ما هي المعلمات الأساسية التي يجب عليك التحقق منها قبل اختيار قاطع الدائرة الكهربائية؟

ما الذي يجعل قواطع دوائر الفراغ مختلفة؟

A قاطع الدائرة الفراغية (VCB) يقاطع تيار الخلل عن طريق فصل نقاط الاتصال الخاصة به داخل قاطع فراغ مغلق، حيث يعني غياب جزيئات الغاز أن القوس المتكون بين نقاط الاتصال ينطفئ على الفور تقريبًا - عادةً خلال أول تقاطع صفري حالي بعد فصل الاتصال. بالمقارنة مع قواطع الدوائر الكهربائية التي تعمل بالزيت أو الانفجار الهوائي أو SF6، توفر قواطع الدوائر الكهربائية VCB إطفاء القوس بشكل أسرع، وعمرًا كهربائيًا أطول بكثير (عادةً 10000 عملية أو أكثر عند التيار المقنن)، والحد الأدنى من متطلبات الصيانة، وعدم وجود خطر نشوب حريق أو إطلاق غازات سامة. وقد جعلتها هذه المزايا الخيار السائد للمفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​في نطاق 3.6 كيلو فولت إلى 40.5 كيلو فولت، والتي تغطي المنشآت الصناعية ومحطات توزيع المرافق الفرعية والمباني التجارية وعمليات التعدين ومنشآت الطاقة المتجددة.

على الرغم من موثوقيتها، فإن أجهزة VCB ليست جهازًا واحدًا يناسب الجميع. فئة الجهد، والتيار المقنن، وقدرة كسر الدائرة القصيرة، وآلية التشغيل، والخصائص المحددة للحمل المحمي، كلها تؤثر على القاطع الصحيح لتطبيق معين. إن اختيار VCB صغير الحجم بالنسبة لمستوى الخطأ الخاص به، أو غير متطابق مع نوع الحمل الخاص به، أو غير متوافق مع لوحة المفاتيح الكهربائية الخاصة به سوف يضر بكل من الحماية وعمر المعدات. يستعرض هذا الدليل كل معلمة اختيار مهمة من الناحية العملية.

الخطوة الأولى: تأكيد جهد النظام وفئة الجهد

معيار الاختيار الأول والأكثر أهمية هو الحد الأقصى للجهد المقنن للقاطع، والذي يجب أن يساوي أو يتجاوز أعلى جهد سيظهر عند أطراف القاطع تحت أي ظروف تشغيل، بما في ذلك الجهد الزائد المؤقت أثناء أحداث التبديل أو الخطأ. يتم تصنيع VCBs في فئات الجهد القياسية المحددة بواسطة IEC 62271-100 وANSI/IEEE C37.04. تشمل الفئات الشائعة 7.2 كيلو فولت، و12 كيلو فولت، و17.5 كيلو فولت، و24 كيلو فولت، و40.5 كيلو فولت لتطبيقات الجهد المتوسط.

لا تقم باختيار قاطع مقدر تمامًا بجهد النظام الاسمي. يجب أن يستخدم نظام توزيع 6.6 كيلو فولت قاطعًا مقننًا بجهد 7.2 كيلو فولت، ويتطلب نظام 11 كيلو فولت قاطعًا من فئة 12 كيلو فولت، لأن الحد الأقصى للجهد المقنن يمثل تفاوتات جهد النظام والجهد الزائد العابر. بنفس القدر من الأهمية هو جهد تحمل تردد الطاقة المقدر وجهد تحمل نبض البرق المقدر (BIL)، مما يؤكد أن القاطع يمكنه النجاة من الضغوط العازلة التي تفرضها ضربات البرق والتحويلات المفاجئة على الشبكة المتصلة.

الخطوة الثانية: تحديد التيار العادي المقنن

التيار الطبيعي المقدر هو التيار المستمر الذي يمكن للقاطع حمله إلى أجل غير مسمى دون تجاوز حدود درجة حرارة جهات الاتصال والموصلات والمحطات الطرفية. يجب أن تتطابق هذه القيمة مع الحد الأقصى لتيار الحمل المستمر للدائرة المحمية، مع هامش أمان مناسب. التيارات المقدرة القياسية لـ VCBs ذات الجهد المتوسط هي 630 أمبير، 1250 أمبير، 1600 أمبير، 2000 أمبير، 2500 أمبير، و3150 أمبير.

