เมื่อการติดตั้งทางไฟฟ้าอยู่ในระดับความสูงที่สูงขึ้น เบรกเกอร์จะต้องเผชิญกับความท้าทายในการทำงานที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของเบรกเกอร์ ความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงในระดับความสูงที่สูงขึ้นส่งผลกระทบต่อทั้งคุณสมบัติของฉนวนและลักษณะทางความร้อนของอุปกรณ์ป้องกันที่สำคัญเหล่านี้ สำหรับวิศวกรไฟฟ้าและผู้จัดการโรงงานที่ทำงานในโครงการในภูมิภาคภูเขา ไซต์อุตสาหกรรมบนที่ราบสูง หรือการติดตั้งพลังงานหมุนเวียนในระดับความสูง การทำความเข้าใจข้อกำหนดการลดพิกัดตามระดับความสูงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงการป้องกันระบบที่เชื่อถือได้.
ตามมาตรฐานสากล รวมถึง IEC 62271-1 และ IEC 60947 โดยทั่วไปแล้วเบรกเกอร์ได้รับการจัดอันดับให้ใช้งานได้สูงถึง 2,000 เมตร (6,560 ฟุต) เหนือระดับน้ำทะเลภายใต้สภาวะการใช้งานปกติ เกินกว่าเกณฑ์นี้ จะต้องลดพิกัดพารามิเตอร์เฉพาะเพื่อให้การทำงานปลอดภัยและเชื่อถือได้ คู่มือฉบับสมบูรณ์นี้จะตรวจสอบว่าพารามิเตอร์ของเบรกเกอร์ใดบ้างที่ต้องปรับ และให้ปัจจัยการลดพิกัดที่เป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานในระดับความสูง.
ฟิสิกส์เบื้องหลังการลดพิกัดตามระดับความสูง
ความหนาแน่นของอากาศและความดันบรรยากาศ
ที่ระดับน้ำทะเล ความหนาแน่นของอากาศอยู่ที่ประมาณ 1.225 กก./ลบ.ม. เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความดันบรรยากาศจะลดลง ส่งผลให้ความหนาแน่นของอากาศลดลง ที่ 3,000 เมตร ความหนาแน่นของอากาศลดลงเหลือประมาณ 0.909 กก./ลบ.ม. ซึ่งลดลงประมาณ 26% การลดลงนี้มีผลกระทบอย่างมากต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องพึ่งพาอากาศทั้งในฐานะสื่อฉนวนและสารหล่อเย็น.
ความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูงและความหนาแน่นของอากาศเป็นไปตามรูปแบบการลดทอนแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล สำหรับทุกๆ 1,000 เมตรที่ระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความดันบรรยากาศจะลดลงประมาณ 11.5% ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความเป็นฉนวนของช่องว่างอากาศที่ใช้ในระบบฉนวนของเบรกเกอร์.
กฎของ Paschen และการสลายทางไฟฟ้า
กฎของ Paschen ควบคุมแรงดันไฟฟ้าสลายตัวของก๊าซระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้ว หลักการพื้นฐานนี้เผยให้เห็นว่าที่ความดันบรรยากาศที่ต่ำกว่า แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการเริ่มต้น อาร์คไฟฟ้า ข้ามช่องว่างอากาศจะลดลง อันที่จริงแล้ว อากาศที่เบาบางกว่าที่ระดับความสูงจะกลายเป็นฉนวนที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า ไม่ใช่ดีกว่า.
การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า: เบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 1,000 โวลต์ที่ระดับน้ำทะเลอาจเริ่มแสดงการปล่อยโคโรนาที่ประมาณ 800 โวลต์เมื่อทำงานที่แรงดันที่จำลองระดับความสูง 3,000 เมตร ซึ่งเป็นการลดลง 20% ในความสามารถของฉนวนเนื่องจากการลดลงของความหนาแน่นของอากาศ.
