L'aplicació de disjuntores de vacuï a 10kV
Característiques d'aislament del buit
El buit presenta propietats d'aislament extremadament fortes. En un interruptor de buit, el gas està extremadament rarificat i les molècules de gas tenen camins lliures mitjans relativament llargs, resultant en una probabilitat molt baixa de col·lisions mútues. Per tant, la ionització deguda a les col·lisions no és la causa principal de la ruptura en els intervals de buit. En canvi, les partícules metàl·liques emeses pels electrodos sota l'acció d'un camp elèctric de gran intensitat són els factors primaris que porten al fracàs de l'aislament.
La força d'aislament en un interval de buit no només està relacionada amb la mida de l'interval i el grau d'uniformitat del camp elèctric, sinó que també es veu significativament influïda per les propietats del material dels electrodos i la seva condició superficial. Quan l'interval de buit és relativament petit (dins de l'abast de 2-3 mil·límetres), té propietats d'aislament superiors a l'aire de pressió alta i al gas SF6. És per això que la separació del contacte en un interruptor de buit generalment no és gran.
L'influència dels materials dels electrodos en el voltatge de ruptura es reflecteix principalment en la resistència mecànica (resistència a la tracció) i el punt de fusió del material metàl·lic. Quan la resistència a la tracció i el punt de fusió són més alts, la força d'aislament de l'electrode en el buit també ho és.
Els experiments han demostrat que més elevat és el nivell de buit, més alt és el voltatge de ruptura de l'interval de gas. No obstant això, per sobre de 10⁻⁴ Torr, es manté pràcticament constant. Per tant, per mantenir la força d'aislament de la cambra d'extinció d'arc de buit, el nivell de buit no hauria de ser inferior a 10⁻⁴ Torr.
Formació i extinció d'arcs en el buit
Els arcs de buit difereixen significativament dels fenòmens de descàrrega d'arc de gas que hem estudiat anteriorment. La ionització del gas no és el factor principal que contribueix a la generació d'arcs. En canvi, la descàrrega d'arc de buit es forma en el vapor metàl·lic emès pels electrodos de contacte. A més, les característiques de l'arc varien segons la magnitud de la corrent d'interrupció. Generalment, els categoritzem en arcs de buit de baixa corrent i arcs de buit de corrent alta.
Arc de buit de baixa corrent: Quan es trencen els contactes en el buit, es generen punts catedràtics de corrent i energia altament concentrats. Una gran quantitat de vapor metàl·lic evapora des d'aquests punts catedràtics, on la densitat d'àtoms metàl·lics i partícules carregades és molt alta, i l'arc arde en aquest entorn. Alhora, el vapor metàl·lic i les partícules carregades de la columna d'arc es difonen contínuament cap a fora, i els electrodos segueixen evaporant noves partícules per reemplaçar. Quan la corrent passa pel zero, l'energia de l'arc disminueix, la temperatura dels electrodos baixa, l'efecte d'evaporació es redueix, la densitat de partícules a la columna d'arc disminueix, i finalment, els punts catedràtics desapareixen quan passen pel zero, provocant l'extinció de l'arc. Algunes vegades, si l'efecte d'evaporació no pot mantenir la velocitat de difusió de la columna d'arc, l'arc s'extingeix de sobte, resultant en una tallada de corrent.
Arc de buit de corrent alta: Quan es trencuna corrent gran, l'energia de l'arc de buit augmenta, i l'anode també es calenta severament, formant una columna d'arc fortement contractada. Alhora, l'efecte de la força electrodinàmica es fa més pronunciat. Per tant, per als arcs de buit de corrent alta, la distribució del camp magnètic entre els contactes té una influència decisiva en la estabilitat de l'arc i el seu rendiment d'extinció. Si la corrent és massa gran, superant la corrent límit d'interrupció, es produirà un fracàs d'interrupció. En aquest moment, els contactes es calnten severament, segueixen evaporant fins després que la corrent passi pel zero, i és difícil que el dielèctric es recupere, fent impossible interrompre la corrent.
Estructura i principi de funcionament dels interruptors
Prengui's com a exemple el zw27-12, es detalla la seva estructura i el seu principi de funcionament.
