Applicatio circuitorum interrumperum vacui alti voltus in aedibus
In primo semestre del 2007, come partecipanti al progetto dalla 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 disgiuntori originali a 10kV - circuiti a olio - con interruttori ad alta tensione a vuoto ZN20 per interni.
Precedentemente, gli interruttori a olio SN10-10 erano in funzione per un lungo periodo, portando a gravi perdite d'olio nei loro meccanismi. Questo richiedeva il rifornimento ogni sei mesi, causando un significativo carico di manutenzione. Inoltre, i loro meccanismi erano operati manualmente, e i dispositivi di protezione erano composti da relè tradizionali, che avevano una scarsa affidabilità e un alto tasso di guasti. In aggiunta, la protezione a relè doveva essere calibrata una volta all'anno, un compito sia laborioso che complicato.
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 gettato le basi solide 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 di tipo ZN20. Questo interruttore è principalmente composto da un meccanismo di operazione, un corpo a scatola, tubi a vuoto, telai isolanti e isolatori. Presenta una disposizione tridimensionale con il meccanismo di operazione installato davanti.
All'interno del corpo a scatola fatto di lastre d'acciaio sottili, i componenti ad alta tensione sono fissati nella parte posteriore. Il meccanismo si collega all'asse principale tramite placche di connessione. Mentre l'asse principale ruota, le leve 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 operazione. Inoltre, è dotato di un motore di accumulo di energia a corrente alternata e continua, meccanismi di contatti ausiliari e un contatore di operazioni. Chiari indicatori di stato "ON" e "OFF" 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 flessibile e un involucro in ceramica. Sigillato all'interno dell'involucro in ceramica con un alto grado di vuoto tipicamente compreso tra 10⁻⁴ e 10⁻⁷ Torr (Nota: Il testo originale "104 - 10⁻⁷ Torr" potrebbe essere un errore; l'intervallo corretto dovrebbe essere 10⁻⁴ a 10⁻⁷ Torr), la campana flessibile 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 la completezza ermetica. 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.
Attraverso l'esperienza pratica durante il progetto di trasformazione, apprezziamo profondamente i vantaggi degli interruttori a vuoto rispetto a quelli a olio tradizionali:
Effetti applicativi
Come partecipanti al progetto, comprendiamo profondamente che il meccanismo di operazione 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. Al 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 al voltaggio, capace di sopportare il voltaggio di recupero senza rottura per completare il processo di interruzione. Pertanto, anche se un alto voltaggio viene applicato poco dopo lo zero-crossing della corrente, la distanza tra i contatti non si romperà nuovamente, il che significa che l'arco a vuoto può essere completamente spento al primo zero-crossing della corrente.
Effetti applicativi
Dalla messa in servizio degli interruttori ad alta tensione a vuoto ZN20 a 10kV nel giugno 2007 dopo la trasformazione, hanno dimostrato un'ottima performance. Gli interruttori presentano velocità di apertura/chiusura rapide, basso rumore operativo e azioni accurate e affidabili.
A confronto con gli interruttori a olio precedenti, che richiedevano frequenti rifornimenti e un pesante carico di manutenzione, gli interruttori a vuoto hanno significativamente ridotto 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 maloperazione (come l'apertura forzata del disgiuntore mentre l'interruttore a olio era in posizione chiusa), causando danni vari alle apparecchiature.
Dopo la trasformazione, l'apparecchiatura ad alta tensione ha eliminato i disgiuntori, con ogni circuito controllato da un singolo interruttore a vuoto. Quando l'interruttore è aperto, il carrello dell'interruttore può essere estratto, svolgendo la funzione di un disgiuntore ad alta tensione. Inoltre, l'apparecchiatura è dotata di serrature meccaniche ed elettriche in conformità con i requisiti dei "Cinque Prevenzioni", evitando efficacemente gli incidenti di maloperazione, riducendo il tasso di incidenti e garantendo l'operazione sicura.