ข้อควรพิจารณาด้านความร้อน
แม้ว่าระดับความสูงที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิแวดล้อมที่ต่ำกว่า แต่ความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงจะลดประสิทธิภาพการกระจายความร้อนแบบพาความร้อนไปพร้อมๆ กัน ผลกระทบสุทธิคือเบรกเกอร์มีอุณหภูมิภายในสูงขึ้นที่ระดับความสูง แม้ว่าจะจ่ายกระแสไฟฟ้าเท่ากันกับที่ระดับน้ำทะเลก็ตาม ผลกระทบสองอย่างนี้ทำให้ต้องพิจารณาปัจจัยการลดพิกัดทางความร้อนอย่างรอบคอบ.
เกณฑ์วิกฤต: เส้นฐาน 2,000 เมตร
มาตรฐานสากลกำหนดให้ 2,000 เมตรเป็นเกณฑ์ระดับความสูงที่สำคัญสำหรับการลดพิกัดเบรกเกอร์ ต่ำกว่าระดับความสูงนี้ เบรกเกอร์มาตรฐานส่วนใหญ่ทำงานภายในข้อกำหนดปกติโดยไม่ต้องปรับแต่งใดๆ สูงกว่า 2,000 เมตร การลดพิกัดอย่างเป็นระบบเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัย.
| ช่วงระดับความสูง | การดำเนินการที่จำเป็น | ระดับความเสี่ยง |
|---|---|---|
| 0-1,000 ม. | การทำงานมาตรฐาน ไม่มีการลดพิกัด | ปกติ |
| 1,000-2,000 ม. | แนะนำให้ตรวจสอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่สำคัญ | ต่ำ |
| 2,000-3,000 ม. | ต้องลดพิกัดตามข้อกำหนดของผู้ผลิต | Moderate |
| 3,000-4,000 ม. | ใช้ปัจจัยการลดพิกัดที่สำคัญ | สูง |
| สูงกว่า 4,000 ม. | อุปกรณ์เฉพาะทางหรือการลดพิกัดที่สำคัญเป็นสิ่งจำเป็น | สูงมาก |
พารามิเตอร์ที่ต้องลดพิกัด
1. พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับฉนวนและแรงดันไฟฟ้า
แรงดันฉนวนที่กำหนด (Ui)
แรงดันไฟฟ้าฉนวนที่กำหนดจะต้องปรับตามปัจจัยการแก้ไขระดับความสูงที่ผู้ผลิตกำหนด สำหรับการติดตั้งที่สูงกว่า 2,000 เมตร ปัจจัยการแก้ไขระดับความสูง Ka คำนวณโดยใช้สูตร:
Ka = e^[m(H-1000)/8150]
ที่ไหน:
- H = ระดับความสูงในการติดตั้งเป็นเมตร
- m = เลขชี้กำลังการแก้ไข (โดยทั่วไปคือ 1.0 สำหรับความถี่ไฟฟ้าและแรงดันอิมพัลส์ฟ้าผ่า)
- e = จำนวนออยเลอร์ (ประมาณ 2.718)
ตัวอย่างเช่น ที่ 3,000 เมตร โดยที่ m=1.0:
Ka = e^[(3000-1000)/8150] = e^0.245 ≈ 1.28
ซึ่งหมายความว่าระดับฉนวนที่ต้องการจะต้องสูงกว่าค่าที่กำหนด 28% เพื่อรักษาการป้องกันที่เทียบเท่ากัน.
แรงดันทนแรงกระตุ้นที่กำหนด (Uimp)
พิกัดแรงดันไฟฟ้าทนต่ออิมพัลส์ฟ้าผ่ามีความไวต่อระดับความสูงเป็นพิเศษ เหนือ 2,000 เมตร จะต้องเพิ่มระยะห่างทางไฟฟ้า หรือลด Uimp ที่กำหนด ปัจจัยการแก้ไขระดับความสูงเดียวกันนี้ใช้ได้ แต่การใช้งานจริงมักเกี่ยวข้องกับการเลือกเบรกเกอร์ที่มีพิกัด BIL (Basic Impulse Level) ที่สูงกว่า.
ระยะห่างทางไฟฟ้า
ระยะห่างทางไฟฟ้า ซึ่งเป็นระยะทางที่สั้นที่สุดในอากาศระหว่างชิ้นส่วนนำไฟฟ้าสองชิ้น จะต้องคำนวณโดยอิงจากตารางระยะห่างพื้นฐาน 2,000 เมตร คูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขระดับความสูง เมื่อข้อจำกัดทางกายภาพป้องกันการเพิ่มระยะห่าง ระบบแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานจะต้องลดลงตามนั้น.
