Узнайте, как работают обратный клапан и предохранительный клапан внутри дугогасительной камеры элегазового бакового выключателя с автогенерацией давления, обеспечивая отключение токов во всем диапазоне и снижение энергии срабатывания.
Область применения: Наружные баковые элегазовые выключатели, использующие принцип автогенного гашения дуги (термическое расширение и вспомогательное сжатие), оснащенные пружинными приводами. Настоящий документ соответствует конструкции данного типа дугогасительных камер и отвечает техническим определениям принципа автогенного гашения дуги для высоковольтных выключателей переменного тока.
Элегазовые выключатели бакового типа в цеху
В выключателях данного типа элегаз служит как изолирующей, так и дугогасящей средой. В дугогасительной камере применяется принцип автогенного гашения дуги (термическое расширение собственной энергии и вспомогательное сжатие). Инкапсулированная внутри опорного фарфорового ввода, она является основным узлом прерывания выключателя.
Ее основными компонентами являются фарфоровый ввод, основание неподвижного контакта, неподвижный главный контакт, неподвижный дугоносный контакт, сопло, цилиндр, подвижный дугоносный контакт, промежуточный контакт, нижнее опорное основание и изолирующая тяга.
Внутри дугогасительной камеры имеются две функциональные полости, которые являются предпосылками для понимания работы клапанов:
Обе камеры соединены через клапанные каналы. По команде на отключение пружина отключения приводит в движение жесткие подвижные узлы, включая цилиндр, подвижный дугоносный контакт и тягу, заставляя их перемещаться вниз.
Сначала неподвижный главный контакт отделяется от подвижного главного контакта, и рабочий ток переходит на все еще замкнутые дугоносные контакты. Затем дугоносные контакты размыкаются и возникает электрическая дуга. Направленный поток элегаза, создаваемый разницей давлений между двумя камерами, обдувает и гасит дугу при нулевом значении переменного тока.
Обратный клапан и упругий предохранительный клапан управляют направлением потока газа между камерами, а также верхним пределом давления в камере газового сжатия. Они обеспечивают надежное отключение во всем диапазоне токов и снижают требования к энергии срабатывания пружинного привода.
Примечание к стандарту: Согласно IEC 62271-100, выключатели должны проходить испытания на отключение во всем диапазоне, охватывающие номинальный ток отключения короткого замыкания, а также условия коммутации малых индуктивных и малых емкостных токов. Оба клапана являются критически важными компонентами для устранения мертвой зоны отключения.
Место установки: Устанавливается на нижнем канале камеры термического расширения внутри цилиндра. Он действует как запорно-регулирующий элемент между камерой термического расширения и камерой газового сжатия. Он пропускает газ только в одном направлении и открывается и закрывается автоматически под действием перепада давления на его двух сторонах, не требуя внешнего привода.
Основная функция: Автоматическое переключение источника газа для дутья в зависимости от величины тока отключения, реализация автогенного гашения за счет термического расширения при отключении больших токов и вспомогательного компрессионного дутья при отключении малых токов, а также обеспечение эффективного давления дутья во всем диапазоне токов.
При отключении тока короткого замыкания энергия дуги огромна. Высокотемпературный поток элегаза из зоны дуги поступает в камеру термического расширения и после теплообмена становится низкотемпературным элегазом высокого давления. Когда давление в камере термического расширения выше, чем в камере газового сжатия, перепад давления плотно прижимает обратный клапан в закрытом положении. Он блокирует обратный поток газа в камеру газового сжатия и удерживает газ высокого давления, созданный энергией дуги, внутри камеры термического расширения.
При нулевом значении переменного тока элегаз высокого давления, накопленный в камере термического расширения, с высокой скоростью устремляется к межконтактному промежутку. Он охлаждает и сдувает плазму, быстро восстанавливая диэлектрическую прочность разомкнутого межконтактного промежутка и завершая гашение дуги. Это режим автогенного отключения за счет термического расширения.
В условиях малых токов энергия дуги ограничена, а рост давления внутри камеры теплового расширения недостаточен. Непрерывное сжатие во время движения на отключение делает давление внутри камеры сжатия газа выше, чем в камере теплового расширения. Перепад давления открывает обратный клапан. Сжатый SF6 внутри камеры сжатия газа поступает в контактный промежуток через обратный клапан.
При переходе тока через ноль этот поток сжатого SF6 гасит дугу, что известно как режим прерывания вспомогательным сжимающим дутьем.
Краткое резюме: Обратный клапан работает как селектор источника газа с приводом от перепада давления между двумя камерами. Он запирается для сохранения давления собственного дутья камеры теплового расширения при больших токах короткого замыкания; он открывается для подачи сжатого газа из камеры сжатия газа в условиях малых токов. Это устраняет мертвую зону отключения при малых токах в конструкции дугогасительного устройства с использованием собственной энергии и обеспечивает стабильную отключающую способность в диапазоне от номинального тока короткого замыкания до малых токов коммутации.
