Вакуумни прекъсвачи с високо напрежение — дизайн и принцип на действие

Сред съвременното оборудване за високо напрежение, предназначено за превключване на електрически вериги в електроенергията, специално място е отделено на вакуумните прекъсвачи. Те се използват широко в мрежи от 6 до 35 kV и по -рядко в схеми от 110 или 220 kV включително.

Техният номинален ток на прекъсване може да бъде от 20 до 40 kA, а електродинамичното им съпротивление е около 50 ÷ 100. Общото време за изключване на такъв прекъсвач или повреда е около 45 милисекунди.

Всяка фаза на веригата е надеждно разделена от изолатори и в същото време цялото оборудване е конструктивно сглобено на едно общо задвижване. Шините на подстанциите са свързани към входните клеми на превключвателя, а изходящата връзка — към изходните.

Захранващите контакти работят във вакуумния прекъсвач, които са притиснати заедно, за да осигурят минимално съпротивление на контакта и надеждно преминаване както на натоварването, така и на аварийните токове.

Горната част на контактната система е постоянно фиксирана, а долната под действието на задвижващата сила е в състояние да се движи строго в аксиална посока.

Картината показва, че контактните плочи са разположени във вакуумна камера и се задвижват от пръти, контролирани от силите на опън на пружините и намотките на електромагнитите. Цялата тази конструкция е разположена вътре в система от изолатори, изключвайки появата на токове на утечка.

Стените на вакуумната камера са изработени от пречистени метали, сплави и специални керамични състави, които осигуряват херметичността на работната среда в продължение на няколко десетилетия. За да се изключи проникването на въздух по време на движенията на подвижния контакт, е монтирано устройство с маншон.

Арматурата на електромагнит с постоянен ток може да се движи, за да затвори силовите контакти или да ги прекъсне поради промяна в полярността на напрежението, приложено към намотката. Постоянен кръгъл магнит, вграден в задвижващата конструкция, държи движещата се част във всяко задействано положение.

Системата от пружини осигурява създаването на оптимални скорости на движение на арматурата по време на комутации, изключване на отскачане на контакт и възможност за сривове в конструкцията на стената.

Кинематичните и електрическите вериги със синхронизиращ вал и допълнителни спомагателни контакти са сглобени вътре в тялото на превключвателя, осигурявайки възможност за наблюдение и контрол на положението на превключвателя във всяко състояние.

Назначаване

По отношение на функционалните си задачи вакуумният прекъсвач не се различава от другите аналози на оборудването с високо напрежение. Осигурява:

1. Надеждно преминаване на номинални електрически мощности по време на продължителна експлоатация;

2. възможността за гарантирано превключване на оборудването от електрически персонал в ръчен или автоматичен режим по време на оперативно превключване за промяна на конфигурацията на работната верига;

3. автоматично отстраняване на възникващи аварии в най -кратки срокове.

Основната разлика между вакуумния прекъсвач е начинът за гасене на електрическата дъга, която възниква, когато контактите са изключени по време на изключване. Ако неговите аналози създават среда за сгъстен въздух, масло или SF6 газ, тогава тук работи вакуум.

Принципът на гасене на дъга в силовата верига

И двете контактни плочи работят във вакуумна среда, образувана чрез изпомпване на газове от съда на дъговия улей до 10-6÷10-8 N / cm2. Това създава висока диелектрична якост, характеризираща се с подобрени диелектрични свойства.

С началото на движението от задвижването на контактите между тях се появява празнина, която веднага съдържа вакуум. Вътре в него започва процесът на изпаряване на нагрятия метал от контактните подложки. Токът на натоварване продължава да тече през тези двойки. Той инициира образуването на допълнителни електрически разряди, създавайки дъга във вакуумна среда, която продължава да се развива поради изпаряването и отделянето на метални пари.

Под действието на приложената потенциална разлика, образуваните йони се движат в определена посока, създавайки плазма.

В неговата среда потокът от електрически ток продължава, настъпва по -нататъшна йонизация.

Тъй като превключвателят работи с променлив електрически ток, посоката му през всеки полупериод е обратна. Когато синусоидата премине нула, няма ток. Поради това дъгата рязко изгасва и се скъсва, а отхвърлените метални йони престават да се отделят и за 7-10 микросекунди напълно се утаяват върху най-близките контактни повърхности или други части на камерата за гасене на дъга.

В този момент диелектричната якост на пролуката между силовите контакти, запълнена с вакуум, се възстановява почти незабавно, което осигурява окончателното изключване на тока на натоварване. В следващия полупериод на синусоидата електрическата дъга вече не може да възникне.

По този начин, за да се прекрати действието на електрическа дъга във вакуумна среда, при отваряне на силовите контакти е достатъчно променливият ток да промени посоката си.

Технологични характеристики на различни модели

Вакуумните прекъсвачи са предназначени за продължителна работа на открито или в затворени конструкции. Устройствата за външен монтаж са изработени с плътни стълбове, направени със силиконова изолация, а за вътрешни работи се използват леени епоксидни съединения.

Вакуумните камери се произвеждат подвижно във фабриката, оптимално настроени за монтаж в формован корпус. Силовите контакти, изработени от специални видове легирани сплави, вече са поставени вътре в тях. Те, благодарение на прилагания принцип на действие и дизайн, осигуряват меко гасене на електрическата дъга, изключват възможността за пренапрежение във веригата.

Универсален електромагнитен задвижващ механизъм се използва във всички конструкции на вакуумни прекъсвачи. Той поддържа контактите на захранването в затворено или изключено състояние поради енергията на мощни магнити.

Превключването и фиксирането на контактната система се осъществява чрез позицията на «магнитното резе», което превключва веригата от магнити за повторно свързване или изключване на подвижната арматура. Вградените пружинни елементи позволяват ръчно превключване от електрически персонал.

За да се контролира работата на вакуумния прекъсвач, се използват типични релейни вериги или електронни, микропроцесорни блокове, които могат да бъдат разположени директно в корпуса на задвижването или направени от отдалечени устройства в отделни шкафове, блокове или панели.

Предимства и недостатъци на вакуумните прекъсвачи

Предимствата включват:

• относителна простота на дизайна;

• намалена консумация на електроенергия за производството на превключватели;

• удобство при ремонта, което се състои в възможност за блокова подмяна на счупен дъгови улей;

• способността на превключвателя да работи във всяка ориентация в пространството;

• висока надеждност;

• повишена устойчивост на превключващи товари;

• ограничени размери;

• устойчивост на огън и експлозия;

• тиха работа при превключване;

• висока екологичност, с изключение на замърсяването на атмосферата.

Недостатъците на дизайна са:

• относително ниски допустими токове на номинални и аварийни режими;

• появата на комутационни пренапрежения по време на прекъсвания на ниски индуктивни токове;

• намален ресурс на дъговото устройство по отношение на елиминирането на токовете на късо съединение.