De toepassing van 10kV vacuümschakelaars

Isolatiekenmerken van vacuüm

Vacuüm heeft uiterst sterke isolatie-eigenschappen. In een vacuümschakelaar is het gas extreem verdund, en de gasmoleculen hebben relatief lange gemiddelde vrije paden, wat resulteert in een zeer lage kans op wederzijdse botsingen. Daarom is ionisatie door botsingen niet de belangrijkste oorzaak van inslag in vacuümgaten. In plaats daarvan zijn metaaldeeltjes die onder invloed van een krachtig elektrisch veld van de elektroden worden uitgestoten, de primaire factoren die leiden tot isolatiefouten.

De isolatiesterkte in een vacuümgat hangt niet alleen af van de grootte van het gat en de mate van gelijkmatigheid van het elektrische veld, maar wordt ook aanzienlijk beïnvloed door de eigenschappen van het elektrodemateriaal en de staat van het oppervlak. Wanneer het vacuümgat relatief klein is (in de orde van 2-3 millimeter), heeft het hogere isolatie-eigenschappen dan hoogdruk-lucht en SF6-gas. Dit is de reden waarom de contactafstand in een vacuümschakelaar over het algemeen niet groot is.

De invloed van elektrodematerialen op de inslagspanning komt voornamelijk tot uiting in de mechanische sterkte (treksterkte) van het materiaal en het smeltpunt van het metalen materiaal. Hoe hoger de treksterkte en het smeltpunt, hoe hoger de isolatiesterkte van de elektrode in vacuüm.

Experimenten hebben aangetoond dat hoe hoger het vacuüm, hoe hoger de inslagspanning van het gat. Echter, boven 10⁻⁴ Torr blijft deze in principe constant. Daarom moet, om de isolatiesterkte van de vacuümbooguitdovingskamer te behouden, het vacuüm niet lager zijn dan 10⁻⁴ Torr.

Vorming en uitdoving van bogen in vacuüm

Vacuümboog verschilt aanzienlijk van de gasboogontladingsverschijnselen die we eerder hebben bestudeerd. Gasionisatie is niet de belangrijkste factor die bijdraagt aan de boogvorming. In plaats daarvan vormt de vacuümboogontlading zich in de metalen damp die van de contactelektroden wordt uitgestoten. Bovendien variëren de kenmerken van de boog afhankelijk van de grootte van de onderbrekingsstroom. Over het algemeen categoriseren we deze in laagstroom-vacuümboog en hoogstroom-vacuümboog.

Lage-stroom vacuümboog: Bij het openen van de contacten in vacuüm ontstaan er zeer geconcentreerde kathodepunten met stroom en energie. Een grote hoeveelheid metaaldamp verdampert van deze kathodepunten, waar de dichtheid van metaalatomen en geladen deeltjes zeer hoog is, en de boog brandt in deze omgeving. Tegelijkertijd diffunderen de metaaldamp en geladen deeltjes in de boogkolom continu naar buiten, en de elektroden blijven nieuwe deeltjes verdampen om aan te vullen. Wanneer de stroom door nul gaat, neemt de energie van de boog af, de temperatuur van de elektrode daalt, het verdampings-effect verminderd, de deeltjessedichtheid in de boogkolom vermindert, en uiteindelijk verdwijnen de kathodepunten bij het passeren van nul, wat leidt tot booguitdoving. Soms, als het verdampings-effect de diffusiesnelheid van de boogkolom niet kan handhaven, dooft de boog plotseling uit, wat leidt tot stroomknippen.

Hoogstroom vacuümboog: Bij het onderbreken van een grote stroom neemt de energie van de vacuümboog toe, en de anode wordt ook sterk verhit, waardoor een sterke ingesnoerde boogkolom ontstaat. Tegelijkertijd wordt het effect van elektrodynamische krachten duidelijker. Daarom heeft voor hoogstroom vacuümboog de magnetische veldverdeling tussen de contacten een beslissende invloed op de stabiliteit en de booguitdovingsprestaties. Als de stroom te groot is, en de grens van de onderbrekingsstroom wordt overschreden, treedt onderbreking uit. Op dat moment worden de contacten sterk verhit, blijven zelfs na het passeren van nul verdampen, en is het moeilijk voor het dielectricum om te herstellen, waardoor het onmogelijk wordt om de stroom te onderbreken.

Opbouw en werking van schakelaars

Met zw27-12 als voorbeeld wordt hieronder de opbouw en werking uitgelegd.

Het hoofdlichaam van de schakelaar bestaat uit het geleidingscircuit, het isolatiesysteem, de sluitingen en de behuizing. Het heeft een driefase gemeenschappelijke behuizingstructuur. Het geleidingscircuit bestaat uit inkomende en uitgaande geleidingsstaven, inkomende en uitgaande isolatieondersteuningen, geleidingsspanners, flexibele verbindingen en een vacuümbooguitdovingskamer. Dit mechanisme heeft elektrische energieopslag en elektrisch openen en sluiten, en heeft ook een manuele bedieningsfunctie. De hele structuur bestaat uit componenten zoals de sluitingsveer, het energie-opslagsysteem, het overstroomtripapparaat, de openen-en-sluitenspulen, het manuele openen-en-sluitensysteem, de hulpcontacten en de energie-opslagaanduiding.

