실내 고압 진공 회로 차단기의 적용
2007년 상반기, 화이베이 광업 그룹의 전기 기계 장비 회사의 프로젝트 참가자로서 동 공장 구역의 10kV 변전소의 기술 개조를 수행했습니다. 우리의 주요 임무는 원래의 10kV 분리기-유류 침지형 차단기를 ZN20 실내 고압 진공 차단기로 교체하는 것이었습니다.
이전에 SN10-10 유류 침지형 차단기가 장기간 운행되면서 기구 내에서 심각한 유류 누출이 발생했으며, 이로 인해 6개월마다 재충전이 필요하여 유지 보수 작업량이 크게 증가했습니다. 또한, 작동 기구는 수동으로 조작되었고, 보호 장치는 전통적인 릴레이로 구성되어 있어 신뢰성이 낮고 고장률이 높았습니다. 더불어 릴레이 보호는 매년 교정이 필요하였는데, 이는 노동 집약적이고 번거로운 작업이었습니다.
안전한 생산을 위해 이러한 차단기를 진공 차단기로 업그레이드하기로 결정했습니다. 이번 개조는 기존의 운영 문제를 해결할 뿐만 아니라 향후 변전소의 안정적이고 효율적인 운영을 위한 견고한 기반을 마련하였습니다.
진공 차단기의 구조적 특징
동 공장 구역의 10kV 변전소의 기술 개조 과정에서 ZN20형 진공 차단기의 구조적 특징에 대해 깊이 이해하게 되었습니다. 이 차단기는 주로 작동 기구, 박스 본체, 진공관, 절연 프레임, 절연자가 구성되어 있으며, 3차원 구조로 앞쪽에 작동 기구가 설치되어 있습니다.
박스 본체는 얇은 강판으로 만들어져 있으며, 후면에 고압 부품이 고정되어 있습니다. 작동 기구는 연결 플레이트를 통해 주 축과 연결됩니다. 주 축이 회전하면, 그것에 고정된 크랭크암이 절연자를 밀어내며, 진공관의 움직이는 도체 막대를 작동시켜 스위칭 작업을 수행합니다. 닫힘 및 열림 작업은 작동 기구를 통해 수동 또는 전동으로 제어할 수 있습니다. 또한 AC/DC 듀얼 용도 에너지 저장 모터, 보조 접점 기구, 그리고 작동 카운터가 장착되어 있습니다. 패널 위에 명확한 "ON" 및 "OFF" 상태 표시등이 있어 차단기의 작동 상태를 직관적으로 모니터링할 수 있습니다.
차단기는 진공관을 이용하여 고압 회로를 차단합니다. 그림 1에 나타난 바와 같이, 진공관은 움직이는 도체 막대, 정지 도체 막대, 움직이는 접점, 정지 접점, 방열판, 벨로우즈, 그리고 세라믹 케이스로 구성되어 있습니다. 세라믹 하우징 내부는 10⁻⁴부터 10⁻⁷ 토르까지의 고진공도로 밀봉되어 있으며, 벨로우즈는 한쪽 끝에서 움직이는 도체 막대로, 다른 끝에서는 움직이는 단자 커버로 용접되어 있습니다. 이 유연한 구성 요소는 외부에서 접점을 작동시키면서 완전한 밀폐성을 유지합니다. 접점 주변의 방열판은 진공 아크가 전류 차단 중에 생성되는 금속 증기를 흡수하여 절연 하우징의 오염을 방지합니다.
개조 프로젝트 진행 과정에서 실제 경험을 통해 진공 차단기의 전통적인 유류 침지형 차단기에 비해 다음과 같은 장점을 깊이 인식하게 되었습니다:
응용 효과
프로젝트 참가자로서, 우리는 진공 차단기의 작동 기구가 에너지 저장 스프링의 탄성 에너지를 통해 진공관 접점을 닫는 것을 깊이 이해하고 있습니다. 이것은 수동 에너지 저장 속도와 독립적이며, 빠른 닫힘 성능을 보장합니다. 작동 기구는 에너지 저장, 닫힘, 열림의 세 가지 운동 상태를 가지고 있습니다.
진공 차단기는 전류가 영점으로 떨어질 때 진공 아크를 소멸시켜 전류를 차단합니다. 진공 아크가 소멸하는 순간, 접점 사이의 전자, 양이온, 기타 입자의 밀도가 급격히 감소하며, 마이크로초 내에 접점 간격이 본래의 고진공도로 복원되고, 높은 내압력을 갖추어 회복 전압을 견디어 차단 과정을 완료합니다. 따라서, 전류 영점 이후에 고전압이 적용되더라도 접점 간격이 다시 붕괴되지 않으며, 즉 첫 번째 전류 영점에서 진공 아크가 완전히 소멸됩니다.
응용 효과
2007년 6월 개조 후 ZN20 10kV 고압 진공 차단기가 운행되기 시작한 이후, 우수한 성능을 보여주었습니다. 차단기는 빠른 열림/닫힘 속도, 낮은 작동 소음, 정확하고 신뢰성 있는 작동을 특징으로 합니다.
이전의 유류 침지형 차단기와 비교하여, 자주 재충전이 필요하고 유지 보수 작업량이 많았던 것에 비해, 진공 차단기는 유지 보수 작업과 비용을 크게 줄여 실질적인 경제적 이익을 가져왔습니다. 개조 이전 20년 이상의 운행 기간 동안, 변전소는 여러 차례의 오작동 사고(예: 유류 침지형 차단기가 닫힌 상태에서 분리기를 강제로 열려는 시도)를 겪었으며, 이로 인해 다양한 정도의 장비 손상이 발생했습니다.
개조 후, 고압 스위치 기어는 분리기를 없애고 각 회로를 하나의 진공 차단기로 제어하도록 변경되었습니다. 차단기가 열리면, 차단기 카트가 빼낼 수 있어 고압 분리기의 역할을 합니다. 또한, 스위치 기어는 "오방 예방" 요구사항에 따라 기계적 및 전기적 잠금 장치가 장착되어 있어 오작동 사고를 효과적으로 방지하고, 사고율을 줄이며 안전한 운행을 보장합니다.
