Die Anwendung von 10kV Vakuumschaltgeräten

Isolationscharakteristiken des Vakuums

Das Vakuum weist extrem starke Isolationseigenschaften auf. In einem Vakuumschaltgerät ist das Gas extrem verdünnt, und die Gasmoleküle haben relativ lange mittlere freie Weglängen, was zu einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit von gegenseitigen Kollisionen führt. Daher ist die Ionisierung durch Kollisionen nicht der Hauptgrund für Durchschläge in Vakuumlücken. Vielmehr sind Metallpartikel, die unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes von den Elektroden abgegeben werden, die primären Faktoren, die zu Isolationsversagen führen.

Die Isolationsstärke in einer Vakuumlücke hängt nicht nur mit der Größe der Lücke und dem Grad der Gleichmäßigkeit des elektrischen Feldes zusammen, sondern wird auch erheblich von den Eigenschaften des Elektrodematerials und dessen Oberflächenzustand beeinflusst. Wenn die Vakuumlücke relativ klein ist (im Bereich von 2-3 Millimetern), hat sie höhere Isolationseigenschaften als Hochdruckluft und SF6-Gas. Deshalb ist der Kontaktabstand in einem Vakuumschaltgerät normalerweise nicht groß.

Der Einfluss des Elektrodematerials auf die Durchschlagspannung spiegelt sich hauptsächlich in der mechanischen Festigkeit (Zugfestigkeit) und dem Schmelzpunkt des metallischen Materials wider. Je höher die Zugfestigkeit und der Schmelzpunkt, desto höher ist die Isolationsstärke der Elektrode im Vakuum.

Experimente haben gezeigt, dass je höher die Vakuumebene, desto höher die Durchschlagspannung der Gaslücke. Allerdings bleibt sie oberhalb von 10⁻⁴ Torr im Grunde konstant. Um daher die Isolationsstärke der Vakuum-Löschkammer aufrechtzuerhalten, sollte die Vakuumebene nicht unter 10⁻⁴ Torr liegen.

Entstehung und Erlöschen von Bögen im Vakuum

Vakuumbögen unterscheiden sich erheblich von den bisher untersuchten Gasbogenentladungen. Die Gasionisierung ist nicht der Hauptfaktor für die Entstehung von Bögen. Stattdessen entsteht die Vakuumbogenentladung in dem metallischen Dampf, der von den Kontaktelektroden abgegeben wird. Darüber hinaus variieren die Eigenschaften des Bogens je nach Größe des Unterbrechungsstroms. Im Allgemeinen unterteilen wir sie in Niedrigstrom-Vakuumbögen und Hochstrom-Vakuumbögen.

Niedrigstrom-Vakuumbogen: Beim Trennen der Kontakte im Vakuum entstehen hochkonzentrierte Kathodenstellen mit Strom und Energie. Eine große Menge an metallischem Dampf verdunstet aus diesen Kathodenstellen, wo die Dichte von Metallatomen und geladenen Teilchen sehr hoch ist, und der Bogen brennt in dieser Umgebung. Gleichzeitig diffundieren der metallische Dampf und die geladenen Teilchen im Bogenkontinuierlich nach außen, und die Elektroden verdampfen ständig neue Teilchen, um diese zu ergänzen. Wenn der Strom Null durchläuft, nimmt die Energie des Bogens ab, die Temperatur der Elektroden sinkt, der Verdampfungseffekt verringert sich, die Teilchendichte im Bogen reduziert sich, und schließlich verschwinden die Kathodenstellen beim Durchgang durch Null, was zum Erlöschen des Bogens führt. Manchmal erlischt der Bogen plötzlich, wenn der Verdampfungseffekt die Diffusionsrate des Bogens nicht aufrechterhalten kann, was zur Stromunterbrechung führt.

