Högspänningsvakuumbrytare — Design och funktionsprincip

Bland modern högspänningsutrustning utformad för att byta elektriska kretsar i el är en speciell plats tilldelad vakuumbrytare. De används ofta i nätverk från 6 till 35 kV och mindre ofta i system från 110 eller 220 kV inklusive.

Deras nominella brytström kan vara från 20 till 40 kA, och deras elektrodynamiska motstånd är cirka 50 ÷ 100. Den totala utlösningstiden för en sådan strömbrytare eller fel är cirka 45 millisekunder.

Varje fas i kretsen är tillförlitligt separerad av isolatorer och samtidigt är all utrustning strukturellt monterad på en gemensam drivenhet. Transformatorstationens samlingsskenor är anslutna till strömbrytarens ingångsterminaler och utgångsanslutningen till utgångsterminalerna.

Strömkontakter fungerar i vakuumbrytaren som pressas ihop för att ge minimalt kontaktmotstånd och tillförlitlig passage av både last- och nödströmmar.

Den övre delen av kontaktsystemet är permanent fixerad, och den nedre delen under verkan av drivkraften kan röra sig strikt i axiell riktning.

Bilden visar att kontaktplattorna är placerade i en vakuumkammare och drivs av stavar som styrs av dragkrafterna från fjädrarna och spolarna i elektromagneterna. Hela denna struktur är belägen inuti ett system av isolatorer, exklusive förekomsten av läckströmmar.

Vakuumkammarens väggar är gjorda av renade metaller, legeringar och speciella keramiska kompositioner som säkerställer arbetsmiljöns hermeticitet i flera decennier. För att utesluta inträngning av luft under den rörliga kontaktens rörelser installeras en hylsanordning.

Armaturen på en DC-elektromagnet kan röra sig för att stänga strömkontakterna eller bryta dem på grund av en förändring i polariteten hos spänningen som appliceras på spolen. En permanent cirkulär magnet inbyggd i drivstrukturen håller den rörliga delen i valfritt aktiverat läge.

Systemet med fjädrar säkerställer skapandet av optimala rörelsehastigheter för ankaret under kommutering, uteslutning av kontaktstuds och möjligheten för kollaps i väggstrukturen.

De kinematiska och elektriska kretsarna med en synkroniseringsaxel och ytterligare hjälpkontakter är monterade inuti strömbrytarkroppen, vilket ger möjlighet att övervaka och kontrollera strömbrytarens position i alla lägen.

Utnämning

När det gäller dess funktionella uppgifter skiljer sig vakuumbrytaren inte från andra analoger av högspänningsutrustning. Ger:

1.Tillförlitlig passage av märkeffekt under kontinuerlig drift;

2. möjligheten till garanterad utrustningsväxling av elektrisk personal i manuellt eller automatiskt läge under driftväxling för att ändra konfigurationen av arbetskretsen;

3. automatiskt avlägsnande av nya olyckor på kortast möjliga tid.

Huvudskillnaden mellan vakuumbrytaren är metoden för att släcka den elektriska ljusbågen som uppstår när kontakterna kopplas bort under avstängning. Om dess analoger skapar en miljö för tryckluft, olja eller SF6-gas, fungerar ett vakuum här.

Principen för ljusbågssläckning i strömkretsen

Båda kontaktplattorna arbetar i en vakuummiljö som bildas genom att gaser pumpas från bågrörskärlet till 10-6÷10-8 N/cm2. Detta skapar en hög dielektrisk hållfasthet som kännetecknas av förbättrade dielektriska egenskaper.

När rörelsen börjar från kontakternas drivning uppstår ett gap mellan dem, som omedelbart innehåller ett vakuum. Inuti den börjar processen för avdunstning av den uppvärmda metallen från kontaktdynorna. Lastström fortsätter att flyta genom dessa par. Det initierar bildandet av ytterligare elektriska urladdningar, vilket skapar en båge i en vakuummiljö, som fortsätter att utvecklas på grund av avdunstning och frigöring av metallångor.

Under verkan av den applicerade potentialskillnaden rör sig de bildade jonerna i en viss riktning och skapar ett plasma.

I dess miljö fortsätter flödet av elektrisk ström, ytterligare jonisering sker.

Eftersom omkopplaren arbetar på växelström, vänds dess riktning under varje halvcykel.När sinusvågen passerar noll finns det ingen ström. På grund av detta släcks ljusbågen abrupt och bryts, och de bortkastade metalljonerna upphör att separera och på 7-10 mikrosekunder lägger sig helt på de närmaste kontaktytorna eller andra delar av ljusbågssläckningskammaren.

Vid denna tidpunkt återställs den dielektriska styrkan hos gapet mellan kraftkontakterna, fyllt med vakuum, nästan omedelbart, vilket säkerställer den slutliga avstängningen av belastningsströmmen. I nästa halvcykel av sinusvågen kan den elektriska ljusbågen inte längre uppstå.

Sålunda, för att avsluta verkan av en elektrisk båge i en vakuummiljö, när kraftkontakterna öppnas, är det tillräckligt för växelströmmen att ändra sin riktning.

Tekniska egenskaper hos olika modeller

Vakuumbrytare är konstruerade för kontinuerlig drift utomhus eller i slutna strukturer. Externa monteringsenheter är gjorda med massiva stolpar gjorda med silikonisolering och för invändigt arbete används gjutna epoxiblandningar.

Vakuumkamrarna tillverkas mobila i fabrik, optimalt inställda för installation i ett gjutet hölje. Strömkontakter gjorda av speciella typer av legerade legeringar är redan placerade inuti dem. De, tack vare den tillämpade principen om drift och design, ger mjuk släckning av den elektriska ljusbågen, utesluter möjligheten för överspänning i kretsen.

Ett universellt elektromagnetiskt ställdon används i alla konstruktioner av vakuumbrytare. Den håller strömkontakterna i stängt eller avstängt tillstånd på grund av energin från kraftfulla magneter.

Omkoppling och fixering av kontaktsystemet utförs av positionen för den "magnetiska spärren", som växlar kedjan av magneter för att återansluta eller koppla bort det mobila ankaret. Inbyggda fjäderelement möjliggör manuell växling av elektrisk personal.

För att styra driften av vakuumbrytaren, typiska reläkretsar eller elektroniska, mikroprocessorenheter, som kan placeras direkt i drivhuset eller tillverkas av fjärrenheter i separata skåp, block eller paneler.

Fördelar och nackdelar med vakuumbrytare

Förmånerna inkluderar:

• relativ enkel design;

• minskad elförbrukning för produktion av växlar;

• bekvämlighet i reparationen, som består i möjligheten av blockbyte av en trasig bågränna;

• omkopplarens förmåga att fungera i vilken orientering som helst i rymden;

• hög tillförlitlighet;

• ökat motstånd mot växlande laster;

• begränsade storlekar;

• motstånd mot brand och explosion;

• tyst drift vid byte;

• hög miljövänlighet, med undantag för luftföroreningar.

Nackdelarna med designen är:

• relativt låga tillåtna strömmar av nominella och nödlägen;

• förekomsten av omkopplingsstötar under avbrott av låga induktiva strömmar;

• minskad resurs för ljusbågsanordningen när det gäller eliminering av kortslutningsströmmar.