การใช้งานของตัวตัดวงจรสุญญากาศ 10kV

คุณสมบัติการฉนวนของสุญญากาศ

สุญญากาศมีคุณสมบัติการฉนวนที่แข็งแกร่งมาก ในเบรกเกอร์สุญญากาศ แก๊สมีความเบาบางมากและโมเลกุลแก๊สมีระยะทางเฉลี่ยระหว่างการชนที่ยาว ทำให้มีความน่าจะเป็นในการชนกันน้อยมาก ดังนั้น การไอออนไนซ์จากการชนไม่ใช่สาเหตุหลักของการแตกในช่องว่างสุญญากาศ แต่ละอองโลหะที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรดภายใต้แรงไฟฟ้าที่สูงเป็นปัจจัยหลักที่นำไปสู่การล้มเหลวของฉนวน

ความแข็งแกร่งของฉนวนในช่องว่างสุญญากาศไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับขนาดของช่องว่างและความสม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังได้รับผลกระทบอย่างมากจากคุณสมบัติของวัสดุอิเล็กโทรดและสภาพผิวหน้า เมื่อช่องว่างสุญญากาศมีขนาดเล็ก (ประมาณ 2-3 มิลลิเมตร) จะมีคุณสมบัติการฉนวนที่สูงกว่าอากาศความดันสูงและแก๊ส SF6 นี่คือเหตุผลที่ช่องว่างระหว่างคอนแทคในเบรกเกอร์สุญญากาศมักจะไม่ใหญ่มาก

อิทธิพลของวัสดุอิเล็กโทรดต่อแรงดันไฟฟ้าที่ทำลายฉนวนสะท้อนให้เห็นในความแข็งแรงเชิงกล (ความแข็งแรงดึง) และจุดหลอมเหลวของวัสดุโลหะ ยิ่งความแข็งแรงดึงและจุดหลอมเหลวสูง ความแข็งแกร่งของฉนวนของอิเล็กโทรดในสุญญากาศก็จะยิ่งสูง

การทดลองแสดงให้เห็นว่ายิ่งระดับสุญญากาศสูง แรงดันไฟฟ้าที่ทำลายฉนวนของช่องว่างแก๊สก็จะยิ่งสูง แต่เมื่อเกิน 10⁻⁴ Torr ก็จะคงที่อยู่แล้ว ดังนั้น เพื่อรักษาความแข็งแกร่งของฉนวนในห้องดับอาร์คสุญญากาศ ระดับสุญญากาศไม่ควรต่ำกว่า 10⁻⁴ Torr

การเกิดและการดับของอาร์คในสุญญากาศ

อาร์คสุญญากาศแตกต่างอย่างมากจากปรากฏการณ์อาร์คที่เราศึกษามาแล้วในแก๊ส การไอออนไนซ์ของแก๊สไม่ใช่ปัจจัยหลักในการสร้างอาร์ค แต่อาร์คสุญญากาศเกิดขึ้นจากไอน้ำโลหะที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรด นอกจากนี้ ลักษณะของอาร์คยังขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสที่ตัด เราแบ่งออกเป็นอาร์คสุญญากาศกระแสต่ำและอาร์คสุญญากาศกระแสสูง

อาร์คสุญญากาศกระแสต่ำ: เมื่อคอนแทคแยกออกจากกันในสุญญากาศ จุดแคโทดที่มีกระแสและพลังงานสูงถูกสร้างขึ้น ปริมาณไอน้ำโลหะที่ระเหยออกจากจุดแคโทดนี้มีความหนาแน่นของอะตอมโลหะและอนุภาคประจุไฟฟ้าที่สูง อาร์คจะเผาไหม้ภายในสภาพแวดล้อมนี้ ในขณะเดียวกัน ไอน้ำโลหะและอนุภาคประจุไฟฟ้าในคอลัมน์อาร์คจะกระจายตัวออกไปอย่างต่อเนื่อง และอิเล็กโทรดจะระเหยอนุภาคใหม่เพื่อเติมเต็ม เมื่อกระแสผ่านศูนย์ พลังงานของอาร์คลดลง อุณหภูมิอิเล็กโทรดลดลง ผลของการระเหยลดลง ความหนาแน่นของอนุภาคในคอลัมน์อาร์คลดลง และในที่สุด จุดแคโทดจะหายไปเมื่อผ่านศูนย์ ส่งผลให้อาร์คดับ บางครั้ง ถ้าผลของการระเหยไม่สามารถรักษาอัตราการกระจายตัวของคอลัมน์อาร์ค อาร์คจะดับอย่างกระทันหัน ส่งผลให้เกิดการตัดกระแสทันที

