Întreruptoare cu vid de înaltă tensiune — Proiectare și principiu de funcționare

Printre echipamentele moderne de înaltă tensiune concepute pentru comutarea circuitelor electrice în electricitate, un loc special este alocat întrerupătoarelor cu vid. Sunt utilizate pe scară largă în rețelele de la 6 la 35 kV și mai rar în scheme de la 110 sau 220 kV inclusiv.

Curentul lor nominal de rupere poate fi de la 20 la 40 kA, iar rezistența lor electrodinamică este de aproximativ 50 ÷ 100. Timpul total de declanșare a unui astfel de întrerupător sau defecțiune este de aproximativ 45 de milisecunde.

Fiecare fază a circuitului este separată în mod fiabil de izolatori și, în același timp, toate echipamentele sunt asamblate structural pe o unitate comună. Barele substației sunt conectate la bornele de intrare ale comutatorului și conexiunea de ieșire la bornele de ieșire.

Contactele de putere funcționează în interiorul întreruptorului cu vid, care sunt presate împreună pentru a oferi rezistență de contact minimă și trecere fiabilă atât a curenților de sarcină, cât și a celor de urgență.

Partea superioară a sistemului de contact este fixată permanent, iar partea inferioară sub acțiunea forței de antrenare se poate deplasa strict în direcția axială.

Imaginea arată că plăcile de contact sunt amplasate într-o cameră de vid și sunt antrenate de tije controlate de forțele de tensiune ale arcurilor și bobinelor electromagneților. Întreaga structură este situată în interiorul unui sistem de izolatori, excluzând apariția curenților de scurgere.

Pereții camerei de vid sunt realizați din metale purificate, aliaje și compoziții ceramice speciale care asigură ermeticitatea mediului de lucru timp de câteva decenii. Pentru a exclude pătrunderea aerului în timpul mișcărilor contactului mobil, este instalat un dispozitiv de manșon.

Armatura unui electromagnet de curent continuu se poate deplasa pentru a închide contactele de putere sau a le rupe din cauza unei modificări a polarității tensiunii aplicate bobinei. Un magnet circular permanent încorporat în structura de antrenare ține piesa mobilă în orice poziție acționată.

Sistemul de arcuri asigură crearea unor viteze optime de deplasare a armăturii în timpul comutărilor, excluderea sariturii de contact și posibilitatea prăbușirilor în structura peretelui.

Circuitele cinematice și electrice cu un arbore de sincronizare și contacte auxiliare suplimentare sunt asamblate în interiorul corpului comutatorului, oferind capacitatea de a monitoriza și controla poziția comutatorului în orice stare.

Programare

În ceea ce privește sarcinile sale funcționale, întrerupătorul de vid nu diferă de alți analogi ai echipamentelor de înaltă tensiune. Oferă:

1.Trecerea sigură a puterii electrice nominale în timpul funcționării continue;

2. posibilitatea comutării echipamentelor garantate de către personalul electric în regim manual sau automat în timpul comutării operaționale pentru modificarea configurației circuitului de lucru;

3. eliminarea automată a accidentelor emergente în cel mai scurt timp posibil.

Principala diferență dintre întrerupătorul de circuit în vid este metoda de stingere a arcului electric care apare atunci când contactele sunt deconectate în timpul opririi. Dacă analogii săi creează un mediu pentru aer comprimat, ulei sau gaz SF6, atunci un vid funcționează aici.

Principiul stingerii arcului în circuitul de putere

Ambele plăci de contact funcționează într-un mediu de vid format prin pomparea gazelor din vasul jgheabului cu arc până la 10-6÷10-8 N/cm2. Aceasta creează o rigiditate dielectrică ridicată, caracterizată prin proprietăți dielectrice îmbunătățite.

Odată cu începerea mișcării de la acționarea contactelor, apare un spațiu între ele, care conține imediat un vid. În interiorul acestuia, începe procesul de evaporare a metalului încălzit din plăcuțele de contact. Curentul de sarcină continuă să circule prin aceste perechi. Inițiază formarea de descărcări electrice suplimentare, creând un arc într-un mediu de vid, care continuă să se dezvolte datorită evaporării și eliberării vaporilor de metal.

Sub acțiunea diferenței de potențial aplicate, ionii formați se mișcă într-o anumită direcție, creând o plasmă.

În mediul său, fluxul de curent electric continuă, are loc ionizarea ulterioară.

Deoarece comutatorul funcționează pe curent alternativ, direcția sa în timpul fiecărei jumătăți de ciclu este inversată.Când unda sinusoidală trece de zero, nu există curent. Datorită acestui fapt, arcul este stins și rupt brusc, iar ionii metalici respinși încetează să se separe și în 7-10 microsecunde se așează complet pe cele mai apropiate suprafețe de contact sau alte părți ale camerei de stingere a arcului.

În acest moment, rigiditatea dielectrică a spațiului dintre contactele de putere, umplute cu vid, este restabilită aproape imediat, ceea ce asigură oprirea finală a curentului de sarcină. În următorul semiciclu al undei sinusoidale, arcul electric nu mai poate apărea.

Astfel, pentru a înceta acțiunea unui arc electric într-un mediu de vid, atunci când contactele de putere sunt deschise, este suficient ca curentul alternativ să-și schimbe direcția.

Caracteristicile tehnologice ale diferitelor modele

Întreruptoarele cu vid sunt proiectate pentru funcționare continuă în exterior sau în structuri închise. Unitățile de montaj exterioare sunt realizate cu stâlpi plini realizati cu izolație din silicon, iar pentru lucrările interioare se folosesc compuși epoxidici turnați.

Camerele de vid sunt fabricate mobile în fabrică, configurate optim pentru instalare într-o carcasă turnată. Contactele de putere din tipuri speciale de aliaje aliate sunt deja plasate în interiorul lor. Ele, datorită principiului aplicat de funcționare și proiectare, asigură stingerea blândă a arcului electric, excluzând posibilitatea supratensiunii în circuit.

Un actuator electromagnetic universal este utilizat în toate modelele de întrerupătoare cu vid. Menține contactele de putere în stare închisă sau oprită datorită energiei magneților puternici.

Comutarea și fixarea sistemului de contact se realizează prin poziția „zăvorului magnetic”, care comută lanțul de magneți pentru a reconecta sau deconecta armătura mobilă. Elementele cu arc încorporate permit comutarea manuală de către personalul electric.

Pentru a controla funcționarea întreruptorului în vid, a circuitelor de relee tipice sau electronice, unități cu microprocesor, care poate fi amplasat direct în carcasa unității sau realizat din dispozitive la distanță în dulapuri, blocuri sau panouri separate.

Avantajele și dezavantajele întrerupătoarelor cu vid

Beneficiile includ:

• simplitatea relativă a designului;

• consum redus de energie electrică pentru producția de întrerupătoare;

• comoditate în reparație, care constă în posibilitatea înlocuirii blocului a unei jgheaburi cu arc rupt;

• capacitatea comutatorului de a funcționa în orice orientare în spațiu;

• fiabilitate ridicată;

• rezistență crescută la sarcini de comutare;

• dimensiuni limitate;

• rezistență la foc și explozie;

• funcționare silențioasă la comutare;

• prietenos ridicat cu mediul, cu excepția poluării atmosferice.

Dezavantajele designului sunt:

• curenți admisibili relativ mici ai modurilor nominale și de urgență;

• apariția supratensiunilor de comutare în timpul întreruperilor curenților inductivi scăzuti;

• resursă redusă a dispozitivului cu arc în ceea ce privește eliminarea curenților de scurtcircuit.