Hochstrom-Vakuumbogen: Beim Trennen eines großen Stroms nimmt die Energie des Vakuumbogens zu, und der Anode wird ebenfalls stark erhitzt, wodurch ein starker eingeschränkter Bogen entsteht. Gleichzeitig wird der Effekt der elektrodynamischen Kraft deutlicher. Daher hat bei Hochstrom-Vakuumbögen die Magnetfeldverteilung zwischen den Kontakten einen entscheidenden Einfluss auf die Stabilität und die Löschleistung des Bogens. Wenn der Strom zu groß ist und den Grenzunterbrechungsstrom überschreitet, tritt ein Unterbrechungsversagen auf. In diesem Fall werden die Kontakte stark erhitzt, verdampfen weiterhin, selbst nachdem der Strom Null durchlaufen hat, und es fällt schwer, die Dielektrikum zu regenerieren, sodass eine Unterbrechung des Stroms unmöglich wird.

Aufbau und Arbeitsprinzip von Schaltgeräten

Am Beispiel des zw27-12 wird im Folgenden sein Aufbau und Arbeitsprinzip detailliert erläutert.

Der Hauptkörper des Schaltgeräts besteht aus dem Leitungsweg, dem Isoliersystem, den Dichtungen und dem Gehäuse. Es hat eine dreiphasige gemeinsame Gehäusestruktur. Der Leitungsweg besteht aus Eingangs- und Ausgangsleiterstäben, Eingangs- und Ausgangsisolierstützen, Leiterklammern, flexiblen Verbindungen und einer Vakuum-Löschkammer. Dieses System verfügt über elektrische Energiespeicherung und elektrisches Öffnen und Schließen, sowie eine manuelle Bedienungsfunktion. Der gesamte Aufbau besteht aus Komponenten wie der Schließfeder, dem Energiespeichersystem, dem Überstromauslöser, den Öffnungs- und Schließspulen, dem manuellen Öffnungs- und Schließsystem, dem Hilfsschalter und dem Energiespeicheranzeiger.

Ein Vakuumschaltgerät nutzt das Phänomen, dass das Plasma im Hochvakuum, wenn der Strom Null durchläuft, schnell diffundiert, wodurch der Bogen erlischt und das Ziel, den Strom zu trennen, erreicht wird.

Justierung von Schaltgeräten

Öffnungsabstand und Überschwenkung

Die Messung des Öffnungsabstands und der Überschwenkung eines Schaltgeräts: Der Unterschied der gemessenen x-Werte, wenn das Schaltgerät in der offenen und geschlossenen Position ist, ist der Öffnungsabstand des Schaltgeräts, und der Unterschied der gemessenen y-Werte ist die Überschwenkung des Schaltgeräts. Die Justierung erfolgt durch Verlängern oder Verkürzen des isolierenden Betriebsstabs oder des Verbindungsstabs zwischen dem Mechanismus und der Hauptwelle.

Justierung des Öffnungs- und Schließmechanismus

• Der Eingriff zwischen dem Schwingarm und der Halbwelle sollte 1,5-2,5 mm betragen und kann durch Schrauben angepasst werden.

• Wenn der Übertragungsstutzen um den maximalen Winkel rotiert, sollte es einen 1,5-2 mm breiten Spalt zwischen dem Schwingarm und der Halbwelle geben. Dies stellt sicher, dass, wenn der Übertragungsstutzen in die Schließposition zurückkehrt, der Schwingarm automatisch in die Halbwelle einrastet, und dies kann durch Schraubenjustierung erreicht werden.

• Die Umschaltung des Hilfsschalters sollte präzise und zuverlässig sein, was durch die Anpassung der Position des Umschaltarms des Hilfsschalters und der Länge des Hebels erreicht werden kann.

• Während des Energiespeicherungsprozesses, wenn der Raster den höchsten Punkt des letzten Zahns erreicht, muss sichergestellt werden, dass der Umschaltarm am Energiespeicherstutzen die Kontakte des Reiseschalters zuverlässig umschaltet, um die Stromversorgung des Motors zu unterbrechen. Dies kann durch die Anpassung der oben-unten, vorne-hinten Position des Reiseschalters erreicht werden.

