Mataas na boltahe switch: pag-uuri, aparato, prinsipyo ng operasyon

Ang mga kinakailangan para sa mga switch ay ang mga sumusunod:

1) pagiging maaasahan sa trabaho at kaligtasan para sa iba;

2) mabilis na pagtugon — posibleng maikling oras ng pagsara;

3) kadalian ng pagpapanatili;

4) kadalian ng pag-install;

5) tahimik na operasyon;

6) medyo mababang gastos.

Ang kasalukuyang ginagamit na mga circuit breaker ay nakakatugon sa mga nakalistang kinakailangan sa mas malaki o mas maliit na lawak. Gayunpaman, sinisikap ng mga taga-disenyo ng circuit breaker na mas mahusay na itugma ang mga katangian ng circuit breaker sa mga kinakailangan sa itaas.

Mga switch ng langis

Mayroong dalawang uri ng switch ng langis — reservoir at mababang langis. Ang mga pamamaraan ng arc space deionization sa mga key na ito ay pareho. Ang pagkakaiba lamang ay sa pagkakabukod ng contact system mula sa ground base at sa dami ng langis.

Hanggang kamakailan, ang mga tangke para sa mga tangke ng mga sumusunod na uri ay nagtrabaho: VM-35, S-35, pati na rin ang mga switch ng serye ng U na may mga boltahe mula 35 hanggang 220 kV. Ang mga switch ng tangke ay idinisenyo para sa panlabas na pag-mount, hindi kasalukuyang nasa produksyon.

Ang pangunahing disadvantages ng mga switch ng tangke: pagsabog at sunog; ang pangangailangan para sa pana-panahong pagsubaybay sa kondisyon at antas ng langis sa tangke at mga pasukan; isang malaking dami ng langis, na humahantong sa isang malaking pamumuhunan ng oras para sa pagpapalit nito, ang pangangailangan para sa malaking reserba ng langis; hindi angkop para sa panloob na pag-install.

Mababang switch ng langis

Ang mga switch na may mababang langis (uri ng palayok) ay malawakang ginagamit sa sarado at bukas na switchgear lahat ng boltahe. Ang langis sa mga switch na ito ay pangunahing nagsisilbing isang arcing medium at bahagyang bilang insulation sa pagitan ng mga bukas na contact.

Ang paghihiwalay ng mga live na bahagi mula sa isa't isa at mula sa mga grounded na istruktura ay ginagawa gamit ang porselana o iba pang solidong insulating materials. Ang mga contact ng mga switch para sa panloob na pag-mount ay matatagpuan sa isang tangke ng bakal (palayok), na ang dahilan kung bakit ang pangalan ng "uri ng palayok" na mga switch ay pinanatili.

Ang mga low-oil circuit breaker na may boltahe na 35 kV pataas ay may porselana na katawan. Ang pinakalawak na ginagamit ay mga pendants ng 6-10 kV type (VMG-10, VMP-10). Sa mga circuit breaker na ito ang katawan ay naayos sa mga porselana na insulator sa isang karaniwang frame para sa tatlong poste. Ang bawat poste ay may isang contact break at isang arc chute.

Mga scheme ng disenyo ng mga switch na mababa ang langis 1 — naitataas na contact; 2 - arc chute; 3 — fixed contact; 4 — gumaganang mga contact

Sa mataas na rate ng mga alon, mahirap na gumana sa isang pares ng mga contact (kumikilos bilang operating at arcing contact), samakatuwid ang mga operating contact ay ibinibigay sa labas ng breaker at ang mga arcing contact ay nasa isang metal tank. Sa mataas na breaking currents, mayroong dalawang arcing break para sa bawat poste. Ayon sa pamamaraang ito, ang mga switch ng serye ng MGG at MG ay ginawa para sa mga boltahe hanggang sa at kabilang ang 20 kV.Ang napakalaking panlabas na mga contact sa pagpapatakbo 4 ay nagbibigay-daan sa circuit breaker na idinisenyo para sa mataas na rate ng mga alon (hanggang sa 9500 A). Para sa mga boltahe na 35 kV pataas, ang switch body ay gawa sa porselana, ang VMK series ay isang column switch na may mababang langis). Sa mga awtomatikong circuit breaker na 35, 110 kV, isang pagkagambala sa bawat poste ang ibinibigay, sa mataas na boltahe - dalawa o higit pang mga pagkagambala.

