Застосування вакуумних вимикачів на 10 кВ
Діелектричні характеристики вакууму
Вакуум має надзвичайно сильні діелектричні властивості. У вакуумному вимикачу газ дуже розріджений, а молекули газу мають відносно довгий середній шлях без зіткнень, що призводить до дуже низької ймовірності взаємних зіткнень. Тому іонізація через зіткнення не є основною причиною пробою в вакуумних проміжках. Замість цього, металеві частинки, виділені електродами під дією сильного електричного поля, є основними факторами, що призводять до порушення ізоляції.
Сила ізоляції у вакуумному проміжку пов'язана не лише з розміром проміжку та ступенем рівномірності електричного поля, але також значно впливає на властивості матеріалу електрода та стан його поверхні. Коли вакуумний проміжок відносно невеликий (в діапазоні 2-3 міліметра), він має більш високі ізоляційні властивості, ніж високотисковий повітряний та газ SF6. Саме тому контактний проміжок у вакуумному вимикачу зазвичай не великий.
Вплив матеріалів електродів на напругу пробою в основному відображається в механічній міцності (межі прочності) матеріалу та точці плавлення металевого матеріалу. Чим вища межа прочності та точка плавлення, тим вищою є сила ізоляції електрода в вакуумі.
Експерименти показали, що чим вищий рівень вакууму, тим вище напруга пробою газового проміжку. Однак, при рівні вакууму вище 10⁻⁴ Торр, вона практично залишається сталою. Тому, щоб зберегти силу ізоляції вакуумної камери гашення дуги, рівень вакууму не повинен бути нижчим за 10⁻⁴ Торр.
Утворення та згасання дуги в вакуумі
Вакуумні дуги суттєво відрізняються від газових явищ дугового розряду, які ми вивчали раніше. Газова іонізація не є основним фактором, що спричиняє утворення дуги. Замість цього, вакуумний дуговий розряд формується в металевому парі, виділеному від контактних електродів. Більше того, характеристики дуги змінюються в залежності від величини перериваючого струму. Загалом, ми поділяємо їх на низькострумові вакуумні дуги та високострумові вакуумні дуги.
Низькострумова вакуумна дуга: Коли контакти розриваються в вакуумі, утворюються високо концентровані катодні точки зі струмом та енергією. Велика кількість металевого пару випаровується з цих катодних точок, де щільність металевих атомів та заряджених частинок дуже висока, і дуга горить в цьому середовищі. При цьому металевий пар та заряджені частинки в стовбурі дуги постійно дифузують на зовні, а електроди продовжують випаровувати нові частинки для поповнення. Коли струм проходить через нуль, енергія дуги зменшується, температура електрода падає, ефект випаровування зменшується, щільність частинок в стовбурі дуги знижується, і нарешті, катодні точки зникають, коли струм проходить через нуль, що призводить до згасання дуги. Іноді, якщо ефект випаровування не може підтримувати швидкість дифузії стовбура дуги, дуга раптово зникає, що призводить до обрізання струму.
Високострумова вакуумна дуга: Коли розривається великий струм, енергія вакуумної дуги збільшується, і анод також сильно нагрівається, формуючи сильний стиснутий стовбур дуги. Одночасно ефект електродинамічної сили стає більш вираженим. Тому для високострумових вакуумних дуг розподіл магнітного поля між контактами має вирішальне значення для стабільності дуги та її характеристик згасання. Якщо струм занадто великий, перевищує граничний перериваючий струм, відбудеться невдале переривання. В цей момент контакти сильно нагріваються, продовжують випаровуватися навіть після того, як струм проходить через нуль, і діелектрик важко відновлюється, що робить неможливим переривання струму.
Структура та принцип роботи вимикачів
На прикладі zw27-12, нижче детально описано його структуру та принцип роботи.
