Porównawcza analiza technologii wysokonapięciowych przełączników obciążeniowych

Przełącznik obciążenia to rodzaj urządzenia przełączającego umieszczany między przekaźnikami i rozłącznikami. Posiada proste urządzenie gaszące łuk elektryczny, które jest w stanie przerwać prąd obciążenia oraz pewne prądy przeciążeniowe, ale nie może przerwać prądu zwarciowego. Przełączniki obciążenia można podzielić na wysokie i niskie napięcie w zależności od napięcia pracy.

Przełącznik obciążenia wysokiego napięcia z gazem stałowym: Ten typ wykorzystuje energię samego łuku elektrycznego, aby spowodować, że materiały produkujące gaz w komorze łuku wytworzą gaz, który gasi łuk. Jego konstrukcja jest prosta i tania, spełniając ogólne wymagania aplikacyjne.

Przełącznik obciążenia wysokiego napięcia z powietrzem sprężonym: Ten typ używa powietrza sprężonego z tłoka podczas procesu otwierania, aby wypędzić łuk elektryczny. Podczas przerwania tłok kompresuje gaz, który jest wyrzucany, aby zgasić łuk. Doskonałe właściwości izolacyjne gazu SF6 umożliwiają szybkie zgaszenie łuku, choć konstrukcja jest nieco bardziej skomplikowana, a dysza gazowa musi być wykonana z materiałów odpornych na wysokie temperatury, takich jak politetrafluoretylen (PTFE).

Środowiskowe jednostki pierścieniowe z gazem również wykorzystują konstrukcje przełączników obciążenia z powietrzem sprężonym, które mogą działać bez przerywaczy próżniowych. Mogą one całkowicie zastąpić kombinacje przełącznika obciążenia-zapalników do ochrony transformatorów, zadowalając preferencje klientów, którzy wolą zapalniki niż przekaźniki do szybkiego usuwania uszkodzeń w transformatorach.

Przełącznik obciążenia wysokiego napięcia próżniowy: Ten typ wykorzystuje medium próżniowe do zgaszenia łuku, oferując długie życie elektryczne, aczkolwiek przy stosunkowo wyższej cenie. Nowoczesne środowiskowe jednostki pierścieniowe z gazem głównie wykorzystują przełączniki trójpołożeniowe połączone z przełącznikami obciążenia próżniowymi.

Przełącznik obciążenia wysokiego napięcia olejowy: Ten typ wykorzystuje energię łuku elektrycznego, aby rozłożyć i spowodować parowanie otaczającego oleju, który chłodzi i gasi łuk. Jego konstrukcja jest stosunkowo prosta, ale ciężka, często używana w amerykańskich pakietowych podstacjach.

Przełącznik obciążenia wysokiego napięcia z gazem SF6: Ten typ wykorzystuje gaz SF6 do zgaszenia łuku, stosowany w całkowicie izolowanych lub izolowanych gazem jednostkach pierścieniowych. Ma doskonałe właściwości przerwania prądów pojemnościowych. Metody zgaszenia łuku SF6 obejmują siatki gaszące, cewki zanikające i zgaszenie łuku przez powietrze sprężone. Metoda siatek gaszących jest szeroko stosowana, przyjmując strukturę podobną do niskonapięcych przekaźników powietrznych. Podczas przerwania łuk jest cięty i adsorbowany do siatki gaszącej, gdzie jest chłodzony i zgaszony. Siatki gaszące mogą być wykonane z materiałów izolujących lub metalicznych.

Konstrukcja siatki gaszącej jest prosta i może spełniać ogólne wymagania dla jednostek pierścieniowych, takie jak wymagania dotyczące życia elektrycznego E2. Dla poprawienia wydajności niezbędna jest optymalizacja materiałów i konstrukcji.

Cewka zanikająca wykorzystuje cewkę elektromagnetyczną, w której, gdy poruszające się i nieruchome kontakty oddzielają się, tworząc łuk, korzeń łuku przenosi się do metalowego rdzenia wewnątrz cewki zanikającej. Prąd łuku przechodzący przez cewkę zanikającą generuje pole magnetyczne, które działa na łuk, tworząc siłę Lorentza, która popycha korzeń łuku do rotacji ze dużą prędkością wokół rdzenia cewki. To chłodzi łuk, jednocześnie stale narażając go na świeży gaz SF6, co prowadzi do jego zgaszenia, gdy prąd przechodzi przez zero. Cewki zanikające oferują doskonałą wydajność przerwania i długie życie elektryczne, zdolne do wytrzymania 200 operacji przerwania aktywnego obciążenia.

Aby osiągnąć zastąpienie SF6, opracowano przełączniki obciążenia z równoległym gaszeniem łuku w próżni. Podczas przerwania równoległy przerywacz próżniowy przekierowuje prąd łuku do przerywacza próżniowego, aby go zgaszyć. W przeciwieństwie do szeregowego przerwania próżniowego, ten sposób upraszcza mechanizm działania, utrzymując ten sam mechanizm działania, co przełączniki obciążenia z gazem SF6. Ofertuje kompaktowy rozmiar, łatwe montaż, prostą obsługę i niską cenę.

Poprzez zwiększenie luki kontaktowej i innych metod, można osiągnąć zgaszenie łuku w środowiskowym gazie, rzeczywiście realizując zastąpienie SF6 przez gaz środowiskowy w jednostkach pierścieniowych bez zwiększania kosztów (bez użycia przerywaczy próżniowych).