L'applicazione di interruttori a vuoto ad alta tensione per interni
Nella prima metà del 2007, in qualità di partecipanti al progetto della Compagnia di Equipaggiamento Elettromeccanico del Gruppo Minerario Huaibei, abbiamo eseguito una trasformazione tecnica della sottostazione a 10kV nell'Area Est. Il nostro compito principale era sostituire i separatori e gli interruttori a olio immerso originari con interruttori a vuoto ad alta tensione ZN20 per interni.
In precedenza, gli interruttori a olio immerso SN10-10 erano stati in funzione per un periodo prolungato, causando gravi perdite d'olio nei loro meccanismi. Questo richiedeva un rifornimento ogni sei mesi, portando a un notevole carico di manutenzione. Inoltre, i loro meccanismi erano azionati manualmente e i dispositivi di protezione erano costituiti da relè tradizionali, che avevano poca affidabilità e un alto tasso di guasti. In aggiunta, la protezione a relè doveva essere tarata annualmente, un compito faticoso e complesso.
Per garantire la sicurezza della produzione, abbiamo deciso di aggiornare questi interruttori a interruttori a vuoto. Questa trasformazione non solo ha risolto i problemi operativi esistenti, ma ha anche stabilito solide basi per l'operazione stabile ed efficiente della sottostazione in futuro.
Caratteristiche strutturali degli interruttori a vuoto
Nella trasformazione tecnica della sottostazione a 10kV nell'Area Est, abbiamo acquisito approfondite conoscenze sulle caratteristiche strutturali dell'interruttore a vuoto del tipo ZN20. Questo interruttore è principalmente composto da un meccanismo di azionamento, un corpo scatola, tubi a vuoto, supporti isolanti e isolatori. Presenta una disposizione tridimensionale con il meccanismo di azionamento installato davanti.
All'interno del corpo scatola realizzato con lastre d'acciaio sottili, i componenti ad alta tensione sono fissati all'indietro. Il meccanismo si collega all'asse principale tramite placche di connessione. Mentre l'asse principale ruota, le braccia oscillanti fisse su di esso spingono gli isolatori, muovendo la barra conduttrice mobile del tubo a vuoto per eseguire azioni di commutazione. Entrambe le operazioni di chiusura e apertura possono essere controllate manualmente o elettricamente attraverso il meccanismo di azionamento. Inoltre, è dotato di un motore di accumulo energia AC/DC, meccanismi di contatti ausiliari e un contatore di operazioni. Gli indicatori di stato "ON" e "OFF" chiari sul pannello facilitano il monitoraggio intuitivo dello stato operativo dell'interruttore.
L'interruttore si basa sui tubi a vuoto per interrompere i circuiti ad alta tensione. Come mostrato nella Figura 1, un tubo a vuoto è composto da una barra conduttrice mobile, una barra conduttrice statica, contatti mobili e statici, uno schermo, una campana, e un involucro in ceramica. Sigillato all'interno dell'involucro in ceramica con un alto grado di vuoto che tipicamente varia da 10⁻⁴ a 10⁻⁷ Torr (Nota: Il testo originale "104 - 10⁻⁷ Torr" potrebbe essere un errore di battitura; l'intervallo corretto dovrebbe essere 10⁻⁴ a 10⁻⁷ Torr), la campana è saldata alla barra conduttrice mobile da un lato e al coperchio mobile dall'altro. Questo componente flessibile consente l'operazione esterna dei contatti mantenendo l'ermeticità completa. Lo schermo intorno ai contatti assorbe il vapore metallico generato dall'arco a vuoto durante l'interruzione della corrente, prevenendo la contaminazione dell'involucro isolante.
Grazie all'esperienza diretta durante il progetto di trasformazione, apprezziamo profondamente i vantaggi degli interruttori a vuoto rispetto a quelli a olio immerso tradizionali:
Effetti applicativi
Come partecipanti al progetto, comprendiamo profondamente che il meccanismo di azionamento dell'interruttore a vuoto chiude i contatti del tubo a vuoto attraverso l'energia elastica della molla di accumulo, indipendentemente dalla velocità di accumulo manuale, assicurando un'ottima prestazione di chiusura. Il meccanismo ha tre stati di movimento: accumulo, chiusura e apertura.
L'interruttore a vuoto interrompe la corrente spegnendo l'arco a vuoto quando la corrente scende a zero. Nel momento in cui l'arco a vuoto si spegne, la densità di elettroni, ioni positivi e altre particelle tra i contatti diminuisce rapidamente. Entro microsecondi, la distanza tra i contatti ripristina sostanzialmente il suo grado di vuoto originale e presenta una elevata resistenza alla tensione, in grado di sopportare la tensione di recupero senza collassare per completare il processo di interruzione. Pertanto, anche se viene applicata una tensione elevata poco dopo lo zero-crossing della corrente, la distanza tra i contatti non collasserà nuovamente, significando che l'arco a vuoto può essere completamente spento al primo zero-crossing della corrente.
Effetti applicativi
Dalla messa in opera degli interruttori a vuoto ad alta tensione ZN20 a 10kV nel giugno 2007, dopo la trasformazione, hanno dimostrato un'ottima performance. Gli interruttori presentano velocità di apertura/chiusura veloci, basso rumore di funzionamento e azioni accurate e affidabili.
A confronto con gli interruttori a olio immerso precedenti, che richiedevano frequenti rifornimenti e un pesante carico di manutenzione, gli interruttori a vuoto hanno ridotto significativamente i compiti e i costi di manutenzione, portando benefici economici tangibili. Nei più di 20 anni di operazione prima della trasformazione, la sottostazione ha subito diversi incidenti di malfunzionamento (come l'apertura forzata del separatore mentre l'interruttore a olio immerso era in posizione chiusa), causando danni vari agli equipaggiamenti.
Dopo la trasformazione, l'apparato di interruzione ad alta tensione ha eliminato i separatori, con ogni circuito controllato da un singolo interruttore a vuoto. Quando l'interruttore è aperto, il carrello può essere estratto, svolgendo la funzione di un separatore ad alta tensione. Inoltre, l'apparato di interruzione è dotato di serrature meccaniche ed elettriche in conformità con i requisiti dei "Cinque Prevenzioni", evitando efficacemente gli incidenti di malfunzionamento, riducendo il tasso di incidenti e garantendo l'operazione sicura.
