Høyspentbrytere: klassifisering, enhet, operasjonsprinsipp

Kravene til bryterne er som følger:

1) pålitelighet på jobb og sikkerhet for andre;

2) rask respons — muligens kort avstengningstid;

3) enkel vedlikehold;

4) enkel installasjon;

5) stille drift;

6) relativt lave kostnader.

De nåværende automatsikringene oppfyller de oppførte kravene i større eller mindre grad. Kretsbryterdesignere streber imidlertid etter å bedre matche effektbryteregenskaper med kravene ovenfor.

Oljebrytere

Det er to typer oljebrytere - reservoar og lav olje. Deioniseringsmetodene for buerommet i disse tastene er de samme. Den eneste forskjellen er i isolasjonen av kontaktsystemet fra bakken og i mengden olje.

Inntil nylig fungerte tanker for tanker av følgende typer: VM-35, S-35, samt brytere av U-serien med spenninger fra 35 til 220 kV. Tankbrytere er designet for ekstern montering, ikke i produksjon for øyeblikket.

De viktigste ulempene med tankbrytere: eksplosjon og brann; behovet for periodisk overvåking av tilstanden og oljenivået i tanken og innløpene; et stort volum olje, noe som fører til en stor investering av tid for å erstatte den, behovet for store oljereserver; ikke egnet for innendørs installasjon.

Brytere for lavt oljenivå

Brytere med lavt oljeinntak (pottetype) er mye brukt i lukket og åpent koblingsanlegg alle spenninger. Oljen i disse bryterne fungerer hovedsakelig som et lysbuemedium og kun delvis som isolasjon mellom åpne kontakter.

Isolering av spenningsførende deler fra hverandre og fra jordede strukturer gjøres med porselen eller andre solide isolasjonsmaterialer. Kontaktene til bryterne for innvendig montering er plassert i en ståltank (potte), som er grunnen til at navnet på "pot type" brytere beholdes.

Lavoljebrytere med spenning 35 kV og over har porselenshus. De mest brukte er anheng av typen 6-10 kV (VMG-10, VMP-10). I disse effektbryterne er kroppen festet på porselensisolatorer til en felles ramme for de tre polene. Hver stang har ett kontaktbrudd og en lysbue.

Designskjemaer for lavoljebrytere 1 — bevegelig kontakt; 2 — buesjakt; 3 - fast kontakt; 4 — arbeidskontakter

Ved høye nominelle strømmer er det vanskelig å operere med ett par kontakter (fungerer som drifts- og lysbuekontakter), derfor er driftskontaktene anordnet utenfor bryteren og lysbuekontaktene er i en metalltank. Ved høye brytestrømmer er det to lysbuebrudd for hver pol. I henhold til denne ordningen er brytere i MGG- og MG-serien laget for spenninger opp til og med 20 kV.Massive eksterne driftskontakter 4 gjør at effektbryteren kan utformes for høye nominelle strømmer (opptil 9500 A). For spenninger på 35 kV og over er bryterkroppen laget av porselen, VMK-serien er en søylebryter med lite olje). I automatsikringer 35, 110 kV er det gitt ett avbrudd per pol, ved høyspenning - to eller flere avbrudd.

Ulemper med lavoljebrytere: risiko for eksplosjon og brann, men mye mindre enn tankbrytere; manglende evne til å implementere høyhastighets automatisk lukking; behovet for periodisk kontroll, påfylling, relativt hyppig oljeskift i lysbuetanker; vanskeligheten med å installere innebygde strømtransformatorer; relativt lav bruddkapasitet.

Bruksområdet for lavoljebrytere er lukkede koblingsanlegg til kraftverk og nettstasjoner 6, 10, 20, 35 og 110 kV, komplette koblingsanlegg 6, 10 og 35 kV og åpne koblingsanlegg 35 og 110 kV.

