A aplicación de interruptores de vacío de 10kV
Características de aislamento do vacío
O vacío presenta propiedades de aislamento extremadamente fortes. No interruptor de vacío, o gas está extremadamente rareficado, e as moléculas de gas teñen camiños libres medios relativamente longos, resultando nunha probabilidade moi baixa de colisións mútuas. Polo tanto, a ionización debido ás colisións non é a causa principal da ruptura nas fendas de vacío. En cambio, as partículas metálicas emitidas polos electrodos baixo a acción dun campo eléctrico de alta intensidade son os factores primarios que levan ao fallo no aislamento.
A resistencia ao aislamento nunha fenda de vacío non só está relacionada co tamaño da fenda e o grao de uniformidade do campo eléctrico, senón que tamén está significativamente influenciada polas propiedades do material do electrodo e a súa condición de superficie. Cando a fenda de vacío é relativamente pequena (no rango de 2-3 milímetros), ten propiedades de aislamento superiores ao aire de alta presión e ao gas SF6. É por iso que a fenda de contacto no interruptor de vacío xeralmente non é grande.
A influencia dos materiais dos electrodos na tensión de ruptura reflicte principalmente na resistencia mecánica (resistencia á tracción) do material e no punto de fusión do material metálico. Cuanto maior sexa a resistencia á tracción e o punto de fusión, maior será a resistencia ao aislamento do electrodo no vacío.
Os experimentos mostraron que canto maior sexa o nivel de vacío, maior será a tensión de ruptura da fenda de gas. Pero, por riba de 10⁻⁴ Torr, basicamente permanece constante. Polo tanto, para manter a resistencia ao aislamento da cámara de extinción de arco de vacío, o nivel de vacío non debe ser inferior a 10⁻⁴ Torr.
Formación e extinción de arcos no vacío
Os arcos de vacío difiren significativamente dos fenómenos de descarga de arco de gas que estudamos anteriormente. A ionización do gas non é o factor principal que contribúe á xeración do arco. En cambio, a descarga de arco de vacío forma no vapor metálico emitido polos electrodos de contacto. Ademais, as características do arco varían en función da magnitude da corrente de interrupción. Xeralmente, categorizámolos en arcos de vacío de baixa corrente e arcos de vacío de alta corrente.
Arcos de vacío de baixa corrente: Cando os contactos se rompen no vacío, xéranse puntos de catodo altamente concentrados con corrente e enerxía. Unha gran cantidade de vapor metálico evapora dese punto de catodo, onde a densidade de átomos de metal e partículas cargadas é moi alta, e o arco quema neste ambiente. Ao mesmo tempo, o vapor metálico e as partículas cargadas na columna do arco difunden continuamente cara fóra, e os electrodos continúan evaporando novas partículas para completar. Cando a corrente pasa por cero, a enerxía do arco diminúe, a temperatura do electrodo desce, o efecto de evaporación diminúe, a densidade de partículas na columna do arco reducírase, e finalmente, os puntos de catodo desaparecen cando pasan por cero, levando á extinción do arco. Ás veces, se o efecto de evaporación non pode manter a taxa de difusión da columna do arco, o arco extingúese de súpeto, resultando en un cortado de corrente.
Arcos de vacío de alta corrente: Cando se rompe unha corrente grande, a enerxía do arco de vacío aumenta, e o ánodo tamén se aquece severamente, formando unha columna de arco fortemente restringida. Ao mesmo tempo, o efecto da forza eletrodinámica tornase máis pronunciado. Polo tanto, para arcos de vacío de alta corrente, a distribución do campo magnético entre os contactos ten unha influencia decisiva na estabilidade do arco e no seu rendemento de extinción. Se a corrente é demasiado grande, superando a corrente de interrupción límite, ocorrerá un fallo de interrupción. Neste momento, os contactos aquecen severamente, continuando a evaporar incluso despois de que a corrente pase por cero, e é difícil que o dieléctrico se recupere, facendo imposible interromper a corrente.
Estrutura e principio de funcionamento dos interruptores
Tomando o zw27-12 como exemplo, elaborase a seguir sobre a súa estrutura e principio de funcionamento.
