اطمینان فوقالعاده
- قطع خلاء: خلاء یک medium عایقبندی ایدهآل است. خاموش کردن قوس الکتریکی به طور موثر در صفر جریان در یک قاطع بسته انجام میشود، با بازیابی سریع خواص عایقبندی. این امر قابلیت اطمینان بالا را به ویژه برای عملیات مکرر تضمین میکند.
- عدم وجود خطر بازآتشیدن: برخلاف SF₆ یا روغن، خاموش کردن خلاء به طور عمده خطر بازآتشیدن را حذف میکند.
- ظرفیت قطع بالا: VCBs مدرن ۱۲ کیلوولت محدوده گستردهای از جریانهای قطع کوتاه مدار (Isc) را پوشش میدهند (از ۲۰ کیلوآمپر تا ۵۰ کیلوآمپر+ (مانند ZN63/VBY-12: ۴۰ کیلوآمپر؛ VS1-12: ۵۰ کیلوآمپر)) که با مداربرهای SF₆ همسطح و از مداربرهای روغن/هوایی فراتر است.
- عمر مفید الکتریکی بلند: ۳۰ تا ۵۰ بار قطع کامل کوتاه مدار (مانند VT19-12، VS1-12) تحمل میکند، که نیازهای کلاس E2 را برآورده میکند و نسبت به مداربرهای روغنی برتری دارد.
- تفوق زیستمحیطی و ایمنی
- صفر انتشار گازهای گلخانهای: VCBs از خلاء به جای SF₆ - یک گاز گلخانهای قوی با GWP حدود ۲۳,۵۰۰ برابر CO₂ - استفاده میکنند و چالشهای نظارتی و دفع را حذف میکنند.
- عدم وجود خطر آتشسوزی: برخلاف مداربرهای روغنی، قاطعهای خلاء هیچ خطر آتشسوزی یا انفجاری ندارند.
- عملکرد غیر سمی: هیچ محصول جانبی سمی در طی قطع (برخلاف تجزیه SF₆) تولید نمیکند.
- نگهداری کم و طول عمر بلند
- طراحی "بدون نگهداری": قاطعهای خلاء بستهشده نیازی به نگهداری داخلی در طول عمر (معمولاً با مقاومت مکانیکی همزمان) ندارند. این موضوع به طور قابل توجهی با مداربرهای SF₆ (نظارت و تکمیل گاز) و مداربرهای روغنی (تعویض روغن) متفاوت است.
- عمر مکانیکی بالا: مکانیزمهای با عملکرد پружین ۱۰,۰۰۰ تا ۳۰,۰۰۰ عملیات (کلاس M2) را انجام میدهند که نگهداری مکانیکی را کاهش میدهد.
- عایقبندی جامد: فناوریهایی مانند ستونهای پوشیده شده با رزین اپوکسی (مانند VS1-12) مقاومت در برابر گرد و غبار، رطوبت و تقطیر را افزایش میدهند.
- طراحی فشرده و انعطافپذیری
- مساحت کوچک: قاطعهای خلاء فشرده و مکانیزمهای بهینه طراحی فشرده را ممکن میسازند.
- تنوع نصب: مکانیزمهای عملیاتی یکپارچه پشتیبانی از کنفیگوراسیونهای ثابت یا قابل خروج (مانند KYN28A-12/GZS1، XGN) میکنند.
- مدولار بودن: مونتاژ ساده و تعویض قطعه.
- قطع پیشرفته و کارایی هزینهای
- جریان برش کم: در طی قطع جریان القایی ولتاژ برش را کاهش میدهد.
- قادر به قطع C2 کلاس: احتمال بسیار کم بازآتشیدن برای بانکهای خازنه.
- هزینه کل مالکیت (TCO) کم: در حالی که هزینههای اولیه ممکن است با مداربرهای SF₆ همسطح باشند، VCBs به دلیل نگهداری کم، عدم هزینههای مدیریت SF₆، کاهش حق بیمه (عدم خطر آتشسوزی) و طول عمر خدماتی طولانی هزینههای طول عمر کمتری دارند.
- مقاومت زیستمحیطی
- در شرایط استاندارد (−۱۵°س تا +۴۰°س، ≤۱,۰۰۰ متر ارتفاع) به طور قابل اعتماد کار میکند. نسخههای با عایقبندی جامد در محیطهای سخت (مانند رطوبت بالا، آلودگی) تحمل بالا دارند.
III. خلاصه مقایسه
جدول: VCB داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت در مقابل رقبا اصلی
|
ویژگی |
VCB |
مداربر SF₆ |
مداربر کم-روغن |
مداربر هوایی |
|
medium قطع |
خلاء |
گاز SF₆ |
روغن ترانسفورماتور |
هوا فشرده |
|
قویترین نقطه |
قابلیت اطمینان، بدون نگهداری، محیطزیستی، فشرده، طول عمر بلند |
ظرفیت قطع بالا، عایقبندی |
نابغه (تاریخی) |
عدم خطر آتشسوزی |
|
ضعیفترین نقطه |
ولتاژ برش (قابل مدیریت) |
گاز با GWP بالا، نگهداری پیچیده |
خطر آتشسوزی، نگهداری مکرر، آلودگی |
اندازه بزرگ، سر و صدا، ظرفیت قطع محدود |
|
ظرفیت قطع (Isc) |
بالا (۲۰ کیلوآمپر تا ۵۰ کیلوآمپر+) |
بالا |
متوسط |
پایین/متوسط |
|
عمر مفید الکتریکی |
بالا (۳۰ تا ۵۰ عملیات) |
متوسط/بالا |
پایین |
متوسط |
|
عمر مکانیکی |
بالا (۱۰,۰۰۰ تا ۳۰,۰۰۰ عملیات) |
متوسط/بالا |
پایین |
متوسط |
|
نگهداری |
بسیار کم |
بالا (نظارت گاز) |
بالا (تعویض روغن) |
متوسط (سیستم هوا) |
|
دوستانه برای محیطزیست |
عالی (صفر انتشار) |
ضعیف (GWP SF₆) |
ضعیف (آلودگی روغن) |
متوسط (سر و صدا) |
|
خطر آتشسوزی/انفجار |
هیچ |
پایین (SF₆ غیرقابل اشتعال) |
بالا |
هیچ |
|
اندازه |
فشرده |
متوسط |
بزرگ |
بسیار بزرگ |
|
هزینه کل مالکیت (TCO) |
پایین (اولیه + طولانیمدت) |
بالا (گاز + هزینههای مطابقت) |
متوسط/بالا (نگهداری + خطر) |
متوسط/بالا |
|
روند بازار |
غالب برای داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت |
خارج شدن از داخل ساختمان MV |
منسوخ |
کاربردهای خاص |
IV. نتیجهگیری
برای توزیع برق داخل ساختمان ۱۲ کیلوولت، مداربرهای خلاء (VCBs) به طور قطع فناوری انتخاب شده هستند. قابلیت قطع قوس الکتریکی برتر، قابلیت اطمینان بینظیر، عملکرد واقعی بدون نگهداری، ایمنی زیستمحیطی (بدون خطر SF₆/روغن/آتش)، طراحی فشرده و کارایی هزینهای طول عمر آنها، نقش مهمی در زیرساختهای برق مدرن ایفا کردهاند.
