Aplikace vakuových vypínačů 10kV

Izolační vlastnosti vakuu

Vakuum má extrémně silné izolační vlastnosti. U vakuového vypínače je plyn velmi řídký a molekuly plynu mají relativně dlouhou průměrnou dobu mezi srážkami, což vede k velmi nízké pravděpodobnosti vzájemných srážek. Proto není ionizace způsobená srážkami hlavní příčinou protržení vakuového prostoru. Místo toho jsou částice kovu emitované z elektrod pod vlivem intenzivního elektrického pole hlavními faktory vedoucími k selhání izolace.

Síla izolace v vakuovém prostoru není spojena pouze s velikostí mezery a rovnoměrností elektrického pole, ale je také významně ovlivněna vlastnostmi materiálu elektrody a stavem její povrchu. Když je vakuová mezera relativně malá (v rozmezí 2 - 3 milimetrů), má vyšší izolační vlastnosti než vysokotlaký vzduch a plyn SF6. Z tohoto důvodu není kontaktní mezera v vakuovém vypínači obvykle velká.

Vliv materiálů elektrod na průrazové napětí se především projevuje mechanickou pevností (tažnou pevností) materiálu a tavením kovového materiálu. Čím vyšší tažná síla a teplota tavení, tím vyšší izolační síla elektrody v vakuu.

Experimenty ukázaly, že čím vyšší úroveň vakuu, tím vyšší průrazové napětí plynného prostoru. Avšak nad 10⁻⁴ Torr zůstává téměř konstantní. Proto by měla být pro udržení izolační síly vakuové chambry pro uhašení oblouku úroveň vakuu alespoň 10⁻⁴ Torr.

Vznik a uhašení oblouku v vakuu

Vakuové oblouky se výrazně liší od studovaných jevů výbojkového výboje plynu. Ionizace plynu není hlavním faktorem přispívajícím k vzniku oblouku. Místo toho se vakuový výbojový oblouk tvoří v metalovém páru emitovaném z kontaktních elektrod. Kromě toho se charakteristiky oblouku liší v závislosti na velikosti přerušovaného proudu. Obecně je rozlišujeme na nízkoproudé vakuové oblouky a vysokoproudé vakuové oblouky.

Nízkoproudý vakuový oblouk: Při oddělení kontaktů v vakuu se generují soustředěné katodové skvrny s proudem a energií. Z těchto katodových skvrn se vylučuje velké množství metalového páru, kde je hustota atomů kovu a nabitéch částic velmi vysoká, a oblouk hoří v tomto prostředí. Současně se metalový par a nabité částice v sloupci oblouku neustále difundují ven, a elektrody nepřestávají emitovat nové částice k doplnění. Když proud projde nulou, sníží se energie oblouku, teplota elektrody klesne, efekt vylučování oslabne, hustota částic v sloupci oblouku se sníží, a nakonec, když proud projde nulou, zmizí katodové skvrny, což vede k uhašení oblouku. Někdy, pokud efekt vylučování nedokáže udržet rychlost difuze sloupce oblouku, dojde k náhlému uhašení oblouku, což vede k přerušení proudu.

Vysokoproudý vakuový oblouk: Při přerušování velkého proudu se zvýší energie vakuového oblouku a anoda se také značně zahřeje, tvoří se silně stlačený sloupec oblouku. Současně se zvýší vliv elektrodynamické síly. Proto má pro vysokoproudé vakuové oblouky distribuce magnetického pole mezi kontakty rozhodující vliv na stabilitu a vlastnosti uhašení oblouku. Pokud je proud příliš velký, přesahuje limitní přerušovací proud, dojde k selhání přerušení. V tomto okamžiku se kontakty značně zahřejí, i po procházení nulou pokračují v vylučování, a izolační prostředí je obtížné obnovit, což znemožňuje přerušení proudu.

Struktura a princip fungování vypínačů

Na příkladu zw27-12 se následně podrobněji zabýváme jeho strukturou a principem fungování.

Hlavní část vypínače se skládá z vodičového okruhu, izolačního systému, těsnění a korpusu. Má trojfázovou společnou schránkovou strukturu. Vodičový okruh se skládá z příchozích a odchozích vodičových tyčí, příchozích a odchozích izolačních podpěr, vodičových kleští, flexibilních spojů a vakuové komory pro uhašení oblouku. Tento mechanismus má funkci elektrického náboje a elektrického otevírání a zavírání, a má také ruční ovládací funkci. Celá struktura se skládá z komponent, jako jsou zavírací pružina, systém náboje, ochranný přepínač přetoku, cívkové zavírací a otevírací cívkové systémy, ruční zavírací a otevírací systém, pomocný přepínač a indikátor náboje.

