Приложение на вакуумни прекъсвачи за 10 кВ
Изолационни характеристики на вакуума
Вакуумът има изключително силни изолационни свойства. В вакуумен прекъсвач газът е много разреден и молекулите му имат относително дълги средни свободни пътища, което води до много ниска вероятност за взаимни сблъсквания. Следователно, ионизацията в резултат на сблъскванията не е основната причина за пробив в вакуумна пропаст. Вместо това, металните частици, излъчени от електродите под действието на силно електрическо поле, са основните фактори, водещи до провал на изолацията.
Изолационната сила в вакуумна пропаст не само е свързана с размера на пропастта и степента на равномерност на електрическото поле, но е значително влияна и от свойствата на материала на електродите и техните повърхности. Когато вакуумната пропаст е относително малка (в диапазона от 2-3 милиметра), тя има по-високи изолационни свойства от високонапрежен въздух и SF6 газ. Ето защо контактната пропаст в вакуумния прекъсвач обикновено не е голяма.
Влиянието на материалите на електродите върху напрежението на пробив се отразява главно в механичната сила (растегателна сила) на материала и точката на топене на металния материал. Колкото по-висока е растегателната сила и точката на топене, толкова по-висока е изолационната сила на електрода в вакуум.
Експерименти показват, че колкото по-високо е нивото на вакуума, толкова по-високо е напрежението на пробив в газовата пропаст. Но над 10⁻⁴ Тор, то основно остава постоянна. Следователно, за да се запази изолационната сила на вакуумната камера за угасяване на дъга, нивото на вакуума не трябва да е под 10⁻⁴ Тор.
Формиране и угасяване на дъги в вакуум
Вакуумните дъги се различават значително от газовите феномени на дъгово разряждане, които изучихме преди. Газовата ионизация не е основен фактор за формирането на дъга. Вместо това, вакуумното дъгово разряждане се формира в металния пар, излъчен от контактните електроди. Освен това, характеристиките на дъгата се изменят в зависимост от големината на прекъснатия ток. Обикновено ги класифицираме като дъги с нисък ток и дъги с висок ток.
Дъга с нисък ток: Когато контактите се разделят в вакуум, се генериращи са концентрирани катодни точки с ток и енергия. Голямо количество метален пар се изпарява от тези катодни точки, където плътността на металните атоми и заредени частици е много висока, и дъгата гори в тази среда. Едновременно с това, металният пар и заредените частици в стълбът на дъгата постоянно се разпространяват навън, а електродите продължават да изпаряват нови частици за попълване. Когато токът минава през нула, енергията на дъгата намалява, температурата на електродите пада, ефектът на изпаряване намалява, плътността на частиците в стълба на дъгата намалява, и накрая, катодните точки изчезват при минаване през нула, което води до угасяване на дъгата. Понякога, ако ефектът на изпаряване не може да поддържа скоростта на разпространение на стълба на дъгата, дъгата внезапно угасва, което води до прекъсване на тока.
Дъга с висок ток: При прекъсване на голям ток, енергията на вакуумната дъга се увеличава, и анодът също се затопля сериозно, формирайки силно ограничена колона на дъгата. Едновременно с това, ефектът на електродинамичната сила става по-изразен. Следователно, за вакуумни дъги с висок ток, разпределението на магнитното поле между контактите има решаващо влияние върху стабилността и ефективността на угасяването на дъгата. Ако токът е твърде голям, надхвърляйки границата за прекъсване, ще се случи провал на прекъсването. В този момент контактите се затоплят сериозно, продължават да изпаряват дори след минаване през нула, и е трудно за диелектрика да се възстанови, което прави невъзможно прекъсването на тока.
Структура и принцип на действие на прекъсвачите
Като пример, вземаме zw27-12, за да обясним неговата структура и принцип на действие.
