L'applicazione degli interruttori a vuoto da 10kV

Caratteristiche di isolamento del vuoto

Il vuoto presenta proprietà di isolamento estremamente forti. In un interruttore a vuoto, il gas è estremamente rarefatto e le molecole di gas hanno cammini liberi medi relativamente lunghi, risultando in una probabilità molto bassa di collisioni reciproche. Pertanto, l'ionizzazione dovuta alle collisioni non è la causa principale della rottura nei vuoti. Al contrario, le particelle metalliche emesse dagli elettrodi sotto l'azione di un campo elettrico ad alta intensità sono i fattori principali che portano al fallimento dell'isolamento.

La resistenza all'isolamento in un vuoto non è solo legata alla dimensione del vuoto e alla uniformità del campo elettrico, ma è anche significativamente influenzata dalle proprietà del materiale degli elettrodi e dalla sua condizione superficiale. Quando il vuoto è relativamente piccolo (nella gamma di 2-3 millimetri), ha proprietà di isolamento superiori rispetto all'aria ad alta pressione e al gas SF6. È per questo motivo che lo spazio tra i contatti in un interruttore a vuoto è generalmente non grande.

L'influenza dei materiali degli elettrodi sulla tensione di rottura si riflette principalmente nella resistenza meccanica (resistenza a trazione) e nel punto di fusione del materiale metallico. Più alta è la resistenza a trazione e il punto di fusione, più alta sarà la resistenza all'isolamento degli elettrodi in un vuoto.

Gli esperimenti hanno dimostrato che maggiore è il livello di vuoto, maggiore sarà la tensione di rottura del vuoto. Tuttavia, oltre 10⁻⁴ Torr, rimane sostanzialmente costante. Pertanto, per mantenere la resistenza all'isolamento della camera di spegnimento ad arco a vuoto, il livello di vuoto non dovrebbe essere inferiore a 10⁻⁴ Torr.

Formazione ed estinzione degli archi nel vuoto

Gli archi nel vuoto differiscono significativamente dai fenomeni di scarica d'arco nel gas che abbiamo studiato in precedenza. L'ionizzazione del gas non è il fattore principale che contribuisce alla formazione dell'arco. Al contrario, la scarica d'arco nel vuoto si forma nel vapore metallico emesso dagli elettrodi di contatto. Inoltre, le caratteristiche dell'arco variano in base alla grandezza della corrente di interruzione. Generalmente, li categorizziamo in archi a bassa corrente nel vuoto e archi a corrente elevata nel vuoto.

Arco a bassa corrente nel vuoto: Quando i contatti si aprono nel vuoto, si generano punti catodici altamente concentrati con corrente ed energia. Una grande quantità di vapore metallico evapora da questi punti catodici, dove la densità di atomi metallici e particelle cariche è molto alta, e l'arco brucia in questo ambiente. Nel frattempo, il vapore metallico e le particelle cariche nella colonna dell'arco diffondono continuamente verso l'esterno, e gli elettrodi continuano a evaporare nuove particelle per rifornire. Quando la corrente passa attraverso zero, l'energia dell'arco diminuisce, la temperatura degli elettrodi scende, l'effetto di vaporizzazione diminuisce, la densità di particelle nella colonna dell'arco riduce, e infine, i punti catodici scompaiono quando passano attraverso zero, portando all'estinzione dell'arco. A volte, se l'effetto di vaporizzazione non può mantenere il tasso di diffusione della colonna dell'arco, l'arco si estingue improvvisamente, causando un taglio della corrente.

Arco a corrente elevata nel vuoto: Quando si interrompe una corrente elevata, l'energia dell'arco nel vuoto aumenta, e l'anodo si riscalda anche severamente, formando una forte colonna d'arco ristretta. Nello stesso tempo, l'effetto della forza elettrodinamica diventa più pronunciato. Pertanto, per gli archi a corrente elevata nel vuoto, la distribuzione del campo magnetico tra i contatti ha un'influenza decisiva sulla stabilità dell'arco e sulle prestazioni di spegnimento. Se la corrente è troppo elevata, superando la corrente di interruzione limite, si verificherà un fallimento di interruzione. In questo caso, i contatti si riscaldano severamente, continuano a evaporare anche dopo che la corrente passa attraverso zero, e il dielettrico è difficile da ripristinare, rendendo impossibile l'interruzione della corrente.

Struttura e principio di funzionamento degli interruttori

Prendendo come esempio il zw27-12, si illustra la sua struttura e il suo principio di funzionamento.

Il corpo principale dell'interruttore è composto dal circuito di conduzione, dal sistema di isolamento, dalle tenute e dallo scocca. Ha una struttura a tre fasi in comune. Il circuito di conduzione è composto da barre di conduzione in entrata e in uscita, supporti di isolamento in entrata e in uscita, morsetti di conduzione, connessioni flessibili e una camera di spegnimento ad arco a vuoto. Questo meccanismo presenta accumulo di energia elettrica e apertura e chiusura elettrica, mentre ha anche una funzione di operazione manuale. L'intera struttura è composta da componenti come la molla di chiusura, il sistema di accumulo di energia, il dispositivo di trip per sovratensione, le bobine di apertura e chiusura, il sistema di apertura e chiusura manuale, l'interruttore ausiliario e l'indicatore di accumulo di energia.

