Primjena vakuumskih prekidača na 10 kV
Izolacijske karakteristike vakuum
Vakuum pokazuje izuzetno snažne izolacijske osobine. U vakuumskom prekidaču, gas je ekstremno razrađen, a molekule gase imaju relativno dugače srednje slobodne puteve, što rezultira vrlo niskom vjerojatnošću međusobnih sudara. Stoga, jonizacija uzrokovana sudarima nije glavni uzrok propadanja u vakuumskim prazninama. Umjesto toga, metalni čestice emitirane s elektroda pod djelovanjem jakog električnog polja su primarni faktori koji dovode do propadanja izolacije.
Jačina izolacije u vakuumskoj praznini ne samo da je povezana s veličinom praznine i stupnjem uniformnosti električnog polja, već je značajno utjecana svojstvima materijala elektroda i njegovom površinskim stanjem. Kada je vakuumsko rastojanje relativno mali (u rasponu od 2 - 3 milimetra), ima više izolacijskih svojstava od visokog tlaka zraka i SF6 gasa. Zbog toga kontaktne praznine u vakuumskom prekidaču obično nisu velike.
Utjecaj materijala elektroda na naponsku vrijednost propadanja uglavnom se odbija u mehaničkoj čvrstoći (tlačnoj čvrstoći) i točki taljenja metala. Što je tlačna čvrstoća i točka taljenja viša, to je jača izolacijska čvrstoća elektroda u vakumu.
Eksperimenti su pokazali da što je razina vakuma veća, to je veća naponska vrijednost propadanja gasne praznine. Međutim, iznad 10⁻⁴ Torr, ona gotovo ostaje konstantna. Stoga, kako bi se održala izolacijska čvrstoća vakuumskog ugasioca, razina vakuma ne smije biti niže od 10⁻⁴ Torr.
Formiranje i ugašenje lukova u vakumu
Vakuumski lukovi značajno se razlikuju od gasnih luka o kojima smo ranije proučavali. Jonizacija gasa nije glavni faktor koji doprinosi generiranju luka. Umjesto toga, vakuumski luk nastaje u metalnom paru emitiranom s kontaktnih elektroda. Također, karakteristike luka variraju ovisno o magnitudi prekidnog struja. Općenito, kategoriziramo ih u niskotražne vakuumskie luke i visokotražne vakuumskie luke.
Niskotražni vakuumski luk: Kada se kontakti prekidaju u vakumu, generiraju se visoko koncentrirani katodni točkovi s strujom i energijom. Velika količina metalnog para isparava se s ovih katodnih točkova, gdje je gustoća metalnih atoma i nabijenih čestica vrlo visoka, a luk gore unutar tog okruženja. Uz to, metalni par i nabijene čestice u stupcu luka neprekidno se šire van, a elektrode stalno isparavaju nove čestice za nadopunu. Kada struja prođe kroz nulu, energija luka smanji se, temperatura elektrode pada, efekt isparavanja smanji se, gustoća čestica u stupcu luka smanji se, i konačno, katodni točkovi nestanu kada prođe kroz nulu, što dovodi do ugašenja luka. Ponekad, ako efekt isparavanja ne može održati brzinu širenja stupca luka, luk naglo ugaša, što rezultira presječenjem struje.
Visokotražni vakuumski luk: Kada se prekida velika struja, energija vakuumskog luka poveća se, a anoda također značajno zagrijeva, formirajući jako stisnuti stupac luka. U isto vrijeme, postaje značajniji i efekt elektrodinamičke sile. Stoga, za visokotražne vakuumskie luke, raspodjela magnetskog polja između kontakata ima odlučujući utjecaj na stabilnost luka i performanse ugašenja. Ako je struja prevelika, premašujući ograničnu prekidnu struju, doći će do propadanja prekida. U tom trenutku, kontakti značajno zagrijavaju, nastavljaju isparavati čak i nakon što struja prođe kroz nulu, te je teško da dielektrik oporavi, što čini nemogućim prekid struje.
Struktura i radni princip prekidača
Kao primjer uzimamo zw27-12, sljedeće detaljno objašnjavamo njegovu strukturu i radni princip.