Примечание о соответствии: Типовые испытания, указанные в МЭК 62271-100, включают проверку отключения при различных амплитудах тока. Характеристика давления при включении-отключении данного клапана должна охватывать все уровни испытательного тока, чтобы избежать недостаточного давления дутья и отказа при отключении во время коммутации малых токов.
Место установки: Устанавливается в нижней части камеры сжатия газа внутри цилиндра, работая совместно с клапаном возврата газа у основания камеры.
Важное напоминание: Данный клапан НЕ является устройством сброса избыточного давления для дугогасительной камеры. Это рабочий клапан регулирования давления, который срабатывает при каждой нормальной операции отключения. Он только ограничивает давление внутри камеры сжатия газа и НЕ будет сбрасывать давление для камеры теплового расширения.
Основная функция: Ограничение максимальной силы реакции камеры сжатия газа, существенное снижение требуемой рабочей энергии пружинного привода, уменьшение механической нагрузки на компоненты привода и повышение механического ресурса.
Рабочий процесс: Во время хода отключения движение цилиндра вниз непрерывно сжимает SF6 внутри камеры сжатия газа, и внутреннее давление постепенно повышается. Когда давление достигает предварительно установленного порогового значения, сила газа преодолевает предварительный натяг пружины и поднимает, открывая упругий клапан сброса давления.
Затем камера сжатия газа работает в смешанном режиме: газ продолжает сжиматься, в то время как избыточный газ сбрасывается наружу. Давление в камере ограничивается вблизи калиброванного значения вместо неограниченного роста.
Приводу больше не нужно противодействовать быстро возрастающей силе реакции газа, что значительно снижает потребность в рабочей энергии отключения и снижает механические напряжения на пружинах, шатунах, вращающихся валах и других деталях.
Краткое резюме: Упругий клапан сброса давления действует как ограничитель давления и силы реакции для камеры сжатия газа. Умеренное снижение предельного давления для камеры сжатия приводит к значительному уменьшению рабочей энергии привода. Он соответствует выходной мощности пружинного привода и реализует такие характеристики продукта, как низкие требования к рабочей мощности и высокая надежность.
Ключевое различие (легко путаемые элементы)
| Компонент | Место установки | Состояние при отключении высоких токов короткого замыкания | Состояние при отключении малых токов | Основная функция |
|---|---|---|---|---|
| Обратный клапан | Канал, соединяющий камеру теплового расширения и камеру газового сжатия (нижняя часть цилиндра) | Закрыт; газ высокого давления удерживается в камере теплового расширения для отключения с автопневматическим дутьем | Открыт; сжатый газ подается из камеры газового сжатия для вспомогательного дутья | Переключение источника газа для дутья по перепаду давления, обеспечение надежного отключения токов полного диапазона |
| Упругий клапан сброса давления | Днище камеры газового сжатия | Открывается при заданном давлении; сброс избыточного газа из камеры сжатия для снижения силы реакции привода | Открывается при заданном давлении; сброс избыточного газа из камеры сжатия для снижения силы реакции привода | Ограничение максимального давления в камере газового сжатия, снижение энергии операции включения и защита приводного механизма |
Обратный клапан определяет характеристики дутья при гашении дуги. Для сценариев с высоким и низким током он выбирает источник газа для дутья между собственной энергией, генерируемой дугой (камера теплового расширения), и энергией механического сжатия (камера газового сжатия) соответственно. Это позволяет избежать мертвой зоны отключения при малых токах и гарантирует характеристики отключения во всем диапазоне, соответствующие требованиям типовых испытаний стандарта МЭК.
Упругий клапан сброса давления определяет нагрузку на приводной механизм. Он ограничивает силу реакции газа из камеры газового сжатия в пределах контролируемого диапазона и предотвращает чрезмерные требования к энергии для приводного механизма. Таким образом, дугогасительная камера может быть согласована с компактным пружинным приводом с относительно низкой выходной энергией, что обеспечивает такие технические характеристики, как компактная конструкция, низкая требуемая мощность срабатывания и высокая надежность.
Совместное действие этих двух клапанов позволяет элегазовой дугогасительной камере с автогенерационным дутьем реализовать проектную цель по обеспечению баланса между отличной отключающей способностью и легким приводным механизмом.
Дополнительное напоминание о соответствии: стандарт МЭК 62271-100 требует, чтобы выключатели проходили проверку на электрическую износостойкость класса C2 и механическую износостойкость класса M2. Сопротивление усталости обратного клапана и клапана сброса давления при многократных циклах отключения-включения является важным пунктом оценки при типовых испытаниях.
Персоналу, осуществляющему техническое обслуживание на объекте, категорически запрещается изменять предварительно установленный предварительный натяг пружины данных клапанов. Несанкционированная регулировка приведет к изменению давления дутья и энергии срабатывания привода, что может привести к отказу при отключении или повреждению привода.
Вход