عند حساب التصنيف الحالي المطلوب، قم بحساب تيار الحمل الكامل لأكبر محرك أو محول يتم حمايته، بالإضافة إلى أي أحمال إضافية على نفس وحدة التغذية. بالنسبة لمغذيات المحولات، استخدم تيار الحمل الكامل للمحول عند الجهد الأساسي، وليس لوحة الاسم kVA وحدها. بالنسبة لمغذيات المحركات، قم بتضمين عامل الخدمة ونمو الحمل المحتمل في المستقبل. يعد اختيار التصنيف الحالي مع ما لا يقل عن 20-25٪ من الإرتفاع أعلى من الحد الأقصى المحسوب لتيار الحمل ممارسة جيدة ويتجنب الشيخوخة الحرارية المزعجة لجهات اتصال الكسارة على مدار عمر الخدمة.

الخطوة الثالثة: مطابقة قدرة كسر الدائرة القصيرة مع مستوى الخطأ

يمكن القول إن قدرة كسر الدائرة القصيرة (وتسمى أيضًا تيار كسر الدائرة القصيرة المقدر أو Isc) هي معلمة الأمان الأكثر أهمية في اختيار VCB. فهو يحدد الحد الأقصى لتيار العطل المحتمل الذي يمكن للقاطع مقاطعته بأمان دون الإضرار بالقاطع أو فقدان الاحتواء. إذا تجاوز مستوى الخطأ الفعلي عند نقطة التثبيت قدرة الكسر المقدرة للقاطع، فقد يفشل القاطع في مقاطعة العطل، مما يؤدي إلى انحناء مستمر، وانفجار قاطع الفراغ، واحتمال حدوث أضرار كارثية لمجموعة المفاتيح الكهربائية والمعدات المتصلة.

يجب حساب تيار العطل المحتمل في أي نقطة في الشبكة باستخدام دراسة الدائرة القصيرة، مع الأخذ في الاعتبار مقاومة المصدر لإمدادات المرافق، ومقاومة جميع المحولات والكابلات بين المصدر والقاطع، ومساهمة أي مولدات محلية أو محركات كبيرة. تيارات القطع المقدرة الشائعة لـ VCBs ذات الجهد المتوسط ​​هي 16 كيلو أمبير، 20 كيلو أمبير، 25 كيلو أمبير، 31.5 كيلو أمبير، و40 كيلو أمبير (RMS متماثل). حدد دائمًا قاطعًا يتجاوز تيار كسره المقنن تيار الخطأ المحتمل المحسوب عند نقطة التثبيت، بما في ذلك سيناريوهات تعزيز الشبكة المستقبلية التي قد تزيد من مستوى الخطأ.

يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتيار الصمود القصير الأمد (Ik)، وهو تيار الخلل الذي يمكن للقاطع حمله لمدة محددة (عادةً 1 أو 3 ثوانٍ) دون تلف. تعتبر هذه المعلمة ذات صلة بقواطع قسم الناقل وقواطع قارنة التوصيل التي قد تحمل تيارًا خاطئًا أثناء تشغيل الحماية الأولية.

الخطوة الرابعة: فهم نوع التحميل وتأثيره على الاختيار

تؤثر طبيعة الحمل المتصل بالدائرة بشكل كبير على اختيار VCB، لأن أنواع الحمل المختلفة تفرض ضغوطًا مختلفة على قاطع الفراغ أثناء التبديل.

أحمال المحرك

يعد تبديل المحركات ذات الجهد المتوسط أحد أكثر تطبيقات VCB تطلبًا. في لحظة التنشيط، يسحب المحرك تيارًا واردًا يبلغ 6-8 أضعاف تيار الحمل الكامل. والأهم من ذلك، عندما يتم إيقاف تشغيل المحرك، يولد المجال المغناطيسي المنهار ارتفاعًا في الجهد يُعرف باسم فرط الجهد الزائد أو تقطيع التيار الافتراضي العابر. يجب أن يكون لدى VCBs المختارة لمهمة تبديل المحرك مستوى تيار تقطيع منخفض - عادة أقل من 5 أمبير - لتقليل هذه الفولتية الزائدة. تقدم العديد من الشركات المصنعة مركبات VCB مصنفة خصيصًا للتبديل المتكرر للمحرك (الفئة M2 وفقًا للمواصفة IEC 62271-100)، مع معدلات تحمل تصل إلى 10000 أو أكثر من عمليات عدم التحميل و2000 أو أكثر من عمليات التبديل بالحمل الكامل. يتم أيضًا تطبيق مانعات الصواعق أو دوائر RC snubber بشكل شائع على جانب الحمل من VCBs التي تعمل بتبديل المحرك كإجراء إضافي لحماية الجهد الزائد.

أحمال بنك المحولات والمكثفات

تولد المحولات المنشطة تيارات تدفق ذات إزاحة تيار مستمر عالية يمكن أن تصل إلى 8-12 ضعف التيار المقنن للمحول لعدة دورات. يجب أن يكون VCB قادرًا على تحمل هذا التدفق دون التعثر غير المرغوب فيه إذا تم ضبط حماية التيار الزائد اللحظية بحساسية شديدة. يخلق تبديل بنك المكثف مشكلة مختلفة: التدفق الأولي هو عابر عالي التردد للغاية يضغط على قاطع الفراغ عازلاً. بالنسبة لواجب بنك المكثف، حدد VCB مع تصنيف تبديل مكثف من الخلف إلى الخلف الذي يحدد كلاً من تيار تدفق الذروة وتردده، مما يؤكد قدرة القاطع على التعامل مع انقطاع التيار السعوي بدون قيود.

