Højspændingsafbrydere: klassificering, enhed, funktionsprincip

Kravene til switchene er som følger:

1) pålidelighed på arbejdspladsen og sikkerhed for andre;

2) hurtig reaktion — muligvis kort nedlukningstid;

3) nem vedligeholdelse;

4) nem installation;

5) lydløs drift;

6) relativt lave omkostninger.

De aktuelt anvendte afbrydere opfylder i større eller mindre omfang de anførte krav. Maksimalafbryderdesignere stræber imidlertid efter bedre at matche afbryderkarakteristika med ovenstående krav.

Olieafbrydere

Der er to typer olieafbrydere - reservoir og lav olie. Deioniseringsmetoderne for buerummet i disse taster er de samme. Den eneste forskel er i isoleringen af ​​kontaktsystemet fra jordbunden og i mængden af ​​olie.

Indtil for nylig fungerede tanke til tanke af følgende typer: VM-35, S-35 samt afbrydere i U-serien med spændinger fra 35 til 220 kV. Tankkontakter er designet til ekstern montering, ikke i produktion i øjeblikket.

De vigtigste ulemper ved tankafbrydere: eksplosion og brand; behovet for periodisk overvågning af tilstanden og niveauet af olie i tanken og indløbene; en stor mængde olie, hvilket fører til en stor investering af tid til udskiftning, behovet for store oliereserver; ikke egnet til indendørs installation.

Afbrydere til lav olie

Afbrydere med lavt olieindhold (pottetype) er meget udbredt i lukket og åbent koblingsanlæg alle spændinger. Olien i disse kontakter tjener hovedsageligt som lysbuemiddel og kun delvist som isolering mellem åbne kontakter.

Isolering af spændingsførende dele fra hinanden og fra jordede strukturer udføres med porcelæn eller andre solide isoleringsmaterialer. Kontakterne på kontakterne til intern montering er placeret i en ståltank (potte), hvorfor navnet på "pot type" afbrydere bibeholdes.

Lavolieafbrydere med spænding 35 kV og derover har et porcelænshus. De mest brugte er vedhæng af 6-10 kV typen (VMG-10, VMP-10). I disse afbrydere er kroppen fastgjort på porcelænsisolatorer til en fælles ramme for de tre poler. Hver stang har et kontaktbrud og en buesliske.

Designskemaer for lavolieafbrydere 1 — bevægelig kontakt; 2 — buesliske; 3 — fast kontakt; 4 — arbejdskontakter

Ved høje mærkestrømme er det vanskeligt at arbejde med et par kontakter (fungerer som drifts- og lysbuekontakter), derfor er driftskontakterne tilvejebragt uden for afbryderen, og lysbuekontakterne er i en metaltank. Ved høje brudstrømme er der to lysbuebrud for hver pol. I henhold til denne ordning er afbrydere i MGG- og MG-serien lavet til spændinger op til og med 20 kV.Massive eksterne driftskontakter 4 gør det muligt at designe afbryderen til høje nominelle strømme (op til 9500 A). For spændinger på 35 kV og derover er afbryderhuset lavet af porcelæn, VMK-serien er en søjleafbryder med lav olie). I automatiske afbrydere 35, 110 kV er der en afbrydelse pr. pol, ved højspænding - to eller flere afbrydelser.

Ulemper ved lavolieafbrydere: risiko for eksplosion og brand, dog meget mindre end tankafbrydere; manglende evne til at implementere højhastigheds automatisk lukning; behovet for periodisk kontrol, efterfyldning, relativt hyppige olieskift i lysbuetanke; vanskeligheden ved at installere indbyggede strømtransformatorer; relativt lav brudkapacitet.

Anvendelsesområdet for lavolieafbrydere er lukkede koblingsanlæg af kraftværker og transformerstationer 6, 10, 20, 35 og 110 kV, komplette koblingsanlæg 6, 10 og 35 kV og åbne koblingsanlæg 35 og 110 kV.

