A aplicação de disjuntores a vácuo de 10kV
Características de Isolamento do Vácuo
O vácuo exibe propriedades de isolamento extremamente fortes. Em um disjuntor a vácuo, o gás é extremamente rarefeito e as moléculas de gás têm caminhos livres médios relativamente longos, resultando em uma probabilidade muito baixa de colisões mútuas. Portanto, a ionização devido a colisões não é a principal causa de quebra no vácuo. Em vez disso, as partículas metálicas emitidas pelos eletrodos sob a ação de um campo elétrico de alta intensidade são os principais fatores que levam à falha do isolamento.
A resistência ao isolamento em uma lacuna a vácuo está relacionada não apenas ao tamanho da lacuna e ao grau de uniformidade do campo elétrico, mas também é significativamente influenciada pelas propriedades do material do eletrodo e sua condição superficial. Quando a lacuna a vácuo é relativamente pequena (no intervalo de 2 a 3 milímetros), ela possui propriedades de isolamento superiores às do ar de alta pressão e do gás SF6. É por isso que a lacuna de contato em um disjuntor a vácuo geralmente não é grande.
A influência dos materiais dos eletrodos na tensão de ruptura reflete-se principalmente na resistência mecânica (resistência à tração) e no ponto de fusão do material metálico. Quanto maior a resistência à tração e o ponto de fusão, maior a resistência ao isolamento do eletrodo no vácuo.
Experimentos mostraram que quanto mais alto o nível de vácuo, maior a tensão de ruptura da lacuna de gás. No entanto, acima de 10⁻⁴ Torr, ela basicamente permanece constante. Portanto, para manter a resistência ao isolamento da câmara de extinção de arco a vácuo, o nível de vácuo não deve ser inferior a 10⁻⁴ Torr.
Formação e Extinção de Arcos no Vácuo
Os arcos no vácuo diferem significativamente dos fenômenos de descarga de arco em gás que estudamos anteriormente. A ionização do gás não é o principal fator contribuindo para a geração de arcos. Em vez disso, a descarga de arco no vácuo forma-se no vapor metálico emitido pelos eletrodos de contato. Além disso, as características do arco variam de acordo com a magnitude da corrente de interrupção. Geralmente, categorizamos em arcos de baixa corrente no vácuo e arcos de alta corrente no vácuo.
Arcos de Baixa Corrente no Vácuo: Quando os contatos se abrem no vácuo, geram-se pontos catódicos altamente concentrados com corrente e energia. Uma grande quantidade de vapor metálico evapora desses pontos catódicos, onde a densidade de átomos de metal e partículas carregadas é muito alta, e o arco queima nesse ambiente. Ao mesmo tempo, o vapor metálico e as partículas carregadas na coluna do arco difundem-se continuamente para fora, e os eletrodos continuam evaporando novas partículas para repor. Quando a corrente passa por zero, a energia do arco diminui, a temperatura do eletrodo cai, o efeito de evaporação diminui, a densidade de partículas na coluna do arco reduz, e finalmente, os pontos catódicos desaparecem quando passam por zero, levando à extinção do arco. Às vezes, se o efeito de evaporação não puder manter a taxa de difusão da coluna do arco, o arco extingue-se subitamente, resultando em corte de corrente.
Arcos de Alta Corrente no Vácuo: Ao interromper uma corrente elevada, a energia do arco no vácuo aumenta, e o ânodo também aquece severamente, formando uma coluna de arco fortemente contraída. Ao mesmo tempo, o efeito da força eletrodinâmica torna-se mais pronunciado. Portanto, para arcos de alta corrente no vácuo, a distribuição do campo magnético entre os contatos tem uma influência decisiva na estabilidade do arco e no desempenho de extinção do arco. Se a corrente for muito alta, ultrapassando a corrente de interrupção limite, ocorrerá falha de interrupção. Neste ponto, os contatos aquecem-se severamente, continuam a evaporar mesmo após a corrente passar por zero, e é difícil para o dielétrico recuperar, tornando impossível interromper a corrente.
Estrutura e Princípio de Funcionamento dos Disjuntores
Tomando como exemplo o zw27-12, elabora-se a seguir sobre sua estrutura e princípio de funcionamento.
