اجزای کلیدی یک مدارشکن هوشمند خلاء فضای باز

بررسی اجمالی مقاله

یک قطع کننده مدار خلاء هوشمند در فضای باز بیش از یک دستگاه سوئیچینگ مکانیکی است. این مدار حامل جریان اولیه، فناوری قطع خلاء، عایق در فضای باز، مکانیزم عملیاتی، دستگاه‌های حسگر، عملکردهای حفاظتی و کنترلی و قابلیت‌های ارتباطی اختیاری را ترکیب می‌کند.

هر جزء نقش خاصی دارد. قطع کننده خلاء مسئول قطع جریان است، سیستم عایق ایزوله الکتریکی را حفظ می کند، مکانیسم عملیاتی انرژی باز و بسته شدن را فراهم می کند، و کنترل کننده هوشمند سیگنال های حفاظتی و دستورات عملیاتی را پردازش می کند.

با این حال، هر VCB در فضای باز پیکربندی یکسانی ندارد. ترانسفورماتورهای جریان، دستگاه های سنجش ولتاژ، بسته شدن مجدد خودکار، ارتباطات از راه دور و عملکردهای اتوماسیون فیدر معمولاً با توجه به نیازهای پروژه انتخاب می شوند.

درک این مؤلفه ها به شرکت های خدمات شهری، پیمانکاران EPC، کاربران صنعتی و تیم های پروژه زیرساخت کمک می کند تا محصولی را انتخاب کنند که با ولتاژ سیستم، استراتژی حفاظت، محیط نصب و نیازهای اتوماسیون مطابقت داشته باشد.

خلاصه مقاله

• دسته بندی محصول: مدارشکن هوشمند خلاء فضای باز

• سیستم های اصلی: مدار اولیه، قطع کننده خلاء، عایق، مکانیسم عملیاتی، سنجش، حفاظت، کنترل و ارتباطات

• عملکردهای اساسی: سوئیچینگ جریان بار، قطع جریان خطا، حفاظت از فیدر، نشان دادن وضعیت و عملکرد محلی

• عملکردهای هوشمند اختیاری: بسته شدن مجدد خودکار، کنترل از راه دور، نظارت بر جریان و ولتاژ، ثبت خطا، و اتوماسیون فیدر

• اصل پیکربندی: اجزا و توابع باید با توجه به پارامترهای سیستم و الزامات پروژه انتخاب شوند

• ارزش مشتری: انتخاب واضح تر محصول، هماهنگی حفاظتی بهتر، ادغام سیستم آسان تر و نقل قول دقیق تر

1. قطع کننده خلاء

قطع کننده خلاء جزء اصلی قطع کننده مدارشکن خلاء است. این شامل تماس های ثابت و متحرک در داخل یک محفظه خلاء مهر و موم شده است.

هنگامی که بریکر تحت جریان باز می شود، یک قوس بین کنتاکت ها تشکیل می شود. از آنجایی که قوس در یک محیط خلاء خاموش می شود، استحکام دی الکتریک بین کنتاکت ها می تواند به سرعت پس از قطع جریان بهبود یابد.

قطع کننده خلاء مسئول موارد زیر است:

• سوئیچینگ جریان عملیاتی معمولی

• قطع جریان خطا

• پشتیبانی از عملیات باز و بسته شدن مکرر

• محدود کردن مدت قوس

• ارائه تابع اصلی قطع جریان

جریان نامی و ظرفیت قطع اتصال کوتاه آن باید با الزامات الکتریکی پروژه مطابقت داشته باشد.

قطع کننده خلاء به تنهایی عملکرد کامل بریکر را تعیین نمی کند. عملکرد آن نیز به سفر تماس، سرعت باز شدن، سرعت بسته شدن، اتصال مکانیکی و هماهنگی حفاظت بستگی دارد.

2. مدار رسانای اولیه

مدار رسانای اولیه جریان سیستم را از طریق بریکر حمل می کند. معمولاً شامل پایانه ها، اتصالات رسانا، کنتاکت ها، هادی های داخلی و مسیر جریان قطع کننده خلاء می باشد.