Vakuový vypínač využívá jevu, když proud v prostředí s vysokým stupněm vakuu prochází nulou, plazma se rychle rozptyluje, což vede k uhašení oblouku a dosažení cíle přerušení proudu.

Ladění vypínače

Otevírací vzdálenost a přetěk

Měření otevírací vzdálenosti a přetěku vypínače: Rozdíl naměřených x-hodnot, když je vypínač v otevřeném a zavřeném stavu, je otevírací vzdálenost vypínače, a rozdíl naměřených y-hodnot je přetěk vypínače. Úprava se provádí prodloužením nebo zkrácením izolačního ovládacího hřídele nebo spojovacího hřídele mezi mechanismem a hlavním hřídelem.

Úprava otevíracího a zavíracího mechanismu

• Zasazení mezi kývadlo a poloosovou hřídel by mělo být 1,5 - 2,5 mm, což lze upravit šrouby.

• Když se přenosová roura otáčí do maximálního úhlu, by měl být mezi kývadlem a poloosovou hřídel 1,5 - 2 mm mezera. To zajišťuje, že když se přenosová roura vrátí do zavírací pozice, kývadlo se automaticky zapne na poloosovou hřídel, a to lze dosáhnout šroubovou úpravou.

• Přepínání pomocného přepínače musí být přesné a spolehlivé, což lze dosáhnout úpravou polohy ramene pomocného přepínače a délky páky.

• Během procesu náboje, kdy klikové kolo dosáhne nejvyššího bodu posledního zubu, musí být zajištěno, že rameno na nábojové rourě spolehlivě přepne kontakty cestového přepínače a přeruší napájení motoru. To lze dosáhnout úpravou horní, dolní, přední a zadní polohy cestového přepínače.

• Úprava přednapnutí otevíracích a zavíracích pružin, aby bylo zajištěno spolehlivé otevírání a zavírání vypínače a aby rychlost otevírání a zavírání dosáhla stanovené hodnoty.

Řídicí obvod vypínače

Většina standardizovaných transformátorových stanic 35 kV v venkovských elektrizačních sítích používá princip oddělení řídicí sběrnice od zavírací sběrnice. Kvůli častému bleskování, dešti a silným větrům v horách, které vedou k opakovanému vypínání a zvýšenému počtu operací zavírání, jsou zavírací cívkové obvody vypínačů velmi náchylné k spálení. Zde navrhuji menší vylepšení řídicího obvodu.

Vložte do série mezi pomocné normálně uzavřené kontakty vypínače a zavírací cívkový obvod dvojici normálně otevřených kontaktů cestového přepínače náboje vypínače. Tímto způsobem, když vypínač není nabity (není nabitý), nelze provést zavírání. Tím se zabrání zavírání, když vypínač není nabity, což prevence situace, kdy zavírací obvod zůstane zapnutý a spálí zavírací cívkový obvod.

Současně během drátování je nutné zajistit, aby polarita zavírací sběrnice a řídicí sběrnice na kontaktech cestového přepínače byla stejná. To zabrání probodnutí cestového přepínače v zavíracím obvodu, když je vypínač nabity, což by mohlo způsobit vyhození bezpečidlo nebo vyhození řídicího vzduchového přepínače. Tento bod vyžaduje speciální pozornost v integrovaných automatizovaných transformátorových stanicích.

Provoz, údržba a kontrolní zkoušky

Vakuové vypínače mají krátkou dobu trvání oblouku, vysokou izolační sílu a relativně dlouhou elektrickou životnost. S malou otevírací vzdáleností kontaktů a přetékem a minimální pracovní energií mají také dlouhou mechanickou životnost. Během běžného provozu jsou údržbové úkoly relativně malé. Hlavně je třeba kontrolovat opotřebení pohyblivých částí mechanismu, zajistit, aby kotevní prvky nebyly volné, vyčistit prach ze povrchu izolace a natřít pohyblivé části nějakou mazivou mastí.

Během preventivních zkoušek by měly být výsledky měření odporu DC vypínače porovnány s historickými daty. Pokud jsou identifikovány problémy, je třeba provést včasnou výměnu nebo opravu. Průběhová zkouška na průrazové napětí je efektivní metodou pro kontrolu úniku v vakuové komoře. (U vnitřních vakuových vypínačů lze použít barvu blesku uvnitř vakuové komory při odpojení zátěže k předběžnému zhodnocení úrovně vakuu. Tmavě červená barva naznačuje nižší úroveň vakuu, zatímco světle modrá barva naznačuje dobré vakuové podmínky.)

Během ověření nastavení ochrany se provádí zkouška zavírání za nízkého napětí, aby se ověřilo, zda vypínač spolehlivě funguje, když je sběrnice v havarijním stavu a napětí klesá.