แรงดันไฟฟ้าทนต่อความถี่ไฟฟ้า
ความสามารถของแรงดันไฟฟ้าทนต่อความถี่ไฟฟ้าหนึ่งนาทีจะลดลงตามระดับความสูง และต้องลดพิกัดตามข้อกำหนดของผู้ผลิต พารามิเตอร์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้มั่นใจว่าเบรกเกอร์สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวได้โดยไม่เกิดความล้มเหลว.
2. ลักษณะการนำกระแสและความร้อน
กระแสไฟฟ้าที่กำหนด (นิ้ว)
พิกัดกระแสต่อเนื่องของเบรกเกอร์จะต้องปรับโดยใช้ “เส้นโค้งการลดพิกัดอุณหภูมิตามระดับความสูง” ที่ผู้ผลิตจัดหาให้ เส้นโค้งเหล่านี้คำนึงถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ลดลงในระดับความสูงที่สูงขึ้น.
| ระดับความสูง (เมตร) | ปัจจัยการลดพิกัดกระแส |
|---|---|
| 0-2,000 | 1.00 (ไม่มีการลดพิกัด) |
| 2,500 | 0.98 |
| 3,000 | 0.96 |
| 3,500 | 0.94 |
| 4,000 | 0.92 |
| 4,500 | 0.90 |
| 5,000 | 0.88 |
สำหรับเบรกเกอร์ที่มีกระแสไฟฟ้าที่กำหนด 100A ที่ระดับน้ำทะเล การทำงานที่ 4,000 เมตรจะต้องลดพิกัดลงเหลือประมาณ 92A เพื่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เทียบเท่ากัน.
การสูญเสียพลังงานและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ
ความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงในระดับความสูงจะลดประสิทธิภาพการระบายความร้อนแบบพาความร้อน ทำให้เกิดอุณหภูมิที่สูงขึ้นในตู้เบรกเกอร์และส่วนประกอบภายใน แม้ว่าจะจ่ายกระแสไฟฟ้าเท่ากัน เบรกเกอร์ที่ระดับความสูงจะทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้น เร่งการเสื่อมสภาพของวัสดุฉนวนและเพิ่มความต้านทานของหน้าสัมผัส.
ข้อมูลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสามารถเพิ่มขึ้นได้ 5-10% ที่ 3,000 เมตรเมื่อเทียบกับการทำงานที่ระดับน้ำทะเลภายใต้สภาวะโหลดที่เหมือนกัน สิ่งนี้จำเป็นต้องพิจารณาในการเลือกอุปกรณ์และการออกแบบการระบายอากาศของตู้.
เส้นโค้งการทริปทางความร้อน
เบรกเกอร์ความร้อน-แม่เหล็กใช้ชิ้นส่วนไบเมทัลลิกที่ตอบสนองต่อความร้อนที่เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้า ที่ระดับความสูง ชิ้นส่วนทริปเหล่านี้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเร็วขึ้นเนื่องจากการระบายความร้อนที่ลดลง ทำให้เส้นโค้งลักษณะเวลา-กระแสเลื่อนไปทางซ้าย ในทางปฏิบัติ หมายความว่าเบรกเกอร์จะทริปเร็วกว่าที่ระบุโดยเส้นโค้งที่กำหนดไว้สำหรับสภาวะกระแสเกินเดียวกัน.
ผลกระทบนี้จะต้องพิจารณาในระหว่างการศึกษาการประสานงานเพื่อป้องกันการทริปที่ไม่พึงประสงค์ในขณะที่ยังคงรักษาการป้องกันที่เพียงพอ หน่วยทริปอิเล็กทรอนิกส์มีความอ่อนไหวน้อยกว่าต่อปรากฏการณ์นี้ เนื่องจากลักษณะการทริปโดยทั่วไปไม่ได้รับผลกระทบจากระดับความสูง.