یک مدار اولیه قابل اعتماد باید ارائه دهد:

• ظرفیت حمل جریان کافی

• تماس الکتریکی پایدار

• افزایش دما کنترل شده

• اتصال مکانیکی قابل اعتماد

• قابلیت تحمل کوتاه مدت مناسب

• سازگاری با هادی های ورودی و خروجی

تماس ضعیف یا اتصالات شل ممکن است مقاومت تماس را افزایش داده و باعث افزایش غیرعادی دما شود. بنابراین، اتصال ترمینال، گشتاور بست، شرایط تماس و سازگاری هادی در طول ساخت، نصب و راه اندازی مهم هستند.

3. سیستم عایق در فضای باز

سیستم عایق قطعات زنده را از سازه های زمین جدا می کند و فاصله الکتریکی مورد نیاز بین فازها را حفظ می کند.

یک مدارشکن خلاء در فضای باز ممکن است با توجه به ساختار خود از قطب های عایق، بوش ها، سوله های خارجی، عایق های پشتیبانی و سایر اجزای عایق استفاده کند.

سیستم عایق باید در نظر گرفته شود:

• ولتاژ نامی

• ولتاژ مقاومت در برابر فرکانس برق

• ضربه رعد و برق مقاومت در برابر ولتاژ

• ترخیص فاز به فاز

• ترخیص فاز به زمین

• فاصله خزش

• سطح آلودگی

• ارتفاع

• باران، رطوبت، گرد و غبار و تغییرات دما

طراحی عایق در فضای باز به ویژه در محیط های مرتفع، آلوده، ساحلی، سرد یا مرطوب اهمیت دارد.

پیکربندی عایق مورد نیاز باید با توجه به مشخصات پروژه تعیین شود نه اینکه فقط بر اساس ظاهر محصول انتخاب شود.

4. مکانیزم عملیاتی

مکانیزم عملیاتی انرژی مورد نیاز برای باز و بسته کردن بریکر را فراهم می کند. عملکرد آن به طور مستقیم بر سرعت، ثبات و قابلیت اطمینان عملیات سوئیچینگ تأثیر می گذارد.

بسته به مدل و الزامات پروژه، بریکر ممکن است از موارد زیر استفاده کند:

• مکانیزم عملکرد فنر

• مکانیزم موتوری

• مکانیسم آهنربای دائمی

• سیستم عامل دستی

• عملیات ترکیبی محلی و از راه دور

مکانیسم عملیاتی باید اطمینان حاصل کند:

• باز و بسته شدن قابل اعتماد

• سفر مکانیکی صحیح

• سرعت باز و بسته شدن مناسب

• ذخیره انرژی پایدار

• نشانگر موقعیت دقیق

• سفر قابل اعتماد و اجرای دستور بستن

• عملکرد ثابت در سه فاز

برای کاربردهای هوشمند، مکانیسم عملیاتی نیز باید با کنترلر، منبع تغذیه کمکی، مدار سفر، مدار بسته شدن و دستورات عملیات از راه دور هماهنگ شود.

5. انتقال مکانیکی و اتصال

سیستم انتقال مکانیکی مکانیزم عملیاتی را به کنتاکت های متحرک بریکر متصل می کند. انرژی مکانیسم را به حرکت تماس مورد نیاز تبدیل می کند.

اجزای انتقال معمولی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• شفت ها

• میله های اتصال

• اهرم ها

• میل لنگ

• چشمه ها

• بلبرینگ

• اینترلاک های مکانیکی

• ساختارهای پیوند فاز

سیستم انتقال تاثیر می گذارد:

• فاصله باز شدن تماس

• تماس با سفر بیش از حد

• باز و بسته شدن همگام سازی

• مقاومت مکانیکی

• ثبات عملیاتی

• دوام مکانیکی طولانی مدت

تنظیم نادرست ممکن است منجر به بسته شدن ناقص، فشار تماس ناکافی، مقاومت بیش از حد، یا عملکرد فاز ناسازگار شود.