الخطوة الخامسة: تحديد آلية التشغيل المناسبة

تقوم آلية التشغيل بتخزين وإطلاق الطاقة اللازمة لفتح وإغلاق نقاط اتصال القاطع بسرعة وقوة كافية لتحقيق انقطاع القوس وضغط الاتصال بشكل موثوق. نوعان من الآليات السائدة في VCBs الحديثة هما آليات المحرك المغناطيسي (المغناطيس الدائم) المشحونة بنابض.

• آليات مشحونة بالربيع تخزين الطاقة في زنبرك ميكانيكي يتم شحنه بواسطة محرك كهربائي أو يدويًا. إنها قوية، وقد أثبتت فعاليتها على مدى عقود من الخدمة، ويمكنها إجراء عملية الفتح القريب (CO) من الزنبرك المشحون حتى بعد فقدان الطاقة المساعدة. إنها الاختيار القياسي لمعظم التطبيقات الصناعية والصناعية.
• آليات مشغل المغناطيس الدائم (PMA). استخدم القوة الكهرومغناطيسية من نبض الملف لفتح وإغلاق نقاط التلامس، مع قيام المغناطيس الدائم بتثبيت نقاط التلامس في موضعها بدون طاقة مستمرة. تحتوي PMA على أجزاء متحركة أقل بكثير من الآليات الزنبركية، مما يوفر قدرة ميكانيكية عالية جدًا على التحمل (تصل إلى 50000 عملية)، وأوقات تشغيل سريعة ومتسقة للغاية، ولا توجد أي متطلبات تشحيم أو تعديل تقريبًا. إنها الخيار المفضل لتطبيقات الدورة العالية مثل التبديل المتكرر للمحرك، وواجب إعادة الإغلاق، وأتمتة الشبكة الذكية.

يجب أن يتطابق جهد الإمداد الإضافي لآلية التشغيل (عادةً 110 فولت تيار مستمر، أو 220 فولت تيار مستمر، أو 230 فولت تيار متردد) مع مصدر طاقة التحكم المتوفر في لوحة المفاتيح الكهربائية. تحقق من ذلك في مرحلة المواصفات لتجنب التعديل التحديثي المكلف.

لمحة سريعة عن معلمات التحديد الرئيسية

يلخص الجدول التالي معلمات الاختيار الأساسية والأسئلة التي يجيب عليها كل منها أثناء عملية المواصفات:

معايير الامتثال وتوافق اللوحة

لا تعمل وحدة VCB بشكل منعزل - فهي مدمجة في لوحة المفاتيح الكهربائية (داخلية أو خارجية، ثابتة أو قابلة للسحب) والتي يجب أن تتوافق في حد ذاتها مع المعايير ذات الصلة ببلد التركيب والقطاع. يجب أن يكون القاطع متوافقًا من حيث الأبعاد والكهرباء مع لوحته، مع مطابقة هندسة التوصيل الأساسية، وتخطيطات الأطراف الثانوية، وأبعاد الأرفف أو الحامل القابل للسحب. IEC 62271-100 هو المعيار الدولي الأساسي الذي يحكم اختبار النوع والخصائص المقدرة لقواطع دوائر التيار المتردد. في أمريكا الشمالية، تتحكم معايير ANSI/IEEE C37.04 وC37.06 وC37.09 في التقييمات والاختبارات لقواطع الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي.

اطلب دائمًا شهادات اختبار النوع من الشركة المصنعة التي تؤكد أن طراز الكسارة المحدد قد تم اختباره وفقًا للمعايير المعمول بها في مختبر مستقل معتمد. تأكد من أن جهد الاختبار والتيار وقدرة القطع تتوافق مع متطلبات التطبيق الخاص بك أو تتجاوزها - وليس فقط أن تتطابق تقييمات لوحة الاسم. بالنسبة لمشاريع البنية التحتية الحيوية أو فئة المرافق أو مشاريع التصدير، تأكد من أن القاطع ولوحة المفاتيح الكهربائية الخاصة به يحملان الشهادات التي تتطلبها مواصفات المستخدم النهائي، مثل تقارير اختبار KEMA أو CESI أو CPRI. إن VCB الذي تم اختياره مع الاهتمام الشديد بهذه المعلمات سوف يحمي شبكتك بشكل موثوق لمدة تتراوح من 25 إلى 30 عامًا بأقل قدر من التدخل.