Основната част на прекъсвача се състои от проводящата система, изолационната система, уплътненията и корпуса. Има трифазна общо-кутовата структура. Проводящата система е съставена от входящи и изходящи проводещи шишари, входящи и изходящи изолационни опори, проводещи зажими, гъвкави връзки и вакуумна камера за угасяване на дъга. Тази конструкция има функции за електрическо съхранение на енергия, електрическо отваряне и затваряне, както и ръчна операция. Цялата структура се състои от компоненти като пружина за затваряне, система за съхранение на енергия, устройство за прекъсване при прекомерен ток, бобини за отваряне и затваряне, ръчна система за отваряне и затваряне, помошен ключ и индикатор за съхранение на енергия.
Вакуумният прекъсвач използва явление, при което, когато токът в околната среда с висок вакуум минава през нула, плазмата се разпространява бързо, което води до угасяване на дъгата и достигане на целта за прекъсване на тока.
Регулиране на прекъсвачите
Разстояние при отваряне и преход
Меренето на разстоянието при отваряне и прехода на прекъсвача: Разликата в измерените x-стойности, когато прекъсвачът е в отворено и затворено състояние, е разстоянието при отваряне на прекъсвача, а разликата в измерените y-стойности е преходът на прекъсвача. Регулирането се осъществява чрез удължаване или съкращаване на изолационната оперативна пръчка или връзката между механизма и главната ос.
Регулиране на механизма за отваряне и затваряне
Управляващ контур на прекъсвачите
В повечето стандартизираните подстанции на 35 кВ в селските електропреплетения, се приема принципът за разделение на управляващата матьо от затварящата матьо. Заради честите гръмотвори, дъждове и силни ветрове в планински райони, които довеждат до многократни спадове и увеличаване на броя на операциите по затваряне на ключовете, затварящите бобини на ключовете са изключително склонни към изгаряне. Тук предлагам леко подобрение на управляващия контур.
Включете в серия един нормално отворен контакт на енергийния ключ на прекъсвача между възложителните нормално затворени контакти на прекъсвача и затварящата бобина. По този начин, когато прекъсвачът не е зареден (не е съхранена енергия), операцията по затваряне не може да се извърши. Това предотвратява затварянето, когато прекъсвачът не е зареден, което предотвратява ситуацията, в която контурът за затваряне остава включен и изгаря затварящата бобина.
Одновременно, по време на монтажа, е необходимо да се гарантира, че полярностите на затварящата матьо и управляващата матьо в контактите на енергийния ключ са еднакви. Това е за да се предотврати пробивът в контура за затваряне, който може да проникне в ключа за енергия, когато ключът се зарежда, което може да доведе до изгаряне на управляващия предпазен въглен или изскачане на управляващия въздушен ключ. Тази точка изисква специално внимание в интегрираните автоматизирани подстанции.
Експлоатация, поддръжка и проверки
Вакуумните прекъсвачи имат кратко време на горене на дъгата, висока изолационна сила и сравнително дълъг електрически живот. С малки разстояния между контактите и преход, и минимална оперативна енергия, те имат и дълъг механичен живот. По време на ежедневна експлоатация, задачите за поддръжка са относително малко. Главно, е необходимо да се провери износът на движещите се части на механизма, да се гарантира, че фиксиращите елементи не са разтегнати, да се почисти прахът от изолационната повърхност и да се приложи малко смазочно масло на движещите се части.
По време на профилактични тестове, резултатите от теста за DC съпротивление на ключа трябва да се сравнят с историческите данни. Ако се установят проблеми, е необходима своевременна замяна или корекция. Пробивът на чертежа на прекъсвача при честота на мрежата е ефективен метод за проверка на изтичането в вакуумния прекъсвач. (За вътрешните вакуумни прекъсвачи, цветът на проблесъка във вакуумния прекъсвач при отключване на товара може да се използва за предварителна оценка на нивото на вакуума. Темночервен цвят указва намалено ниво на вакуума, докато светлосин цвят указва добро ниво на вакуума.)
По време на проверка на защитни установки, се извършва тест за затваряне при ниско напрежение на прекъсвача, за да се провери дали ключът работи надеждно, когато матьо е в състояние на дефект и напрежението намалява.
