Storingonderbreking in gas HV schakelaar
Gedetailerde Uitleg van het Bogenblusproces in een Puffer-Type SF6 Schakelaar
In een puffer-type SF6 schakelaar is het bogenblusproces een cruciaal mechanisme dat zorgt voor de betrouwbare onderbreking van hoge stroom, vooral tijdens kortsluitingssituaties. Het proces omvat de interactie tussen de hoofdcontacten, de bogencontacten en een PTFE (Polytetrafluoretheen) noz, die de stroom van gecomprimeerd SF6-gas leidt om de boog te blussen. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van het bogenblusproces, stap voor stap:
Initiële Toestand: Hoofdcontacten Open, Stroom Overgebracht naar Bogencontacten
Hoofdcontacten: De hoofdcontacten, die groter zijn en ontworpen zijn voor het dragen van normale belastingstroom, zijn concentrisch geplaatst buiten de bogencontacten. In deze initiële toestand zijn de hoofdcontacten al geopend, en de stroom is overgebracht (commuteerd) naar de bogencontacten.
Bogencontacten: De bogencontacten zijn kleiner en specifiek ontworpen om de hoge temperaturen en drukken te verwerken die tijdens het bogen worden gegenereerd. Ze staan op het punt te openen, en wanneer ze dat doen, zal er een boog tussen hen ontstaan.
Boogontsteking: Bogencontacten Beginnen te Scheiden
Terwijl de bogencontacten beginnen te scheiden, blijft de stroom door de kleine opening tussen hen heen vloeien, waardoor een boog wordt gevormd. Op dit moment is de boog nog relatief stabiel, en de PTFE-noz, die vastzit aan het bewegende contact, begint de gecomprimeerde SF6-gas van de pufferinhoud naar de boog te leiden.
De gasstroom is in eerste instantie beperkt omdat de boogdoorsnede mogelijk groot is, vooral bij hoge kortsluitstroom. Dit fenomeen, waarbij de boogdoorsnede groter is dan de diameter van de nozopening, staat bekend als stroomverstopping. Tijdens stroomverstopping wordt de gasstroom gedeeltelijk geblokkeerd door de boog, waardoor het niet effectief kan afkoelen.
Gasdruk Opbouw en Boogbeperking
Mechanische Beweging en Warmteoverdracht: Terwijl de bogencontacten verder scheiden, comprimeert de mechanische beweging van de contacten het SF6-gas in de pufferinhoud. Daarnaast wordt warmte van de boog overgedragen aan het gas, waardoor de temperatuur snel stijgt. Deze combinatie van mechanische compressie en warmteoverdracht leidt tot een aanzienlijke toename van de gasdruk binnen de pufferinhoud.
Nadering van de Nuloverschrijding: Wanneer de boog naderbij komt aan zijn natuurlijke nuloverschrijding (het punt waar de wisselstroom door nul gaat), begint de doorsnede van de boog te verminderen. Deze vermindering in de booggrootte stelt het gecomprimeerde SF6-gas in staat om vrijer door de noz te stromen.
Krachtige Gasstoot: Net wanneer de bogencontacten volledig gescheiden zijn, wordt het gecomprimeerde gas in de pufferinhoud via de noz vrijgelaten, wat resulteert in een krachtige stoot die direct op de boog blaast. Deze hoge snelheids gasstroom koelt de boog snel af, strekt deze uit en verstoort het geïoniseerde plasma, wat leidt tot de uitdoving van de boog.
Booguitdoving en Herstel van Elektrische Sterkte
Booguitdoving: Zodra de boog is uitgevoerd bij de nuloverschrijding, houdt de stroomtoevoer op, en bestaat de boog niet langer. Het ontbreken van de boog betekent dat de warmtebron is verwijderd, waardoor het SF6-gas kan afkoelen.
Hervereniging van Gasdeeltjes: Na de uitdoving van de boog beginnen de afgebroken SF6-gasdeeltjes (zoals SF4, S2F10, enz.) zich opnieuw te verenigen, waardoor de oorspronkelijke chemische structuur van SF6 wordt hersteld. Dit herverenigingsproces herstelt ook de isolerende eigenschappen van het gas.
Herstel van Elektrische Sterkte: De snelle hervereniging van gasdeeltjes en de afkoeling van het gas leiden tot een snel herstel van de elektrische sterkte tussen de contacten. Dit zorgt ervoor dat de boog niet opnieuw ontstaat wanneer de spanning over de contacten na de nuloverschrijding van de stroom toeneemt.
Contactbeweging Stopt: Met de boog uitgevoerd en de elektrische sterkte hersteld, stopt de beweging van de contacten. De gasdruk binnen de schakelaar (CB) stabiliseert zich vervolgens, en het systeem keert terug naar een normale, niet-geleidende toestand.
Belangrijke Punten om Op te Merken:
Stroomverstopping: Bij hoge kortsluitstroom kan de boogdoorsnede groter zijn dan de diameter van de nozopening, waardoor de gasstroom tijdelijk wordt geblokkeerd. Dit fenomeen staat bekend als stroomverstopping. Ondanks dit blijft de gasdruk toenemen door mechanische compressie en warmteoverdracht van de boog.
Pufferinhoud en Nozontwerp: De pufferinhoud is een cruciaal component dat het gecomprimeerde SF6-gas opslaat, dat vervolgens via de PTFE-noz wordt vrijgelaten. De noz is ontworpen om de gasstroom precies op de boog te richten, waardoor effectieve afkoeling en boogblussing worden gewaarborgd.
Snelle Herstel van Elektrische Sterkte: Een van de belangrijkste voordelen van SF6-gas is zijn vermogen om snel zijn isolerende eigenschappen te herstellen nadat de boog is uitgevoerd. Dit zorgt ervoor dat de schakelaar veilig hoge stroom kan onderbreken zonder het risico op herontsteking van de boog.
Conclusie
Het bogenblusproces in een puffer-type SF6-schakelaar is een zeer efficiënte en betrouwbare methode voor het onderbreken van hoge stroom, vooral tijdens kortsluitingssituaties. De combinatie van mechanische compressie, gasstroom en de unieke eigenschappen van SF6-gas zorgt ervoor dat de boog snel wordt uitgevoerd en de elektrische sterkte tussen de contacten snel wordt hersteld. Dit ontwerp stelt de schakelaar in staat grote foutstromen te hanteren terwijl de integriteit en veiligheid van het elektrische systeem worden behouden.
