Anvendelsen af 10kV vakuumkredsløbsbrydere
Isolationskarakteristika af Vakuum
Vakuum har ekstremt stærke isolationsegenskaber. I en vakuumbryder er gassen yderst udtynget, og gasmolekylerne har relativt lange frie veje, hvilket resulterer i en meget lav sandsynlighed for gensidige kollisioner. Derfor er ionisering som følge af kollisioner ikke den primære årsag til nedbrydning i vakuummellemrum. I stedet er metalpartikler, der udsendes fra elektroderne under virkningen af et højt intensitets elektrisk felt, de vigtigste faktorer, der fører til isolationssvigt.
Isolationsstyrken i et vakuummellemrum er ikke kun relateret til størrelsen på mellemrummet og graden af elektriske feldets uniformitet, men er også betydeligt påvirket af egenskaberne af elektrodematerialet og dets overfladebetingelser. Når vakuummellemrummet er relativt lille (i området 2-3 millimeter), har det højere isolationsegenskaber end højttryksluft og SF6-gas. Dette er grunden til, at kontaktmellemrummet i en vakuumbryder generelt ikke er stort.
Indflydelsen af elektrodematerialer på nedbrydningsspændingen afspejles hovedsageligt i materialets mekaniske styrke (strækstyrke) og smeltepunktet for metalmaterialerne. Jo højere strækstyrke og smeltepunkt, jo højere er isolationsstyrken af elektroden i vakuum.
Eksperimenter har vist, at jo højere vakuumniveau, jo højere er nedbrydningsspændingen i gasmellemrummet. Dog forbliver det grundlæggende konstant over 10⁻⁴ Torr. Derfor bør vakuumniveauet for at opretholde isolationsstyrken i vakuumslukningskammeret ikke være lavere end 10⁻⁴ Torr.
Dannelsen og Udslukning af Bue i Vakuum
Vakuumbuer adskiller sig markant fra de gasbueudladningsfænomener, vi tidligere har studeret. Gasionisering er ikke den primære faktor, der bidrager til bueudvikling. I stedet dannes vakuumbueudladning i metalvaporer, der udsendes fra kontaktelektroderne. Desuden varierer karakteristikkerne af bue afhængigt af størrelsen på afbrydelsesstrømmen. Generelt inddeles de i lavstrømsvakuumbuer og højstrømsvakuumbuer.
Lavstrømsvakuumbue: Når kontakterne brister i vakuum, dannes højtkoncentrerede katodspots med strøm og energi. En stor mængde metalvaporer udstødes fra disse katodspots, hvor densiteten af metalatomer og ladete partikler er meget høj, og bue brænder i denne miljø. Samtidig diffuserer metalvaporer og ladete partikler i buekolonnen kontinuerligt udad, og elektroderne fortsætter med at udstøde nye partikler for at genopfylde. Når strømmen passer nul, falder buens energi, temperaturen på elektroderne falder, udstødelseseffekten mindskes, partikledensiteten i buekolonnen reduceres, og endelig forsvinder katodspots når de passer nul, hvilket fører til buens udslukning. Nogle gange, hvis udstødelseseffekten ikke kan opretholde diffusionshastigheden i buekolonnen, slukkes bue pludseligt, hvilket resulterer i strømafhugning.
Højstrømsvakuumbue: Når en stor strøm brister, øges energien i vakuumbuen, og anoden opvarmes alvorligt, hvilket former en stærk konstruktiv buekolonne. Samtidig bliver effekten af elektromagnetiske kræfter mere udtalt. Derfor har magnetfeltets fordeling mellem kontakterne en afgørende indflydelse på buens stabilitet og slukningsydeevne for højstrømsvakuumbuer. Hvis strømmen er for stor, overstiger den begrænsede afbrydelsesstrøm, vil der opstå afbrydelsessvigt. I dette tilfælde opvarmes kontakterne alvorligt, fortsætter med at udstøde selv efter at strømmen passer nul, og det er svært for dielektrikum at genoprette sig, hvilket gør det umuligt at afbryde strømmen.
Struktur og Arbejdsmåde af Brydere
Med zw27-12 som eksempel, følger en detaljeret beskrivelse af dens struktur og arbejdsmåde.
