במשפחת הציוד החשמלי-במתח גבוה,מפסקיםממלאים תפקיד מכריע - כאשר מערכת החשמל נכשלת, עליהם לנתק את זרם התקלה תוך עשרות אלפיות שניות כדי למנוע שריפה של ציוד ותאונות להסלים. בין סוגים שונים של מפסקי זרם, צצו בשנים האחרונות מפסקי ואקום והחליפו בהדרגה את מפסקי הנפט ומפסקי ההקספלואוריד גופרית, והפכו לציוד הבקרה וההגנה הנפוץ ביותר במערכות הפצת מתח בינוני. בין אם מדובר במתגי מתח גבוה- בתחנות משנה עירוניות, חדרי חלוקה במפעלי תעשייה וכרייה, או תחנות דחף בתחנות כוח רוח ומערכות אספקת כוח משיכה במסילות ברזל-מהירות גבוהות, מפסקי ואקום נמצאים כמעט בכל מקום. אז איזה סוג של ציוד הוא מפסק ואקום? כיצד הוא משיג את הפונקציה הייחודית של "כיבוי קשת ואקום"? אילו יתרונות שאין להם תחליף יש לו בהשוואה לסוגים אחרים של מפסקים? כיצד יכולים אנשי סחר חוץ להציג במדויק את הערך של מפסקי ואקום בעת קידום ציוד תומך שנאים ללקוחות בחו"ל?
שמו של מפסק ואקום עצמו חושף את תכונת הליבה שלו - את המילה "וואקום", המתייחסת לוואקום הגבוה הן של המדיום לכיבוי הקשת והן של מדיום הבידוד במרווח המגע של מפסק זה. בניגוד למפסקי שמן המסתמכים על שמן שנאי לכיבוי קשת ומפסקי גופרית hexafluoride המסתמכים על גז דחוס עבור ניפוח קשת, מפסקי ואקום אוטמים זוג מגעים נעים ונייחים בתא כיבוי קשת ואקום גבוה, תוך ניצול חוזק הבידוד המהיר של כיבוי הוואקום. כאשר המפסק מקבל פקודת ניתוק ומנגנון ההפעלה מניע את המגע הנע לניתוק מהמגע הנייח, תיווצר קשת ברגע ההפרדה עקב המתח בין המגעים. עם זאת, בסביבת ואקום, מעט מאוד חלקיקים טעונים נדרשים ליצירת קשת, ואדי המתכת המתאדים ממשטח המגע בטמפרטורות גבוהות יתפזרו במהירות ויתעבו על מכסה המיגון. כאשר זרם הקשת חוצה באופן טבעי את האפס, מספר החלקיקים הטעונים במרווח המגע שנעלמים עקב דיפוזיה עולה על המספר שנוצר, ולא ניתן להחזיק את הקשת והיא נכבית באופן מיידי. כל זמן הקשתות בדרך כלל אינו עולה על עשר מילישניות, קצר בהרבה מאשר סוגים אחרים של מפסקי זרם. מנגנון כיבוי קשת מתוחכם זה הוא הבסיס הטכני של מפסקי ואקום.
מבחינה מבנית, מפסק ואקום שלם מורכב בעיקר משלושה חלקים: תא כיבוי קשת ואקום, מנגנון הפעלה, תושבת ורכיבי עזר אחרים. תא הכיבוי של קשת הוואקום הוא הליבה של מפסק זרם, שהוא מיכל אטום המורכב מצילינדר מבודד, שני מכסי קצה ממתכת וצינור גלי, השומר על רמה גבוהה של ואקום בפנים (בדרך כלל מעל 10 ⁻⁴ Pa). תא כיבוי הקשת מצויד במגעים סטטיים ובמגעים נעים, והמגעים הנעים מחוברים למנגנון ההפעלה החיצוני באמצעות צינורות גליים כדי להבטיח שאטם הוואקום של תא כיבוי הקשת לא ייפגע במהלך תנועת המגעים. חומר המגע עשוי לרוב מסגסוגת כרום נחושת, בעלת עמידות גבוהה בפני שחיקת קשת ועמידה בעשרות אלפי פעולות פתיחה וסגירה ללא הידרדרות משמעותית. מנגנון ההפעלה הוא מקור הכוח להנעת המגעים לביצוע פעולות פתיחה וסגירה. ישנם שני סוגים נפוצים: מנגנון קפיצים ומנגנון אלקטרומגנטי. הראשון משחרר אנרגיה דרך קפיצי אגירת אנרגיה להשגת פעולה מהירה ומתאים למיתוג פנימי; האחרון מונע ישירות על ידי כוח אלקטרומגנטי ויש לו מבנה פשוט יותר. בנוסף, מפסקי ואקום מצוידים בתמיכות בידוד, קישורי תמסורת ומתגי עזר כדי להבטיח את פעולתו האמינה של הציוד.