El cos principal de l'interruptor consta del circuit conductor, el sistema d'aislament, els joints i la carcassa. Té una estructura de caixa comuna de tres fases. El circuit conductor està format per barres conductores d'entrada i sortida, suports d'aislament d'entrada i sortida, grampes conductores, connexions flexibles i una cambra d'extinció d'arc de buit. Aquest mecanisme disposa d'emmagatzematge d'energia elèctrica i apertura i tancament elèctrics, així com d'una funció de maniobra manual. La totalitat de l'estructura està formada per components com la molla de tancament, el sistema d'emmagatzematge d'energia, el dispositiu de desconnectament per sobrecorrent, les bobines d'apertura i tancament, el sistema de maniobra manual, el commutador auxiliar i l'indicador d'emmagatzematge d'energia.
Un interruptor de buit utilitza el fenomen que quan la corrent en un ambient de buit alt passa pel zero, el plasma es difon ràpidament, així extingint l'arc i assolint l'objectiu de tallar la corrent.
Ajust de l'interruptor
Distància d'obertura i sobretreball
La mesura de la distància d'obertura i el sobretreball de l'interruptor: La diferència en els valors x mesurats quan l'interruptor està en estat obert i tancat és la distància d'obertura de l'interruptor, i la diferència en els valors y mesurats és el sobretreball de l'interruptor. L'ajust es realitza allargant o acurtant la barra d'operació aïllada o la barra de connectiu entre el mecanisme i l'eix principal.
Ajust del mecanisme d'apertura i tancament
Circuit de control dels interruptors
En la majoria de les subestacions estandaritzades de 35 kV en xarxes elèctriques rurals, es segueix el principi de separar la barra de control de la barra de tancament. Degut a la freqüència de llamps, pluja i vent fort a zones muntanyoses, que provoquen múltiples desconnexions i un increment en el nombre d'operacions de tancament, les bobines de tancament dels interruptors són extremadament propenses a cremar-se. Aquí, suggerisc una petita millora al circuit de control.
Insereixi un parell de contactes normalment oberts del commutador de recorregut d'emmagatzematge d'energia de l'interruptor en sèrie entre els contactes normalment tancats auxiliars de l'interruptor i la bobina de tancament. D'aquesta manera, quan l'interruptor no estigui energitzat (no emmagatzemant energia), no es podrà realitzar l'operació de tancament. Això evita el tancament quan l'interruptor no està energitzat, així evitant la situació en què el circuit de tancament roman ences i crema la bobina de tancament.
Alhora, durant el procés de cablat, cal assegurar que les polaritats de la barra de tancament i la barra de control en els contactes del commutador de recorregut d'emmagatzematge d'energia siguin consistents. Això és per evitar que l'arc en el circuit de tancament perfori el commutador de recorregut quan l'interruptor s'estigui energitzant, el que podria causar que el fusible de control salti o que el commutador d'aire de control tripi. Aquest punt requereix especial atenció en les subestacions automatitzades integrades.
Operació, manteniment i proves d'inspecció
Els interruptors de buit tenen un temps d'arc curt, una força d'aislament elevada i una vida elèctrica relativament llarga. Amb petites distàncies d'obertura dels contactes i sobretreballs, i una energia d'operació mínima, també disfruten d'una vida mecànica llarga. Durant la operació diària, les tasques de manteniment són relativament poques. Principalment, cal revisar l'ús de les parts mòbils del mecanisme, assegurar-se que els fixadors no estiguin alliberats, netejar el pols de la superfície d'aislament i aplicar una mica de grasa lubrificant a les parts mòbils.
Durant les proves preventives, els resultats de la prova de resistència DC de l'interruptor s'han de comparar amb les dades històriques. Si s'identifiquen problemes, cal realitzar un canvi o correcció oportuns. La prova de tensió de freqüència industrial per a l'interruptor és un mètode eficaç per comprovar si hi ha fugides en el commutador de buit. (Per als interruptors de buit interiors, el color del llamp que es produeix dins del commutador de buit quan es desconnecta la càrrega es pot utilitzar per avaluar preliminarment el nivell de buit. Un color vermell fosc indica un nivell de buit reduït, mentre que un color blau clar indica un bon nivell de buit.)
Durant la verificació de la configuració de protecció, es realitza una prova de tancament a baixa tensió a l'interruptor per verificar si el commutador funciona de manera fiable quan la barra de bus està en un estat de fallada i la tensió disminueix.
