Afbrud i gasfyldte højspændingsbrydere

Detaljeret Forklaring af Buekvælning i en Puffer-Type SF6 Kredsløbsbryder

I en puffer-type SF6 kredsløbsbryder er buekvælningen en kritisk mekanisme, der sikrer pålidelig afbrydelse af høje strømme, især under kortslutningsforhold. Processen involverer interaktion mellem hovedkontakterne, buekontakterne og en PTFE (Polytetrafluorethylen) duese, som leder den komprimerede SF6-gas for at kvæle buen. Nedenfor følger en detaljeret forklaring af buekvælningsprocessen, trin for trin:

1. Udgangstilstand: Hovedkontakter Åbne, Strøm Overført til Buekontakter 

• Hovedkontakter: De hovedkontakter, som er større og designet til at føre normal belastningsstrøm, er placeret koncentrisk uden for buekontakterne. I denne udgangstilstand er de hovedkontakter allerede åbnet, og strømmen er overført (kommuteret) til buekontakterne.

• Buekontakter: Buekontakterne er mindre og specifikt designet til at håndtere de høje temperaturer og tryk, der opstår under bueformation. De er ved at åbnes, og da de gør dette, vil en bue tændes mellem dem.

2. Buetænding: Buekontakter Begynder at Skilles 

• Når buekontakterne begynder at skilles, fortsætter strømmen med at løbe gennem det lille mellemrum mellem dem, hvilket danner en bue. I dette øjeblik er buen stadig relativt stabil, og PTFE-dusen, som er fastgjort til den bevægelige kontakt, begynder at lede den komprimerede SF6-gas fra puffer-volumenet mod buen.

• Gassens strøm er i begyndelsen begrænset, fordi buens tværsnit kan være stort, især ved høje kortslutningsstrømme. Dette fænomen, hvor buens tværsnit er større end dusens halsdiameter, kaldes strømforstoppelse. Under strømforstoppelse er gassens strøm delvist blokeret af buen, hvilket forhindre den i effektivt at køle buen.

3. Opgøring af Gastryk og Buekontraktion 

• Mekanisk Bevægelse og Varmetransfer: Når buekontakterne fortsætter med at skilles, fører den mekaniske bevægelse af kontakterne til yderligere komprimering af SF6-gassen i puffer-volumenet. Desuden overføres varme fra buen til gassen, hvilket får dens temperatur til at stige hurtigt. Denne kombination af mekanisk komprimering og varmetransfer fører til en betydelig øgning i gasstrykket inden for puffer-volumenet.

• Tilnærmelse til Strøm Zero Crossing: Når buen nærmer sig dens naturlige zero crossing (punktet, hvor den vekselspænding passerer nul), begynder buens tværsnit at formindskes. Denne reduktion i buestørrelse giver den komprimerede SF6-gas mulighed for at strømme mere frit gennem dusen.

• Kraftfuld Gasblast: Lige som buekontakterne fuldt ud skilles, frigives den komprimerede gas i puffer-volumenet gennem dusen, hvilket skaber en kraftfuld blast, der blæser direkte på buen. Denne højhastigheds gasstrøm køler buen hurtigt, strækker den og forstyrrer den ioniserede plasma, hvilket fører til buens uddødning.

4. Bue Uddødning og Genoprettelse af Dielektrisk Styrke 

• Bue Uddødning: Når buen er uddød på strøm zero crossing, ophører strømstrømmen, og buen findes ikke længere. Fraværet af buen betyder, at varmekilden fjernes, hvilket tillader, at SF6-gassen køles ned.

• Genforening af Gasparter: Efter at buen er uddød, begynder de nedbrudte SF6-gaspartikler (som SF4, S2F10 osv.) at genforenes, hvilket gengiver den originale kemiske struktur af SF6. Denne genforeningsproces gengiver også gassens isolerende egenskaber.

• Genoprettelse af Dielektrisk Styrke: Den hurtige genforening af gaspartikler og køling af gassen fører til en hurtig genoprettelse af dielektrisk styrke mellem kontakterne. Dette sikrer, at buen ikke tændes igen, når spændingen over kontakterne stiger efter, at strømmen har passert nul.

• Kontaktbevægelse Stopper: Med buen uddød og dielektrisk styrke genoprettet, stopper bevægelsen af kontakterne. Gasstrykket inden for kredsløbsbryderen (CB) stabiliseres derefter, og systemet vender tilbage til en normal, ikke-ledende tilstand.

Vigtige Punkter at Huske:

• Strømforstoppelse: Ved høje kortslutningsstrømme kan buens tværsnit være større end dusens halsdiameter, hvilket midlertidigt blokerer gassens strøm. Dette fænomen kaldes strømforstoppelse. Trods dette fortsætter gasstrykket med at opbygge sig på grund af mekanisk komprimering og varmetransfer fra buen.

• Puffer-Volumen og Duse Design: Puffer-volumenet er en afgørende komponent, der gemmer den komprimerede SF6-gas, som derefter frigives gennem PTFE-dusen. Dusen er designet til præcist at dirigere gassens strøm direkte på buen, hvilket sikrer effektiv køling og buekvælning.

• Hurtig Genoprettelse af Dielektrisk Styrke: En af de vigtigste fordele ved SF6-gas er dens evne til hurtigt at genoprette sine isolerende egenskaber, efter at buen er uddød. Dette sikrer, at kredsløbsbryderen kan sikkert afbryde høje strømme uden risiko for butænding.

Konklusion

Buekvælningsprocessen i en puffer-type SF6 kredsløbsbryder er en højst effektiv og pålidelig metode til at afbryde høje strømme, især under kortslutningsforhold. Den kombination af mekanisk komprimering, gasstrøm og de unikke egenskaber ved SF6-gas sikrer, at buen hurtigt uddødes, og dielektrisk styrke mellem kontakterne hurtigt genoprettes. Dette design giver kredsløbsbryderen mulighed for at håndtere store fejlstrømme, samtidig med at integriteten og sikkerheden af elektricitetsystemet bevares.