Høyspenningsvakuumkretsbrytere — Design og driftsprinsipp

Blant moderne høyspentutstyr designet for å bytte elektriske kretser i elektrisitet, er en spesiell plass tildelt vakuumbrytere. De er mye brukt i nettverk fra 6 til 35 kV og sjeldnere i ordninger fra 110 eller 220 kV inkludert.

Deres nominelle brytestrøm kan være fra 20 til 40 kA, og deres elektrodynamiske motstand er omtrent 50 ÷ 100. Den totale utløsningstiden for en slik strømbryter eller feil er omtrent 45 millisekunder.

Hver fase av kretsen er pålitelig atskilt av isolatorer og samtidig er alt utstyr strukturelt satt sammen på en felles stasjon. Understasjonens samleskinnene er koblet til inngangsklemmene på bryteren og utgangsforbindelsen til utgangsklemmene.

Strømkontakter fungerer innenfor vakuumbryteren som presses sammen for å gi minimal kontaktmotstand og pålitelig passasje av både last- og nødstrømmer.

Den øvre delen av kontaktsystemet er permanent festet, og den nedre delen under påvirkning av drivkraften er i stand til å bevege seg strengt i aksial retning.

Bildet viser at kontaktplatene er plassert i et vakuumkammer og drives av stenger styrt av spenningskreftene til fjærene og spolene til elektromagnetene. Hele denne strukturen er plassert inne i et system av isolatorer, unntatt forekomsten av lekkasjestrømmer.

Vakuumkammerets vegger er laget av rensede metaller, legeringer og spesielle keramiske sammensetninger som sikrer hermetisiteten til arbeidsmiljøet i flere tiår. For å utelukke inntrenging av luft under bevegelsene til den bevegelige kontakten, er en hylseanordning installert.

Armaturet til en DC-elektromagnet kan bevege seg for å lukke strømkontaktene eller bryte dem på grunn av en endring i polariteten til spenningen som påføres spolen. En permanent sirkulær magnet innebygd i drivkonstruksjonen holder den bevegelige delen i enhver aktivisert posisjon.

Systemet med fjærer sikrer opprettelsen av optimale bevegelseshastigheter for ankeret under kommuteringer, utelukkelse av kontaktsprett og muligheten for kollaps i veggstrukturen.

De kinematiske og elektriske kretsene med en synkroniseringsaksel og ekstra hjelpekontakter er satt sammen inne i bryterkroppen, og gir muligheten til å overvåke og kontrollere posisjonen til bryteren i enhver tilstand.

Avtale

Når det gjelder funksjonelle oppgaver, skiller vakuumbryteren seg ikke fra andre analoger av høyspentutstyr. Gir:

1.Pålitelig passasje av nominell elektrisk kraft under kontinuerlig drift;

2. muligheten for garantert utstyrsbytte av elektrisk personell i manuell eller automatisk modus under driftssvitsjing for å endre konfigurasjonen av arbeidskretsen;

3. automatisk fjerning av nye ulykker på kortest mulig tid.

Hovedforskjellen mellom vakuumbryteren er metoden for å slukke den elektriske lysbuen som oppstår når kontaktene kobles fra under avstengning. Hvis analogene skaper et miljø for trykkluft, olje eller SF6-gass, fungerer et vakuum her.

Prinsippet om lysbueslukking i strømkretsen

Begge kontaktplatene opererer i et vakuummiljø dannet ved å pumpe gasser fra lysbuen til 10-6÷10-8 N / cm2. Dette skaper en høy dielektrisk styrke preget av forbedrede dielektriske egenskaper.

Med starten av bevegelsen fra kontaktenes drift, vises et gap mellom dem, som umiddelbart inneholder et vakuum. Inne i den begynner prosessen med fordampning av det oppvarmede metallet fra kontaktputene. Laststrømmen fortsetter å flyte gjennom disse parene. Det initierer dannelsen av ytterligere elektriske utladninger, og skaper en lysbue i et vakuummiljø, som fortsetter å utvikle seg på grunn av fordampning og frigjøring av metalldamp.

Under påvirkning av den påførte potensialforskjellen beveger de dannede ionene seg i en bestemt retning, og skaper et plasma.

I sitt miljø fortsetter strømmen av elektrisk strøm, ytterligere ionisering skjer.

Siden bryteren opererer på vekselstrøm, blir retningen i løpet av hver halvsyklus reversert.Når sinusbølgen krysser null, er det ingen strøm. På grunn av dette blir lysbuen brått slukket og brutt, og de avviste metallionene slutter å skille seg og i løpet av 7-10 mikrosekunder legger seg fullstendig på de nærmeste kontaktflatene eller andre deler av lysbueslukkekammeret.

På dette tidspunktet gjenopprettes den dielektriske styrken til gapet mellom strømkontaktene, fylt med vakuum, nesten umiddelbart, noe som sikrer den endelige avstengningen av laststrømmen. I neste halvsyklus av sinusbølgen kan den elektriske lysbuen ikke lenger oppstå.

Således, for å avslutte virkningen av en elektrisk lysbue i et vakuummiljø, når strømkontaktene åpnes, er det nok for vekselstrømmen å endre retning.

Teknologiske egenskaper ved ulike modeller

Vakuumbrytere er designet for kontinuerlig drift utendørs eller i lukkede konstruksjoner. Utvendige monteringsenheter utføres med solide stolper laget med silikonisolasjon, og til innvendig arbeid brukes støpte epoksyforbindelser.

Vakuumkamrene er produsert mobile på fabrikken, optimalt satt opp for installasjon i et støpt hus. Strømkontakter laget av spesielle typer legerte legeringer er allerede plassert inne i dem. De, takket være det anvendte prinsippet om drift og design, gir myk slukking av den elektriske lysbuen, utelukker muligheten for overspenning i kretsen.

En universell elektromagnetisk aktuator brukes i alle design av vakuumbryter. Den holder strømkontaktene i lukket eller av-tilstand på grunn av energien til kraftige magneter.

Bytting og fiksering av kontaktsystemet utføres av posisjonen til den «magnetiske låsen», som bytter kjeden av magneter for å koble til eller fra mobilankeret igjen. Innebygde fjærelementer tillater manuell veksling av elektrisk personell.

For å kontrollere driften av vakuumavbryteren, typiske relékretser eller elektroniske, mikroprosessorenheter, som kan være plassert direkte i drivhuset eller laget av eksterne enheter i separate skap, blokker eller paneler.

Fordeler og ulemper med vakuumbrytere

Fordelene inkluderer:

• relativ enkelhet i design;

• redusert strømforbruk for produksjon av brytere;

• bekvemmelighet i reparasjonen, som består i muligheten for blokkutskifting av en ødelagt lysbue;

• bryterens evne til å operere i enhver orientering i rommet;

• høy pålitelighet;

• økt motstand mot bytte av belastninger;

• begrensede størrelser;

• motstand mot brann og eksplosjon;

• stille drift når du bytter;

• høy miljøvennlighet, bortsett fra atmosfærisk forurensning.

Ulempene med designet er:

• relativt lave tillatte strømmer av nominelle og nødmoduser;

• forekomsten av bryterstøt under avbrudd av lave induktive strømmer;

• redusert ressurs til lysbueanordningen når det gjelder eliminering av kortslutningsstrømmer.