Bryderens hovedlegeme består af ledningskredsløb, isoleringssystem, tætninger og beholder. Den har en trefas fælleskassestruktur. Ledningskredsløbet er sammensat af indgående og udgående ledningsstænger, indgående og udgående isolerende støtter, leddende klamper, fleksible forbindelser og et vakuumslukningskammer. Dette mekanisme har elaktivering og elektronisk åbning og lukning, samt en manuel driftsfunktion. Den samlede struktur er sammensat af komponenter som lukningsfjeder, energilagringsystem, overstrømningsspændingsafbryder, åbning og lukning spoler, manuelt åbning og lukning system, hjælpestykke, og energilagringsindikator.
En vakuumbryder benytter fænomenet, at når strømmen i et højt vakuummiljø passer nul, diffuser plasma hurtigt, hvilket slukker bue og opnår målet om at afbryde strømmen.
Justering af Brydere
Åbningsafstand og Overkørsel
Målingen af bryderens åbningsafstand og overkørsel: Forskellen i de målte x-værdier, når bryderen er i åben og lukket tilstand, er bryderens åbningsafstand, og forskellen i de målte y-værdier er bryderens overkørsel. Justeringen opnås ved at forlænge eller forkorte den isolerende driftsstang eller koblingsstangen mellem mekanismen og hovedakslen.
Justering af Åbnings- og Lukningsmekanisme
Kontrolkredsløb for Brydere
I de fleste standardiserede 35kV-understations i landlige strømningsnet, anvendes princippet om at adskille kontrolbusen fra lukningsbusen. På grund af hyppige lyn, regn og stærk vind i bjergområder, som fører til flere tripninger og en øget antal lukningsoperationer, er lukningsbobinerne af brydere meget udsat for brand. Her foreslår jeg en lille forbedring af kontrolkredsløbet.
Indsæt et par normalt åbne kontakter fra bryderens energilagringsrejsekursør i serie mellem bryderens hjælpestykke-normalt lukkede kontakter og lukningsbobinen. På denne måde, når bryderen ikke er opladet (ikke energilagret), kan lukningsoperationen ikke udføres. Dette forhindrer lukning, når bryderen ikke er opladet, og undgår således situationen, hvor lukningskredsløbet forbliver tændt og brander lukningsbobinen.
Samtidig under kablingsprocessen, er det nødvendigt at sikre, at polariteterne af lukningsbusen og kontrolbusen ved kontakterne på energilagringsrejsekursøren er ensartede. Dette er for at forhindre, at bue i lukningskredsløbet trænger igennem rejsekursøren, når bryderen oplades, hvilket kan føre til, at kontrolfuse springer eller kontrol luftbryder tripper. Dette punkt kræver særlig opmærksomhed i integrerede automatiserede understationer.
Drift, Vedligeholdelse og Inspektionsprøver
Vakuum brydere har kort bue tid, høj isolationsstyrke, og en relativt lang elektrisk levetid. Med små kontaktmellemrum og overkørsel, og minimal driftsenergi, nyder de også en lang mekanisk levetid. Under daglig drift er vedligeholdelsesopgaver relativt få. Hovedsageligt er det nødvendigt at kontrollere for slid på de bevægelige dele af mekanismen, sikre, at fastnedele ikke er løs, rengøre støv fra isoleringsoverfladen, og anvende noget smøring til de bevægelige dele.
Under forebyggende prøver, skal resultaterne af DC-resistansprøven på bryderen sammenlignes med historiske data. Hvis problemer identificeres, er det nødvendigt at udføre en rettidig udskiftning eller korrigering. Strømfrekvens holdbarhedsprøven for bryderen er en effektiv metode til at kontrollere for lekkage i vakuumslukningskammeret. (For indendørs vakuum brydere, kan farven på blyset i vakuumslukningskammeret, når belastningen afbrydes, bruges til at foreløbig vurdere vakuumniveauet. En mørk rød farve indikerer et reduceret vakuumniveau, mens en lys blå farve indikerer et godt vakuumniveau.)
Under verifikation af beskyttelsesindstillinger, udføres en lavspændings lukningsprøve på bryderen for at verificere, om bryderen fungerer pålideligt, når busen er i fejltilstand og spændingen falder.
