Højspændingsvakuumafbrydere — Design og funktionsprincip

Blandt moderne højspændingsudstyr designet til at skifte elektriske kredsløb i elektricitet er et særligt sted tildelt vakuumafbrydere. De er meget udbredt i netværk fra 6 til 35 kV og sjældnere i ordninger fra 110 eller 220 kV inklusive.

Deres nominelle brudstrøm kan være fra 20 til 40 kA, og deres elektrodynamiske modstand er omkring 50 ÷ 100. Den samlede udløsningstid for en sådan afbryder eller fejl er omkring 45 millisekunder.

Hver fase af kredsløbet er pålideligt adskilt af isolatorer, og samtidig er alt udstyr strukturelt samlet på et fælles drev. Understationsskinnerne er forbundet til kontaktens indgangsklemmer og udgangsforbindelsen til udgangsklemmerne.

Strømkontakter fungerer i vakuumafbryderen, som presses sammen for at give minimal kontaktmodstand og pålidelig passage af både belastnings- og nødstrømme.

Den øvre del af kontaktsystemet er permanent fastgjort, og den nederste del under påvirkning af drivkraften er i stand til at bevæge sig strengt i aksial retning.

Billedet viser, at kontaktpladerne er placeret i et vakuumkammer og drives af stænger styret af spændingskræfterne fra elektromagneternes fjedre og spoler. Hele denne struktur er placeret inde i et system af isolatorer, undtagen forekomsten af ​​lækstrømme.

Vakuumkammerets vægge er lavet af rensede metaller, legeringer og specielle keramiske sammensætninger, der sikrer arbejdsmiljøets hermeticitet i flere årtier. For at udelukke indtrængen af ​​luft under bevægelserne af den bevægelige kontakt, er en muffeanordning installeret.

Armaturet af en DC-elektromagnet kan bevæge sig for at lukke strømkontakterne eller bryde dem på grund af en ændring i polariteten af ​​spændingen, der påføres spolen. En permanent cirkulær magnet indbygget i drivstrukturen holder den bevægelige del i enhver aktiveret position.

Systemet af fjedre sikrer skabelsen af ​​optimale bevægelseshastigheder af ankeret under kommuteringer, udelukkelse af kontaktspring og mulighed for kollaps i vægstrukturen.

De kinematiske og elektriske kredsløb med en synkroniseringsaksel og ekstra hjælpekontakter er samlet inde i kontaktlegemet, hvilket giver mulighed for at overvåge og kontrollere kontaktens position i enhver tilstand.

Aftale

Med hensyn til dens funktionelle opgaver adskiller vakuumafbryderen sig ikke fra andre analoger af højspændingsudstyr. Giver:

1.Pålidelig passage af nominel elektrisk effekt under kontinuerlig drift;

2. muligheden for garanteret udstyrsskift af elektrisk personale i manuel eller automatisk tilstand under driftsomskiftning for at ændre konfigurationen af ​​arbejdskredsløbet;

3. automatisk fjernelse af nye ulykker på kortest mulig tid.

Den største forskel mellem vakuumafbryderen er metoden til at slukke den elektriske lysbue, der opstår, når kontakterne afbrydes under nedlukning. Hvis dets analoger skaber et miljø for trykluft, olie eller SF6-gas, så virker et vakuum her.

Princippet om lysbueslukning i strømkredsløbet

Begge kontaktplader fungerer i et vakuummiljø, der er dannet ved at pumpe gasser fra lysbuebeholderen til 10-6÷10-8 N/cm2. Dette skaber en høj dielektrisk styrke karakteriseret ved forbedrede dielektriske egenskaber.

Med start af bevægelse fra kontakternes drev opstår der et mellemrum mellem dem, som straks indeholder et vakuum. Inde i den begynder processen med fordampning af det opvarmede metal fra kontaktpuderne. Belastningsstrømmen fortsætter med at strømme gennem disse par. Det initierer dannelsen af ​​yderligere elektriske udladninger, hvilket skaber en lysbue i et vakuummiljø, som fortsætter med at udvikle sig på grund af fordampning og frigivelse af metaldampe.

Under påvirkning af den anvendte potentialforskel bevæger de dannede ioner sig i en bestemt retning og skaber et plasma.

I sit miljø fortsætter strømmen af ​​elektrisk strøm, yderligere ionisering sker.

Da kontakten fungerer på vekselstrøm, er dens retning under hver halve cyklus omvendt.Når sinusbølgen krydser nul, er der ingen strøm. På grund af dette slukkes lysbuen brat og brydes, og de afstødte metalioner holder op med at adskilles og sætter sig i løbet af 7-10 mikrosekunder fuldstændigt på de nærmeste kontaktflader eller andre dele af lysbueslukningskammeret.

På dette tidspunkt genoprettes den dielektriske styrke af mellemrummet mellem strømkontakterne, fyldt med vakuum, næsten øjeblikkeligt, hvilket sikrer den endelige nedlukning af belastningsstrømmen. I den næste halve cyklus af sinusbølgen kan den elektriske lysbue ikke længere forekomme.

For at afslutte virkningen af ​​en elektrisk lysbue i et vakuummiljø, når strømkontakterne åbnes, er det således nok for vekselstrømmen at ændre sin retning.

Teknologiske egenskaber ved forskellige modeller

Vakuumafbrydere er designet til kontinuerlig drift udendørs eller i lukkede strukturer. Udvendige monteringsenheder udføres med massive stolper udført med silikoneisolering, og til indvendigt arbejde anvendes støbte epoxyforbindelser.

Vakuumkamrene er fremstillet mobile på fabrikken, optimalt sat op til montering i et støbt hus. Strømkontakter lavet af specielle typer legerede legeringer er allerede placeret inde i dem. De, takket være det anvendte princip for drift og design, giver blød slukning af den elektriske lysbue, udelukker muligheden for overspænding i kredsløbet.

En universel elektromagnetisk aktuator bruges i alle design af vakuumafbrydere. Det holder strømkontakterne i lukket eller slukket tilstand på grund af energien fra kraftige magneter.

Skiftet og fastgørelsen af ​​kontaktsystemet udføres af positionen af ​​den «magnetiske lås», som skifter kæden af ​​magneter for at gentilslutte eller afbryde det mobile armatur. Indbyggede fjederelementer tillader manuel kobling af elektrisk personale.

For at styre driften af ​​vakuumafbryderen, typiske relækredsløb eller elektroniske, mikroprocessorenheder, som kan placeres direkte i drevhuset eller fremstilles af fjerntliggende enheder i separate skabe, blokke eller paneler.

Fordele og ulemper ved vakuumafbrydere

Fordelene omfatter:

• relativ enkelhed af design;

• reduceret elforbrug til produktion af afbrydere;

• bekvemmelighed i reparationen, som består i muligheden for blokudskiftning af en brudt lysbue;

• kontaktens evne til at fungere i enhver orientering i rummet;

• høj pålidelighed;

• øget modstand mod skiftende belastninger;

• begrænsede størrelser;

• modstand mod brand og eksplosion;

• stille drift ved skift;

• høj miljøvenlighed, bortset fra atmosfærisk forurening.

Ulemperne ved designet er:

• relativt lave tilladte strømme af nominelle og nødtilstande;

• forekomsten af ​​koblingsstød under afbrydelser af lave induktive strømme;

• reduceret ressource af lysbueanordningen med hensyn til eliminering af kortslutningsstrømme.