L'application des disjoncteurs à vide de 10 kV
Caractéristiques d'isolation du vide
Le vide présente des propriétés d'isolation extrêmement fortes. Dans un disjoncteur à vide, le gaz est extrêmement raréfié et les molécules de gaz ont des parcours libres moyens relativement longs, ce qui entraîne une très faible probabilité de collisions mutuelles. Par conséquent, l'ionisation due aux collisions n'est pas la principale cause de la rupture dans les espaces vides. Au lieu de cela, les particules métalliques émises par les électrodes sous l'action d'un champ électrique de haute intensité sont les facteurs principaux conduisant à la défaillance de l'isolation.
La résistance à l'isolation dans un espace vide n'est pas seulement liée à la taille de l'espace et au degré d'uniformité du champ électrique, mais est également influencée de manière significative par les propriétés du matériau de l'électrode et son état de surface. Lorsque l'espace vide est relativement petit (dans la plage de 2 à 3 millimètres), il présente des propriétés d'isolation supérieures à celles de l'air sous haute pression et du gaz SF6. C'est pourquoi l'écart entre les contacts dans un disjoncteur à vide n'est généralement pas grand.
L'influence des matériaux d'électrode sur la tension de claquage se reflète principalement dans la résistance mécanique (résistance à la traction) et le point de fusion du matériau métallique. Plus la résistance à la traction et le point de fusion sont élevés, plus la résistance à l'isolation de l'électrode dans le vide est élevée.
Les expériences ont montré que plus le niveau de vide est élevé, plus la tension de claquage de l'espace gazeux est élevée. Cependant, au-dessus de 10⁻⁴ Torr, elle reste essentiellement constante. Ainsi, pour maintenir la résistance à l'isolation de la chambre d'extinction d'arc à vide, le niveau de vide ne doit pas être inférieur à 10⁻⁴ Torr.
Formation et extinction des arcs dans le vide
Les arcs dans le vide diffèrent considérablement des phénomènes de décharge d'arc gazeux que nous avons étudiés précédemment. L'ionisation du gaz n'est pas le principal facteur contribuant à la formation de l'arc. Au lieu de cela, la décharge d'arc dans le vide se forme dans la vapeur métallique émise par les électrodes de contact. De plus, les caractéristiques de l'arc varient en fonction de l'intensité du courant d'interruption. Généralement, on les catégorise en arcs de faible intensité dans le vide et arcs de forte intensité dans le vide.
Arc de faible intensité dans le vide : Lorsque les contacts se séparent dans le vide, des points cathodiques hautement concentrés avec du courant et de l'énergie sont générés. Une grande quantité de vapeur métallique s'évapore de ces points cathodiques, où la densité d'atomes métalliques et de particules chargées est très élevée, et l'arc brûle dans cet environnement. En même temps, la vapeur métallique et les particules chargées dans la colonne d'arc se diffusent continuellement vers l'extérieur, et les électrodes continuent d'évaporer de nouvelles particules pour les reconstituer. Lorsque le courant passe par zéro, l'énergie de l'arc diminue, la température des électrodes baisse, l'effet d'évaporation diminue, la densité de particules dans la colonne d'arc réduit, et finalement, les points cathodiques disparaissent en passant par zéro, entraînant l'extinction de l'arc. Parfois, si l'effet d'évaporation ne peut pas maintenir le taux de diffusion de la colonne d'arc, l'arc s'éteint brusquement, provoquant un coupure brutale du courant.
Arc de forte intensité dans le vide : Lors de l'interruption d'un courant important, l'énergie de l'arc dans le vide augmente, et l'anode chauffe également fortement, formant une colonne d'arc fortement confinée. En même temps, l'effet de la force électrodynamique devient plus prononcé. Par conséquent, pour les arcs de forte intensité dans le vide, la distribution du champ magnétique entre les contacts a une influence décisive sur la stabilité de l'arc et sa performance d'extinction. Si le courant est trop important, dépassant le courant d'interruption limite, une interruption échouera. À ce moment, les contacts chauffent fortement, continuent d'évaporer même après que le courant a passé par zéro, et il est difficile pour le milieu diélectrique de se rétablir, rendant impossible l'interruption du courant.
Structure et principe de fonctionnement des disjoncteurs
Prenons l'exemple du zw27-12 pour expliquer en détail sa structure et son principe de fonctionnement.