Un interruttore a vuoto utilizza il fenomeno per cui, in un ambiente ad alto vuoto, quando la corrente passa attraverso zero, il plasma si diffonde rapidamente, estinguendo l'arco e raggiungendo l'obiettivo di interrompere la corrente.

Regolazione dell'interruttore

Distanza di apertura e sopraccorso

La misurazione della distanza di apertura e del sopraccorso dell'interruttore: la differenza dei valori x misurati quando l'interruttore è in stato aperto e chiuso è la distanza di apertura dell'interruttore, e la differenza dei valori y misurati è il sopraccorso dell'interruttore. La regolazione viene ottenuta allungando o accorciando l'asta di manovra isolante o l'asta di collegamento tra il meccanismo e l'albero principale.

Regolazione del meccanismo di apertura e chiusura

• L'ingaggio tra il braccio oscillante e la semiasse dovrebbe essere di 1,5 - 2,5 mm, che può essere regolato tramite viti.

• Quando la manica di trasmissione ruota all'angolo massimo, dovrebbe esserci uno spazio di 1,5 - 2 mm tra il braccio oscillante e la semiasse. Ciò garantisce che, quando la manica di trasmissione torna alla posizione di chiusura, il braccio oscillante possa agganciarsi automaticamente alla semiasse, e ciò può essere ottenuto tramite la regolazione delle viti.

• La conversione dell'interruttore ausiliario deve essere accurata e affidabile, che può essere realizzata regolando la posizione del braccio di commutazione dell'interruttore ausiliario e la lunghezza del leva.

• Durante il processo di accumulo di energia, quando il ratchet raggiunge il punto più alto dell'ultimo dente, si deve garantire che il braccio di commutazione sulla manica di accumulo di energia possa commutare in modo affidabile i contatti dell'interruttore di fine corsa per interrompere l'alimentazione del motore. Ciò può essere ottenuto regolando la posizione su-giù, avanti-indietro dell'interruttore di fine corsa.

• Regolare la lunghezza di pre-tensione delle molle di apertura e chiusura per garantire l'apertura e chiusura affidabile dell'interruttore e che la velocità di apertura e chiusura raggiunga il valore specificato.

Circuito di controllo degli interruttori

In gran parte delle sottostazioni standardizzate a 35 kV nelle reti elettriche rurali, viene adottato il principio di separare la bus di controllo dalla bus di chiusura. A causa dei frequenti fulmini, piogge e venti forti nelle aree montane, che portano a multipli salti e a un aumento del numero di operazioni di chiusura degli interruttori, le bobine di chiusura degli interruttori sono estremamente soggetti a bruciature. Qui suggerisco una piccola miglioria al circuito di controllo.

Inserire in serie un paio di contatti normalmente aperti dell'interruttore di fine corsa di accumulo di energia tra i contatti ausiliari normalmente chiusi dell'interruttore e la bobina di chiusura. In questo modo, quando l'interruttore non è alimentato (non è in accumulo di energia), non può essere eseguita l'operazione di chiusura. Ciò impedisce la chiusura quando l'interruttore non è alimentato, evitando così la situazione in cui il circuito di chiusura rimane acceso e brucia la bobina di chiusura.

Nel corso del cablaggio, è necessario assicurare che le polarità della bus di chiusura e della bus di controllo ai contatti dell'interruttore di fine corsa di accumulo di energia siano coerenti. Questo è per prevenire l'arco nel circuito di chiusura che perfora l'interruttore di fine corsa durante l'accumulo di energia, causando la fusione del fusibile di controllo o il trip dell'interruttore automatico di controllo. Questo punto richiede attenzione speciale nelle sottostazioni automatizzate integrate.

Operazione, manutenzione e prove di ispezione

Gli interruttori a vuoto hanno un tempo di arco breve, una resistenza all'isolamento elevata e una vita elettrica relativamente lunga. Con piccole distanze di apertura dei contatti e sopraccorsi, e con un'energia di manovra minima, godono anche di una lunga vita meccanica. Durante l'operazione quotidiana, le attività di manutenzione sono relativamente poche. Principalmente, è necessario controllare l'usura delle parti mobili del meccanismo, assicurarsi che i fissaggi non siano allentati, pulire la polvere dalla superficie dell'isolamento e applicare un po' di grasso lubrificante alle parti mobili.

Durante le prove preventive, i risultati del test di resistenza a corrente continua dello switch devono essere confrontati con i dati storici. Se vengono identificati problemi, è necessario effettuare tempestivamente la sostituzione o la rettifica. Il test di resistenza a tensione a frequenza di rete per l'interruttore è un metodo efficace per verificare le fughe nel commutatore a vuoto. (Per gli interruttori a vuoto interni, il colore del bagliore all'interno del commutatore a vuoto quando si disconnette il carico può essere utilizzato per valutare preliminarmente il livello di vuoto. Un colore rosso scuro indica un livello di vuoto ridotto, mentre un colore blu chiaro indica un buon livello di vuoto.)

Durante la verifica delle impostazioni di protezione, si esegue un test di chiusura a bassa tensione sull'interruttore per verificare se lo switch funziona in modo affidabile quando la barra è in stato di guasto e la tensione diminuisce.