Основа вимикача складається з провідного контуру, ізоляційної системи, уплотнень та корпусу. Він має трифазну спільну коробку. Провідний контур складається з входящих та виходящих провідних стрижнів, входящих та виходящих ізоляційних підтримок, провідних кліщів, гнучких з'єднань та вакуумної камери гашення дуги. Механізм має електроенергетичне зберігання та електричне відкриття та закриття, а також функцію ручного управління. Весь механізм складається з компонентів, таких як пружина закриття, система зберігання енергії, пристрій захисту від перепадів струму, катушки відкриття та закриття, ручна система відкриття та закриття, допоміжний переключач та індикатор зберігання енергії.
Вакуумний вимикач використовує явище, коли струм у високовакуумному середовищі проходить через нуль, плазма швидко дифундує, що призводить до згасання дуги та досягнення мети переривання струму.
Налагодження вимикача
Відкрите відстань та перевищення
Вимірювання відкритої відстані та перевищення вимикача: різниця виміряних x-значень, коли вимикач знаходиться у відкритому та замкнутому станах, є відкритою відстанню вимикача, а різниця виміряних y-значень є перевищенням вимикача. Налагодження досягається шляхом збільшення або зменшення ізоляційного операційного стрижня або з'єднуючого стрижня між механізмом та головним валом.
Налагодження механізму відкриття та закриття
Керуючий контур вимикачів
У більшості стандартизованих підстанцій 35 кВ в сільських електромережах прийнято принцип розділення контрольної шини від шини закриття. Через часті грози, дощі та сильні вітри в гористих районах, що призводять до численних відключення та збільшення кількості операцій закриття, катушка закриття вимикачів дуже схильна до вигорання. Ось, я пропоную внести невелике покращення в керуючий контур.
Вставте пару нормально-відкритих контактів ходового переключача зберігання енергії вимикача в ряд між допоміжними нормально-замкнутими контактами вимикача та катушкою закриття. Таким чином, коли вимикач не енергійний (не зберігає енергію), операція закриття не може бути виконана. Це запобігає закриттю, коли вимикач не енергійний, таким чином уникнено ситуації, коли контур закриття залишається увімкненим, що призводить до вигорання катушки закриття.
Одночасно, під час процесу проводки, необхідно забезпечити, щоб полярності шини закриття та контрольної шини на контакті ходового переключача зберігання енергії були однаковими. Це потрібно, щоб уникнути пробою в контурі закриття, який може пробити ходовий переключач, коли вимикач отримує енергію, що може призвести до вигорання керуючого предохранителя або відключення керуючого повітряного переключача. Цей пункт вимагає особливої уваги в інтегрованих автоматизованих підстанціях.
Експлуатація, технічне обслуговування та перевірки
Вакуумні вимикачі мають короткий час горіння дуги, високу діелектричну міцність та відносно довгий електричний термін служби. З невеликою відкритою відстанню та перевищенням, та мінімальною енергією операції, вони також мають довгий механічний термін служби. Під час щоденної експлуатації завдання з технічного обслуговування є відносно невеликими. Основною необхідністю є перевірка зношення рухомих частин механізму, забезпечення, що кріплення не розболтані, очищення пилу з поверхні ізоляції, та застосування трохи змастилювального жиру до рухомих частин.
Під час профілактичних тестів, результати тесту на постійний струм вимикача повинні бути порівняні з історичними даними. Якщо будуть виявлені проблеми, необхідно вчасно замінити або виправити. Тест на стійкість до напруги промислової частоти для вимикача є ефективним методом перевірки на витікання в вакуумному переривачі. (Для внутрішніх вакуумних вимикачів, колір світанку всередині вакуумного переривача під час відключення навантаження може бути використаний для первинної оцінки рівня вакууму. Темно-червоний колір вказує на зниження рівня вакууму, а світло-синій — на добрий рівень вакууму.)
Під час перевірки налаштування захисту проводиться тест на закриття при низькій напрузі вимикача, щоб перевірити, чи працює вимикач надійно, коли шина знаходиться у аварійному стані, а напруга знижується.