Se her for flere detaljer: Typer oljebrytere

Luftbrytere

Luftstrømbrytere for spenninger på 35 kV og over er konstruert for å bryte store kortslutningsstrømmer. Luft settes på spenning 15 kV brukes i kraftverk som generator. Deres fordeler: rask respons, høy bruddkapasitet, ubetydelig brenning av kontakter, mangel på dyre og utilstrekkelig pålitelige foringer, brannsikkerhet, mindre vekt sammenlignet med oljebrytere i tanken. Ulemper: tilstedeværelsen av tungvint luftøkonomi, eksplosjonsfare, mangel på innebygde strømtransformatorer, kompleksiteten til enheten og driften.

I luftbrytere slukkes lysbuen med trykkluft ved et trykk på 2-4 MPa, og isolasjonen av spenningsførende deler og lysbueslukkingsanordningen er laget med porselen eller andre solide isolasjonsmaterialer. Designskjemaene til luftbrytere er forskjellige og avhenger av spenningsvurderingen deres, metoden for å skape et isolerende gap mellom kontaktene i av-posisjon, og metoden for å tilføre trykkluft til lysbueslukkingsanordningen.

Høyklassifiserte effektbrytere har en hoved- og lysbuekrets som ligner på MG- og MGG-strømbrytere med lavt oljenivå. Hoveddelen av strømmen i lukket stilling av bryteren går gjennom hovedkontaktene 4, som er plassert åpne. Når bryteren er slått av åpnes først hovedkontaktene, deretter går all strømmen gjennom lysbuekontaktene lukket i kammer 2. Mens disse kontaktene åpnes, mates trykkluft fra tank 1 inn i kammeret, det dannes en kraftig eksplosjon som slukker buen. Blåsing kan være langsgående eller tverrgående.

Det nødvendige isolasjonsgapet mellom kontaktene i åpen stilling skapes i lysbuen ved å skille kontaktene med tilstrekkelig avstand. Bryterne laget i henhold til prosjektet med åpen separator er produsert for innendørs installasjon for spenninger 15 og 20 kV og strømmer opp til 20 000 A (VVG-serien). Med denne typen brytere, etter frakobling av separatoren 5, stoppes tilførselen av trykkluft til kamrene og lysbuekontaktene lukkes.

Konstruksjonsdiagrammer av luftbrytere 1 — tank for trykkluft; 2 — buesjakt; 3 — shuntmotstand; 4 — hovedkontakter; 5 — separator; 6 — kapasitiv spenningsdeler for 110 kV — to brudd per fase (d)

I luftstrømbrytere for åpen installasjon for spenning 35 kV (VV-35) er det tilstrekkelig med ett avbrudd per fase.

I brytere med en spenning på 110 kV og mer, etter at lysbuen er slukket, åpnes kontaktene til separatoren 5 og separatorkammeret forblir fullt av trykkluft hele tiden i av-posisjon. I dette tilfellet tilføres ikke trykkluft til lysbuen, og kontaktene i den er lukket.

Effektbrytere i VV-serien for spenninger opp til 500 kV er laget i henhold til dette designskjemaet. Jo høyere merkespenning og jo høyere begrensningseffekt, jo flere avbrudd må det være i lysbuen og i separatoren.

Luftfylte effektbrytere av VVB-serien er laget i henhold til designskjemaet i fig., D. Spenningen til VVB-modulen er 110 kV ved et trykk av trykkluft i brannslukningskammeret på 2 MPa. Merkespenningen til VVBK effektbrytermodulen (stor modul) er 220 kV og lufttrykket i slokkekammeret er 4 MPa. Effektbrytere i VNV-serien har et lignende designskjema: en modul med en spenning på 220 kV ved et trykk på 4 MPa.

For effektbrytere i VVB-serien avhenger antallet lysbuer (moduler) av spenningen (110 kV — en; 220 kV — to; 330 kV — fire; 500 kV — seks; 750 kV — åtte), og for store effektbrytermoduler (VVBK, VNV), henholdsvis moduler med antall dobbelt mindre.

Effektbrytere SF6

SF6-gass (SF6 — svovelheksafluorid) er en inert gass med en tetthet 5 ganger større enn luftens. Den elektriske styrken til SF6-gass er 2-3 ganger høyere enn styrken til luft; ved et trykk på 0,2 MPa er den dielektriske styrken til SF6-gass sammenlignbar med den til petroleum.