Mga disadvantages ng low-oil switch: panganib ng pagsabog at sunog, kahit na mas mababa kaysa sa tank switch; kawalan ng kakayahan upang ipatupad ang mataas na bilis ng awtomatikong pagsasara; ang pangangailangan para sa pana-panahong kontrol, topping up, medyo madalas na pagbabago ng langis sa mga tangke ng arc; ang kahirapan ng pag-install ng mga built-in na kasalukuyang mga transformer; medyo mababa ang breaking capacity.

Ang larangan ng aplikasyon ng mga low-oil circuit breaker ay mga saradong switchgear ng mga power plant at substation na 6, 10, 20, 35 at 110 kV, kumpletong switchgears 6, 10 at 35 kV at bukas na switchgears 35 at 110 kV.

Tingnan dito para sa higit pang mga detalye: Mga uri ng switch ng langis

Mga switch ng hangin

Ang mga air circuit breaker para sa mga boltahe na 35 kV pataas ay idinisenyo upang masira ang malalaking short-circuit na alon. Ang hangin ay nakabukas boltahe 15 kV ay ginagamit sa mga power plant bilang generator. Ang kanilang mga pakinabang: mabilis na pagtugon, mataas na kapasidad ng pagsira, hindi gaanong pagkasunog ng mga contact, kakulangan ng mahal at hindi sapat na maaasahang bushings, kaligtasan ng sunog, mas kaunting timbang kumpara sa mga switch ng langis sa tangke. Mga disadvantages: ang pagkakaroon ng masalimuot na ekonomiya ng hangin, panganib ng pagsabog, kakulangan ng mga built-in na kasalukuyang mga transformer, ang pagiging kumplikado ng aparato at pagpapatakbo.

Sa mga switch ng hangin, ang arko ay pinapatay ng naka-compress na hangin sa isang presyon ng 2-4 MPa, at ang pagkakabukod ng mga live na bahagi at ang arc extinguishing device ay ginawa gamit ang porselana o iba pang solid insulating materials. Ang mga scheme ng disenyo ng mga switch ng hangin ay naiiba at nakasalalay sa kanilang rating ng boltahe, ang paraan ng paglikha ng isang insulating gap sa pagitan ng mga contact sa off position, at ang paraan ng pagbibigay ng compressed air sa arc extinguishing device.

Ang mga high-rate na circuit breaker ay may pangunahing at arcing circuit na katulad ng mababang langis na MG at MGG circuit breaker. Ang pangunahing bahagi ng kasalukuyang sa saradong posisyon ng switch ay dumadaan sa mga pangunahing contact 4, na matatagpuan bukas. Kapag ang switch ay naka-off, ang pangunahing mga contact ay unang bumukas, pagkatapos ang lahat ng kasalukuyang ay dumadaan sa mga arc contact na sarado sa silid 2. Habang ang mga contact na ito ay nakabukas, ang naka-compress na hangin mula sa tangke 1 ay pinapakain sa silid, isang malakas na sabog ang nilikha, na pinapatay. ang arko. Ang pamumulaklak ay maaaring pahaba o nakahalang.

Ang kinakailangang agwat ng pagkakabukod sa pagitan ng mga contact sa bukas na posisyon ay nilikha sa arc chute sa pamamagitan ng paghihiwalay ng mga contact sa pamamagitan ng isang sapat na distansya. Ang mga switch na ginawa ayon sa proyekto na may bukas na separator ay ginawa para sa panloob na pag-install para sa mga boltahe na 15 at 20 kV at mga alon hanggang sa 20,000 A (serye ng VVG). Sa ganitong uri ng mga switch, pagkatapos na idiskonekta ang separator 5, ang supply ng compressed air sa mga kamara ay huminto at ang mga arcing contact ay sarado.