Le corps principal du disjoncteur est composé du circuit conducteur, du système d'isolation, des joints d'étanchéité et du boîtier. Il a une structure de boîtier commun triphasé. Le circuit conducteur est constitué de tiges conductrices d'entrée et de sortie, de supports d'isolation d'entrée et de sortie, de pinces conductrices, de connexions flexibles et d'une chambre d'extinction d'arc à vide. Ce mécanisme dispose d'un stockage d'énergie électrique et d'une ouverture et fermeture électriques, tout en ayant également une fonction de commande manuelle. La structure entière est composée de composants tels que le ressort de fermeture, le système de stockage d'énergie, le dispositif de déclenchement par surintensité, les bobines d'ouverture et de fermeture, le système de commande manuelle, l'interrupteur auxiliaire et l'indicateur de stockage d'énergie.
Un disjoncteur à vide utilise le phénomène selon lequel, lorsque le courant dans un environnement de haut vide passe par zéro, le plasma se diffuse rapidement, permettant ainsi l'extinction de l'arc et la réalisation de l'objectif de coupure du courant.
Réglage du disjoncteur
Distance d'ouverture et dépassement
La mesure de la distance d'ouverture et du dépassement du disjoncteur : La différence des valeurs x mesurées lorsque le disjoncteur est en position ouverte et fermée est la distance d'ouverture du disjoncteur, et la différence des valeurs y mesurées est le dépassement du disjoncteur. Le réglage est réalisé en allongeant ou raccourcissant la tige d'opération isolante ou la tige de liaison entre le mécanisme et l'arbre principal.
Réglage du mécanisme d'ouverture et de fermeture
Circuit de commande des disjoncteurs
Dans la plupart des postes standardisés de 35 kV dans les réseaux ruraux, le principe de séparation de la barre de commande de la barre de fermeture est adopté. En raison des fréquentes orages, pluies et vents forts dans les zones montagneuses, qui entraînent de nombreuses interruptions et un nombre accru d'opérations de fermeture, les bobines de fermeture des interrupteurs sont extrêmement sujettes à la surchauffe. Ici, je suggère une petite amélioration du circuit de commande.
Insérez une paire de contacts normalement ouverts de l'interrupteur de course de stockage d'énergie en série entre les contacts normalement fermés auxiliaires de l'interrupteur et la bobine de fermeture. Ainsi, lorsque l'interrupteur n'est pas alimenté (non stocké d'énergie), l'opération de fermeture ne peut pas être effectuée. Cela empêche la fermeture lorsque l'interrupteur n'est pas alimenté, évitant ainsi la situation où le circuit de fermeture reste enclenché et brûle la bobine de fermeture.
En outre, lors du câblage, il est nécessaire de s'assurer que les polarités de la barre de fermeture et de la barre de commande aux contacts de l'interrupteur de course de stockage d'énergie sont cohérentes. Cela est pour éviter que l'arc dans le circuit de fermeture ne perce l'interrupteur de course lorsque l'interrupteur est alimenté, ce qui pourrait causer la fusion du fusible de commande ou le déclenchement de l'interrupteur d'air de commande. Ce point nécessite une attention particulière dans les postes automatisés intégrés.
Exploitation, maintenance et tests d'inspection
Les disjoncteurs à vide ont un temps d'arc court, une forte résistance à l'isolation et une durée de vie électrique relativement longue. Avec de petites distances d'ouverture des contacts et de faibles dépassements, et une énergie de fonctionnement minimale, ils bénéficient également d'une longue durée de vie mécanique. Au cours de l'exploitation quotidienne, les tâches de maintenance sont relativement peu nombreuses. Il est principalement nécessaire de vérifier l'usure des parties mobiles du mécanisme, de s'assurer que les fixations ne sont pas desserrées, de nettoyer la poussière de la surface d'isolation et d'appliquer un peu de graisse de lubrification sur les parties mobiles.
Lors des tests préventifs, les résultats du test de résistance DC de l'interrupteur doivent être comparés aux données historiques. Si des problèmes sont identifiés, un remplacement ou une correction opportuns sont nécessaires. Le test de tenue en tension à fréquence industrielle pour le disjoncteur est une méthode efficace pour vérifier les fuites dans l'interrupteur à vide. (Pour les disjoncteurs à vide intérieurs, la couleur de l'éclair à l'intérieur de l'interrupteur à vide lorsque la charge est coupée peut être utilisée pour évaluer préliminairement le niveau de vide. Une couleur rouge foncé indique un niveau de vide réduit, tandis qu'une couleur bleu clair indique un bon niveau de vide.)
Lors de la vérification des réglages de protection, un test de fermeture à basse tension est effectué sur le disjoncteur pour vérifier si l'interrupteur fonctionne de manière fiable lorsque la barre est en état de panne et que la tension baisse.