Glavni dio prekidača sastoji se od provodnog kruga, izolacijskog sustava, sigurnosnih zgloba i kućišta. Ima trofaznu zajedničku kutiju. Provodni krug sastavljen je od dolaznih i odlaznih provodnih štapova, dolaznih i odlaznih izolacijskih nosača, provodnih klipa, fleksibilnih spojeva i vakuumskog ugasioca. Ovaj mehanizam ima značajke skladištenja električne energije i električnog otvaranja i zatvaranja, a također ima funkciju ručnog upravljanja. Cijela struktura sastoji se od komponenti poput zatvarajućeg opruge, sustava za skladištenje energije, uređaja za prekid prekomjerne struje, zavojnika za otvaranje i zatvaranje, ručnog sistema za otvaranje i zatvaranje, pomoćnog prekidača i indikatora skladištenja energije.
Vakuumski prekidač koristi fenomen da kada struja u visokovakuumskom okruženju prođe kroz nulu, plazma se brzo širi, time ugašajući luk i ostvarujući cilj prekida struje.
Podešavanje prekidača
Rastojanje otvaranja i prelaz
Mjerenje rastojanja otvaranja i prelaza prekidača: Razlika u mjerenim x-vrijednostima kada je prekidač otvoren i zatvoren predstavlja rastojanje otvaranja prekidača, a razlika u mjerenim y-vrijednostima predstavlja prelaz prekidača. Podešavanje postiže se dužinom ili skraćivanjem izolacijskog operativnog štapa ili spojnog štapa između mehanizma i glavnog valjka.
Podešavanje mehanizma za otvaranje i zatvaranje
Kontrolni krug prekidača
U većini standardiziranih podstanica od 35kV u ruralnim mrežama, prihvaćen je princip odvajanja kontrolne matice od matici za zatvaranje. Zbog često pojavljujućeg gremlina, kiše i jakog vjetra u planinskim područjima, što dovodi do više puta prekida i povećanog broja operacija zatvaranja, navijanje zatvaranja prekidača vrlo je podložno spaljivanju. Ovdje predlažem malu poboljšanu kontrolni krug.
Umetnite par normalno otvorenih kontakata putnog prekidača za skladištenje energije prekidača u seriju između pomoćnih normalno zatvorenih kontakata prekidača i navijanja zatvaranja. Na taj način, kada prekidač nije napajan (nije uskladištena energija), ne može se izvršiti zatvaranje. To sprečava zatvaranje kada prekidač nije napajan, time se izbjegava situacija u kojoj zatvaranje kruga ostaje uključeno i spali navijanje zatvaranja.
Uz to, tijekom postavljanja žica, potrebno je osigurati da polaritete matice za zatvaranje i kontrolne matice na kontaktima putnog prekidača budu jednake. To je kako bi se spriječilo probijanje putnog prekidača kod zatvaranja kruga kada se prekidač napaja, što bi moglo dovesti do ispaljivanja kontrolnog zalihača ili ispadanja kontrolnog zrakoplovnog prekidača. Ta točka zahtijeva posebnu pažnju u integriranim automatiziranim podstanicama.
Rad, održavanje i inspekcioni testovi
Vakuumski prekidači imaju kratko trajanje luka, visoku izolacijsku čvrstoću i relativno dug električni život. S manjim kontaktim rastojanjima otvaranja i prelaza, te minimalnom radnom energijom, imaju i dugi mehanički život. Tijekom svakodnevnog rada, zadatak održavanja je relativno manji. Glavno, potrebno je provjeriti izgorevanje pokretnih dijelova mehanizma, osigurati da su fiksne dijelove nisu oštećeni, očistiti prašinu sa površine izolacije i nanijeti neki mazivački sastav na pokretni dijelove.
Tijekom preventivnih testova, rezultati testa direktnog otpora prekidača trebaju se usporediti s povijesnim podacima. Ako se identificiraju problemi, potrebno je odmah zamijeniti ili ispraviti. Test održivosti na industrijskoj frekvenciji za prekidač je učinkovit način provjere curenja u vakuumskom prekidaču. (Za unutarnje vakuumskie prekidače, boja bljeska unutar vakuumskog prekidača kada se odvoji opterećenje može se koristiti za procjenu razina vakuma. Tamno crvena boja ukazuje na smanjenu razinu vakuma, dok svijetlo plava boja ukazuje na dobru razinu vakuma.)
Tijekom provjere postavki zaštite, izvršava se test niskonaponskog zatvaranja na prekidaču kako bi se provjerilo je li prekidač pouzdano funkcionira kada je matična matica u stanju greške i padne naponska razina.