Mga diagram ng konstruksiyon ng mga air switch 1 - tangke para sa naka-compress na hangin; 2 - arc chute; 3 - shunting risistor; 4 - pangunahing mga contact; 5 - separator; 6 — capacitive voltage divider para sa 110 kV — dalawang break bawat phase (d)

Sa mga air circuit breaker para sa bukas na pag-install para sa boltahe na 35 kV (VV-35), sapat na magkaroon ng isang pagkagambala sa bawat yugto.

Sa mga switch na may boltahe na 110 kV at higit pa, pagkatapos mapatay ang arko, ang mga contact ng separator 5 ay bukas at ang separator chamber ay nananatiling puno ng naka-compress na hangin sa lahat ng oras sa off na posisyon. Sa kasong ito, ang compressed air ay hindi ibinibigay sa arc chute at ang mga contact sa loob nito ay sarado.

Ang mga circuit breaker ng serye ng VV para sa mga boltahe hanggang sa 500 kV ay nilikha ayon sa scheme ng disenyo na ito. Kung mas mataas ang rate ng boltahe at mas mataas ang paglilimita ng kapangyarihan, mas maraming mga pagkaantala ang dapat magkaroon sa arc chute at sa separator.

Ang mga circuit breaker na puno ng hangin ng serye ng VVB ay ginawa ayon sa scheme ng disenyo sa Fig., D. Ang boltahe ng VVB module ay 110 kV sa isang presyon ng compressed air sa fire extinguishing chamber na 2 MPa. Ang rated boltahe ng VVBK circuit breaker module (malaking module) ay 220 kV at ang air pressure sa extinguishing chamber ay 4 MPa. Ang mga circuit breaker ng serye ng VNV ay may katulad na scheme ng disenyo: isang module na may boltahe na 220 kV sa isang presyon ng 4 MPa.

Para sa mga circuit breaker ng serye ng VVB, ang bilang ng mga arc chute (modules) ay nakasalalay sa boltahe (110 kV — isa; 220 kV — dalawa; 330 kV — apat; 500 kV — anim; 750 kV — walo), at para sa malalaking mga module ng circuit breaker (VVBK, VNV), mga module na may dalawang beses na mas kaunti, ayon sa pagkakabanggit.

Mga circuit breaker SF6

Ang SF6 gas (SF6 — sulfur hexafluoride) ay isang inert gas na may density na 5 beses na mas malaki kaysa sa hangin. Ang lakas ng kuryente ng SF6 gas ay 2-3 beses na mas mataas kaysa sa lakas ng hangin; sa isang presyon ng 0.2 MPa, ang dielectric na lakas ng SF6 gas ay maihahambing sa petrolyo.

Sa SF6 gas sa atmospheric pressure, ang isang arko ay maaaring patayin gamit ang isang kasalukuyang na 100 beses na mas mataas kaysa sa kasalukuyang nagambala sa hangin sa ilalim ng parehong mga kondisyon. Ang pambihirang kakayahan ng SF6 gas na patayin ang arko ay ipinaliwanag ng katotohanan na ang mga molekula nito ay kumukuha ng mga electron ng haligi ng arko at bumubuo ng medyo hindi kumikibo na mga negatibong ion. Ang pagkawala ng mga electron ay ginagawang hindi matatag ang arko at madaling mapatay. Sa isang daloy ng SF6 gas, iyon ay, sa panahon ng gas jetting, ang pagsipsip ng mga electron mula sa haligi ng arko ay mas matindi.

Gumagamit ang mga SF6 circuit breaker ng mga auto-pneumatic (auto-compressing) arc extinguishing device kung saan ang gas ay na-compress ng isang piston device sa panahon ng tripping at idinidirekta sa arcing area. Ang SF6 circuit breaker ay isang closed system na walang gas emissions sa labas.

Sa kasalukuyan, ang mga circuit breaker ng SF6 ay ginagamit para sa lahat ng klase ng boltahe (6-750 kV) sa presyon na 0.15 — 0.6 MPa. Ang mas mataas na presyon ay ginagamit para sa mga switch na may mas mataas na mga klase ng boltahe. Ang mga SF6 circuit breaker ng mga sumusunod na dayuhang kumpanya ay napatunayang mabuti ang kanilang sarili: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin at iba pa. Ang produksyon ng mga modernong SF6 circuit breaker ng PO «Uralelectrotyazmash» ay pinagkadalubhasaan: mga tank circuit breaker ng VEB, VGB series at column switch ng VGT, VGU series.