3. ความสามารถในการตัดและสับ
ความสามารถในการตัดกระแสลัดวงจร (Icu/Ics)
ความสามารถในการตัดกระแสลัดวงจรสูงสุดที่กำหนด (Icu) และความสามารถในการตัดกระแสลัดวงจรในการใช้งานที่กำหนด (Ics) เป็นพารามิเตอร์ที่ได้รับผลกระทบอย่างมากที่สุดที่ระดับความสูง ความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงจะลดความสามารถในการดับอาร์ค ทำให้เบรกเกอร์ตัดกระแสไฟฟ้าผิดพร่องได้ยากขึ้น.
ประสิทธิภาพการระบายความร้อนของอาร์คลดลงอย่างมากตามระดับความสูง ทำให้ต้องเลือกเบรกเกอร์ที่มีพิกัดการตัดกระแสที่สูงกว่าที่จำเป็นที่ระดับน้ำทะเล ผู้ผลิตบางรายแนะนำให้เพิ่มพิกัดความสามารถในการตัดกระแส 10-15% สำหรับการติดตั้งที่ 3,000 เมตร.
| ระดับความสูง (เมตร) | ปัจจัยความสามารถในการตัดกระแส | การดำเนินการที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 2,000 | 1.00 | พิกัดมาตรฐานเพียงพอ |
| 2,500 | 0.95 | พิจารณาส่วนต่าง 5% |
| 3,000 | 0.90 | เลือกระดับที่สูงกว่าถัดไป |
| 3,500 | 0.85 | เลือกพิกัดที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ |
| 4,000 | 0.80 | แนะนำให้ใช้อุปกรณ์เฉพาะทาง |
อายุการใช้งานทางไฟฟ้าและช่วงเวลาการบำรุงรักษา
ระยะเวลาอาร์คที่ยาวนานขึ้นในระดับความสูงที่สูงส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนของหน้าสัมผัสต่อการทำงานมากขึ้น เซอร์กิตเบรกเกอร์มีการสึกหรอของหน้าสัมผัสที่เร่งขึ้น ทำให้อายุการใช้งานทางไฟฟ้าลดลง พื้นผิวสัมผัสเกิดการสึกกร่อนและการถ่ายเทวัสดุที่รุนแรงขึ้น ทำให้ต้องมีการตรวจสอบและบำรุงรักษาบ่อยขึ้น.
โดยทั่วไปผู้ผลิตแนะนำให้ลดช่วงเวลาการบำรุงรักษาลง 20-30% สำหรับการติดตั้งที่สูงกว่า 3,000 เมตร สิ่งที่อาจเป็นอายุการใช้งานทางไฟฟ้า 10,000 ครั้งที่ระดับน้ำทะเลอาจลดลงเหลือ 7,000-8,000 ครั้งที่ 3,500 เมตรภายใต้สภาวะความผิดพร่องที่เทียบเท่ากัน.
4. ข้อควรพิจารณาในการตั้งค่าการตัดวงจร
การตัดวงจรทันทีด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า
กลไกการตัดวงจรทันทีด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า (แบบแม่เหล็กเท่านั้น) ได้รับผลกระทบจากระดับความสูงค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับองค์ประกอบความร้อน อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานโดยอาศัยแรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งไม่ได้รับอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญจากความหนาแน่นของอากาศ อย่างไรก็ตาม อาจจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยที่ระดับความสูงที่สูงมากเกิน 4,000 เมตร.
ชุดตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับได้
ชุดตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยพร้อมอัลกอริธึมการป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ยังคงรักษาความแม่นยำไว้ในช่วงระดับความสูงที่กว้าง การตั้งค่าเกณฑ์การตัดวงจรและความล่าช้าของเวลาที่ตั้งโปรแกรมไว้ในชุดตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องปรับสำหรับระดับความสูง ทำให้เป็นที่ต้องการสำหรับการติดตั้งในที่สูง.
พารามิเตอร์ที่ไม่ต้องการการลดพิกัด
การทำความเข้าใจว่าพารามิเตอร์ใดที่ไม่ได้รับผลกระทบจากระดับความสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการระบุและการใช้งานเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่เหมาะสม.
