کاربرد شیرکننده خلاء ۱۰ کیلوولتی
ویژگی‌های عایق‌بندی خلأ
خلأ دارای ویژگی‌های عایق‌بندی بسیار قوی است. در شکن خلأ، گاز به شدت رقیق شده و مسافت آزاد میانه‌ای مولکول‌های گاز نسبتاً طولانی است که احتمال برخورد متقابل آن‌ها بسیار کم است. بنابراین، یونیزاسیون ناشی از برخوردها عامل اصلی تخریب در فاصله‌های خلأ نیست. بلکه ذرات فلزی که از الکترودها تحت تأثیر میدان الکتریکی با شدت بالا پخش می‌شوند، عوامل اصلی منجر به شکست عایق‌بندی هستند.
قدرت عایق‌بندی در فاصله خلأ نه تنها به اندازه فاصله و درجه یکنواختی میدان الکتریکی مربوط است، بلکه به خصوصیات مواد الکترود و وضعیت سطح آن‌ها نیز بسیار وابسته است. وقتی فاصله خلأ نسبتاً کوچک است (در محدوده ۲-۳ میلی‌متر)، دارای قابلیت‌های عایق‌بندی بالاتر از هوا با فشار بالا و گاز SF6 است. این دلیلی است که فاصله تماس در شکن خلأ معمولاً زیاد نیست.
تأثیر مواد الکترود بر ولتاژ تخریب عمدتاً در مقاومت مکانیکی (مقاومت کششی) و نقطه ذوب ماده فلزی منعکس می‌شود. هر چه مقاومت کششی و نقطه ذوب بالاتر باشد، قدرت عایق‌بندی الکترود در خلأ بالاتر خواهد بود.
آزمایش‌ها نشان داده‌اند که هر چه سطح خلأ بالاتر باشد، ولتاژ تخریب فاصله گازی بالاتر است. اما بالای ۱۰⁻⁴ تور، تقریباً ثابت می‌ماند. بنابراین، برای حفظ قدرت عایق‌بندی اتاق خاموش‌کننده خلأ، سطح خلأ نباید کمتر از ۱۰⁻⁴ تور باشد.
تشکیل و خاموش شدن قوس‌های خلأ
قوس‌های خلأ به طور قابل توجهی با پدیده‌های تخلیه قوس گازی که قبلاً مطالعه کردیم متفاوت است. یونیزاسیون گاز عامل اصلی تشکیل قوس نیست. بلکه تخلیه قوس خلأ در بخار فلزی که از الکترودهای تماس منتشر می‌شود شکل می‌گیرد. علاوه بر این، ویژگی‌های قوس با مقدار جریان قطع متغیر است. به طور کلی، آن‌ها را به قوس‌های خلأ با جریان پایین و قوس‌های خلأ با جریان بالا تقسیم‌بندی می‌کنیم.
قوس خلأ با جریان پایین: هنگام قطع تماس در خلأ، نقاط کاتدی با جریان و انرژی بسیار متمرکز ایجاد می‌شوند. مقدار زیادی بخار فلزی از این نقاط کاتدی تبخیر می‌شود که چگالی اتم‌های فلزی و ذرات باردار در آن بسیار بالاست و قوس در این محیط سوزانده می‌شود. در عین حال، بخار فلزی و ذرات باردار در ستون قوس به طور مداوم به بیرون پخش می‌شوند و الکترودها ذرات جدیدی را برای جبران تبخیر می‌دهند. وقتی جریان از صفر می‌گذرد، انرژی قوس کاهش می‌یابد، دمای الکترود کاهش می‌یابد، اثر تبخیر کم می‌شود، چگالی ذرات در ستون قوس کاهش می‌یابد و در نهایت نقاط کاتدی هنگام گذشت از صفر ناپدید می‌شوند که منجر به خاموش شدن قوس می‌شود. گاهی اوقات، اگر اثر تبخیر نتواند نرخ پخش ستون قوس را حفظ کند، قوس به طور ناگهانی خاموش می‌شود که به خنثی‌سازی جریان معروف است.
قوس خلأ با جریان بالا: هنگام قطع جریان بزرگ، انرژی قوس خلأ افزایش می‌یابد و آنود نیز به شدت گرم می‌شود و ستون قوس قوی متمرکزی تشکیل می‌دهد. در عین حال، اثر نیروی الکترودینامیکی بیشتر مشهود می‌شود. بنابراین، برای قوس‌های خلأ با جریان بالا، توزیع میدان مغناطیسی بین تماس‌ها تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر پایداری قوس و عملکرد خاموش‌سازی آن دارد. اگر جریان بیش از حد مجاز باشد، خرابی خاموش‌سازی رخ خواهد داد. در این زمان، تماس‌ها به شدت گرم می‌شوند و حتی پس از گذشت جریان از صفر همچنان تبخیر می‌کنند و بازیابی دی‌الکتریک سخت می‌شود که موجب عدم توانایی خاموش‌سازی جریان می‌شود.
ساختار و اصول کار شکن‌ها
به عنوان مثال، zw27-12، در ادامه ساختار و اصول کار آن توضیح داده می‌شود.
