Nagyfeszültségű kapcsolók: osztályozás, készülék, működési elv

A kapcsolókra vonatkozó követelmények a következők:

1) munkahelyi megbízhatóság és mások biztonsága;

2) gyors reagálás – esetleg rövid leállási idő;

3) könnyű karbantartás;

4) egyszerű telepítés;

5) csendes működés;

6) viszonylag alacsony költség.

A jelenleg használt megszakítók kisebb-nagyobb mértékben megfelelnek a felsorolt ​​követelményeknek. A megszakítók tervezői azonban arra törekszenek, hogy a megszakítók jellemzőit jobban megfeleljenek a fenti követelményeknek.

Olajkapcsolók

Kétféle olajkapcsoló létezik: tartályos és alacsony olajszintű kapcsoló. Az ívtér ionmentesítési módszerei ezekben a kulcsokban megegyeznek. Az egyetlen különbség az érintkezőrendszer talajtól való szigetelésében és az olaj mennyiségében van.

Egészen a közelmúltig a következő típusú tartályok tartályai működtek: VM-35, S-35, valamint az U sorozatú kapcsolók 35-220 kV feszültséggel. A tartálykapcsolókat külső felszerelésre tervezték, jelenleg nem gyártják.

A tartálykapcsolók fő hátrányai: robbanás és tűz; a tartályban és a beömlőnyílásokban lévő olaj állapotának és szintjének időszakos ellenőrzésének szükségessége; nagy mennyiségű olaj, ami nagy időbefektetést igényel a cseréjéhez, és nagy olajtartalékokra van szükség; beltéri telepítésre nem alkalmas.

Alacsony olajszint kapcsolók

Az alacsony olajtartalmú kapcsolók (pot típusú) széles körben használatosak zárt és nyitott kapcsolóberendezésekben minden feszültség. Az ezekben a kapcsolókban lévő olaj főként íves közegként és csak részben szigetelőként szolgál a nyitott érintkezők között.

A feszültség alatt álló részek egymástól és a földelt szerkezetektől való elkülönítése porcelánnal vagy más szilárd szigetelőanyaggal történik. A belső szereléshez szükséges kapcsolók érintkezői egy acéltartályban (potban) találhatók, ezért megmarad a "pot típusú" kapcsolók elnevezése.

A 35 kV és nagyobb feszültségű, alacsony olajtartalmú megszakítók porcelán testtel rendelkeznek. A legelterjedtebbek a 6-10 kV típusú függesztékek (VMG-10, VMP-10). Ezekben a megszakítókban a test porcelán szigetelőkre van rögzítve a három pólus közös keretére. Minden póluson egy érintkezőtörés és egy íves csúszda található.

Alacsony olajszintű kapcsolók tervezési vázlatai 1 — mozgatható érintkező; 2 — íves csúszda; 3 — rögzített érintkező; 4 — működő érintkezők

Nagy névleges áramerősség esetén nehéz egy érintkezőpárral (üzemi és íves érintkezőként működő) működni, ezért az üzemi érintkezők a megszakítón kívül vannak, az íves érintkezők pedig fémtartályban vannak. Nagy megszakítóáramok esetén minden pólushoz két ívtörés tartozik. E séma szerint az MGG és MG sorozatú kapcsolók 20 kV-ig terjedő feszültségre készülnek.A masszív külső kezelőérintkezők 4 lehetővé teszik, hogy a megszakítót nagy névleges áramra (9500 A-ig) tervezzék. 35 kV és afeletti feszültség esetén a kapcsolótest porcelánból készül, a VMK sorozat alacsony olajszintű oszlopkapcsoló). A 35, 110 kV-os automatikus megszakítókban pólusonként egy megszakítás van biztosítva, nagyfeszültségen - két vagy több megszakítás.

Az alacsony olajtartalmú kapcsolók hátrányai: robbanás- és tűzveszély, bár sokkal kisebb, mint a tartálykapcsolóké; a nagy sebességű automatikus zárás megvalósításának képtelensége; időszakos ellenőrzés, utántöltés, viszonylag gyakori olajcsere szükségessége az ívtartályokban; a beépített áramváltók telepítésének nehézségei; viszonylag alacsony megszakítóképesség.

