Scopri come la valvola di non ritorno e la valvola di sicurezza funzionano all'interno della camera di estinzione dell'arco dell'interruttore in tank metallico SF6 ad auto-soffiaggio, per l'interruzione della corrente sull'intera gamma e una ridotta energia di manovra.
Ambito di applicazione: Interruttori circuituali SF6 a serbatoio vivo per esterno che adottano il principio di estinzione dell'arco ad auto-soffiaggio (espansione termica più compressione ausiliaria), dotati di meccanismi di azionamento a molla. Questo documento corrisponde alla costruzione di questo tipo di camera di estinzione dell'arco ed è conforme alla definizione tecnica per il principio di estinzione dell'arco ad auto-energia per interruttori circuituali CA ad alta tensione.
Interruttori circuituali SF6 a serbatoio vivo in officina
Per questo tipo di interruttore circuituale, il gas SF6 funge sia da mezzo isolante che da mezzo estinguente l'arco. La camera di estinzione dell'arco applica il principio di estinzione dell'arco ad auto-soffiaggio (espansione termica ad auto-energia + compressione ausiliaria). Incapsulata all'interno della boccola di supporto in porcellana, è l'unità di interruzione centrale dell'interruttore circuituale.
I suoi componenti principali includono la boccola in porcellana, la base del contatto fisso, il contatto principale fisso, il contatto di arco fisso, l'ugello, il cilindro, il contatto di arco mobile, il contatto intermedio, la base di supporto inferiore e il tirante isolante.
All'interno della camera di estinzione dell'arco sono presenti due camere funzionali, che sono prerequisiti per comprendere il funzionamento della valvola:
Le due camere sono collegate tramite passaggi delle valvole. Al comando di apertura, la molla di apertura aziona gli insiemi mobili rigidi, tra cui cilindro, contatto di arco mobile e tirante, per muoversi verso il basso.
In primo luogo, il contatto principale fisso si separa dal contatto principale mobile e la corrente operativa si trasferisce ai contatti di arco ancora chiusi. Successivamente, i contatti di arco si separano e generano l'arco elettrico. Un flusso di gas SF6 direzionale generato dalla differenza di pressione tra le due camere soffia ed estingue l'arco allo zero della corrente CA.
La valvola di non ritorno e la valvola di scarico della pressione elastica controllano la direzione del flusso di gas tra le camere e il limite di pressione superiore della camera di compressione del gas. Realizzano un'interruzione affidabile su tutta la gamma di corrente e riducono la richiesta di energia operativa del meccanismo di azionamento a molla.
Nota standard: Secondo la IEC 62271-100, gli interruttori circuituali devono superare i test di interruzione a gamma completa, coprendo la corrente di interruzione di cortocircuito nominale nonché le condizioni di commutazione di piccola corrente induttiva e piccola corrente capacitiva. Le due valvole sono componenti critici per eliminare la zona morta di interruzione.
Posizione di installazione: montata sul passaggio inferiore della camera di espansione termica all'interno del cilindro. Agisce come elemento di controllo on-off tra la camera di espansione termica e la camera di compressione del gas. Consente solo il flusso di gas unidirezionale e si apre e si chiude automaticamente, azionata dalla pressione differenziale attraverso i suoi due lati, senza necessità di azionamento esterno.
Funzione principale: commutare automaticamente la fonte di gas di soffiaggio in base all'entità della corrente di interruzione, realizzare l'auto-soffiaggio a espansione termica per l'interruzione ad alta corrente e il soffiaggio a compressione ausiliaria per l'interruzione a bassa corrente, e garantire una pressione di soffiaggio efficace su tutta la gamma di corrente.
Durante l'interruzione del guasto di cortocircuito, l'energia dell'arco è enorme. Il flusso di gas SF6 ad alta temperatura dalla zona dell'arco fluisce nella camera di espansione termica e diventa SF6 ad alta pressione e bassa temperatura dopo lo scambio termico. Quando la pressione della camera di espansione termica è superiore a quella della camera di compressione del gas, la pressione differenziale preme la valvola di non ritorno strettamente chiusa. Blocca il reflusso di gas nella camera di compressione del gas e sigilla il gas ad alta pressione generato dall'energia dell'arco all'interno della camera di espansione termica.
Allo zero della corrente CA, l'SF6 ad alta pressione immagazzinato nella camera di espansione termica soffia verso l'intercapedine dei contatti ad alta velocità. Raffredda e spazza via il plasma, ripristina rapidamente la resistenza dielettrica attraverso l'intercapedine dei contatti aperti e completa l'estinzione dell'arco. Questa è la modalità di interruzione ad auto-soffiaggio a espansione termica.
In condizioni di bassa corrente, l'energia dell'arco è limitata e l'aumento di pressione all'interno della camera di espansione termica è insufficiente. La compressione continua durante il movimento di apertura rende la pressione all'interno della camera di compressione del gas superiore a quella della camera di espansione termica. La pressione differenziale spinge l'apertura della valvola di non ritorno. L'SF6 compresso all'interno della camera di compressione del gas fluisce verso lo spazio tra i contatti attraverso la valvola di non ritorno.
Al passaggio per lo zero della corrente, questo flusso d'aria di SF6 pressurizzato estingue l'arco, in quella che è nota come modalità di interruzione a soffiaggio ausiliario di compressione.
Breve riassunto: La valvola di non ritorno funge da selettore della sorgente di gas azionato dalla pressione differenziale tra le due camere. Si blocca per trattenere la pressione di autosoffiaggio della camera di espansione termica in caso di forte corrente di corto circuito; si apre per prelevare il gas compresso dalla camera di compressione del gas in condizioni di bassa corrente. Elimina la zona morta di interruzione a bassa corrente del progetto di estinzione dell'arco ad autoenergia e garantisce una capacità di interruzione stabile che va dalla corrente di corto circuito nominale fino alle piccole correnti di manovra.