Een vacuümschakelaar maakt gebruik van het fenomeen dat in een hoogvacuüm-omgeving, wanneer de stroom door nul gaat, het plasma snel diffuseert, waardoor de boog wordt uitgedoofd en het doel van de stroomonderbreking wordt bereikt.

Schakelaardebugging

Openingsafstand en overreis

De meting van de openingsafstand en overreis van een schakelaar: Het verschil in de gemeten x-waarden wanneer de schakelaar in de open en gesloten toestand is, is de openingsafstand van de schakelaar, en het verschil in de gemeten y-waarden is de overreis van de schakelaar. De aanpassing wordt bereikt door het verlengen of inkorten van de isolerende bedieningsstok of de verbindingsstok tussen het mechanisme en de hoofdas.

Aanpassing van het openen-en-sluitensysteem

• De inpasfit tussen de wiegelarm en de halve as moet 1,5-2,5 mm zijn, wat kan worden aangepast door middel van schroeven.

• Wanneer de overbrengingstuimel naar de maximale hoek draait, moet er een ruimte van 1,5-2 mm zijn tussen de wiegelarm en de halve as. Dit zorgt ervoor dat wanneer de overbrengingstuimel terugkeert naar de sluitpositie, de wiegelarm automatisch in de halve as kan klikken, en dit kan worden bereikt door schroefaanpassing.

• De conversie van de hulpcontacten moet accuraat en betrouwbaar zijn, wat kan worden bereikt door de positie van de toggle-arm van de hulpcontacten en de lengte van de hefboom aan te passen.

• Tijdens het energie-opslagproces, wanneer de ratchet het hoogste punt van de laatste tand bereikt, moet worden verzekerd dat de toggle-arm op de energie-opslagtuimel betrouwbaar de contacten van de reisknop kan overschakelen om de stroomvoorziening van de motor te onderbreken. Dit kan worden bereikt door de boven-onder, voor-achter positie van de reisknop aan te passen.

• Pas de voor-spanningslengte van de openen-en-sluitensprings aan om de betrouwbare opening en sluiting van de schakelaar te garanderen en om de opensluitingssnelheid op de gespecificeerde waarde te brengen.

Controlecircuits van schakelaars

In de meeste gestandaardiseerde 35kV-transformatorstations in plattelandsnetwerken wordt het principe van scheiding van de controlebus en de sluitingsbus toegepast. Door frequente bliksem, regen en sterke wind in berggebieden, die leiden tot meerdere trippen en een toenemend aantal sluitbewegingen, zijn de sluitingsspoelen van schakelaars zeer vatbaar voor brand. Hier stel ik voor een kleine verbetering aan te brengen in het controlecircuit.

Voeg een paar normaal-open contacten van de energie-opslagreisknop van de schakelaar in serie in tussen de hulpnormaal-gesloten contacten van de schakelaar en de sluitingsspoel. Op deze manier, wanneer de schakelaar niet is opgeladen (niet energie-opgeslagen), kan de sluiting niet worden uitgevoerd. Dit voorkomt sluiting wanneer de schakelaar niet is opgeladen, waardoor wordt voorkomen dat het sluitingscircuit blijft aanstaan en de sluitingsspoel brandt.

Tijdens het bedradingsproces moet worden verzekerd dat de polariteiten van de sluitingsbus en de controlebus bij de contacten van de energie-opslagreisknop consistent zijn. Dit is om te voorkomen dat de boog in het sluitingscircuit de reisknop doorboort wanneer de schakelaar wordt opgeladen, wat kan leiden tot het doorslaan van de controlefuse of het uitschakelen van de controleluchtschakelaar. Dit punt vereist speciale aandacht in geïntegreerde geautomatiseerde transformatorstations.

Bediening, onderhoud en inspectietests

Vacuümschakelaars hebben een korte boogtijd, hoge isolatiesterkte en een relatief lange elektrische levensduur. Met kleine contactopeningen en overreizen, en minimale bedrijfsenergie, hebben ze ook een lange mechanische levensduur. Tijdens de dagelijkse bediening zijn onderhoudstaken relatief weinig. Voornamelijk is het nodig om slijtage van de bewegende delen van het mechanisme te controleren, ervoor te zorgen dat de vastzettingsonderdelen niet los zijn, het stof van het isolatiesurface te verwijderen en enige smeermiddelen aan de bewegende delen toe te voegen.

Tijdens preventieve tests moeten de DC-weerstandtestresultaten van de schakelaar worden vergeleken met historische gegevens. Als problemen worden geïdentificeerd, is tijdige vervanging of correctie vereist. De netspanningweerstandstest voor de schakelaar is een effectieve methode om lekkage in de vacuümbooguitdovingskamer te controleren. (Voor binnenruimte vacuümschakelaars kan de kleur van de flits in de vacuümbooguitdovingskamer bij het afsluiten van de belasting worden gebruikt om de vacuümgraad voorlopig te beoordelen. Een donkerrode kleur geeft een verminderde vacuümgraad aan, terwijl een lichtblauwe kleur een goede vacuümgraad aangeeft.)

Tijdens de bevestiging van de beschermingsinstellingen wordt een laagspanningssluitingstest uitgevoerd op de schakelaar om te controleren of de schakelaar betrouwbaar werkt wanneer de busbar in een fouttoestand is en de spanning daalt.