Средневольтные выключатели: почему широко используются пружинные приводы

Средневольтные выключатели — такие как распространенные вакуумные выключатели на 12 кВ, 24 кВ и 40,5 кВ — обычно используют пружинные приводы. Это связано с тем, что пружинные механизмы обеспечивают оптимальное сочетание характеристик работы, надежности, экономичности и зависимости от вспомогательного питания в средневольтных приложениях.

Учитывая технические характеристики средневольтных коммутационных устройств, конкретные причины можно свести к следующим основным аспектам:

Чрезвычайно низкие требования к мощности (разделение накопления энергии и привода)

Пружинный механизм работает по принципу "медленной зарядки двигателя, мгновенного выпуска пружины". Двигатель зарядки обычно потребляет всего несколько десятков или сотен ватт, а процесс зарядки длится от нескольких до более чем десяти секунд. При операциях включения или отключения требуется только очень малый ток (несколько ампер) для срабатывания защелки и выполнения действия.

• Сравнение с электромагнитными механизмами: ранние электромагнитные приводы требовали нескольких десятков или даже более ста ампер высокого постоянного тока в момент включения, что требовало использования больших источников постоянного тока и тяжелых кабелей управления в подстанциях. Пружинный механизм полностью решает эту проблему, легко приводимый в действие как от переменного, так и от постоянного источника питания, значительно снижая стоимость вспомогательных систем.

Rockwill VD4 Вакуумный выключатель Фотография

Идеальная способность к работе при потере напряжения (аварийная надежность)

В условиях экстремальных ситуаций, таких как серьезные сетевые аварии или полное отключение подстанции, надежная работа выключателя является критически важной.

• При условии, что пружина находится в заряженном (накопленном) состоянии, не требуется внешнего источника питания — механические кнопки могут быть использованы для выполнения операций включения или отключения, чтобы изолировать аварию или восстановить питание.

• Даже если пружина не заряжена и нет источника питания, операторы могут использовать ручную рукоятку для механической зарядки пружины, после чего выполнить ручное включение или отключение. Эта надежная механическая резервность является важным средством обеспечения безопасности сети.

Идеальное соответствие механическим характеристикам вакуумных выключателей

Большинство современных средневольтных применений используют вакуумные выключатели (VCBs). Зазор вакуумного прерывателя очень мал (для выключателей на 12 кВ зазор обычно составляет около 8-11 мм), а перехлест также короткий. Однако требования предполагают высокую начальную скорость при включении и отключении, а также минимальное заклинивание при включении.

• Пружина выпускает огромную мгновенную силу. В сочетании с механическим дизайном кулачков, рычагов и четырехзвенных механизмов, она может точно передать высокое начальное контактное давление и высокую скорость отключения, необходимые для вакуумного прерывателя, эффективно предотвращая сваривание контактов и обеспечивая быстрое гашение дуги при переходе через ноль тока.

Отсутствие жидких сред, хорошая адаптивность к окружающей среде

• Сравнение с гидравлическими/пневматическими механизмами: в высоковольтных или сверхвысоковольтных приложениях (110 кВ и выше), где часто требуется большое количество энергии для операций, используются гидравлические или пневматические механизмы. Однако в средневольтной области, энергия, необходимая для операций выключателей (несколько десятков или сотен джоулей), находится в пределах физических возможностей накопления энергии пружин. Пружинные механизмы являются чисто механическими передачами, свободными от проблем, таких как утечка масла или газа, увеличение вязкости масла при низких температурах, и менее чувствительны к изменениям температуры окружающей среды, что приводит к низким затратам на обслуживание.

Для требований долговечности средневольтные выключатели могут выбирать постоянномагнитные приводы. Эти механизмы используют постоянные магниты для поддержания замкнутого состояния, имеют очень мало движущихся частей и могут достичь механического ресурса в десятки тысяч или даже сотни тысяч операций — значительно превышая ресурс традиционных пружинных механизмов (обычно около 10 000-20 000 операций).

В специальных применениях, требующих частых операций или сверхдлительных периодов без обслуживания (например, электрифицированные железные дороги или металлургические дуговые печи), постоянномагнитные механизмы становятся лучшим выбором благодаря их низкому износу и преимуществам, не требующим регулировки.

Однако постоянномагнитные механизмы требуют специальных контроллеров и конденсаторных батарей, а также предъявляют крайне высокие требования к надежности электронных компонентов. Поэтому на общем рынке средневольтных коммутационных устройств, пружинные механизмы по-прежнему сохраняют свое абсолютное доминирующее положение благодаря своей простоте, независимости и низкой стоимости.

Заключение

Пружинные приводы обменивают время на энергию (медленная зарядка, быстрый выпуск), обеспечивая очень высокую степень независимости и резервирования системы чисто механическими средствами. На примере Rockwill VD4, его модульный пружинный привод, основанный на чисто механических преимуществах, дополнительно обеспечивает длительную работу без обслуживания, значительно снижая затраты на обслуживание в течение всего жизненного цикла.

В то же время, его конструкция с твердой изоляцией эффективно изолирует пыль и влагу, обеспечивая стабильные изоляционные характеристики в жестких условиях эксплуатации.

Эти характеристики идеально соответствуют основным требованиям средневольтных сетей: "массовое развертывание, низкие эксплуатационные расходы и крайне высокая надежность устранения неисправностей."

Редактировано:Garca