بدنه اصلی شکن شامل مسیر هدایت، سیستم عایق‌بندی، بسته‌بندی‌ها و پوشش است. این شکن دارای ساختار مشترک سه فازی است. مسیر هدایت از میله‌های هدایت ورودی و خروجی، پشتیبانی‌های عایق ورودی و خروجی، گیره‌های هدایت، اتصال‌های انعطاف‌پذیر و اتاق خاموش‌کننده خلأ تشکیل شده است. این مکانیسم دارای انرژی‌پذیری و باز و بستن الکتریکی است و همچنین تابعیت عملیات دستی را دارد. کل ساختار از مؤلفه‌هایی مانند فنر بستن، سیستم انرژی‌پذیری، دستگاه قطع جریان بیش از حد، سیم‌پیچ‌های باز و بستن، سیستم باز و بستن دستی، سوئیچ کمکی و نمایانگر انرژی‌پذیری تشکیل شده است.
یک شکن خلأ از پدیده‌ای استفاده می‌کند که در محیط خلأ با فشار بسیار بالا، هنگامی که جریان از صفر می‌گذرد، پلاسما به سرعت پخش می‌شود و در نتیجه قوس خاموش می‌شود و هدف قطع جریان به دست می‌آید.
آزمایش شکن‌ها
فاصله باز و فراگذر
اندازه‌گیری فاصله باز و فراگذر شکن: تفاوت مقادیر x اندازه‌گیری شده در حالت باز و بسته شکن، فاصله باز شکن است و تفاوت مقادیر y اندازه‌گیری شده فراگذر شکن است. تنظیم این مقادیر از طریق افزایش یا کاهش میله عملیاتی عایق یا میله اتصال بین مکانیسم و محور اصلی انجام می‌شود.
تنظیم مکانیسم باز و بستن
مدار کنترل شکن‌ها
در اکثر زیرстанسیون‌های استاندارد ۳۵kV شبکه برق روستایی، اصل جدا کردن مادر خط کنترل از مادر خط بستن رعایت می‌شود. به دلیل رعد و برق، باران و باد قوی در مناطق کوهستانی که منجر به تعداد زیادی قطع و بستن شکن می‌شود، مدارهای بستن شکن‌ها بسیار مستعد سوختن هستند. در اینجا پیشنهاد می‌کنم یک بهبود کوچک در مدار کنترل ایجاد شود.
یک جفت تماس باز سوئیچ سفر انرژی‌پذیری شکن را در سری بین تماس‌های کمکی باز شکن و مدار بستن قرار دهید. به این ترتیب، هنگامی که شکن انرژی‌پذیر نیست (انرژی‌پذیر نشده)، عملیات بستن انجام نمی‌شود. این امر جلوگیری از بستن هنگامی که شکن انرژی‌پذیر نیست را فراهم می‌کند و از وضعیتی که مدار بستن باقی می‌ماند و مدار بستن را می‌سوزاند، جلوگیری می‌کند.
در طی فرآیند اتصال، باید تأکید شود که قطبیت مادر خط بستن و مادر خط کنترل در تماس‌های سوئیچ سفر انرژی‌پذیری یکسان باشد. این امر برای جلوگیری از خروج شعله در مدار بستن که می‌تواند سوئیچ سفر را سوراخ کند و منجر به قطع فیوز کنترل یا قطع کلید هوایی کنترل شود. این نکته در زیرستانسیون‌های خودکار یکپارچه بسیار مهم است.
عملیات، نگهداری و آزمایش‌های بازرسی
شکن‌های خلأ دارای زمان قوس کوتاه، قدرت عایق‌بندی بالا و عمر الکتریکی نسبتاً طولانی هستند. با فاصله باز کوچک تماس‌ها و فراگذر و انرژی عملیاتی کم، آن‌ها عمر مکانیکی طولانی نیز دارند. در عملیات روزانه، وظایف نگهداری نسبتاً کم هستند. عمده‌ترین کارها شامل بررسی سایش بخش‌های متحرک مکانیسم، تضمین عدم آزادی بسته‌بندی‌ها، پاکسازی گرد و خاک از سطح عایق و اعمال چربی لرز بر بخش‌های متحرک است.
در طی آزمایش‌های پیشگیرانه، نتایج آزمایش مقاومت مستقیم جریان شکن باید با داده‌های تاریخی مقایسه شود. اگر مشکلی شناسایی شود، جایگزینی یا اصلاح به موقع لازم است. آزمایش تحمل ولتاژ متناوب برای شکن روش مؤثری برای بررسی لو در میان‌قطع خلأ است. (برای شکن‌های خلأ داخلی، رنگ برق در میان‌قطع خلأ هنگام قطع بار می‌تواند برای ارزیابی اولیه سطح خلأ استفاده شود. رنگ قرمز تیره نشان‌دهنده کاهش سطح خلأ و رنگ آبی روشن نشان‌دهنده سطح خلأ خوب است.)
در طی تأیید تنظیمات محافظ، آزمایش بستن با ولتاژ پایین روی شکن انجام می‌شود تا بررسی شود که آیا شکن در حالت خرابی مادر خط و کاهش ولتاژ عملکرد قابل اعتمادی دارد یا خیر.
