Διακόπτες κενού υψηλής τάσης — Σχεδιασμός και Αρχή Λειτουργίας

Μεταξύ του σύγχρονου εξοπλισμού υψηλής τάσης που έχει σχεδιαστεί για τη μεταγωγή ηλεκτρικών κυκλωμάτων στην ηλεκτρική ενέργεια, μια ειδική θέση κατανέμεται στους διακόπτες κενού. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε δίκτυα από 6 έως 35 kV και λιγότερο συχνά σε σχήματα από 110 ή 220 kV συμπεριλαμβανομένων.

Το ονομαστικό ρεύμα διακοπής τους μπορεί να είναι από 20 έως 40 kA και η ηλεκτροδυναμική αντίστασή τους είναι περίπου 50 ÷ 100. Ο συνολικός χρόνος ενεργοποίησης ενός τέτοιου διακόπτη ή βλάβης είναι περίπου 45 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Κάθε φάση του κυκλώματος διαχωρίζεται αξιόπιστα με μονωτές και ταυτόχρονα όλος ο εξοπλισμός συναρμολογείται δομικά σε έναν κοινό δίσκο. Οι ζυγοί του υποσταθμού συνδέονται στους ακροδέκτες εισόδου του διακόπτη και η σύνδεση εξόδου στους ακροδέκτες εξόδου.

Οι επαφές ισχύος λειτουργούν εντός του διακόπτη κενού, οι οποίοι πιέζονται μεταξύ τους για να παρέχουν ελάχιστη αντίσταση επαφής και αξιόπιστη διέλευση τόσο του φορτίου όσο και των ρευμάτων έκτακτης ανάγκης.

Το πάνω μέρος του συστήματος επαφής είναι μόνιμα στερεωμένο και το κάτω μέρος υπό τη δράση της κινητήριας δύναμης μπορεί να κινείται αυστηρά στην αξονική κατεύθυνση.

Η εικόνα δείχνει ότι οι πλάκες επαφής βρίσκονται σε θάλαμο κενού και κινούνται από ράβδους που ελέγχονται από τις δυνάμεις τάσης των ελατηρίων και των πηνίων των ηλεκτρομαγνητών. Ολόκληρη αυτή η δομή βρίσκεται μέσα σε ένα σύστημα μονωτών, εξαιρουμένης της εμφάνισης ρευμάτων διαρροής.

Τα τοιχώματα του θαλάμου κενού είναι κατασκευασμένα από καθαρισμένα μέταλλα, κράματα και ειδικές κεραμικές συνθέσεις που εξασφαλίζουν την ερμητικότητα του περιβάλλοντος εργασίας για αρκετές δεκαετίες. Προκειμένου να αποκλειστεί η είσοδος αέρα κατά τις κινήσεις της κινητής επαφής, τοποθετείται μια συσκευή χιτωνίου.

Ο οπλισμός ενός ηλεκτρομαγνήτη συνεχούς ρεύματος μπορεί να κινηθεί για να κλείσει τις επαφές ισχύος ή να τις σπάσει λόγω αλλαγής της πολικότητας της τάσης που εφαρμόζεται στο πηνίο. Ένας μόνιμος κυκλικός μαγνήτης ενσωματωμένος στη δομή κίνησης συγκρατεί το κινούμενο μέρος σε οποιαδήποτε ενεργοποιημένη θέση.

Το σύστημα ελατηρίων εξασφαλίζει τη δημιουργία βέλτιστων ταχυτήτων κίνησης του οπλισμού κατά τις εναλλαγές, αποκλεισμό αναπήδησης επαφής και πιθανότητα κατάρρευσης στη δομή του τοίχου.

Τα κινηματικά και ηλεκτρικά κυκλώματα με άξονα συγχρονισμού και πρόσθετες βοηθητικές επαφές συναρμολογούνται μέσα στο σώμα του διακόπτη, παρέχοντας τη δυνατότητα παρακολούθησης και ελέγχου της θέσης του διακόπτη σε οποιαδήποτε κατάσταση.