O corpo principal do interruptor consiste no circuito condutor, sistema de aislamento, selos e a carcasa. Ten unha estrutura de caixa común de tres fases. O circuito condutor compóñese de barras condutoras de entrada e saída, soportes de aislamento de entrada e saída, grampas condutoras, conexións flexibles e unha cámara de extinción de arco de vacío. Este mecanismo caracterízase polo almacenamento de enerxía eléctrica e a apertura e pechado eléctricos, mentres que tamén ten unha función de operación manual. A estrutura completa compónese de componentes como a mola de pechado, sistema de almacenamento de enerxía, dispositivo de salto de sobrecorrente, bobinas de apertura e pechado, sistema de apertura e pechado manual, interruptor auxiliar e indicador de almacenamento de enerxía.
Un interruptor de vacío utiliza o fenómeno de que cando a corrente en un ambiente de alto vacío pasa por cero, o plasma difunde rapidamente, extinguindo así o arco e logrando o obxectivo de cortar a corrente.
Depuración de interruptores
Distancia de apertura e sobrecurso
A medida da distancia de apertura e do sobrecurso do interruptor: A diferenza nos valores x medidos cando o interruptor está en estado aberto e pechado é a distancia de apertura do interruptor, e a diferenza nos valores y medidos é o sobrecurso do interruptor. A axuste realiza-se alargando ou acortando a barra de operación aislada ou a barra de conexión entre o mecanismo e o eixe principal.
Axuste do mecanismo de apertura e pechado
Circuíto de control de interruptores
Na maioría das subestacións padronizadas de 35 kV nas redes eléctricas rurais, adoptouse o principio de separar a barra de control da barra de pechado. Debido aos frecuentes raios, chuvias e ventos fortes nas zonas montañosas, que provocan múltiples saltos e un número crecente de operacións de pechado de interruptores, as bobinas de pechado dos interruptores son extremadamente propensas a queimar. Aquí, suxiro unha pequena mellora no circuito de control.
Insertar un par de contactos normalmente abertos do interruptor de viaxe de almacenamento de enerxía en serie entre os contactos normalemte pechados auxiliares do interruptor e a bobina de pechado. De esta maneira, cando o interruptor non está energizado (non está armazenado), non se pode realizar a operación de pechado. Isto evita o pechado cando o interruptor non está energizado, evitando así a situación na que o circuito de pechado permanece encendido e quema a bobina de pechado.
Ao mesmo tempo, durante o proceso de cableado, é necesario asegurar que as polaridades da barra de pechado e a barra de control nos contactos do interruptor de viaxe de almacenamento de enerxía sexan consistentes. Isto é para evitar que o arco no circuito de pechado perfure o interruptor de viaxe cando o interruptor está sendo energizado, lo que podería causar que o fusible de control se funda ou que o interruptor de aire de control se dispare. Este punto require atención especial nas subestacións automatizadas integradas.
Operación, manutención e ensayos de inspección
Os interruptores de vacío teñen un tempo de arco curto, unha forza de aislamento alta e unha vida útil eléctrica relativamente longa. Con pequenas distancias de apertura de contactos e sobrecurso, e unha enerxía de operación mínima, tamén gozan dunha longa vida útil mecánica. Durante a operación diaria, as tarefas de manutención son relativamente poucas. Principalmente, é necesario comprobar o desgaste nas partes móveis do mecanismo, asegurar que os fixadores non están afrouxados, limpar o polvo da superficie de aislamento e aplicar unha pequena cantidade de graxa lubricante nas partes móveis.
Durante os ensayos preventivos, os resultados do ensaio de resistencia DC do interruptor deben compararse coas datos históricos. Se se identifican problemas, é necesario unha substitución ou corrección oportuna. O ensaio de resistencia a tensión de rede para o interruptor é un método eficaz para verificar as fugas no interrompedor de vacío. (Para interruptores de vacío de interior, a cor do flash dentro do interrompedor de vacío cando se desconecta a carga pode utilizarse para avaliar preliminarmente o nivel de vacío. Un color vermello escuro indica un nivel de vacío reducido, mentres que un color azul claro indica un buen nivel de vacío.)
Durante a verificación de configuración de protección, realiza-se un ensaio de pechado a baixa tensión no interruptor para verificar se o interruptor funciona de maneira fiábel cando a barra está en estado de fallo e a tensión desciende.