Az alacsony olajszintű megszakítók alkalmazási területe az erőművek és alállomások zárt kapcsolóberendezései 6, 10, 20, 35 és 110 kV, komplett 6, 10 és 35 kV, valamint nyitott kapcsolóberendezések 35 és 110 kV.

További részletekért lásd itt: Az olajkapcsolók típusai

Levegőkapcsolók

A 35 kV-os és nagyobb feszültségű légmegszakítókat nagy rövidzárlati áramok megszakítására tervezték. Bekapcsolt levegő 15 kV feszültséget használnak az erőművekben generátorként. Előnyeik: gyors reagálás, nagy megszakítóképesség, jelentéktelen érintkezők égése, drága és nem kellően megbízható perselyek hiánya, tűzbiztonság, kisebb súly a tartályban lévő olajkapcsolókhoz képest. Hátrányok: nehézkes légtakarékosság, robbanásveszély, beépített áramváltók hiánya, a készülék és a működés bonyolultsága.

A levegőkapcsolókban az ív oltása 2-4 MPa nyomású sűrített levegővel történik, a feszültség alatt álló részek szigetelése és az ívoltó berendezés porcelánnal vagy más szilárd szigetelőanyaggal készül. A levegőkapcsolók tervezési sémái eltérőek, és a névleges feszültségüktől, a kikapcsolt helyzetben lévő érintkezők közötti szigetelőrés létrehozásának módjától, valamint az ívoltó készülék sűrített levegővel való ellátásának módjától függenek.

A nagy névleges teljesítményű megszakítók fő és íves áramköre hasonló az alacsony olajszintű MG és MGG megszakítókhoz. Az áram fő része a kapcsoló zárt helyzetében a 4 fő érintkezőkön halad át, amelyek nyitva vannak. A kapcsoló kikapcsolásakor először a főérintkezők nyílnak ki, majd az összes áram áthalad a 2. kamrában zárt ívérintkezőkön. Amíg ezek az érintkezők kinyílnak, az 1. tartályból sűrített levegő áramlik a kamrába, erős robbanás jön létre, amely kioltja. az ív. A fújás lehet hosszanti vagy keresztirányú.

A nyitott helyzetben lévő érintkezők közötti szükséges szigetelési hézag az íves csúszdában az érintkezők megfelelő távolságra történő elválasztásával jön létre. A projekt szerint készült, nyitott leválasztóval ellátott kapcsolók beltéri beépítésre készülnek 15 és 20 kV feszültségig és 20 000 A-ig terjedő áramerősségig (VVG sorozat). Az ilyen típusú kapcsolóknál az 5 leválasztó leválasztása után a sűrített levegő betáplálása a kamrákba leáll, és az íves érintkezők záródnak.

A levegőkapcsolók konstrukciós rajzai 1 — tartály sűrített levegőhöz; 2 — íves csúszda; 3 — tolató ellenállás; 4 — fő érintkezők; 5 — elválasztó; 6 – kapacitív feszültségosztó 110 kV-hoz – fázisonként két megszakítás (d)

A 35 kV feszültségű (VV-35) nyitott beépítésű légmegszakítókban fázisonként elegendő egy megszakítás.

A 110 kV és annál nagyobb feszültségű kapcsolókban az ív kialudása után az 5 leválasztó érintkezői kinyílnak, és a leválasztókamra kikapcsolt állásban mindvégig tele marad sűrített levegővel. Ebben az esetben sűrített levegő nem jut az íves csúszdához, és az abban lévő érintkezők zárva vannak.

A VV sorozat megszakítói 500 kV-ig terjedő feszültséghez ennek a tervezési sémának megfelelően jönnek létre. Minél nagyobb a névleges feszültség és minél nagyobb a korlátozó teljesítmény, annál több megszakításnak kell lennie az ívcsatornában és a leválasztóban.