Ραντεβού

Όσον αφορά τα λειτουργικά του καθήκοντα, ο διακόπτης κενού δεν διαφέρει από άλλα ανάλογα του εξοπλισμού υψηλής τάσης. Παρέχει:

1.Αξιόπιστη διέλευση ονομαστικής ηλεκτρικής ισχύος κατά τη συνεχή λειτουργία.

2. Η δυνατότητα εγγυημένης μεταγωγής εξοπλισμού από ηλεκτρικό προσωπικό σε χειροκίνητη ή αυτόματη λειτουργία κατά τη διάρκεια της λειτουργίας μεταγωγής για αλλαγή της διαμόρφωσης του κυκλώματος εργασίας.

3. αυτόματη απομάκρυνση των αναδυόμενων ατυχημάτων στο συντομότερο δυνατό χρόνο.

Η κύρια διαφορά μεταξύ του διακόπτη κενού είναι η μέθοδος κατάσβεσης του ηλεκτρικού τόξου που εμφανίζεται όταν οι επαφές αποσυνδέονται κατά τη διακοπή λειτουργίας. Εάν τα ανάλογα του δημιουργούν ένα περιβάλλον για πεπιεσμένο αέρα, λάδι ή αέριο SF6, τότε εδώ λειτουργεί ένα κενό.

Η αρχή της κατάσβεσης τόξου στο κύκλωμα ισχύος

Και οι δύο πλάκες επαφής λειτουργούν σε περιβάλλον κενού που σχηματίζεται με άντληση αερίων από το δοχείο του αγωγού τόξου σε 10-6÷10-8 N / cm2. Αυτό δημιουργεί υψηλή διηλεκτρική αντοχή που χαρακτηρίζεται από βελτιωμένες διηλεκτρικές ιδιότητες.

Με την έναρξη της κίνησης από την κίνηση των επαφών, εμφανίζεται ένα κενό μεταξύ τους, το οποίο περιέχει αμέσως ένα κενό. Μέσα σε αυτό ξεκινά η διαδικασία εξάτμισης του θερμαινόμενου μετάλλου από τα μαξιλαράκια επαφής. Το ρεύμα φορτίου συνεχίζει να ρέει μέσα από αυτά τα ζεύγη. Ξεκινά το σχηματισμό πρόσθετων ηλεκτρικών εκκενώσεων, δημιουργώντας ένα τόξο σε περιβάλλον κενού, το οποίο συνεχίζει να αναπτύσσεται λόγω της εξάτμισης και της απελευθέρωσης μεταλλικών ατμών.

Κάτω από τη δράση της εφαρμοζόμενης διαφοράς δυναμικού, τα σχηματισμένα ιόντα κινούνται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, δημιουργώντας ένα πλάσμα.

Στο περιβάλλον του, η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος συνεχίζεται, εμφανίζεται περαιτέρω ιονισμός.

Δεδομένου ότι ο διακόπτης λειτουργεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, η κατεύθυνσή του κατά τη διάρκεια κάθε μισού κύκλου αντιστρέφεται.Όταν το ημιτονοειδές κύμα διασχίζει το μηδέν, δεν υπάρχει ρεύμα. Εξαιτίας αυτού, το τόξο σβήνει απότομα και σπάει και τα απορριπτόμενα μεταλλικά ιόντα παύουν να διαχωρίζονται και σε 7-10 μικροδευτερόλεπτα καθιζάνουν πλήρως στις πλησιέστερες επιφάνειες επαφής ή σε άλλα μέρη του θαλάμου κατάσβεσης τόξου.

Σε αυτό το σημείο, η διηλεκτρική ισχύς του διακένου μεταξύ των επαφών ισχύος, γεμάτη με κενό, αποκαθίσταται σχεδόν αμέσως, γεγονός που εξασφαλίζει την τελική διακοπή του ρεύματος φορτίου. Στον επόμενο μισό κύκλο του ημιτονοειδούς κύματος, το ηλεκτρικό τόξο δεν μπορεί πλέον να εμφανιστεί.