ระยะห่างตามการเคลื่อนที่
ระยะครีป—เส้นทางที่สั้นที่สุดตามพื้นผิวของฉนวนระหว่างชิ้นส่วนนำไฟฟ้า—ได้รับอิทธิพลหลักจากระดับมลพิษมากกว่าระดับความสูง พารามิเตอร์นี้ถูกกำหนดโดยการจำแนกประเภทระดับมลพิษตามมาตรฐาน IEC 60664-1 และไม่จำเป็นต้องมีการแก้ไขระดับความสูง การปนเปื้อนบนพื้นผิว ความชื้น และปัจจัยแวดล้อมควบคุมข้อกำหนดด้านระยะครีปโดยไม่ขึ้นกับระดับความสูง.
ชีวิตเครื่องจักร
ความทนทานทางกลของเซอร์กิตเบรกเกอร์ ซึ่งแสดงเป็นจำนวนครั้งของการทำงานภายใต้สภาวะไม่มีโหลด โดยทั่วไปจะไม่ได้รับผลกระทบจากระดับความสูง กลไกการทำงาน สปริง สลัก และส่วนประกอบทางกลอื่นๆ ทำงานได้เทียบเท่ากันที่ระดับน้ำทะเลและระดับความสูงที่สูง พิกัดอายุการใช้งานทางกลมาตรฐาน—มักจะอยู่ที่ 10,000 ถึง 25,000 ครั้งสำหรับการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบหล่อ—ใช้ได้โดยไม่ต้องปรับ.
การตั้งค่าชุดตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์
ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การตั้งค่ากระแสและเวลาของชุดตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์ยังคงรักษามูลค่าที่สอบเทียบไว้โดยไม่คำนึงถึงระดับความสูงในการติดตั้ง อุปกรณ์ป้องกันโซลิดสเตตเหล่านี้ใช้เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์และการประมวลผลที่ไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศ ลักษณะนี้ทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์ตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในที่สูง.
พิกัดอุปกรณ์กระแสไฟตกค้าง (RCD)
กระแสไฟทำงานตกค้างที่ได้รับการจัดอันดับ (IΔn) ของอุปกรณ์กระแสไฟตกค้างหรือฟังก์ชันการป้องกันกระแสไฟรั่วลงดินไม่จำเป็นต้องลดพิกัดตามระดับความสูง อุปกรณ์เหล่านี้ตรวจจับความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกันผ่านหม้อแปลงกระแส ซึ่งเป็นหลักการวัดที่ไม่ได้รับผลกระทบจากความหนาแน่นของอากาศหรือสภาวะบรรยากาศ.
ตารางการลดพิกัดตามระดับความสูงที่ครอบคลุม
| พารามิเตอร์ | เครื่องหมาย | ต้องมีการลดพิกัด | ปัจจัยทั่วไปที่ 3,000 เมตร | ปัจจัยทั่วไปที่ 4,000 เมตร |
|---|---|---|---|---|
| แรงดันไฟฟ้าฉนวนพิกัด | Ui | ใช่แล้ว | 1.28 (ต้องเพิ่ม) | 1.42 (ต้องเพิ่ม) |
| แรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระตุ้น | Uimp | ใช่แล้ว | 1.28 (ต้องเพิ่ม) | 1.42 (ต้องเพิ่ม) |
| ระยะห่างทางไฟฟ้า | – | ใช่แล้ว | 1.28× ค่าพื้นฐาน | 1.42× ค่าพื้นฐาน |
| ความถี่ไฟฟ้าทนต่อ | – | ใช่แล้ว | ตามผู้ผลิต | ตามผู้ผลิต |
| กระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ | ใน | ใช่แล้ว | 0.96 | 0.92 |
| ทำลายคืน | Icu/Ics | ใช่แล้ว | 0.90 | 0.80 |
| กระแสไฟฟ้าทนต่อระยะเวลาสั้น | Icw | ใช่แล้ว | 0.90 | 0.80 |
| ความสามารถในการสับ | Icm | ใช่แล้ว | 0.90 | 0.80 |
| เส้นโค้งการตัดวงจรด้วยความร้อน | – | ใช่ (เลื่อนไปทางซ้าย) | ปรับตามการทดสอบ | ปรับตามการทดสอบ |
| การตั้งค่าการตัดวงจรด้วยแม่เหล็ก | Im | น้อยที่สุด | 0.98-1.00 | 0.95-1.00 |
| การตั้งค่าการตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์ | – | ไม่ | 1.00 | 1.00 |