A VVB sorozat levegővel töltött megszakítói a D. ábrán látható tervezési séma szerint készülnek. A VVB modul feszültsége 110 kV sűrített levegő nyomása mellett a tűzoltó kamrában 2 MPa. A VVBK megszakító modul (nagy modul) névleges feszültsége 220 kV, a légnyomás az oltókamrában 4 MPa. A VNV sorozat megszakítói hasonló tervezési sémával rendelkeznek: 220 kV feszültségű modul 4 MPa nyomáson.

A VVB sorozatú megszakítóknál az íves csúszdák (modulok) száma a feszültségtől függ (110 kV - egy; 220 kV - kettő; 330 kV - négy; 500 kV - hat; 750 kV - nyolc), nagyoknál pedig megszakító modulok (VVBK, VNV), kétszer kisebb számú modulok, ill.

SF6 megszakítók

Az SF6 gáz (SF6 – kén-hexafluorid) egy inert gáz, amelynek sűrűsége ötször nagyobb, mint a levegőé. Az SF6 gáz elektromos szilárdsága 2-3-szor nagyobb, mint a levegő erőssége; 0,2 MPa nyomáson az SF6 gáz dielektromos szilárdsága összemérhető a kőolajéval.

Az SF6 gázban atmoszférikus nyomáson az ív 100-szor nagyobb árammal oltható el, mint a levegőben azonos körülmények között megszakadt áram. Az SF6 gáz kivételes ívoltó képessége azzal magyarázható, hogy molekulái befogják az ívoszlop elektronjait, és viszonylag mozdulatlan negatív ionokat képeznek. Az elektronvesztés instabillá és könnyen kialudhatóvá teszi az ívet. Az SF6 gáz áramlásában, vagyis a gázsugárzás során az ívoszlopból származó elektronok abszorpciója még intenzívebb.

Az SF6 megszakítók önpneumatikus (automatikus tömörítésű) ívoltó berendezéseket használnak, ahol a gázt a kioldás során egy dugattyús készülék sűríti össze, és az íves zónába irányítja. Az SF6 megszakító egy zárt rendszer, amely nem bocsát ki gázt a szabadba.

Jelenleg az SF6 megszakítókat minden feszültségosztályhoz (6-750 kV) használják 0,15-0,6 MPa nyomáson. A magasabb feszültségosztályú kapcsolóknál megnövelt nyomást alkalmaznak. A következő külföldi cégek SF6 megszakítói jól beváltak: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin és mások. A PO «Uralelectrotyazmash» modern SF6 megszakítóinak gyártását elsajátították: VEB, VGB sorozatú tartálymegszakítók és VGT, VGU sorozatú oszlopkapcsolók.

Példaként vegye figyelembe a Merlin Gerin 6-10 kV-os LF megszakítóját.

Az alapmegszakító modell a következő elemekből áll:

— a megszakító teste, amelyben mindhárom pólus található, és amely egy "nyomástartó edényt" jelképez, alacsony túlnyomáson (0,15 MPa vagy 1,5 atm) SF6 gázzal töltve;

— RI típusú mechanikus hajtás;

— a működtető elülső panelje kézi rugóterhelésű fogantyúval, valamint rugó és megszakító állapotjelzőkkel;

— érintkezőbetétek nagyfeszültségű tápellátáshoz;

— többtűs csatlakozó másodlagos kapcsolóáramkörök csatlakoztatásához.

Vákuumos megszakítók

A vákuum dielektromos szilárdsága lényegesen nagyobb, mint a megszakítókban használt más közegeknél. Ez az elektronok, atomok, ionok és molekulák átlagos szabad útjának növekedésével magyarázható a nyomás csökkenésével. Vákuumban a részecskék átlagos szabad útja meghaladja a vákuumkamra méreteit.

1/4" résvisszanyerő dielektromos szilárdság 1600 A áramlezárás után vákuumban és különböző gázokban légköri nyomáson

Ilyen körülmények között a részecskék becsapódása a kamra falaira sokkal gyakrabban fordul elő, mint a részecske-részecske ütközések. Az ábra a vákuum és a levegő áttörési feszültségének függőségét mutatja a 3/8 wolfram átmérőjű elektródák közötti távolságtól. Ilyen nagy dielektromos szilárdság mellett az érintkezők közötti távolság nagyon kicsi lehet (2 — 2,5 cm), így a kamra méretei is viszonylag kicsik lehetnek...