Bilang halimbawa, isaalang-alang ang disenyo ng 6-10 kV LF circuit breaker ni Merlin Gerin.

Ang pangunahing modelo ng circuit breaker ay binubuo ng mga sumusunod na elemento:

— ang katawan ng circuit-breaker, kung saan matatagpuan ang lahat ng tatlong poste, na kumakatawan sa isang "pressure vessel", na puno ng SF6 gas sa isang mababang labis na presyon (0.15 MPa o 1.5 atm);

- uri ng mekanikal na drive RI;

— actuator front panel na may manual spring loading handle at spring at circuit breaker status indicator;

— mga contact pad para sa high voltage power supply;

— multi-pin connector para sa pagkonekta ng pangalawang switching circuits.

Mga vacuum circuit breaker

Ang dielectric na lakas ng vacuum ay mas mataas kaysa sa iba pang media na ginagamit sa mga circuit breaker. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtaas sa ibig sabihin ng libreng landas ng mga electron, atoms, ions at molekula na may pagbaba sa presyon. Sa isang vacuum, ang ibig sabihin ng libreng landas ng mga particle ay lumampas sa mga sukat ng silid ng vacuum.

1/4" gap recovery dielectric strength pagkatapos ng 1600 A current cut-off sa vacuum at iba't ibang gas sa atmospheric pressure

Sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang mga epekto ng butil sa mga dingding ng silid ay nangyayari nang mas madalas kaysa sa mga banggaan ng particle-to-particle. Ipinapakita ng figure ang pag-asa ng breakdown boltahe ng vacuum at hangin sa distansya sa pagitan ng mga electrodes na may diameter na 3/8 « tungsten. Sa sobrang lakas ng dielectric, ang distansya sa pagitan ng mga contact ay maaaring napakaliit (2 — 2.5 cm ), kaya ang mga sukat ng chamber ay maaari ding medyo maliit...

Ang proseso ng pagpapanumbalik ng lakas ng kuryente ng agwat sa pagitan ng mga contact kapag ang kasalukuyang ay naka-off ay nangyayari sa vacuum nang mas mabilis kaysa sa mga gas. Ang antas ng vacuum (natirang presyon ng gas) sa mga modernong industriyal na arc duct ay karaniwang Pa. Alinsunod sa teorya ng lakas ng kuryente ng mga gas, ang kinakailangang mga katangian ng insulating ng vacuum gap ay nakakamit din sa mas mababang antas ng vacuum (ng pagkakasunud-sunod ng Pa), ngunit para sa kasalukuyang antas ng teknolohiya ng vacuum, ang paglikha at pagpapanatili ng Ang antas ng pa sa buong buhay ng silid ng vacuum ay hindi isang problema.Nagbibigay ito sa mga vacuum chamber na may mga reserbang lakas ng kuryente para sa buong buhay ng serbisyo (20-30 taon).

Ang isang tipikal na disenyo ng vacuum circuit breaker ay ipinapakita sa figure.

Block diagram ng isang vacuum breaker

Ang disenyo ng vacuum chamber ay binubuo ng isang pares ng mga contact (4; 5), isa sa mga ito ay movable (5), na nakapaloob sa isang vacuum-tight shell na hinangin ng ceramic o glass insulators (3; 7), upper at lower metal mga takip (2; 8) ) at metal na kalasag (6). Ang paggalaw ng movable contact na may kaugnayan sa fixed one ay sinisiguro sa pamamagitan ng isang manggas (9). Ang mga cable ng camera (1; 10) ay ginagamit upang ikonekta ito sa pangunahing switch circuit.