בין סוגים שונים של מפסקי זרם, מפסקי ואקום בולטים בזכות יתרונותיהם הטכנולוגיים המובהקים. בהשוואה למפסקי שמן מסורתיים, מפסקי ואקום מבטלים לחלוטין את אמצעי השמן של שנאי, ומבטלים באופן יסודי את הסיכונים של דליפת שמן, שריפה ופיצוץ, ומפחיתים מאוד את עומס התחזוקה. בהשוואה למפסקי הגופרית הקספלואוריד בשימוש נרחב בתחום המתח הגבוה- בשנים האחרונות, למפסקי הוואקום יש יתרונות מדהימים בהגנה על הסביבה - גז הגופרית הקספלואוריד הוא גז חממה חזק מוכר בעולם, עם פוטנציאל התחממות גלובלי של פי 23,000 בערך מזה של פחמן דו חמצני. לאחר דליפה, הוא יגרום לפגיעה חמורה בסביבה האטמוספרית; לתווך הוואקום בתוך תא הכיבוי של קשת הוואקום אין השפעה שלילית על הסביבה ואינו דורש מערכות איטום וזיהוי גז מורכבות, מה שהופך את התפעול והתחזוקה לפשוטים יותר. בנוסף, למפסקי ואקום יש מאפיינים של מרחק פתיחת מגע קטן, מהירות פעולה מהירה וחיים מכניים ארוכים. זמני הפעולה המכניים של מוצרים טיפוסיים יכולים להגיע ליותר מפי 10,000, מה שמתאים ליישומים כמו מתכות וכרייה הדורשים עצירה תכופה של מנועים. יחד עם זאת, נפח מפסקי הוואקום הוא רק חצי או אפילו קטן יותר ממפסקי שמן עם אותם פרמטרים, מה שמקל על ההתקנה במתקנים עם מקום מוגבל, מה שיוצר תנאים למזעור ושילוב ציוד.
בהתבסס על יתרונות ביצועים אלה, נעשה שימוש נרחב במפסקי ואקום בתחום הפצת המתח הבינוני. ברשתות הפצה עירוניות, ניתן לראות מפסקי ואקום כמעט בכל מתקני המתח הגבוה- ו-35kV 10kV ו-35kV גבוה וארונות יחידות טבעות. הם משמשים כהתקני בקרה והגנה עבור מתגי קו ראשי או שנאי הפצה, ומבצעים את המשימות של מיתוג זרם עומס והסרת תקלות קצרות.- במפעלי תעשייה וכרייה, מפסקי ואקום נמצאים בשימוש נרחב בבקרת מנוע-במתח גבוה, מערכות הפצה של תחנות כוח בבעלות עצמית וקווי אספקת כבשני קשת חשמליים לפעולות תכופות. החיים המכניים המצוינים שלהם ומאפיינים ללא תחזוקה מפחיתים באופן משמעותי את ההסתברות להשבתת קו הייצור עקב תקלות חשמליות. בתחום האנרגיה החדשה, מפסקי ואקום נמצאים בשימוש נרחב בקופסאות המשלבות ובמתגי צד{10}}במתח גבוה של תחנות כוח פוטו-וולטאיות וחוות רוח, מתאימים במיוחד לתרחישי אנרגיה חדשים חיצוניים הדורשים פתיחה וסגירה תכופות ובעלי דרישות סביבתיות גבוהות במיוחד. במערכות אספקת כוח המתיחה של רכבות ורכבות תחתיות, מפסקי ואקום ממלאים גם תפקיד מכריע בהבטחת הפעלה בטוחה של רכבי מעבר. בנוסף, חדרי ההפצה של בניינים- גבוהים, מרכזי קניות גדולים ובתי חולים, כמו גם מערכות אספקת החשמל וההפצה בנמלים, נמלים, פטרוכימיה ותחומים אחרים, כולם מסתמכים על התמיכה החזקה של מפסקי ואקום.