อาร์คสุญญากาศกระแสสูง: เมื่อตัดกระแสที่ใหญ่ พลังงานของอาร์คสุญญากาศเพิ่มขึ้น และอานโอดก็ร้อนมาก ทำให้เกิดคอลัมน์อาร์คที่เข้มข้น พร้อมกับผลของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะชัดเจนขึ้น ดังนั้น สำหรับอาร์คสุญญากาศกระแสสูง การกระจายตัวของสนามแม่เหล็กระหว่างคอนแทคมีอิทธิพลสำคัญต่อความเสถียรของอาร์คและการทำงานดับอาร์ค ถ้ากระแสสูงเกินกำลังตัดที่จำกัด จะเกิดการตัดไม่สำเร็จ ณ จุดนี้ อิเล็กโทรดจะร้อนมาก ยังคงระเหยแม้กระแสผ่านศูนย์ และยากที่จะฟื้นฟูฉนวน ทำให้ไม่สามารถตัดกระแสได้

โครงสร้างและหลักการทำงานของเบรกเกอร์

โดยใช้ zw27-12 เป็นตัวอย่าง ด้านล่างนี้อธิบายถึงโครงสร้างและหลักการทำงานของมัน

โครงสร้างหลักของเบรกเกอร์ประกอบด้วยวงจรนำไฟฟ้า ระบบฉนวน ซีล และเคส มีโครงสร้างสามเฟสในกล่องเดียว วงจรนำไฟฟ้าประกอบด้วยแกนนำไฟฟ้าขาเข้าและขาออก ชุดสนับฉนวนขาเข้าและขาออก คลิปนำไฟฟ้า การเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่น และห้องดับอาร์คสุญญากาศ กลไกนี้มีคุณสมบัติการเก็บพลังงานไฟฟ้าและการเปิด-ปิดด้วยไฟฟ้า พร้อมกับมีฟังก์ชันการควบคุมด้วยมือ โครงสร้างทั้งหมดประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ เช่น สปริงปิดวงจร ระบบเก็บพลังงาน ระบบทริปเมื่อเกินกระแส คอยล์เปิด-ปิดวงจร ระบบเปิด-ปิดด้วยมือ สวิตช์เสริม และตัวบ่งชี้การเก็บพลังงาน

เบรกเกอร์สุญญากาศใช้ปรากฏการณ์ที่เมื่อกระแสในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูงผ่านศูนย์ พลาสมาจะกระจายตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้อาร์คดับและบรรลุเป้าหมายในการตัดกระแส

การแก้ไขเบรกเกอร์

ระยะเปิดและระยะเกิน

การวัดระยะเปิดและระยะเกินของเบรกเกอร์: ความแตกต่างของค่า x ที่วัดได้เมื่อเบรกเกอร์อยู่ในสถานะเปิดและปิดคือระยะเปิดของเบรกเกอร์ และความแตกต่างของค่า y ที่วัดได้คือระยะเกินของเบรกเกอร์ การปรับแต่งทำได้โดยการยืดหรือย่อแกนปฏิบัติการฉนวนหรือแกนเชื่อมต่อระหว่างกลไกและแกนหลัก

การปรับแต่งกลไกเปิด-ปิดวงจร

• ระยะการหมุนของแขนโยกและเพลาครึ่งควรอยู่ที่ 1.5-2.5 มิลลิเมตร สามารถปรับได้โดยใช้สกรู

• เมื่อปลอกส่งหมุนไปที่มุมสูงสุด ควรมีช่องว่าง 1.5-2 มิลลิเมตรระหว่างแขนโยกและเพลาครึ่ง เพื่อให้แน่ใจว่าเมื่อปลอกส่งกลับมาที่ตำแหน่งปิด แขนโยกจะล็อคเข้ากับเพลาครึ่งได้โดยอัตโนมัติ และสามารถทำได้โดยการปรับสกรู

• การเปลี่ยนแปลงของสวิตช์เสริมควรมีความแม่นยำและเชื่อถือได้ สามารถทำได้โดยการปรับตำแหน่งของแขนโยกสวิตช์เสริมและความยาวของคันโยก

• ในระหว่างกระบวนการเก็บพลังงาน เมื่อแร็คเก็ตถึงจุดสูงสุดของฟันสุดท้าย ควรมั่นใจว่าแขนโยกบนปลอกเก็บพลังงานสามารถเปลี่ยนแปลงคอนแทคของสวิตช์การเดินทางได้อย่างเชื่อถือได้ เพื่อตัดไฟฟ้าของมอเตอร์ สามารถทำได้โดยการปรับตำแหน่งขึ้น-ลง หน้า-หลังของสวิตช์การเดินทาง