بنابراین سیستم مکانیکی باید قبل از راه اندازی قطع کننده بازرسی و تنظیم شود.

6. ترانسفورماتورهای جریان و سنسورهای جریان

اندازه گیری جریان برای حفاظت و نظارت ضروری است. VCBهای هوشمند در فضای باز ممکن است به ترانسفورماتورهای جریان داخلی یا خارجی یا سنسورهای جریان مجهز شوند.

توابع آنها ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• اندازه گیری جریان فاز

• ارائه سیگنال برای محافظت در برابر جریان بیش از حد

• تشخیص جریان اتصال کوتاه

• پشتیبانی از حفاظت از گسل زمین

• ارائه سیگنال های جریان توالی صفر

• ارائه داده به کنترل کننده هوشمند

• پشتیبانی از نظارت بر بار و ضبط رویداد

پیکربندی مورد نیاز به طرح حفاظتی بستگی دارد.

پروژه ها ممکن است نیاز داشته باشند:

• اندازه گیری جریان سه فاز

• اندازه گیری جریان دو فاز

• تشخیص جریان توالی صفر

• CT های کلاس حفاظتی

• CT های کلاس اندازه گیری

• سیگنال های حفاظتی و اندازه گیری جداگانه

نسبت CT، دقت، بار، کلاس حفاظتی و موقعیت نصب باید با نیازهای کنترل کننده و سیستم مطابقت داشته باشد.

7. ترانسفورماتورهای ولتاژ و سنسورهای ولتاژ

اطلاعات ولتاژ ممکن است برای اندازه گیری، حفاظت، بسته شدن مجدد خودکار، همگام سازی، حفاظت جهت و اتوماسیون توزیع مورد نیاز باشد.

بسته به پروژه، سیگنال های ولتاژ ممکن است توسط:

• ترانسفورماتورهای ولتاژ خارجی

• ترانسفورماتورهای ولتاژ یکپارچه

• سنسورهای ولتاژ

• دستگاه های تقسیم ولتاژ خازنی

• سیستم های اندازه گیری سمت ایستگاه

سنجش ولتاژ ممکن است پشتیبانی کند:

• نظارت بر ولتاژ

• تشخیص افت ولتاژ

• تایید خط زنده

• منطق باز بستن

• حفاظت جهت دار

• محاسبه توان و انرژی

• اتوماسیون فیدر

• مانیتورینگ سیستم از راه دور

هر VCB در فضای باز به یک PT یکپارچه نیاز ندارد. روش صحیح به معماری سیستم و الزامات پروژه بستگی دارد.

8. کنترل کننده حفاظت هوشمند

کنترل کننده هوشمند سیگنال های ترانسفورماتورهای جریان، سنسورهای ولتاژ، کنتاکت های کمکی و سایر دستگاه های میدانی را پردازش می کند. سپس عملکردهای حفاظتی، کنترلی، بسته شدن مجدد، نظارت و ارتباط را طبق منطق پیکربندی شده اجرا می کند.

عملکردهای احتمالی کنترلر عبارتند از:

• حفاظت در برابر جریان اضافه فاز

• حفاظت در برابر اتصال کوتاه

• حفاظت از زمین

• حفاظت از توالی صفر

• بسته شدن مجدد خودکار

• ایزوله سازی اشتباه

• سفر و کنترل را ببندید

• نظارت بر وضعیت

• مدیریت تنظیم حفاظت

• ضبط رویداد

• ضبط خطا

• عملیات محلی و از راه دور

پیکربندی کنترلر باید با فلسفه حفاظتی پروژه مطابقت داشته باشد.

یک کنترلر با عملکردهای بیشتر به طور خودکار انتخاب بهتری نیست. راه حل صحیح راه حلی است که با الزامات سیستم، استراتژی عملیات و معماری ارتباطات مطابقت داشته باشد.

