การวิเคราะห์ความแตกต่างและข้อดี/ข้อเสียระหว่างเบรกเกอร์วงจร AC และเบรกเกอร์วงจร DC

I. ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเบรกเกอร์วงจร AC และ DC

1. วิธีการดับเพลิง

เบรกเกอร์วงจร AC:

กระแส AC มีจุดข้ามศูนย์หลายจุดต่อวินาที (เช่น 50Hz AC ข้ามศูนย์ 100 ครั้งต่อวินาที) ทำให้อาร์คสามารถดับตามธรรมชาติได้

ประเภททั่วไป ได้แก่ เบรกเกอร์วงจรอากาศเบรกเกอร์วงจรน้ำมันและเบรกเกอร์ SF6 ซึ่งใช้ประโยชน์จากการข้ามศูนย์เพื่อการหยุดชะงักของอาร์คอย่างรวดเร็ว

DC Circuit Breakers:

DC ไม่มีการข้ามแบบเป็นธรรมชาติทำให้การปราบปรามอาร์คมีความท้าทายมากขึ้น

เทคนิคการดับอาร์คทั่วไป ได้แก่ :

แม่เหล็กระเบิด (ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อยืดและทำให้ส่วนโค้งเย็นลง)

การดับ ARC ที่ใช้แก๊ส (เช่น SF6)

การสลับโซลิดสเตต (เช่นเบรกเกอร์ไฮบริดที่ใช้ IGBT/MOSFET)

2. การออกแบบโครงสร้าง

เบรกเกอร์วงจร AC:

โครงสร้างที่ค่อนข้างง่ายต้นทุนต่ำลง

โดยทั่วไปใช้หน้าสัมผัสเชิงกล + arc chutes

DC Circuit Breakers:

ต้องการการปราบปรามอาร์คที่แข็งแกร่งขึ้นนำไปสู่การออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น (เช่นขดลวดแม่เหล็ก, รางอาร์คเฉพาะ)

ระบบ DC แรงดันสูง (เช่นฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์, การส่งสัญญาณ HVDC) มักใช้เบรกเกอร์ไฮบริด (สวิตช์เชิงกล + สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์)

3. การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าและความสามารถในการทำลาย

เบรกเกอร์วงจร AC:

ใช้ในแรงดันไฟฟ้าต่ำ (เช่นที่อยู่อาศัย 220V) ไปยังแอปพลิเคชันแรงดันสูง (เช่นกริด 110kV)

ความสามารถในการทำลายที่วัดได้ใน KA (กิโลกรัม) เช่นเบรกเกอร์ครัวเรือนมักจะ 6ka - 10ka

DC Circuit Breakers:

ส่วนใหญ่สำหรับระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำถึงปานกลาง (เช่น 12V- 1500V ในแอปพลิเคชันแสงอาทิตย์/EV)

ความสามารถในการทำลายนั้นมีความสำคัญมากขึ้นเนื่องจากการเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งต้องใช้การออกแบบพิเศษ

4. สถานการณ์แอปพลิเคชัน

ประเภทแอปพลิเคชันทั่วไปของเบรกเกอร์

AC Circuit Breakers การกระจายพลังงานที่อยู่อาศัย/อุตสาหกรรมกริดเชิงพาณิชย์

DC Circuit Breakers ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ PV, การจัดเก็บแบตเตอรี่, การชาร์จ EV, การขนส่งทางรถไฟ (เช่นพลังงานรถไฟใต้ดิน)

iii. การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสีย

1. ข้อดีของเบรกเกอร์วงจร AC

✅ต้นทุนที่ต่ำกว่า: การก่อสร้างที่ง่ายขึ้นช่วยลดค่าใช้จ่ายในการผลิตและการบำรุงรักษา

✅เทคโนโลยีผู้ใหญ่: การออกแบบที่ได้มาตรฐานเนื่องจากการใช้กริด AC ที่แพร่หลาย

✅การดับ ARC ง่ายขึ้น: การข้ามศูนย์ธรรมชาติช่วยให้มั่นใจได้ว่าการทำงานที่เชื่อถือได้

2. ข้อเสียของเบรกเกอร์วงจร AC

❌ไม่สามารถใช้ในวงจร DC: อาจล้มเหลวในการขัดจังหวะ DC Arcs, วางความเสี่ยงจากไฟไหม้

3. ข้อดีของเบรกเกอร์ DC Circuit

✅ออกแบบมาสำหรับระบบ DC: การปราบปรามส่วนโค้งที่มีประสิทธิภาพสำหรับการทำงานที่ปลอดภัย

✅จำเป็นสำหรับพลังงานหมุนเวียน: มีความสำคัญในการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์การจัดเก็บและการชาร์จ EV

✅ความน่าเชื่อถือสูง: วิธีการดับขั้นสูงช่วยให้มั่นใจได้ว่าการป้องกัน

4. ข้อเสียของเบรกเกอร์วงจร DC

❌ค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น: การออกแบบที่ซับซ้อนทำให้พวกเขามีราคาแพงกว่าเบรกเกอร์ AC 2-5 เท่า

❌ความต้องการทางเทคโนโลยี: เบรกเกอร์ DC ปัจจุบัน (เช่น HVDC) ต้องการวัสดุขั้นสูง

iv. วิธีเลือกระหว่างเบรกเกอร์วงจร AC และ DC?

ประเภทปัจจุบัน:

พลังงาน AC (ครัวเรือน/อุตสาหกรรม) →เบรกเกอร์ AC

พลังงาน DC (พลังงานแสงอาทิตย์/แบตเตอรี่/eV) →เบรกเกอร์วงจร DC

ความสามารถในการทำลาย:

ระบบ DC ต้องการเบรกเกอร์ที่มีอันดับสูงกว่า (เช่น 1,000V/20A สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์)

การรับรอง:

เบรกเกอร์ AC: ปฏิบัติตาม IEC 60898 (ที่อยู่อาศัย) หรือ IEC 60947 (อุตสาหกรรม)

DC Breakers: Meet UL 489B หรือ IEC 60947-2 มาตรฐาน

V. แนวโน้มในอนาคต

เบรกเกอร์ไฮบริด: การรวมการสลับเชิงกลและโซลิดสเตตเพื่อประสิทธิภาพ DC ที่ดีขึ้น

คุณสมบัติอัจฉริยะ: การตรวจสอบแบบรวมสำหรับการควบคุมระยะไกล (เช่นเบรกเกอร์ PV อัจฉริยะ)

การสนับสนุนแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น: การพัฒนาเทคโนโลยี HVDC Breaker สำหรับแอปพลิเคชันระดับกริด

บทสรุป

เบรกเกอร์วงจร AC และ DC แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากลักษณะของกระแสน้ำที่พวกเขาจัดการ เบรกเกอร์ AC ครองกริดแบบดั้งเดิมเนื่องจากความคุ้มค่าและความน่าเชื่อถือของพวกเขาในขณะที่เบรกเกอร์ DC นั้นขาดไม่ได้ในระบบพลังงานหมุนเวียนแม้จะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า การเลือกประเภทที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรับรองความปลอดภัยทางไฟฟ้าและความมั่นคงของระบบ