Φανταστείτε μια πόλη όπου το ηλεκτρικό δίκτυο στερείται αξιόπιστων μηχανισμών προστασίας. Ένα μόνο σφάλμα θα μπορούσε να βυθίσει ολόκληρη τη μητρόπολη στο σκοτάδι. Ο διακόπτης μέσης τάσης χρησιμεύει ως ο «φύλακας» των συστημάτων ισχύος, απομονώνοντας γρήγορα τα σφάλματα για την προστασία του εξοπλισμού και του προσωπικού, ενώ παράλληλα διαχειρίζεται έξυπνα τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό το άρθρο διερευνά τα βασικά, τις αρχές λειτουργίας, τους τύπους και τις μελλοντικές τάσεις αυτού του κρίσιμου στοιχείου ηλεκτρικής υποδομής.

Ως βασικό στοιχείο των ηλεκτρικών συστημάτων, ο διακόπτης αντιπροσωπεύει ουσιαστικά μια κεντρική συλλογή συσκευών προστασίας κυκλώματος. Αποτελούμενος από διακόπτες κυκλώματος, ασφάλειες και διακόπτες, αυτά τα στοιχεία εκτελούν συλλογικά ζωτικής σημασίας λειτουργίες προστασίας, ελέγχου και απομόνωσης για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Αυτές οι προστατευτικές συσκευές στεγάζονται συνήθως σε μεταλλικές κατασκευές, με μία ή περισσότερες τέτοιες συναρμολογήσεις να αναφέρονται ως γραμμές ή εξαρτήματα διακοπτών.

Οι διακόπτες βρίσκουν εκτεταμένη εφαρμογή στα συστήματα μεταφοράς και διανομής κοινής ωφέλειας, καθώς και σε μεγάλες και μεσαίες εμπορικές ή βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Στη Βόρεια Αμερική, τα πρότυπα ηλεκτρικών διακοπτών ορίζονται από το IEEE, ενώ η Ευρώπη και άλλες περιοχές ακολουθούν τα πρότυπα IEC.

Οι κύριες λειτουργίες του διακόπτη περιστρέφονται γύρω από τη διανομή και την προστασία της ισχύος. Κατευθύνει την ηλεκτρική ενέργεια σε διάφορες περιοχές της εγκατάστασης και στα αντίστοιχα φορτία τους. Πιο κρίσιμα, διασφαλίζει την ασφάλεια του προσωπικού και του εξοπλισμού περιορίζοντας τα ρεύματα του συστήματος. Όταν το ρεύμα υπερβαίνει τα ασφαλή όρια, ο διακόπτης διακόπτει άμεσα το κύκλωμα, αποτρέποντας πιθανούς κινδύνους.

Οι διακόπτες μέσης τάσης ποικίλλουν ανάλογα με το σχεδιασμό και την εφαρμογή. Οι κοινοί τύποι περιλαμβάνουν:

Αυτή η μεταλλική λύση μέσης τάσης περιλαμβάνει σφραγισμένους διακόπτες κυκλώματος και αποσυνδέτες, ιδανική για περιορισμένους χώρους ή δυσπρόσιτες τοποθεσίες. Τα σχέδια συμμορφώνονται με τα πρότυπα IEEE C37.20.9 και IEC 62271.

Ορισμένο από το IEEE C37.20.2, αυτή η διαμόρφωση στεγάζει όλα τα ηλεκτρικά εξαρτήματα σε ξεχωριστά μεταλλικά διαμερίσματα, προσφέροντας βελτιωμένη ασφάλεια και δυνατότητα συντήρησης. Βαθμολογημένο για εφαρμογές 5 kV έως 38 kV, χρησιμοποιεί συνήθως διακόπτες κυκλώματος.

Σύμφωνα με το IEEE C37.20.3, αυτός ο τύπος ενσωματώνει συσκευές προστασίας χωρίς να απαιτούνται ξεχωριστά φράγματα. Χρησιμοποιείται ευρέως σε εμπορικές και βιομηχανικές εγκαταστάσεις με τάσεις τροφοδοσίας που υπερβαίνουν τα 480/600V.

Σχεδιασμένο σύμφωνα με το IEEE C37.74 για συστήματα υπόγειας διανομής 5-38 kV που απαιτούν λειτουργία πάνω από το έδαφος. Διαθέτει εξωτερικές βαθμολογίες και κατασκευή ανθεκτική σε βανδαλισμούς, φιλοξενεί διάφορα μονωτικά μέσα, όπως αέρας, αέριο SF6 και υγρά/στερεά διηλεκτρικά.

Το ANSI/IEEE C37.20.7 ταξινομεί τα ανθεκτικά σε τόξο σχέδια που ανακατευθύνουν με ασφάλεια την ενέργεια σφάλματος μακριά από το προσωπικό. Τέσσερις ταξινομήσεις καθορίζουν τις περιοχές κάλυψης προστασίας, από μόνο μπροστά (Τύπος 1) έως πλήρη περιμετρική προστασία, συμπεριλαμβανομένων των παρακείμενων διαμερισμάτων (Τύπος 2C).

Η ικανότητα διακοπής (τυπικά 25-63 kAIC για διακόπτες μέσης τάσης) υποδεικνύει το μέγιστο ρεύμα σφάλματος που μπορεί να διακόψει με ασφάλεια μια προστατευτική συσκευή. Οι βαθμολογίες αντοχής του διακόπτη (25-63 kA συμμετρικό για 2 δευτερόλεπτα) υποδηλώνουν το μέγιστο ρεύμα σφάλματος που μπορεί να αντέξει η συναρμολόγηση χωρίς ζημιά.

Κυμαίνεται από 600A έως 4000A, αυτό καθορίζει τη διαρκή ικανότητα μεταφοράς ρεύματος των κύριων προστατευτικών συσκευών και των ράβδων χωρίς να προκαλείται διακοπή ή ζημιά στον εξοπλισμό.

Τα πρότυπα ANSI/IEEE ορίζουν τη μέση τάση ως 600V έως 69 kV, με κοινές εφαρμογές διακοπτών να περιλαμβάνουν συστήματα 12,47 kV, 13,8 kV και 15 kV.

Η ενσωμάτωση έξυπνων ηλεκτρονικών συσκευών (IED) όπως έξυπνοι διακόπτες, αισθητήρες και ρελέ που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστές επιτρέπει προηγμένες δυνατότητες παρακολούθησης και ελέγχου. Οι σύγχρονοι διακόπτες συνδέονται όλο και περισσότερο με πλατφόρμες αναλυτικών στοιχείων που βασίζονται σε cloud, παρέχοντας χρήσιμες πληροφορίες για την ενίσχυση της ασφάλειας, της αξιοπιστίας και της λειτουργικής απόδοσης του συστήματος.