Se her for flere detaljer: Typer af olieafbrydere

Luftafbrydere

Luftafbrydere til spændinger på 35 kV og derover er designet til at bryde store kortslutningsstrømme. Luft tændes spænding 15 kV bruges i kraftværker som generator. Deres fordele: hurtig reaktion, høj brudkapacitet, ubetydelig afbrænding af kontakter, mangel på dyre og utilstrækkeligt pålidelige bøsninger, brandsikkerhed, mindre vægt sammenlignet med olieafbrydere i tanken. Ulemper: tilstedeværelsen af ​​besværlig luftøkonomi, eksplosionsfare, mangel på indbyggede strømtransformatorer, kompleksiteten af ​​enheden og driften.

I luftafbrydere slukkes lysbuen med trykluft ved et tryk på 2-4 MPa, og isoleringen af ​​spændingsførende dele og lysbueslukkeren er lavet med porcelæn eller andre solide isoleringsmaterialer. Designskemaerne for luftafbrydere er forskellige og afhænger af deres spændingsværdi, metoden til at skabe et isolerende mellemrum mellem kontakterne i slukket position og metoden til at levere trykluft til lysbueslukkeren.

Højklassificerede afbrydere har et hoved- og lysbuekredsløb, der ligner lavolie MG- og MGG-afbrydere. Hoveddelen af ​​strømmen i afbryderens lukkede stilling passerer gennem hovedkontakterne 4, som er placeret åbne. Når kontakten slukkes, åbner hovedkontakterne først, derefter går al strømmen gennem lysbuekontakterne, der er lukket i kammer 2. Mens disse kontakter åbner, føres trykluft fra tank 1 ind i kammeret, der skabes en kraftig eksplosion, som slukker buen. Blæser kan være langsgående eller tværgående.

Den nødvendige isoleringsspalte mellem kontakterne i åben position skabes i lysbuen ved at adskille kontakterne med en tilstrækkelig afstand. Afbryderne lavet i henhold til projektet med åben separator er produceret til indendørs installation til spændinger 15 og 20 kV og strømme op til 20.000 A (VVG-serien). Med denne type afbrydere, efter frakobling af separatoren 5, standses tilførslen af ​​trykluft til kamrene, og lysbuekontakterne lukkes.

Konstruktionsdiagrammer af luftafbrydere 1 — tank til trykluft; 2 — buesliske; 3 — shuntmodstand; 4 — hovedkontakter; 5 — separator; 6 — kapacitiv spændingsdeler til 110 kV — to brud pr. fase (d)

I luftafbrydere til åben installation for spænding 35 kV (VV-35) er det tilstrækkeligt med én afbrydelse pr. fase.

I afbrydere med en spænding på 110 kV og mere, efter at lysbuen er slukket, åbnes kontakterne på separatoren 5, og separatorkammeret forbliver fuld af trykluft hele tiden i slukket position. I dette tilfælde tilføres der ikke trykluft til lysbuen, og kontakterne i den er lukkede.

Strømafbrydere i VV-serien til spændinger op til 500 kV er skabt i henhold til dette designskema. Jo højere nominel spænding og jo højere begrænsningseffekt, jo flere afbrydelser skal der være i lysbuen og i separatoren.

Luftfyldte afbrydere i VVB-serien er lavet i henhold til designskemaet i fig., D. VVB-modulets spænding er 110 kV ved et tryk af trykluft i brandslukningskammeret på 2 MPa. Den nominelle spænding for VVBK-afbrydermodulet (stort modul) er 220 kV og lufttrykket i slukningskammeret er 4 MPa. Strømafbrydere i VNV-serien har et lignende designskema: et modul med en spænding på 220 kV ved et tryk på 4 MPa.

For afbrydere i VVB-serien afhænger antallet af lysbuer (moduler) af spændingen (110 kV — en; 220 kV — to; 330 kV — fire; 500 kV — seks; 750 kV — otte) og for store afbrydermoduler (VVBK, VNV), moduler med henholdsvis to gange færre antal.

Afbrydere SF6

SF6-gas (SF6 — svovlhexafluorid) er en inert gas med en densitet, der er 5 gange større end luftens. Den elektriske styrke af SF6-gas er 2-3 gange højere end styrken af ​​luft; ved et tryk på 0,2 MPa er den dielektriske styrke af SF6-gas sammenlignelig med den for petroleum.