• Die Vorvorspannlänge der Öffnungs- und Schließfedern anpassen, um eine zuverlässige Öffnung und Schließung des Schaltgeräts sicherzustellen und dass die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit den vorgegebenen Wert erreicht.

Steuerkreis von Schaltgeräten

In den meisten standardisierten 35-kV-Umspannwerken in ländlichen Stromnetzen wird das Prinzip angewendet, die Steuerleitung von der Schließleitung zu trennen. Aufgrund häufiger Blitze, Regens und starker Winde in Gebirgsregionen, die zu mehrfachen Ausfällen und einer erhöhten Anzahl von Schaltvorgängen führen, sind die Schließspulen der Schaltgeräte äußerst anfällig für Verbrennungen. Hier schlage ich eine kleine Verbesserung des Steuerkreises vor.

Einen Paar normalerweise offener Kontakte des Energiespeicher-Reiseschalters des Schaltgeräts in Serie zwischen den Hilfsnormal-off-Kontakten des Schaltgeräts und der Schließspule einfügen. Auf diese Weise kann, wenn das Schaltgerät nicht energisiert (nicht energiegeladen) ist, keine Schließoperation durchgeführt werden. Dies verhindert, dass bei nicht energisiertem Schaltgerät geschlossen wird, was die Situation vermeidet, dass die Schließleitung aktiv bleibt und die Schließspule verbrennt.

Während des Verkabelungsprozesses muss sichergestellt werden, dass die Polaritäten der Schließleitung und der Steuerleitung an den Kontakten des Energiespeicher-Reiseschalters konsistent sind. Dies dient dazu, zu verhindern, dass beim Energiespeichern des Schaltgeräts der Bogen im Schließkreis den Reiseschalter durchschlägt, was zu einem Durchbrennen des Steuersicherers oder zum Auslösen des Steuerluftschalters führen könnte. Dieser Punkt erfordert besondere Aufmerksamkeit in integrierten automatisierten Umspannwerken.

Betrieb, Wartung und Prüfungen

Vakuumschaltgeräte haben eine kurze Bogenzeit, eine hohe Isolationsstärke und eine relativ lange elektrische Lebensdauer. Mit kleinen Kontaktabständen und Überschwenkungen sowie minimaler Betriebsenergie genießen sie auch eine lange mechanische Lebensdauer. Während des täglichen Betriebs sind die Wartungsaufgaben relativ gering. Hauptsächlich ist es notwendig, den Verschleiß beweglicher Teile des Mechanismus zu überprüfen, sicherzustellen, dass Befestigungselemente nicht locker sind, den Staub von der Isolierfläche zu entfernen und etwas Schmierfett an den beweglichen Teilen aufzutragen.

Während der Präventivprüfungen sollten die Ergebnisse des DC-Widerstandstests des Schalters mit historischen Daten verglichen werden. Bei Erkennung von Problemen ist eine zeitnahe Austausch- oder Korrekturmaßnahme erforderlich. Der Netz Frequenz-Durchschlagsprüfung für den Schalter ist eine effektive Methode, um Lecks im Vakuum-Löschgerät festzustellen. (Für Innenraum-Vakuumschaltgeräte kann die Farbe des Blitzes innerhalb des Vakuum-Löschgeräts beim Trennen der Last verwendet werden, um den Vakuumniveau vorläufig zu beurteilen. Dunkelrot zeigt ein reduziertes Vakuumniveau an, während Hellblau ein gutes Vakuumniveau anzeigt.)

Während der Überprüfung der Schutzparameter wird ein Niederspannungsschließtest am Schaltgerät durchgeführt, um zu überprüfen, ob der Schalter bei einem Fehlerzustand der Stromleitung und Spannungsabfall zuverlässig arbeitet.