9. برق کمکی و مدارهای سفر/بستن

عملکردهای هوشمند به منبع تغذیه کمکی پایدار نیاز دارند. ممکن است برای کنترلر، مکانیزم موتور، سیم پیچ تریپ، سیم پیچ بسته شدن، ماژول ارتباطی، بخاری و سایر دستگاه های کمکی استفاده شود.

منابع برق کمکی ممکن عبارتند از:

• برق DC ایستگاه

• برق AC ایستگاه

• ترانسفورماتور قدرت خارجی

• منبع تغذیه ترانسفورماتور ولتاژ

• انرژی خورشیدی با ذخیره انرژی در کاربردهای از راه دور

• باتری پشتیبان، بسته به طراحی سیستم

مدارهای خاموش و بسته شدن باید طوری طراحی شوند که اطمینان حاصل شود که بریکر می تواند تحت شرایط لازم کار کند.

عوامل مهم عبارتند از:

• ولتاژ کنترل

• مصرف برق

• درجه سفر و بستن سیم پیچ

• قابلیت عملیات پشتیبان گیری

• نظارت بر ولتاژ پایین

• حفاظت از مدار

• سیم کشی و چیدمان ترمینال

• حفاظت از محیط زیست محفظه کنترل

10. نشانگر وضعیت و تماس های کمکی

اپراتورها به اطلاعات واضح در مورد وضعیت بریکر نیاز دارند. دستگاه های نشانگر وضعیت، تأیید محلی را ارائه می دهند، در حالی که مخاطبین کمکی اطلاعات را به سیستم های حفاظت، کنترل و نظارت ارسال می کنند.

اطلاعات وضعیت رایج شامل:

• شکن باز

• شکن بسته شد

• مکانیزم انرژی ذخیره شده

• وضعیت سفر

• هشدار کنترلر

• حالت کنترل محلی یا از راه دور

• وضعیت قفل

• وضعیت برق کمکی

نشانگرهای مکانیکی مهم باقی می مانند، زیرا حتی زمانی که سیستم ارتباطی در دسترس نیست، تأیید محلی مستقیم را ارائه می دهند.

کنتاکت های کمکی نیز باید به درستی با سیستم کنترل تطبیق داده شده و در حین راه اندازی بررسی شوند.

11. ماژول ارتباطی و رابط کنترل از راه دور

عملکردهای ارتباطی به VCB هوشمند فضای باز اجازه می دهد تا داده های عملیاتی و دستورات کنترل را با یک سیستم اتوماسیون توزیع، پلت فرم SCADA یا مرکز کنترل از راه دور مبادله کند.

بسته به پروژه، سیستم ارتباطی ممکن است از موارد زیر پشتیبانی کند:

• باز و بسته شدن از راه دور

• بازخورد وضعیت

• داده های جریان و ولتاژ

• اطلاعات خطا

• سوابق رویداد

• مدیریت تنظیم حفاظت

• انتقال آلارم

• همگام سازی زمان

• هماهنگی اتوماسیون فیدر

رابط و پروتکل ارتباطی مورد نیاز باید قبل از تولید تأیید شود.

مشتریان باید توضیح دهند:

• پروتکل ارتباطی

• ارتباط سیمی یا بی سیم

• رابط مرکز کنترل

• الزامات نقطه داده

• الزامات ترمینال از راه دور

• الزامات امنیت سایبری

• مسئولیت یکپارچه سازی سیستم

قابلیت ارتباط باید به عنوان بخشی از سیستم کامل پروژه در نظر گرفته شود، نه صرفاً به عنوان یک ویژگی محصول مجزا.

12. محفظه، قاب و ساختار نصب

محفظه و ساختار پشتیبانی، حفاظت مکانیکی و پشتیبانی نصب را برای شکن فراهم می کند.