I SF6-gas ved atmosfærisk tryk kan en lysbue slukkes med en strøm, der er 100 gange højere end den strøm, der afbrydes i luft under samme forhold. SF6-gass exceptionelle evne til at slukke lysbuen forklares ved, at dens molekyler fanger elektronerne i lysbuesøjlen og danner relativt ubevægelige negative ioner. Tabet af elektroner gør lysbuen ustabil og let slukkes. I en strøm af SF6-gas, det vil sige under gasjetting, er absorptionen af ​​elektroner fra buesøjlen endnu mere intens.

SF6-afbrydere bruger auto-pneumatiske (auto-komprimerende) lysbueslukningsanordninger, hvor gas komprimeres af en stempelanordning under udløsning og ledes ind i lysbueområdet. SF6-afbryderen er et lukket system uden gasemissioner til ydersiden.

I øjeblikket anvendes SF6-afbrydere til alle spændingsklasser (6-750 kV) ved et tryk på 0,15 — 0,6 MPa. Forhøjet tryk anvendes til afbrydere med højere spændingsklasser. SF6-afbrydere fra følgende udenlandske virksomheder har vist sig godt: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin og andre. Produktionen af ​​moderne SF6-afbrydere af PO «Uralelectrotyazmash» er mestret: tankafbrydere i VEB-, VGB-serien og kolonneafbrydere i VGT, VGU-serien.

Som et eksempel kan du overveje designet af en 6-10 kV LF-afbryder af Merlin Gerin.

Den grundlæggende afbrydermodel består af følgende elementer:

— hovedafbryderens krop, hvori alle tre poler er placeret, repræsenterende en "trykbeholder", fyldt med SF6-gas ved et lavt overtryk (0,15 MPa eller 1,5 atm).

— mekanisk drev type RI;

— aktuatorens frontpanel med manuel fjederbelastningshåndtag og fjeder- og strømafbryderstatusindikatorer;

— kontaktpuder til højspændingsstrømforsyning;

— flerbensstik til tilslutning af sekundære koblingskredsløb.

Vakuumafbrydere

Den dielektriske styrke af vakuum er betydeligt højere end for andre medier, der bruges i afbrydere. Dette forklares ved stigningen i den gennemsnitlige frie vej for elektroner, atomer, ioner og molekyler med et fald i tryk. I et vakuum overstiger den gennemsnitlige frie vej for partiklerne vakuumkammerets dimensioner.

1/4" mellemrumsgenvinding dielektrisk styrke efter 1600 A strømafbrydelse i vakuum og forskellige gasser ved atmosfærisk tryk

Under disse forhold forekommer partikelpåvirkninger på kammervæggene meget oftere end partikel-til-partikel-kollisioner. Figuren viser afhængigheden af ​​nedbrydningsspændingen af ​​vakuum og luft på afstanden mellem elektroder med en diameter på 3/8 « wolfram. Med så høj en dielektrisk styrke kan afstanden mellem kontakterne være meget lille (2 — 2,5 cm), så kammerdimensionerne kan også være relativt små...

Processen med at genoprette den elektriske styrke af mellemrummet mellem kontakterne, når strømmen er slukket, sker i vakuum meget hurtigere end i gasser. Niveauet af vakuum (restgastryk) i moderne industrielle lysbuekanaler er normalt Pa. I overensstemmelse med teorien om den elektriske styrke af gasser opnås de nødvendige isoleringsegenskaber for vakuumgabet også ved lavere vakuumniveauer (af størrelsesordenen Pa), men for det nuværende niveau af vakuumteknologi, skabelse og vedligeholdelse af Pa-niveau gennem hele vakuumkammerets levetid er ikke et problem.Dette giver vakuumkamrene reserver af elektrisk styrke i hele levetiden (20-30 år).

Et typisk vakuumafbryderdesign er vist på figuren.

