Применение вакуумных выключателей на 10 кВ
Изоляционные характеристики вакуума
Вакуум обладает чрезвычайно высокими изоляционными свойствами. В вакуумном выключателе газ крайне разрежен, и молекулы газа имеют относительно длинные средние свободные пути, что приводит к очень низкой вероятности взаимных столкновений. Поэтому ионизация вследствие столкновений не является основной причиной пробоя в вакуумных зазорах. Вместо этого металлические частицы, испускаемые электродами под действием сильного электрического поля, являются основными факторами, приводящими к нарушению изоляции.
Сила изоляции в вакуумном зазоре зависит не только от размера зазора и степени равномерности электрического поля, но также значительно влияет на свойства материала электрода и состояние его поверхности. Когда вакуумный зазор относительно мал (в пределах 2-3 миллиметров), он имеет более высокие изоляционные свойства, чем высокое давление воздуха и газ SF6. Именно поэтому контактный зазор в вакуумном выключателе обычно не велик.
Влияние материалов электродов на напряжение пробоя главным образом отражается в механической прочности (предел прочности на растяжение) и температуре плавления металлического материала. Чем выше предел прочности на растяжение и температура плавления, тем выше изоляционная прочность электрода в вакууме.
Эксперименты показали, что чем выше уровень вакуума, тем выше напряжение пробоя газового зазора. Однако при уровне выше 10⁻⁴ Торр оно практически остается постоянным. Поэтому, чтобы поддерживать изоляционную прочность вакуумной камеры для тушения дуги, уровень вакуума не должен быть ниже 10⁻⁴ Торр.
Формирование и гашение дуг в вакууме
Вакуумные дуги существенно отличаются от ранее изученных явлений газовых дуговых разрядов. Ионизация газа не является основным фактором, способствующим образованию дуги. Вместо этого вакуумный дуговой разряд формируется в металлическом паре, испускаемом контактными электродами. Кроме того, характеристики дуги зависят от величины прерываемого тока. Обычно их классифицируют на низкотоковые вакуумные дуги и высокотоковые вакуумные дуги.
Низкотоковая вакуумная дуга: При разрыве контактов в вакууме возникают высоко концентрированные катодные пятна с током и энергией. Из этих катодных пятен испаряется большое количество металлического пара, где плотность атомов металла и заряженных частиц очень высока, и дуга горит в этой среде. Одновременно металлический пар и заряженные частицы в дуговом столбе постоянно диффундируют наружу, а электроды продолжают испарять новые частицы для восполнения. Когда ток проходит через ноль, энергия дуги уменьшается, температура электрода снижается, эффект испарения ослабевает, плотность частиц в дуговом столбе уменьшается, и, наконец, катодные пятна исчезают, когда ток проходит через ноль, что приводит к гашению дуги. Иногда, если эффект испарения не может поддерживать скорость диффузии дугового столба, дуга внезапно гаснет, вызывая обрыв тока.
Высокотоковая вакуумная дуга: При разрыве большого тока энергия вакуумной дуги увеличивается, и анод также сильно нагревается, образуя сильный сжатый дуговой столб. В то же время эффект электродинамической силы становится более заметным. Поэтому для высокотоковых вакуумных дуг распределение магнитного поля между контактами имеет решающее влияние на стабильность дуги и ее тушение. Если ток слишком велик, превышая предельный прерываемый ток, произойдет отказ в прерывании. В этом случае контакты сильно нагреваются, продолжают испаряться даже после прохождения тока через ноль, и диэлектрик трудно восстанавливается, что делает невозможным прерывание тока.
Строение и принцип работы выключателей
На примере zw27-12 подробно рассмотрим его строение и принцип работы.
Основное тело выключателя состоит из проводящего контура, изоляционной системы, уплотнений и корпуса. Оно имеет трехфазную конструкцию с общим боксом. Проводящий контур состоит из входящих и выходящих проводящих стержней, входящих и выходящих изоляционных опор, проводящих зажимов, гибких соединений и вакуумной камеры для тушения дуги. Этот механизм имеет функцию накопления электроэнергии, электрического открытия и закрытия, а также возможность ручного управления. Вся конструкция состоит из таких компонентов, как сжимающая пружина, система накопления энергии, устройство защиты от перегрузки по току, катушки открытия и закрытия, ручная система открытия и закрытия, вспомогательный выключатель и индикатор накопления энергии.
Вакуумный выключатель использует явление, при котором в условиях высокого вакуума, когда ток проходит через ноль, плазма быстро диффундирует, что приводит к гашению дуги и достижению цели разрыва тока.
Регулировка выключателей
Расстояние между контактами и перехлест
Измерение расстояния между контактами и перехлеста выключателя: Разница в измеренных значениях x, когда выключатель находится в открытом и закрытом состоянии, является расстоянием между контактами выключателя, а разница в измеренных значениях y — это перехлест выключателя. Регулировка достигается путем удлинения или укорочения изолированного операционного стержня или штанги между механизмом и главным валом.
Регулировка механизма открытия и закрытия
Управляющая цепь выключателей
В большинстве стандартизированных подстанций 35 кВ в сельских сетях применяется принцип разделения управляющей шины и шины закрытия. Из-за частых гроз, дождей и сильных ветров в горных районах, которые приводят к многократным срабатываниям и увеличению числа операций закрытия, катушки закрытия выключателей очень склонны к перегоранию. Здесь я предлагаю сделать небольшое улучшение в управляющей цепи.
Вставьте пару нормально открытых контактов ходового выключателя накопления энергии последовательно между вспомогательными нормально замкнутыми контактами выключателя и катушкой закрытия. Таким образом, когда выключатель не заряжен (не накоплен), операция закрытия не может быть выполнена. Это предотвращает закрытие, когда выключатель не заряжен, что избегает ситуации, когда цепь закрытия остается включенной и перегорает катушка закрытия.
При этом в процессе прокладки проводов необходимо обеспечить, чтобы полярности шины закрытия и управляющей шины на контактах ходового выключателя накопления энергии были одинаковыми. Это предотвращает пробой ходового выключателя при включении, который может привести к перегоранию предохранителя или срабатыванию автоматического выключателя. Это требует особого внимания в интегрированных автоматических подстанциях.
Эксплуатация, обслуживание и проверочные испытания
Вакуумные выключатели имеют короткое время горения дуги, высокую изоляционную прочность и относительно длительный электрический срок службы. С небольшим расстоянием между контактами и перехлестом, а также минимальной энергией управления, они также имеют длительный механический срок службы. В повседневной эксплуатации задачи по обслуживанию относительно невелики. В основном необходимо проверять износ движущихся частей механизма, убедиться, что крепежные элементы не ослаблены, очистить пыль с изоляционной поверхности и нанести некоторое количество смазки на движущиеся части.
При профилактических испытаниях результаты испытаний на постоянное сопротивление выключателя следует сравнивать с историческими данными. Если выявлены проблемы, требуется своевременная замена или исправление. Испытание на переменное напряжение для выключателя является эффективным методом проверки утечки в вакуумном прерывателе. (Для внутренних вакуумных выключателей цвет вспышки внутри вакуумного прерывателя при отключении нагрузки может использоваться для предварительной оценки уровня вакуума. Темно-красный цвет указывает на снижение уровня вакуума, а светло-синий цвет — на хороший уровень вакуума.)
При проверке настроек защиты проводится тест на низковольтное закрытие выключателя, чтобы проверить, работает ли выключатель надежно, когда шина находится в аварийном состоянии и напряжение падает.