| ระยะห่างตามการเคลื่อนที่ | – | ไม่ | 1.00 | 1.00 |
| ชีวิตเครื่องจักร | – | ไม่ | 1.00 | 1.00 |
| กระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ RCD | IΔn | ไม่ | 1.00 | 1.00 |
แนวทางการใช้งานจริง
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบระบบ
เมื่อออกแบบระบบจำหน่ายไฟฟ้าสำหรับการติดตั้งในที่สูง วิศวกรควร:
- ดำเนินการศึกษาการประสานงานฉนวนอย่างละเอียด โดยคำนึงถึงปัจจัยการแก้ไขระดับความสูง
- ตรวจสอบข้อกำหนดของผู้ผลิต สำหรับความสามารถในการใช้งานที่ระดับความสูงและคำแนะนำในการลดพิกัด
- พิจารณาพิกัดตู้หุ้มสิ่งแวดล้อม พร้อมการระบายอากาศที่เพิ่มขึ้นเพื่อการจัดการความร้อน
- ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เนื่องจากขอบฉนวนที่ลดลงเพิ่มความเสี่ยงต่อแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ
- วางแผนสำหรับช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ลดลง เพื่อแก้ไขการสึกหรอของหน้าสัมผัสที่เร่งขึ้น
เทคโนโลยีทางเลือก
สำหรับการติดตั้งในที่สูงมาก (สูงกว่า 3,500 เมตร) ให้พิจารณาทางเลือกเหล่านี้:
- สวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊ส (GIS): ฉนวน SF6 หรือแก๊สทางเลือกให้คุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่สม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงความดันอากาศแวดล้อม
- Vacuum circuit breakers: การขัดขวางอาร์คเกิดขึ้นในสุญญากาศ ขจัดผลกระทบของระดับความสูงต่อประสิทธิภาพการตัดวงจรอย่างสมบูรณ์
- อุปกรณ์หุ้มฉนวนแข็ง: ระบบหล่ออีพ็อกซี่หรือเรซินให้ประสิทธิภาพฉนวนที่ไม่ขึ้นกับระดับความสูง
- อุปกรณ์ตัดวงจรแบบอิเล็กทรอนิกส์: การป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ช่วยขจัดความไวต่อระดับความสูงขององค์ประกอบความร้อน
การออกแบบตู้และระบบระบายอากาศ
การจัดการอุณหภูมิของตู้มีความสำคัญอย่างยิ่งที่ระดับความสูง กลยุทธ์การระบายอากาศที่ได้รับการปรับปรุง ได้แก่:
- เพิ่มความจุพัดลมเพื่อชดเชยความหนาแน่นของอากาศที่ลดลง
- ช่องระบายอากาศที่ใหญ่ขึ้นรักษาการป้องกันมลพิษ
- ระบบตรวจสอบอุณหภูมิพร้อมเกณฑ์เตือนภัยที่ปรับตามระดับความสูง
- การคำนวณภาระความร้อนโดยใช้ปัจจัยลดพิกัดที่แก้ไขตามระดับความสูง
คำถามที่ถูกถามบ่อย
ทำไมเซอร์กิตเบรกเกอร์จึงต้องลดทอนค่าตามระดับความสูงที่เกิน 2,000 เมตร?
ที่ระดับความสูงเกิน 2,000 เมตร ความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงส่งผลต่อทั้งฉนวนและคุณสมบัติการระบายความร้อน อากาศที่เบาบางกว่าให้ฉนวนไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าตามกฎของ Paschen ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการ breakdown ทางไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน ความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงจะลดการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน ทำให้มีอุณหภูมิในการทำงานสูงขึ้น ผลกระทบเหล่านี้รวมกันอาจนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ลดความสามารถในการตัดกระแส และอันตรายด้านความปลอดภัย หากไม่มีการลดพิกัดที่เหมาะสม.