I SF6-gass ved atmosfærisk trykk kan en lysbue slukkes med en strøm som er 100 ganger høyere enn strømmen avbrutt i luft under samme forhold. Den eksepsjonelle evnen til SF6-gass til å slukke lysbuen forklares av det faktum at molekylene fanger opp elektronene i lysbuesøylen og danner relativt ubevegelige negative ioner. Tapet av elektroner gjør lysbuen ustabil og lett å slukke. I en strøm av SF6-gass, det vil si under gassjetting, er absorpsjonen av elektroner fra buesøylen enda mer intens.

SF6-kretsbrytere bruker autopneumatiske (autokomprimerende) lysbueslukkingsanordninger der gass komprimeres av en stempelanordning under utløsning og ledes inn i lysbueområdet. SF6 effektbryter er et lukket system uten gassutslipp til utsiden.

For tiden brukes SF6 effektbrytere for alle spenningsklasser (6-750 kV) ved et trykk på 0,15 - 0,6 MPa. Økt trykk brukes for brytere med høyere spenningsklasser. SF6 effektbrytere fra følgende utenlandske selskaper har vist seg godt: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin og andre. Produksjonen av moderne SF6 effektbrytere av PO «Uralelectrotyazmash» er mestret: tankbrytere av VEB, VGB-serien og kolonnebrytere i VGT, VGU-serien.

Som et eksempel, vurder utformingen av en 6-10 kV LF effektbryter av Merlin Gerin.

Den grunnleggende strømbrytermodellen består av følgende elementer:

— hovedbryteren, der alle tre polene er plassert, som representerer en "trykkbeholder", fylt med SF6-gass ved et lavt overtrykk (0,15 MPa eller 1,5 atm);

— mekanisk drivenhet type RI;

— aktuatorfrontpanel med manuell fjærbelastningshåndtak og fjær- og strømbryterstatusindikatorer;

— kontaktputer for strømforsyning med høy spenning;

— multi-pin kontakt for tilkobling av sekundære svitsjekretser.

Vakuumbrytere

Den dielektriske styrken til vakuum er betydelig høyere enn for andre medier som brukes i strømbrytere. Dette forklares med økningen i den gjennomsnittlige frie banen til elektroner, atomer, ioner og molekyler med en reduksjon i trykk. I et vakuum overskrider den gjennomsnittlige frie banen til partiklene dimensjonene til vakuumkammeret.

1/4" gap gjenvinning dielektrisk styrke etter 1600 A strømavbrudd i vakuum og forskjellige gasser ved atmosfærisk trykk

Under disse forholdene forekommer partikkelstøt på kammerveggene mye oftere enn partikkel-til-partikkel-kollisjoner. Figuren viser avhengigheten av nedbrytningsspenningen til vakuum og luft av avstanden mellom elektroder med en diameter på 3/8 « wolfram. Med en så høy dielektrisk styrke kan avstanden mellom kontaktene være svært liten (2 — 2,5 cm), så kammerdimensjonene kan også være relativt små...

Prosessen med å gjenopprette den elektriske styrken til gapet mellom kontaktene når strømmen er av, skjer i vakuum mye raskere enn i gasser Nivået av vakuum (restgasstrykk) i moderne industrielle lysbuekanaler er vanligvis Pa. I samsvar med teorien om den elektriske styrken til gasser, oppnås de nødvendige isolasjonsegenskapene til vakuumgapet også ved lavere vakuumnivåer (i størrelsesorden Pa), men for det nåværende nivået av vakuumteknologi, opprettelse og vedlikehold av Pa-nivå gjennom hele vakuumkammerets levetid er ikke et problem.Dette gir vakuumkamrene reserver av elektrisk styrke for hele levetiden (20-30 år).

En typisk vakuumbryterdesign er vist i figuren.