Nota di conformità: Le prove di tipo specificate nella IEC 62271-100 includono la verifica dell'interruzione a più ampiezze di corrente. La caratteristica di pressione di apertura-chiusura di questa valvola deve coprire tutti i livelli di corrente di prova per evitare una pressione di soffiaggio insufficiente e il fallimento dell'interruzione durante le manovre a bassa corrente.
Posizione di installazione: Installata sul fondo della camera di compressione del gas all'interno del cilindro, lavora in cooperazione con la valvola di ritorno del gas alla base della camera.
Promemoria importante: Questa valvola NON è il dispositivo di scarico della sovrapressione per la camera di estinzione dell'arco. È una valvola di regolazione della pressione operativa che si attiva durante ogni normale operazione di apertura. Limita esclusivamente la pressione all'interno della camera di compressione del gas e NON rilascerà la pressione per la camera di espansione termica.
Funzione principale: Limitare la forza di reazione massima della camera di compressione del gas, ridurre sostanzialmente l'energia di azionamento richiesta dal meccanismo di azionamento a molla, diminuire il carico meccanico sui componenti del meccanismo e migliorare la vita utile meccanica.
Processo di funzionamento: Durante la corsa di apertura, il movimento verso il basso del cilindro comprime continuamente l'SF6 all'interno della camera di compressione del gas e la pressione interna aumenta gradualmente. Quando la pressione raggiunge il valore di soglia preimpostato, la forza del gas supera il precarico della molla e solleva aprendo la valvola di scarico elastica.
Successivamente, la camera di compressione del gas opera in una condizione mista: il gas continua a essere compresso mentre il gas in eccesso viene scaricato verso l'esterno. La pressione della camera viene limitata in prossimità del valore calibrato invece di aumentare senza limiti.
Il meccanismo di azionamento non ha più bisogno di contrastare la forza di reazione del gas in rapida crescita, il che riduce notevolmente la richiesta di energia di azionamento in apertura e mitiga lo stress meccanico su molle, bielle, alberi rotanti e altre parti.
Breve riassunto: La valvola di scarico elastica funge da limitatore di pressione e della forza di reazione per la camera di compressione del gas. Un moderato sacrificio della pressione limite superiore per la camera di compressione comporta una notevole riduzione dell'energia di azionamento del meccanismo. Corrisponde alla capacità di uscita del meccanismo azionato a molla e realizza le caratteristiche del prodotto di basso requisito di potenza di azionamento e alta affidabilità.
Distinzione chiave (Voci facilmente confondibili)
| Componente | Posizione di installazione | Stato durante l'interruzione di elevata corrente di corto circuito | Stato durante l'interruzione di bassa corrente | Funzione principale |
|---|---|---|---|---|
| Valvola di non ritorno | Passaggio che collega la camera di espansione termica e la camera di compressione del gas (sezione inferiore del cilindro) | Chiusa; gas ad alta pressione trattenuto nella camera di espansione termica per l'interruzione a soffiaggio autonomo | Aperta; gas compresso fornito dalla camera di compressione del gas per il soffiaggio ausiliario | Commuta la fonte del gas di soffiaggio in base alla pressione differenziale, garantendo un'interruzione affidabile per l'intera gamma di correnti |
| Valvola di scarico pressione elastica | Fondo della camera di compressione del gas | Si apre alla pressione impostata; sfiata il gas in eccesso della camera di compressione per ridurre la forza di reazione del meccanismo | Si apre alla pressione impostata; sfiata il gas in eccesso della camera di compressione per ridurre la forza di reazione del meccanismo | Limita la pressione massima della camera di compressione del gas, riduce l'energia di manovra in apertura e protegge il meccanismo di manovra |
La valvola di non ritorno regola le prestazioni di soffiaggio per l'estinzione dell'arco. Per gli scenari ad alta e bassa corrente, seleziona rispettivamente la fonte del gas di soffiaggio tra l'auto-energia generata dall'arco (camera di espansione termica) e l'energia di compressione meccanica (camera di compressione del gas). Evita la zona morta di interruzione a bassa corrente e garantisce prestazioni di interruzione a gamma completa conformi ai requisiti delle prove di tipo dello standard IEC.
La valvola di scarico di pressione elastica regola il carico del meccanismo di manovra. Essa confina la forza di reazione del gas proveniente dalla camera di compressione del gas all'interno di un intervallo controllabile e previene un'eccessiva richiesta di energia per il meccanismo di azionamento. Di conseguenza, la camera di estinzione dell'arco può essere abbinata a un meccanismo a molla compatto con un'energia di uscita relativamente bassa, raggiungendo caratteristiche tecniche di struttura compatta, bassa potenza di manovra richiesta e alta affidabilità.
L'azione combinata di queste due valvole consente alla camera di estinzione dell'arco in SF6 a soffiaggio autonomo di realizzare l'obiettivo progettuale di bilanciare un'eccellente capacità di interruzione e un meccanismo di azionamento leggero.
Promemoria supplementare sulla conformità: lo standard IEC 62271-100 richiede che gli interruttori automatici superino la verifica della resistenza elettrica C2 e della resistenza meccanica M2. La resistenza alla fatica sotto cicli ripetuti di apertura-chiusura per la valvola di non ritorno e la valvola di scarico è un importante elemento di valutazione nelle prove di tipo.
Il personale di manutenzione in sito non deve mai modificare il precarico della molla preimpostato di queste valvole. Una regolazione non autorizzata altererà la pressione di soffiaggio e l'energia di manovra del meccanismo, e potrebbe portare a un fallimento dell'interruzione o a danni al meccanismo.
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