Blokdiagram af en vakuumafbryder

Udformningen af ​​vakuumkammeret består af et par kontakter (4; 5), hvoraf den ene er bevægelig (5), indesluttet i en vakuumtæt skal svejset af keramiske eller glasisolatorer (3; 7), øvre og nedre metal dæksler (2; 8) ) og metalskærm (6). Bevægelsen af ​​den bevægelige kontakt i forhold til den faste sikres ved hjælp af en bøsning (9). Kamerakablerne (1; 10) bruges til at forbinde det til hovedafbryderkredsløbet.

Det skal bemærkes, at kun specielle vakuumbestandige metaller, renset fra opløste gasser, kobber og specielle legeringer, samt specielle keramik bruges til fremstilling af vakuumkammerhuset. Vakuumkammerets kontakter er lavet af en metalkeramisk sammensætning (som regel er det kobber-krom i et forhold på 50% -50% eller 70% -30%), hvilket giver høj brudkapacitet, modstandsdygtighed over for slid og forhindrer fremkomsten af ​​svejsepunkter på kontaktfladen. Cylindriske keramiske isolatorer giver sammen med et vakuumgab ved åbne kontakter isolering mellem kammerterminalerne, når kontakten er slukket.

Tavrida-electric har frigivet en ny design vakuumafbryder med magnetisk lås. Dens design er baseret på princippet om at justere den drivende elektromagnet og vakuumafbryderen i hver pol af afbryderen.

Kontakten lukker i følgende rækkefølge.

I starttilstanden er kontakterne i vakuumafbryderkammeret åbne på grund af lukkefjederens 7 virkning på dem gennem trækisolatoren 5. Når en spænding med positiv polaritet påføres elektromagnetens spole 9, vil den magnetiske flux akkumuleres i mellemrummet i det magnetiske system.

I det øjeblik, hvor trykkraften af ​​ankeret skabt af den magnetiske flux overstiger kraften fra stopfjederen 7, begynder elektromagnetens anker 11 sammen med trækisolatoren 5 og den bevægelige kontakt 3 i vakuumkammeret at bevæge sig op og komprimer fjederen for at stoppe. I dette tilfælde opstår der en motor-EMF i viklingen, hvilket forhindrer en yderligere stigning i strømmen og endda reducerer den noget.

I bevægelsesprocessen opnår armaturet en hastighed på omkring 1 m/s, hvilket undgår foreløbige skader ved tænding og eliminerer hoppen af ​​VDK-kontakterne. Når vakuumkammerkontakterne er lukkede, forbliver der et ekstra kompressionsgab på 2 mm i det magnetiske system. Hastigheden af ​​ankeret falder kraftigt, da det også skal overvinde fjederkraften fra den ekstra forspænding af kontakten 6. Men under påvirkning af kraften skabt af den magnetiske flux og inerti, fortsætter ankeret 11 med at bevæge sig opad, komprimering af fjederen til stop 7 og en ekstra fjeder til forspænding af kontakter 6.

I det øjeblik, hvor det magnetiske system lukkes, kommer ankeret i kontakt med det øvre dæksel af drevet 8 og stopper. Efter lukkeprocessen afbrydes strømmen til drivspolen. Kontakten forbliver i den lukkede position på grund af den resterende induktion skabt af ring permanent magnet 10, som holder ankeret 11 i trukket stilling til det øvre dæksel 8 uden yderligere strømforsyning.

For at åbne kontakten skal der påføres en negativ spænding til spolens terminaler.

I øjeblikket er vakuumafbrydere blevet de dominerende enheder til elektriske netværk med en spænding på 6-36 kV. Således når andelen af ​​vakuumafbrydere i det samlede antal fremstillede enheder i Europa og USA 70%, i Japan - 100%. I Rusland har denne andel i de seneste år haft en konstant opadgående tendens, og i 1997 oversteg den 50 %-mærket. De vigtigste fordele ved sprængstoffer (sammenlignet med olie- og gasafbrydere), der bestemmer væksten i deres markedsandel, er:

— højere pålidelighed;

— lavere vedligeholdelsesomkostninger.
Se også: Højspændingsvakuumafbrydere — Design og funktionsprincip