O corpo principal do disjuntor consiste no circuito condutor, sistema de isolamento, vedações e a caixa. Tem uma estrutura de caixa comum trifásica. O circuito condutor é composto por barras condutoras de entrada e saída, suportes de isolamento de entrada e saída, grampos condutores, conexões flexíveis e câmara de extinção de arco a vácuo. Este mecanismo apresenta armazenamento de energia elétrica e operação de abertura e fechamento elétricos, além de ter uma função de operação manual. A estrutura inteira é composta por componentes como a mola de fechamento, sistema de armazenamento de energia, dispositivo de disparo por sobrecorrente, bobinas de abertura e fechamento, sistema de abertura e fechamento manual, interruptor auxiliar e indicador de armazenamento de energia.
Um disjuntor a vácuo utiliza o fenômeno de que, em um ambiente de alto vácuo, quando a corrente passa por zero, o plasma difunde-se rapidamente, extinguindo o arco e alcançando o objetivo de cortar a corrente.
Ajuste do Disjuntor
Distância de Abertura e Sobrecorrida
A medição da distância de abertura e sobrecorrida do disjuntor: a diferença nos valores x medidos quando o disjuntor está em estado aberto e fechado é a distância de abertura do disjuntor, e a diferença nos valores y medidos é a sobrecorrida do disjuntor. O ajuste é realizado alongando ou encurtando a haste de operação isolante ou a barra de conexão entre o mecanismo e o eixo principal.
Ajuste do Mecanismo de Abertura e Fechamento
Circuito de Controle dos Disjuntores
Na maioria das subestações padronizadas de 35 kV nas redes rurais, adota-se o princípio de separar a barramento de controle do barramento de fechamento. Devido à frequência de raios, chuva e ventos fortes em áreas montanhosas, que levam a múltiplas quedas e aumento no número de operações de fechamento, as bobinas de fechamento dos disjuntores são extremamente propensas a queimar. Aqui, sugiro uma pequena melhoria no circuito de controle.
Insira um par de contatos normalmente abertos do interruptor de viagem de armazenamento de energia do disjuntor em série entre os contatos auxiliares normalmente fechados do disjuntor e a bobina de fechamento. Dessa forma, quando o disjuntor não está energizado (não armazenado), a operação de fechamento não pode ser realizada. Isso impede o fechamento quando o disjuntor não está energizado, evitando a situação em que o circuito de fechamento permanece ligado e queima a bobina de fechamento.
Além disso, durante o processo de fiação, é necessário garantir que as polaridades do barramento de fechamento e do barramento de controle nos contatos do interruptor de viagem de armazenamento de energia sejam consistentes. Isso é para evitar que a faísca no circuito de fechamento perfure o interruptor de viagem quando o disjuntor está sendo energizado, o que poderia causar o rompimento do fusível de controle ou o disparo do interruptor de ar automático de controle. Este ponto requer atenção especial em subestações automatizadas integradas.
Operação, Manutenção e Testes de Inspeção
Os disjuntores a vácuo têm um tempo de arco curto, alta resistência ao isolamento e uma vida útil elétrica relativamente longa. Com pequenas distâncias de abertura de contatos e sobrecorrida, e pouca energia de operação, eles também gozam de uma longa vida útil mecânica. Durante a operação diária, as tarefas de manutenção são relativamente poucas. Principalmente, é necessário verificar o desgaste das partes móveis do mecanismo, garantir que os fixadores não estejam soltos, limpar a poeira da superfície de isolamento e aplicar um pouco de graxa lubrificante nas partes móveis.
Durante os testes preventivos, os resultados do teste de resistência DC do interruptor devem ser comparados com dados históricos. Se forem identificados problemas, a substituição ou correção deve ser realizada imediatamente. O teste de resistência a tensão de freqüência de rede para o disjuntor é um método eficaz para verificar vazamentos no interrompedor a vácuo. (Para disjuntores a vácuo internos, a cor do flash dentro do interrompedor a vácuo quando a carga é desconectada pode ser usada para avaliar preliminarmente o nível de vácuo. Uma cor vermelha escura indica um nível de vácuo reduzido, enquanto uma cor azul clara indica um bom nível de vácuo.)
Durante a verificação das configurações de proteção, realiza-se um teste de fechamento sob baixa tensão no disjuntor para verificar se o interruptor opera de forma confiável quando a barra está em estado de falha e a tensão cai.
