Pneumatické přerušení v plynovém VHV vypínači
Podrobné vysvětlení procesu uhašení oblouku v plynovém obvodovém přerušovači typu puffer s plynným článkem SF6
V plynovém obvodovém přerušovači typu puffer s plynným článkem SF6 je proces uhašení oblouku klíčovým mechanismem, který zajišťuje spolehlivé přerušení vysokých proudů, zejména za podmínek krátkého spojení. Proces zahrnuje interakci mezi hlavními styky, styky pro oblouk a tryskou z PTFE (polytetrafluorethen), která směruje proudnutí stlačeného plynu SF6 k uhašení oblouku. Níže je podrobné vysvětlení procesu uhašení oblouku krok za krokem:
Počáteční stav: Hlavní styky otevřeny, proud přepnutý na styky pro oblouk
Hlavní styky: Hlavní styky, které jsou větší a navrženy pro vedení běžného pracovního proudu, jsou umístěny koncentricky vně stylů pro oblouk. V tomto počátečním stavu jsou hlavní styky již otevřeny a proud byl převeden (přepnut) na styky pro oblouk.
Styky pro oblouk: Styky pro oblouk jsou menší a speciálně navrženy k zpracování vysokých teplot a tlaků vygenerovaných během obloukování. Jsou na okamžik před tím, aby se otevřely, a jakmile to udělají, mezi nimi vznikne oblouk.
Zapnutí oblouku: Styky pro oblouk začínají odstupovat
Jak styky pro oblouk začínají odstupovat, proud nadále protéká malým mezery mezi nimi, což vede k vytvoření oblouku. V tomto okamžiku je oblouk stále relativně stabilní a tryska z PTFE, která je pevně připojena k pohyblivému styku, začíná směrovat stlačený plyn SF6 z pufferového objemu směrem k oblouku.
Proudnutí plynu je na začátku omezeno, protože průřez oblouku může být velký, zejména při vysokých proudech krátkého spojení. Tento jev, kdy průřez oblouku je větší než průměr hrdla trysky, se nazývá blokování proudu. Během blokování proudu je proudnutí plynu částečně blokován obloukem, což brání efektivnímu ochlazování oblouku.
Nárůst tlaku plynu a zúžení oblouku
Mechanický pohyb a přenos tepla: Jak styky pro oblouk pokračují v odstupování, mechanický pohyb stylů dále stlačuje plyn SF6 v pufferovém objemu. Kromě toho teplo z oblouku je přeneseno do plynu, což způsobí rychlé zvýšení teploty plynu. Tato kombinace mechanického stlačení a přenosu tepla vede k významnému nárůstu tlaku plynu v pufferovém objemu.
Přiblížení k bodu nulového průchodu proudu: Jak oblouk přibližuje svůj přirozený bod nulového průchodu (bod, kde střídavý proud prochází nulou), průřez oblouku začíná klesat. Toto snížení velikosti oblouku umožňuje stlačenému plynovi SF6 volněji protékat tryskou.
Silný výbuch plynu: Právě když se styky pro oblouk úplně oddělí, je stlačený plyn v pufferovém objemu uvolněn skrz trysku, což vytváří silný výbuch, který směřuje přímo na oblouk. Tento vysokorychlostní proud plynu rychle ochlazuje oblouk, roztahuje ho a ruší ionizovanou plazmu, což vede k uhašení oblouku.
Uhašení oblouku a obnova dielektrické síly
Uhašení oblouku: Jakmile je oblouk uhašen v bodě nulového průchodu proudu, proudnutí proudu přestane a oblouk již neexistuje. Absence oblouku znamená, že zdroj tepla je odstraněn, což umožňuje plynovi SF6 ochladit se.
Rekombinace částic plynu: Po uhašení oblouku začínají rozložené částice plynu SF6 (např. SF4, S2F10 atd.) rekombinovat, což obnovuje původní chemickou strukturu plynu SF6. Tento proces rekombinace také obnovuje izolační vlastnosti plynu.
Obnova dielektrické síly: Rychlá rekombinace částic plynu a ochlazení plynu vedou k rychlé obnově dielektrické síly mezi styky. To zajišťuje, že oblouk se nezapálí znovu, když napětí mezi styky vzroste poté, co proud prošel nulou.
Pohyb stylů ustává: S uhašeným obloukem a obnovenou dielektrickou silou se pohyb stylů zastaví. Tlak plynu uvnitř obvodového přerušovače (CB) pak dosáhne stability a systém se vrátí do normálního, nevodičového stavu.
Klíčové body k zapamatování:
Blokování proudu: Při vysokých proudech krátkého spojení může být průřez oblouku větší než průměr hrdla trysky, což dočasně blokuje proudnutí plynu. Tento jev se nazývá blokování proudu. I přesto, že tento jev nastává, tlak plynu díky mechanickému stlačení a přenosu tepla z oblouku stále narůstá.
Pufferový objem a návrh trysky: Pufferový objem je klíčovou součástí, která ukládá stlačený plyn SF6, který je pak uvolněn skrz trysku z PTFE. Tryska je navržena tak, aby přesně směrovala proudnutí plynu na oblouk, což zajišťuje efektivní ochlazování a uhašení oblouku.
Rychlá obnova dielektrické síly: Jedním z klíčových výhod plynu SF6 je jeho schopnost rychle obnovit své izolační vlastnosti po uhašení oblouku. To zajišťuje, že obvodový přerušovač může bezpečně přerušit vysoké proudy bez rizika opětovného zapálení oblouku.
Závěr
Proces uhašení oblouku v plynovém obvodovém přerušovači typu puffer s plynným článkem SF6 je velmi efektivní a spolehlivá metoda pro přerušení vysokých proudů, zejména za podmínek krátkého spojení. Kombinace mechanického stlačení, proudnutí plynu a unikátních vlastností plynu SF6 zajišťuje, že oblouk je rychle uhašen a dielektrická síla mezi styky je rychle obnovena. Tento návrh umožňuje obvodovému přerušovači zpracovávat velké chybové proudy, zatímco udržuje integritu a bezpečnost elektrického systému.