• ปรับความยาวการยืดตัวของสปริงเปิด-ปิดวงจร เพื่อให้แน่ใจว่าการเปิด-ปิดวงจรของเบรกเกอร์เชื่อถือได้และมีความเร็วในการเปิด-ปิดที่ตรงตามค่าที่กำหนด

วงจรควบคุมของเบรกเกอร์

ในส่วนใหญ่ของสถานีไฟฟ้ามาตรฐาน 35kV ในสายไฟฟ้าชนบท หลักการแยกบัสควบคุมออกจากบัสปิดวงจรถูกนำมาใช้ เนื่องจากมีฟ้าผ่าฝนตกและลมแรงในพื้นที่ภูเขาบ่อยครั้ง ทำให้เกิดการทริปหลายครั้งและจำนวนการปิดวงจรเพิ่มขึ้น คอยล์ปิดวงจรของสวิตช์มีโอกาสเสียหายจากการไหม้สูง ผมขอแนะนำให้ปรับปรุงวงจรควบคุมเล็กน้อย

ใส่คอนแทคเปิดปกติของสวิตช์การเดินทางการเก็บพลังงานของเบรกเกอร์ไว้ระหว่างคอนแทคปิดปกติของเบรกเกอร์และคอยล์ปิดวงจร ด้วยวิธีนี้ เมื่อเบรกเกอร์ไม่ได้รับพลังงาน (ไม่ได้เก็บพลังงาน) จะไม่สามารถทำการปิดวงจรได้ ซึ่งป้องกันการปิดวงจรเมื่อเบรกเกอร์ไม่ได้รับพลังงาน หลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่วงจรปิดวงจรยังคงทำงานและทำให้คอยล์ปิดวงจรไหม้

นอกจากนี้ ในระหว่างการต่อวงจร จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วของบัสปิดวงจรและบัสควบคุมที่คอนแทคของสวิตช์การเดินทางการเก็บพลังงานมีความสอดคล้องกัน เพื่อป้องกันการเกิดอาร์คในวงจรปิดวงจรที่อาจทำให้สวิตช์การเดินทางทะลุ และทำให้ฟิวส์ควบคุมขาดหรือสวิตช์ควบคุมทริป ประเด็นนี้ต้องระวังเป็นพิเศษในสถานีไฟฟ้าอัตโนมัติแบบรวม

การทำงาน การบำรุงรักษา และการทดสอบตรวจสอบ

เบรกเกอร์สุญญากาศมีเวลาอาร์คสั้น ความแข็งแกร่งของฉนวนสูง และมีอายุการใช้งานทางไฟฟ้าที่ยาวนาน ด้วยระยะเปิดคอนแทคและระยะเกินที่สั้น และพลังงานในการทำงานน้อย ทำให้มีอายุการใช้งานทางกลที่ยาวนาน ในระหว่างการทำงานประจำวัน งานบำรุงรักษาค่อนข้างน้อย หลัก ๆ คือต้องตรวจสอบการสึกหรอของส่วนเคลื่อนไหวของกลไก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนยึดไม่หลวม ทำความสะอาดฝุ่นบนผิวฉนวน และทาสารหล่อลื่นบาง ๆ บนส่วนเคลื่อนไหว

ในการทดสอบป้องกัน ผลการทดสอบความต้านทานกระแสตรงของสวิตช์ควรเปรียบเทียบกับข้อมูลประวัติ หากพบปัญหา ต้องทำการเปลี่ยนหรือแก้ไขทันท่วงที การทดสอบความทนทานแรงดันไฟฟ้าความถี่ของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการตรวจสอบการรั่วไหลในอินเตอร์รัปเตอร์สุญญากาศ (สำหรับเบรกเกอร์สุญญากาศภายในอาคาร สีของแสงแฟลชภายในอินเตอร์รัปเตอร์สุญญากาศเมื่อตัดโหลดสามารถใช้ประเมินระดับสุญญากาศได้ โดยสีแดงเข้มบ่งบอกว่าระดับสุญญากาศลดลง ส่วนสีฟ้าอ่อนบ่งบอกว่าระดับสุญญากาศดี)

ในการตรวจสอบการตั้งค่าการป้องกัน จะทำการทดสอบการปิดวงจรด้วยแรงดันต่ำของเบรกเกอร์ เพื่อยืนยันว่าสวิตช์ทำงานได้เชื่อถือได้เมื่อบัสบาร์อยู่ในสถานะความเสียหายและแรงดันลดลง