Blokkdiagram av en vakuumbryter

Utformingen av vakuumkammeret består av et par kontakter (4; 5), hvorav den ene er bevegelig (5), innelukket i et vakuumtett skall sveiset av keramiske eller glassisolatorer (3; 7), øvre og nedre metall deksler (2; 8) ) og metallskjold (6). Bevegelsen av den bevegelige kontakten i forhold til den faste sikres ved hjelp av en hylse (9). Kamerakablene (1; 10) brukes til å koble det til hovedbryterkretsen.

Det skal bemerkes at kun spesielle vakuumbestandige metaller, renset fra oppløste gasser, kobber og spesielle legeringer, samt spesialkeramikk brukes til fremstilling av vakuumkammerhuset. Kontaktene til vakuumkammeret er laget av en metall-keramisk sammensetning (som regel er det kobber-krom i et forhold på 50% -50% eller 70% -30%), noe som gir høy bruddkapasitet, motstand mot slitasje og forhindrer utseendet av sveisepunkter på kontaktflaten. Sylindriske keramiske isolatorer, sammen med et vakuumgap ved åpne kontakter, gir isolasjon mellom kammerterminalene når bryteren er av.

Tavrida-electric har sluppet en ny design vakuumbryter med magnetlås. Dens design er basert på prinsippet om å justere den drivende elektromagneten og vakuumbryteren i hver pol av bryteren.

Bryteren lukkes i følgende rekkefølge.

I starttilstanden er kontaktene til vakuumavbryterkammeret åpne på grunn av virkningen av lukkefjæren 7 på dem gjennom trekkisolatoren 5. Når en spenning med positiv polaritet påføres spolen 9 til elektromagneten, vil den magnetiske fluksen akkumuleres i gapet til det magnetiske systemet.

I det øyeblikket når trykkkraften til ankeret skapt av den magnetiske fluksen overstiger kraften til stoppfjæren 7, begynner ankeret 11 til elektromagneten, sammen med trekkraftisolatoren 5 og den bevegelige kontakten 3 til vakuumkammeret, å bevege seg opp, komprimer fjæren for å stoppe. I dette tilfellet oppstår en motor-EMF i viklingen, noe som forhindrer en ytterligere økning i strømmen og til og med reduserer den noe.

I bevegelsesprosessen får ankeret en hastighet på omtrent 1 m / s, noe som unngår foreløpig skade når du slår på og eliminerer sprett av VDK-kontaktene. Når vakuumkammerkontaktene er lukket, gjenstår et ekstra kompresjonsgap på 2 mm i magnetsystemet. Hastigheten til ankeret synker kraftig, siden det også må overvinne fjærkraften til den ekstra forspenningen til kontakten 6. Imidlertid, under påvirkning av kraften skapt av den magnetiske fluksen og tregheten, fortsetter ankeret 11 å bevege seg oppover, komprimere fjæren for stopp 7 og en ekstra fjær for forspenning av kontakter 6.

I øyeblikket for lukking av det magnetiske systemet kommer ankeret i kontakt med det øvre dekselet til drevet 8 og stopper. Etter lukkingsprosessen blir strømmen til drivspolen slått av. Bryteren forblir i lukket posisjon på grunn av gjenværende induksjon skapt av ring permanent magnet 10, som holder ankeret 11 i trukket stilling til det øvre dekselet 8 uten ekstra strømtilførsel.

For å åpne bryteren må en negativ spenning påføres spoleterminalene.

For tiden har vakuumbrytere blitt de dominerende enhetene for elektriske nettverk med en spenning på 6-36 kV. Dermed når andelen av vakuumbrytere i det totale antallet produserte enheter i Europa og USA 70%, i Japan - 100%. I Russland har denne andelen de siste årene hatt en konstant stigende trend, og i 1997 overskred den 50 %-merket. De viktigste fordelene med eksplosiver (sammenlignet med olje- og gassbrytere) som bestemmer veksten av deres markedsandel er:

— høyere pålitelighet;

— lavere vedlikeholdskostnader.
Se også: Høyspenningsvakuumkretsbrytere — Design og driftsprinsipp