Dapat pansinin na ang mga espesyal na metal na lumalaban sa vacuum lamang, na nalinis mula sa mga dissolved gas, tanso at mga espesyal na haluang metal, pati na rin ang mga espesyal na keramika ay ginagamit para sa paggawa ng pabahay ng vacuum chamber. Ang mga contact ng vacuum chamber ay gawa sa isang metal-ceramic na komposisyon (bilang panuntunan, ito ay tanso-chromium sa isang ratio na 50% -50% o 70% -30%), na nagbibigay ng mataas na kapasidad ng pagsira, paglaban sa pagsusuot at pinipigilan ang paglitaw ng mga welding point sa ibabaw ng contact. Ang mga cylindrical ceramic insulators, kasama ang isang vacuum gap sa mga bukas na contact, ay nagbibigay ng paghihiwalay sa pagitan ng mga terminal ng chamber kapag naka-off ang switch.

Ang Tavrida-electric ay naglabas ng bagong disenyo ng vacuum circuit breaker na may magnetic lock. Ang disenyo nito ay batay sa prinsipyo ng pag-align ng driving electromagnet at ng vacuum breaker sa bawat poste ng breaker.

Magsasara ang switch sa sumusunod na pagkakasunod-sunod.

Sa paunang estado, ang mga contact ng vacuum interrupter chamber ay bukas dahil sa pagkilos ng pagsasara ng spring 7 sa kanila sa pamamagitan ng pull insulator 5. Kapag ang isang boltahe ng positibong polarity ay inilapat sa coil 9 ng electromagnet, ang magnetic flux naipon sa puwang ng magnetic system.

Sa sandaling ang compressive force ng armature na nilikha ng magnetic flux ay lumampas sa puwersa ng stop spring 7, ang armature 11 ng electromagnet, kasama ang traction insulator 5 at ang movable contact 3 ng vacuum chamber, ay nagsisimulang gumalaw. pataas, pinipiga ang spring para huminto. Sa kasong ito, ang isang motor-EMF ay nangyayari sa paikot-ikot, na pumipigil sa isang karagdagang pagtaas sa kasalukuyang at kahit na medyo binabawasan ito.

Sa proseso ng paggalaw, ang armature ay nakakakuha ng bilis na humigit-kumulang 1 m / s, na nag-iwas sa paunang pinsala kapag ini-on at inaalis ang pagtalbog ng mga contact sa VDK. Kapag ang mga contact ng vacuum chamber ay sarado, ang isang karagdagang compression gap na 2 mm ay nananatili sa magnetic system. Ang bilis ng armature ay bumaba nang husto, dahil kailangan din nitong pagtagumpayan ang spring force ng karagdagang preload ng contact 6. Gayunpaman, sa ilalim ng impluwensya ng puwersa na nilikha ng magnetic flux at inertia, ang armature 11 ay patuloy na umaangat, pag-compress sa spring para sa stop 7 at isang karagdagang spring para sa preloading contact 6.

Sa sandali ng pagsasara ng magnetic system, ang armature ay nakikipag-ugnay sa itaas na takip ng drive 8 at huminto. Matapos ang proseso ng pagsasara, ang kasalukuyang sa drive coil ay naka-off. Ang switch ay nananatili sa saradong posisyon dahil sa natitirang induction na nilikha ng singsing permanenteng magnet 10, na humahawak sa armature 11 sa isang hinila na posisyon sa itaas na takip 8 nang walang karagdagang kasalukuyang supply.

Upang buksan ang switch, isang negatibong boltahe ang dapat ilapat sa mga terminal ng coil.

Sa kasalukuyan, ang mga vacuum circuit breaker ay naging nangingibabaw na mga aparato para sa mga de-koryenteng network na may boltahe na 6-36 kV. Kaya, ang bahagi ng mga vacuum circuit breaker sa kabuuang bilang ng mga manufactured device sa Europa at USA ay umabot sa 70%, sa Japan - 100%. Sa Russia, sa mga nakaraang taon, ang bahaging ito ay nagkaroon ng patuloy na pagtaas ng trend, at noong 1997 ito ay lumampas sa 50% na marka. Ang mga pangunahing bentahe ng mga eksplosibo (kumpara sa mga switch ng langis at gas) na tumutukoy sa paglago ng kanilang bahagi sa merkado ay:

- mas mataas na pagiging maaasahan;

— mas mababang gastos sa pagpapanatili.
Tingnan din: Mga Mataas na Voltage na Vacuum Circuit Breaker — Disenyo at Prinsipyo ng Operasyon