بسته به مدل، محصول ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• محفظه عملیاتی اصلی

• جعبه کنترل هوشمند

• قاب پشتیبانی گالوانیزه

• پایه نصب

• نقاط بلند کردن

• پایانه های زمین

• نقاط ورودی کابل

• درب های تعمیر و نگهداری

• دستگاه های ضد تراکم

• مهر و موم های محیطی

ساختار باید با:

• نصب روی میله

• نصب سوله پست

• نصب پلت فرم در فضای باز

• پایه های موجود

• ترتیب هادی ورودی و خروجی

• فضای نگهداری

• الزامات باد و لرزه‌ای محلی، در صورت لزوم

طراحی صحیح نصب به کاهش تغییرات نصب و بهبود راندمان تحویل در محل کمک می کند.

چگونه اجزا با هم کار می کنند

عملکرد یک VCB هوشمند در فضای باز را می توان به عنوان یک فرآیند هماهنگ خلاصه کرد:

1. CT یا حسگرها سیگنال های جریان و ولتاژ را جمع آوری می کنند.

2. کنترلر هوشمند سیگنال ها را با توجه به تنظیمات حفاظتی تجزیه و تحلیل می کند.

3. هنگامی که یک وضعیت خطا تشخیص داده می شود، کنترل کننده یک فرمان سفر ارسال می کند.

4. مکانیسم عملیاتی تماس متحرک را هدایت می کند.

5. قطع کننده خلاء جریان خطا را قطع می کند.

6. کنتاکت ها و نشانگرهای کمکی وضعیت شکن را گزارش می دهند.

7. ماژول ارتباطی اطلاعات خطا و عملکرد را به سیستم کنترل ارسال می کند.

8. اگر بسته شدن مجدد خودکار پیکربندی شده باشد، کنترلر تعیین می کند که آیا و چه زمانی دوباره شکن را ببندد.

قابلیت اطمینان سیستم کامل به هماهنگی همه این اجزا بستگی دارد - نه تنها قطع کننده یا کنترل کننده.

کدام اجزا اختیاری هستند؟

هر پروژه ای به بالاترین سطح اتوماسیون نیاز ندارد. اجزاء و توابع اختیاری ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• سی تی های یکپارچه

• PT های یکپارچه یا خارجی

• سی تی توالی صفر

• کنترلر حفاظتی هوشمند

• بسته شدن مجدد خودکار

• ارتباط از راه دور

• ضبط خطا

• نظارت بر ولتاژ

• عملیات موتوری

• منبع تغذیه پشتیبان

• گرمایش ضد تراکم

• توابع به هم پیوسته اضافی

به عنوان مثال:

• یک تغذیه کننده پست ممکن است از یک VCB در فضای باز با حفاظت رله سمت ایستگاه استفاده کند.

• یک فیدر سربار ممکن است به بسته شدن مجدد خودکار و ارتباط از راه دور نیاز داشته باشد.

• یک پروژه صنعتی ممکن است به کنترل محلی نیاز داشته باشد اما به اتوماسیون فیدر نیاز ندارد.

• یک پروژه انرژی تجدیدپذیر ممکن است نیاز به سنجش ولتاژ و هماهنگی حفاظتی خاص داشته باشد.

پیکربندی صحیح از عملکرد ناکافی و هزینه غیر ضروری جلوگیری می کند.

راهکارهای VCB هوشمند فضای باز DGG Power

DGG Power قطع کننده های مدار خلاء در فضای باز با ولتاژ متوسط ​​و بالا برای پست ها، خطوط هوایی، سیستم های توزیع صنعتی، اتصال به شبکه انرژی های تجدیدپذیر، تامین برق راه آهن و پروژه های زیرساختی را فراهم می کند.

با توجه به الزامات پروژه، DGG Power می تواند مشتریان را با موارد زیر پشتیبانی کند:

• انتخاب مدل VCB فضای باز

• تایید پارامتر الکتریکی اولیه

• پیکربندی CT و PT

• انتخاب کنترلر هوشمند

• هماهنگی حفاظت-عملکرد

• پیکربندی بسته شدن مجدد خودکار

• هماهنگی ارتباط و رابط

• پشتیبانی از ساختار نصب

• نقشه های فنی و مستندات

• بازرسی و آزمایش کارخانه

• همکاری در نصب و راه اندازی

• هماهنگی با کلیدهای قطع، برقگیر، ترانسفورماتور ابزار و قطع فیوز

هدف اضافه کردن هر تابع ممکن نیست، بلکه پیکربندی یک راه حل عملی است که با سیستم قدرت واقعی مطابقت داشته باشد.

