Spänningsbrytning i gasdrivna högspänningsbrytare
Detaljerad förklaring av bågsläckningsprocessen i en puffer-SF6-brytare
I en puffer-SF6-brytare är bågsläckningsprocessen en kritisk mekanism som säkerställer pålitlig avbrott av stora strömmar, särskilt under kortslutningsvillkor. Processen involverar interaktion mellan huvudkontakter, bågkontakter och en PTFE (polytetrafluoreten)-mynning, som leder flödet av komprimerat SF6-gas för att släcka bågen. Nedan följer en detaljerad förklaring av bågsläckningsprocessen, steg för steg:
Inledande tillstånd: Huvudkontakter öppna, ström överförd till bågkontakter
Huvudkontakter: De huvudkontakter som är större och utformade för att bära normal lastström, placeras koncentriskt utanför bågkontakterna. I detta inledande tillstånd har huvudkontakterna redan öppnats, och strömmen har överförts (kommuterats) till bågkontakterna.
Bågkontakter: Bågkontakterna är mindre och specifikt utformade för att hantera de höga temperaturerna och trycket som genereras under bågning. De är på väg att öppnas, och när de gör det kommer en båge att tändas mellan dem.
Bågtändning: Bågkontakter börjar separera sig
När bågkontakterna börjar separera fortsätter strömmen att flöda genom den lilla gapet mellan dem, vilket bildar en båge. Vid denna punkt är bågen fortfarande relativt stabil, och PTFE-mynningen, som är fastsatt vid den rörliga kontakten, börjar leda den komprimerade SF6-gasen från puffervolymen mot bågen.
Flödet av gas begränsas initialt eftersom bågens tvärsnitt kan vara stort, särskilt vid höga kortslutningsströmmar. Detta fenomen, där bågens tvärsnitt är större än mynningshalsens diameter, kallas för strömbeläggning. Under strömbeläggning blockeras gasflödet delvis av bågen, vilket hindrar det från att effektivt kyla bågen.
Byggandet av gastryck och bågbegränsning
Mekanisk rörelse och värmeöverföring: När bågkontakterna fortsätter att separera, fortsätter mekaniska rörelser av kontaktorna att komprimera SF6-gasen i puffervolymen. Dessutom överförs värme från bågen till gasen, vilket gör att dess temperatur snabbt stiger. Denna kombination av mekanisk kompression och värmeöverföring leder till ett betydande ökande av gastrycket inuti puffervolymen.
Närmare nollpassage: När bågen närmar sig sin naturliga nollpassage (punkten där den alternerande strömmen passerar genom noll), börjar bågens tvärsnitt minska. Denna minskning av bågestorlek möjliggör att den komprimerade SF6-gasen flödar fritt genom mynningen.
Kraftfull gasutsläpp: Just som bågkontakterna fullständigt separerar, frigörs den komprimerade gasen i puffervolymen genom mynningen, vilket skapar en kraftfull utsläpp som blåser direkt på bågen. Detta höghastighetsgasflöde kyl ner bågen snabbt, sträcker ut den och stör den joniserade plasmamassan, vilket leder till bågens upphör.
Bågupphör och återhämtning av dielektrisk styrka
Bågupphör: När bågen upphört vid strömns nollpassage upphör strömföret, och bågen finns inte längre. Absensen av bågen innebär att värmebron tas bort, vilket möjliggör att SF6-gasen kyl ner.
Återbildning av gaspartiklar: Efter att bågen har upphört, börjar de nedbrytade SF6-gaspartiklarna (som SF4, S2F10, etc.) återbildas, vilket återställer den ursprungliga kemiska strukturen av SF6. Denna återbildningsprocess återställer också gasens isolerande egenskaper.
Återhämtning av dielektrisk styrka: Den snabba återbildningen av gaspartiklar och kylningen av gasen leder till en snabb återhämtning av dielektrisk styrka mellan kontaktorna. Detta säkerställer att bågen inte tänds om när spänningen över kontaktorna ökar efter att strömmen har passerat noll.
Rörelse av kontakter upphör: Med bågen upphört och dielektrisk styrka återställd, upphör rörelsen av kontaktorna. Gastrycket inuti brytaren (CB) stabiliseras sedan, och systemet återgår till ett normalt, icke-ledande tillstånd.
Viktiga punkter att notera:
Strömbeläggning: Vid höga kortslutningsströmmar kan bågens tvärsnitt vara större än mynningshalsens diameter, vilket tillfälligt blockerar gasflödet. Detta fenomen kallas för strömbeläggning. Trots detta fortsätter gastrycket att byggas upp på grund av mekanisk kompression och värmeöverföring från bågen.
Puffervolym och mynningdesign: Puffervolymen är en viktig komponent som lagrar den komprimerade SF6-gasen, vilken sedan frigörs genom PTFE-mynningen. Mynningen är utformad för att leda gasflödet exakt på bågen, vilket säkerställer effektiv kylning och bågsläckning.
Snabb återhämtning av dielektrisk styrka: En av de viktigaste fördelarna med SF6-gas är dess förmåga att snabbt återhämta sina isolerande egenskaper efter att bågen har upphört. Detta säkerställer att brytaren kan avbryta stora strömmar på ett säkert sätt utan risk för bågupptändning.
Slutsats
Bågsläckningsprocessen i en puffer-SF6-brytare är en mycket effektiv och pålitlig metod för att avbryta stora strömmar, särskilt under kortslutningsvillkor. Kombinationen av mekanisk kompression, gasflöde och de unika egenskaperna hos SF6-gas säkerställer att bågen snabbt släcks, och dielektrisk styrka mellan kontaktorna snabbt återställs. Denna design möjliggör att brytaren kan hantera stora felströmmar samtidigt som integriteten och säkerheten i elektriska systemet bibehålls.