בהשוואת המבחר, אנשי סחר חוץ צריכים לעזור ללקוחות להבהיר שאלה: איך לבחור בין מפסקי ואקום לבין מפסקי hexafluoride גופרית? יש לשפוט זאת באופן מקיף על סמך רמת המתח, סביבת השימוש ודרישות הפרויקט. למפסקי ואקום יש יתרונות ברורים של ביצועים וערך סביבתי בתחום המתח הבינוני (10kV עד 40.5kV), ובשנים האחרונות, הטכנולוגיה שלהם המשיכה לפרוץ דרך - זרם השבירה של כמה מוצרי- קצה גבוה יכול להגיע ל-50kA, ורמת המתח כיסתה גם 40.5kV, מה שיכול לענות על הרוב המכריע של תרחישי המתח הבינוני. עם זאת, כאשר רמת המתח מוגברת ל-72.5kV ומעלה או קיבולת המעגל הקצר- גדולה במיוחד, עדיין קשה להחליף לחלוטין את יכולת השבירה וביצועי הבידוד של מפסקי הקספלואוריד גופרית, ולכן הם עדיין שולטים במערכות שידור במתח גבוה במיוחד. עם זאת, ברוב המכריע של תרחישי המתח הבינוני כגון חלוקת חשמל תעשייתית ומסחרית, אספקת חשמל תעשייתית וחיבור לרשת אנרגיה חדשה, מפסקי ואקום הפכו לפתרון המועדף הבלתי מעורער בשל יתרונותיהם המקיפים של ללא זיהום, ללא תחזוקה, תוחלת חיים ארוכה וטביעת רגל קטנה.
מבחינת תחזוקה בולטים גם היתרונות של מפסקי ואקום, אבל זה לא אומר שהם יכולים להתעלם לחלוטין מהתחזוקה. בניגוד למפסקי שמן שדורשים החלפת שמן ותחזוקה תכופים, מפסקי ואקום אינם דורשים כמעט תחזוקה למעגל הראשי, אך עדיין בדיקות קבועות חיוניות. מומלץ לערוך פעם בשנה בדיקת הפסקת חשמל הכוללת בעיקר: עריכת בדיקת מתח עמידה בתדירות השבר על תא כיבוי קשת הוואקום על מנת לוודא האם דרגת הוואקום כשירה; בצע בדיקת מתח עמידה בתדר חשמל על רכיבי בידוד; בדוק את הפרמטרים האופייניים המכניים של מפסק החשמל, כגון מרחק פתיחה, מהלך מגע, מהירות פתיחה וסגירה וכו'; בדוק והדק את הברגים והאומים בכל חיבור כדי למנוע התרופפות הנגרמת על ידי רטט; הוסף גריז סיכה לחלקי המפרק המסתובבים; עבור מעגלים עם זרם גבוה, יש לבדוק גם את התנגדות DC כדי להבטיח מגע טוב. לאחר מעבר הבדיקה, בצע 8 עד 10 פעולות ללא עומס- רצופות כדי לוודא שהכל תקין לפני חידוש הפעולה. יש לציין שאם מתגלה פריקה בחלק החיצוני של בועת הוואקום במהלך בדיקת הפעולה, זה בדרך כלל אומר שדרגת הוואקום אינה כשירה יותר ויש להחליפה מיידית בהפסקת חשמל. על פי הסטטיסטיקה, כ-90% מהתקלות בפעולת מפסקי הוואקום נגרמות ממנגנון תפעול וכשלים מכניים, ולא מבעיות בתא כיבוי קשת הוואקום עצמו. לכן, יש לתת תשומת לב מיוחדת לתחזוקה ובדיקה של מנגנון ההפעלה.