Έτσι, για να τερματιστεί η δράση ενός ηλεκτρικού τόξου σε περιβάλλον κενού, όταν ανοίγουν οι επαφές ισχύος, αρκεί το εναλλασσόμενο ρεύμα να αλλάξει την κατεύθυνση του.

Τεχνολογικά χαρακτηριστικά διαφορετικών μοντέλων

Οι διακόπτες κενού είναι σχεδιασμένοι για συνεχή λειτουργία σε εξωτερικούς ή σε κλειστές κατασκευές. Οι εξωτερικές μονάδες στερέωσης κατασκευάζονται με συμπαγείς στύλους κατασκευασμένους με μόνωση σιλικόνης και για εσωτερική εργασία χρησιμοποιούνται χυτές εποξειδικές ενώσεις.

Οι θάλαμοι κενού κατασκευάζονται κινητοί στο εργοστάσιο, ιδανικά τοποθετημένοι για εγκατάσταση σε χυτό περίβλημα. Επαφές ισχύος από ειδικούς τύπους κραματοποιημένων κραμάτων έχουν ήδη τοποθετηθεί στο εσωτερικό τους. Χάρη στην εφαρμοσμένη αρχή λειτουργίας και σχεδίασης, παρέχουν απαλή κατάσβεση του ηλεκτρικού τόξου, αποκλείουν την πιθανότητα υπέρτασης στο κύκλωμα.

Ένας γενικός ηλεκτρομαγνητικός ενεργοποιητής χρησιμοποιείται σε όλα τα σχέδια διακοπτών κενού. Διατηρεί τις επαφές ισχύος σε κλειστή ή απενεργοποιημένη κατάσταση λόγω της ενέργειας των ισχυρών μαγνητών.

Η εναλλαγή και η στερέωση του συστήματος επαφής πραγματοποιείται από τη θέση του «μαγνητικού μανδάλου», το οποίο αλλάζει την αλυσίδα των μαγνητών για να επανασυνδέσει ή να αποσυνδέσει τον κινητό οπλισμό. Τα ενσωματωμένα ελατήρια επιτρέπουν τη χειροκίνητη εναλλαγή από ηλεκτρικό προσωπικό.

Για τον έλεγχο της λειτουργίας του διακόπτη κενού, τυπικών κυκλωμάτων ρελέ ή ηλεκτρονικών, μονάδες μικροεπεξεργαστή, το οποίο μπορεί να βρίσκεται απευθείας στο περίβλημα της μονάδας ή να είναι κατασκευασμένο από απομακρυσμένες συσκευές σε ξεχωριστά ντουλάπια, μπλοκ ή πάνελ.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των αυτόματων διακοπτών κενού

Τα οφέλη περιλαμβάνουν:

• σχετική απλότητα σχεδιασμού.

• μειωμένη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή διακοπτών.

• ευκολία στην επισκευή, η οποία συνίσταται στη δυνατότητα αντικατάστασης μπλοκ ενός σπασμένου αγωγού τόξου.

• την ικανότητα του διακόπτη να λειτουργεί σε οποιονδήποτε προσανατολισμό στο χώρο.

• υψηλή αξιοπιστία;

• αυξημένη αντίσταση στα φορτία μεταγωγής.

• περιορισμένα μεγέθη.

• αντοχή στη φωτιά και την έκρηξη.

• αθόρυβη λειτουργία κατά την εναλλαγή.

• υψηλή φιλικότητα προς το περιβάλλον, εκτός από την ατμοσφαιρική ρύπανση.

Τα μειονεκτήματα του σχεδιασμού είναι:

• σχετικά χαμηλά επιτρεπόμενα ρεύματα ονομαστικών και έκτακτων τρόπων λειτουργίας.

• η εμφάνιση υπερτάσεων μεταγωγής κατά τη διάρκεια διακοπών χαμηλών επαγωγικών ρευμάτων.

• μειωμένος πόρος της συσκευής τόξου όσον αφορά την εξάλειψη των ρευμάτων βραχυκυκλώματος.