پرسش‌های متداول: اجزای VCB هوشمند در فضای باز

مهمترین جزء یک مدارشکن خلاء چیست؟

قطع کننده خلاء جزء اصلی قطع جریان است، اما قابلیت اطمینان کلی قطع کننده به مکانیسم عملکرد، سیستم عایق، مدار رسانا، اتصال مکانیکی و کنترل کننده حفاظت نیز بستگی دارد.

آیا هر VCB هوشمند فضای باز شامل CT و PT می شود؟

پیکربندی های CT و PT به حفاظت، اندازه گیری، نظارت و نیازهای اتوماسیون پروژه بستگی دارد. آنها ممکن است در داخل، نصب خارجی، یا توسط سیستم برق موجود تامین شوند.

چه چیزی یک VCB در فضای باز را هوشمند می کند؟

زمانی که دستگاه‌های حسگر، کنترل‌کننده حفاظت، مدارهای عملیاتی، بازخورد وضعیت و عملکردهای ارتباطی اختیاری برای پشتیبانی از نظارت، حفاظت، کنترل و اتوماسیون یکپارچه می‌شوند، هوشمند می‌شود.

آیا بسته شدن مجدد خودکار یک عملکرد استاندارد است؟

نه همیشه. بسته شدن مجدد خودکار به کنترل کننده مناسب، پیکربندی حسگر، مکانیسم عملیاتی، قدرت کمکی و منطق حفاظتی نیاز دارد. باید طبق پروژه مشخص شود.

چرا VCB های مشابه در فضای باز قیمت های متفاوتی دارند؟

تفاوت‌ها ممکن است ناشی از رتبه‌بندی‌های الکتریکی، ظرفیت قطع کننده خلاء، سطح عایق، پیکربندی CT/PT، عملکردهای کنترل‌کننده، پروتکل ارتباطی، مکانیسم عملیاتی، حفاظت از محفظه، مستندات و الزامات تست باشد.

آیا DGG Power می تواند پیکربندی کامپوننت را سفارشی کند؟

DGG Power می تواند پشتیبانی از پیکربندی مبتنی بر پروژه را با توجه به ولتاژ سیستم، جریان نامی، سطح خطا، الزامات حفاظتی، روش نصب، شرایط محیطی و نیازهای ارتباطی ارائه دهد.

نتیجه گیری

قطع کننده مدار خلاء فضای باز هوشمند یک سیستم هماهنگ متشکل از قطع کننده خلاء، مدار رسانای اولیه، عایق در فضای باز، مکانیسم عملیاتی، اتصال مکانیکی، دستگاه های حسگر، کنترل کننده حفاظت، برق کمکی، نشانگر وضعیت، سیستم ارتباطی و ساختار نصب است.

درک عملکرد هر جزء به مشتریان کمک می کند تا از انتخاب تجهیزات فقط بر اساس ظاهر محصول یا نام مدل خودداری کنند. پیکربندی صحیح باید با پارامترهای الکتریکی، استراتژی حفاظت، سطح اتوماسیون، شرایط سایت و الزامات عملیات طولانی مدت پروژه مطابقت داشته باشد.

به دنبال قطع کننده مدار خلاء هوشمند در فضای باز برای پست، فیدر سربار، سیستم صنعتی یا پروژه اتوماسیون توزیع هستید؟ با DGG Power با پارامترهای سیستم، الزامات حفاظتی، پیکربندی CT/PT، نیازهای ارتباطی و شرایط نصب تماس بگیرید. تیم فنی ما به شما در پیکربندی راه حل مناسب کمک می کند.