במונחים של מגמות התפתחות טכנולוגיות, מפסקי ואקום מתפתחים במהירות לקראת מודיעין, מזעור והגנה על סביבה ירוקה. מאז שהמושג "אינטגרציה ראשונית ומשנית" הוצע על ידי State Grid Corporation של סין בשנת 2012, רמת האינטגרציה של מפסקי ואקום ומסופי בקרה חכמים שופרה ללא הרף. נכון לעכשיו, קיימים בשוק מספר רב של מוצרים משולבים עמוקים, המשלבים מאוד מפסקי זרם, מתגים מבודדים, חיישני מתח/זרם, מסופי הזנה של FTU וספקי כוח גיבוי, משיגים אינטגרציה מקיפה של פונקציות הגנה, מדידה, בקרה ותקשורת, ומשפרים מאוד את רמת האוטומציה של הפצה. במקביל, בתגובה לליקויים הסביבתיים של מפסקי הקספלואוריד הגופרית המסורתיים, מקודמים ומיושמים במהירות מפסקי חשמל חדשים ידידותיים לסביבה המשתמשים בכיבוי קשת ואקום בשילוב עם גזים מבודדים ידידותיים לסביבה (כגון אוויר יבש, חנקן וכו'). מפסק הוואקום הראשי והמשני מבודד בגז טבעי ZW68 שפותח באופן עצמאי על ידי China Electric Power Research Institute משתמש באוויר יבש כמדיום בידוד עזר, ומבטל לחלוטין את גז ההקספלואוריד הגופרית. זה יושם באופן נרחב בכמעט 7000 יחידות ביותר מ-19 מחוזות ברחבי הארץ, והפך למוצר אמת מידה לבניית מערכות חשמל חדשות. השינויים הטכנולוגיים הללו מצביעים על כך שמפסקי ואקום לא רק תופסים עמדה בלתי מעורערת בתחום חלוקת המתח הבינוני, אלא גם ישחקו תפקיד חשוב יותר ברשת החכמה וברשת הירוקה העתידית.
כאשר לקוחות שואלים האם מפסקי ואקום יכולים להחליף לחלוטין מפסקי נפט מסורתיים, אנשי סחר חוץ יכולים לספק תשובה מקיפה יחסית: בתחום הפצת המתח הבינוני, מפסקי ואקום הפכו לתצורה סטנדרטית בתעשייה בשל היתרונות המקיפים שלהם של בטיחות, הגנה על הסביבה, ללא תחזוקה, חיים ארוכים וגודל קטן. גם כאשר הם מתמודדים עם מפסקי זרם גופרית hexafluoride, עדיין יש להם תחרותיות משמעותית במונחים של ידידותיות לסביבה, נוחות תחזוקה ועלות מחזור חיים כוללת. מרשת חלוקה עירונית לאספקת חשמל תעשייתית, מחיבור לרשת אנרגיה חדשה ועד מעבר מסילה, מפסקי ואקום מוכיחים את ערכם עם עשרות אלפי קיבולת מותקנת מדי שנה. עבור ארגונים המייצרים שנאים, שימוש במפסקי ואקום באיכות גבוהה-ת בתמיכה בתחנות מתג וסוג קופסאות הוא לא רק ערובה לאיכות המוצר שלהם, אלא גם חלק חשוב בהעברת המחויבות המקצועית של "בטיחות, אמינות, הגנה על סביבה ירוקה ויציבות-לטווח ארוך" ללקוחות. במערכת החשמל המשתנה במהירות של ימינו, מפסקי ואקום, הידועים כ"וואקום", תומכים במחצית משדה חלוקת המתח הבינוני.