ฉันจะคำนวณค่าตัวประกอบแก้ไขระดับความสูงสำหรับการติดตั้งของฉันได้อย่างไร
ปัจจัยแก้ไขระดับความสูง Ka คำนวณโดยใช้สูตร IEC: Ka = e^[m(H-1000)/8150] โดยที่ H คือระดับความสูงในการติดตั้งของคุณเป็นเมตร และ m โดยทั่วไปคือ 1.0 สำหรับพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่น ที่ระดับความสูง 3,500 เมตร: Ka = e^[(3500-1000)/8150] = e^0.307 ≈ 1.36 ซึ่งหมายความว่าระดับฉนวนควรสูงกว่าพิกัดมาตรฐาน 36% โปรดดูเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตเสมอสำหรับเส้นโค้งการลดพิกัดและคำแนะนำเฉพาะ.
พารามิเตอร์ของเซอร์กิตเบรกเกอร์ใดบ้างที่ได้รับผลกระทบมากที่สุดจากระดับความสูง?
สามพารามิเตอร์ที่ได้รับผลกระทบมากที่สุดคือ: (1) ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งอาจลดลง 20% หรือมากกว่าที่ระดับความสูง 4,000 เมตร เนื่องจากการระบายความร้อนของอาร์คลดลง (2) แรงดันไฟฟ้าฉนวนที่กำหนดและขีดความสามารถในการทนต่อแรงดันอิมพัลส์ ซึ่งต้องมีค่าสูงกว่า 25-40% ที่ระดับความสูง 3,000-4,000 เมตร และ (3) พิกัดกระแสต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปต้องลดลง 5-10% เนื่องจากการระบายความร้อนมีประสิทธิภาพลดลง ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าและอายุการใช้งานทางไฟฟ้าจะเสื่อมสภาพรุนแรงที่สุด.
ฉันสามารถใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับมาตรฐานระดับน้ำทะเลที่ระดับความสูง 2,500 เมตรได้หรือไม่?
ที่ระดับ 2,500 เมตร ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์มาตรฐานเพียง 500 เมตร เซอร์กิตเบรกเกอร์จะเข้าสู่โซนที่แนะนำให้ลดพิกัด แม้ว่าจะไม่บังคับเสมอไป สำหรับแนวทางการปฏิบัติทางวิศวกรรมที่รอบคอบ ให้ใช้ส่วนต่างด้านความปลอดภัยอย่างน้อย 2-5% กับพิกัดกระแส และตรวจสอบว่ากระแสลัดวงจรที่ใช้งานได้ไม่เกิน 95% ของความสามารถในการตัดกระแสที่กำหนดของเบรกเกอร์ สำหรับการใช้งานที่สำคัญหรือสภาวะการทำงานที่รุนแรง ให้ปรึกษาผู้ผลิตเพื่อขอใบรับรองความสามารถในการใช้งานที่ระดับความสูงเฉพาะ.
เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศเหมาะกว่าสำหรับการใช้งานในพื้นที่สูงหรือไม่?
ใช่แล้ว เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศมีข้อดีอย่างมากสำหรับการติดตั้งในที่สูง เนื่องจากอาร์คถูกขัดขวางในสุญญากาศแทนที่จะเป็นอากาศ ทำให้ความสามารถในการตัดกระแสไฟไม่ได้รับผลกระทบจากความดันบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม ฉนวนภายนอก (บูช, ขั้วต่อ) ยังคงต้องมีการแก้ไขตามระดับความสูง เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบสุญญากาศได้รับการแนะนำเป็นพิเศษสำหรับการติดตั้งที่สูงกว่า 3,500 เมตร ซึ่งเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบใช้อากาศต้องลดระดับอย่างมาก และอาจไม่สามารถใช้งานได้จริงหรือไม่สามารถหาได้ในพิกัดที่ต้องการ.
เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ทริป จำเป็นต้องลดทอนค่าตามระดับความสูงหรือไม่?
เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบทริปอิเล็กทรอนิกส์ต้องการการลดพิกัดเฉพาะสำหรับความสามารถในการนำกระแสและพารามิเตอร์ของฉนวนเท่านั้น ไม่ใช่สำหรับการตั้งค่าทริป ฟังก์ชันป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์จะรักษาเกณฑ์ทริปที่แม่นยำโดยไม่คำนึงถึงระดับความสูง ทำให้เหนือกว่าเบรกเกอร์แบบ Thermal-Magnetic ที่ระดับความสูง เนื่องจากองค์ประกอบความร้อนแสดงเส้นโค้งทริปที่เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากผลกระทบของอุณหภูมิที่เกิดจากระดับความสูง อย่างไรก็ตาม ขั้วไฟฟ้ากำลังยังคงต้องมีการลดพิกัดกระแสตามข้อกำหนดของผู้ผลิต.
สรุป
การเลือกและการใช้งานเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่เหมาะสมในการติดตั้งที่ระดับความสูงนั้นต้องการความใส่ใจอย่างรอบคอบต่อพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกันหลายประการ แม้ว่าเกณฑ์ 2,000 เมตรจะให้จุดแบ่งเขตที่ชัดเจน แต่ผลกระทบจากระดับความสูงเริ่มมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพที่ระดับความสูงที่ต่ำกว่า และมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อสูงกว่า 3,000 เมตร การทำความเข้าใจว่าพารามิเตอร์ใดบ้างที่ต้องลดพิกัด (ระดับฉนวน พิกัดกระแส และความสามารถในการตัดกระแส) เมื่อเทียบกับพารามิเตอร์ที่ยังคงที่ (ระยะ Creepage, อายุการใช้งานทางกล และการตั้งค่าทริปแบบอิเล็กทรอนิกส์) ช่วยให้วิศวกรสามารถระบุอุปกรณ์ที่เหมาะสมและรักษาระบบป้องกันทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้.
กุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จในการติดตั้งระบบไฟฟ้าที่ระดับความสูงคือการออกแบบระบบที่ครอบคลุมซึ่งคำนึงถึงผลกระทบของความหนาแน่นของอากาศที่ลดลงต่อทั้งฉนวนและประสิทธิภาพเชิงความร้อน โดยการใช้ปัจจัยแก้ไขที่ผู้ผลิตกำหนด ดำเนินการศึกษาการประสานงานฉนวนอย่างละเอียด และพิจารณาเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การขัดจังหวะด้วยสุญญากาศหรือสวิตช์เกียร์หุ้มฉนวนแก๊สสำหรับสภาวะที่รุนแรง ผู้จัดการโรงงานสามารถมั่นใจได้ถึงการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้โดยไม่คำนึงถึงระดับความสูง.
VIOX Electric: พันธมิตรของคุณสำหรับโซลูชันระดับความสูง
VIOX Electric เชี่ยวชาญในการผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์ประสิทธิภาพสูงที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการ รวมถึงการติดตั้งที่ระดับความสูง กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมของเราประกอบด้วย:
- พิกัดระดับความสูงที่ได้รับการรับรอง พร้อมเส้นโค้งการลดพิกัดและปัจจัยแก้ไขโดยละเอียด
- การจัดการความร้อนขั้นสูง ปรับให้เหมาะสมสำหรับสภาวะความหนาแน่นของอากาศที่ลดลง
- เทคโนโลยีทริปแบบอิเล็กทรอนิกส์ ให้ความแม่นยำในการป้องกันที่ไม่ขึ้นกับระดับความสูง
- บริการสนับสนุนด้านเทคนิค รวมถึงวิศวกรรมการใช้งานและการศึกษาการประสานงานฉนวน
- การปฏิบัติตามมาตรฐานสากล รวมถึง IEC 62271, IEC 60947 และ ANSI C37
ติดต่อทีมเทคนิคของ VIOX Electric วันนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดของเซอร์กิตเบรกเกอร์ระดับความสูงของคุณ และค้นพบว่าโซลูชันทางวิศวกรรมของเรามอบการป้องกันที่เชื่อถือได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายที่สุด.
อ้างอิงและมาตรฐาน:
- IEC 62271-1: สวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันสูง – ข้อกำหนดทั่วไป
- IEC 60947-2: สวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันต่ำ – เซอร์กิตเบรกเกอร์
- IEC 60071-2: การประสานงานฉนวน – คู่มือการใช้งาน
- IEC 60664-1: การประสานงานฉนวนสำหรับอุปกรณ์ภายในระบบแรงดันต่ำ