Az érintkezők közötti rés elektromos szilárdságának helyreállítása áram kikapcsolt állapotában vákuumban sokkal gyorsabban megy végbe, mint gázokban A vákuum (maradék gáznyomás) szintje a modern ipari ívcsatornákban általában Pa. A gázok elektromos szilárdságelméletének megfelelően a vákuumrés szükséges szigetelő tulajdonságai alacsonyabb (Pa nagyságrendű) vákuumszinteknél is elérhetők, de a vákuumtechnológia jelenlegi szintjéhez a vákuumrés szükséges szigetelő tulajdonságait kell kialakítani és fenntartani. A Pa-szint a vákuumkamra élettartama alatt nem jelent problémát.Ez biztosítja a vákuumkamrák elektromos szilárdsági tartalékát a teljes élettartamra (20-30 év).

Az ábrán egy tipikus vákuum-megszakító kialakítás látható.

Vákuummegszakító blokkvázlata

A vákuumkamra kialakítása egy pár érintkezőből (4; 5) áll, amelyek közül az egyik mozgatható (5), amely kerámia vagy üveg szigetelőkkel (3; 7), felső és alsó fémből készült vákuumtömör burkolatba van zárva. burkolatok (2; 8) ) és fémpajzs (6). A mozgatható érintkező mozgását a rögzítetthez képest egy hüvely (9) biztosítja. A kamera kábelei (1; 10) a főkapcsoló áramköréhez való csatlakoztatásra szolgálnak.

Megjegyzendő, hogy a vákuumkamra házának gyártásához csak speciális, vákuumálló fémeket, oldott gázoktól tisztítva, rézből és speciális ötvözetekből, valamint speciális kerámiákat használnak. A vákuumkamra érintkezői fém-kerámia összetételűek (általában 50-50% vagy 70-30% arányban réz-króm), amely nagy szakítóképességet, kopásállóságot biztosít. és megakadályozza a hegesztési pontok megjelenését az érintkezési felületen. A hengeres kerámia szigetelők, valamint a nyitott érintkezőknél lévő vákuumrés szigetelést biztosítanak a kamra kivezetései között, amikor a kapcsoló ki van kapcsolva.

A Tavrida-electric új kivitelű, mágneses zárral ellátott vákuum-megszakítót adott ki. Kialakítása azon az elven alapul, hogy a meghajtó elektromágnes és a vákuum-megszakító a megszakító minden pólusában egy vonalba kerüljön.

A kapcsoló a következő sorrendben zár.

Kiindulási állapotban a vákuummegszakító kamra érintkezői nyitva vannak a 7 zárórugó hatására az 5 húzószigetelőn keresztül. Ha pozitív polaritású feszültséget kapcsolunk az elektromágnes 9 tekercsére, a mágneses fluxus felhalmozódik a mágneses rendszer résében.

Abban a pillanatban, amikor az armatúra mágneses fluxus által keltett nyomóereje meghaladja a 7 ütközőrugó erejét, az elektromágnes 11 armatúrája az 5 vontatási szigetelővel és a vákuumkamra 3 mozgatható érintkezőjével együtt mozogni kezd. felfelé, összenyomva a rugót a megálláshoz. Ebben az esetben egy motor-EMF fordul elő a tekercsben, amely megakadályozza az áram további növekedését, sőt némileg csökkenti azt.

A mozgás során az armatúra körülbelül 1 m / s sebességet nyer, ami elkerüli az előzetes károsodást a bekapcsoláskor, és kiküszöböli a VDK érintkezők pattanását. Amikor a vákuumkamra érintkezői zárva vannak, további 2 mm-es kompressziós rés marad a mágneses rendszerben. Az armatúra sebessége meredeken csökken, mivel a 6 érintkező további előfeszítésének rugóerejét is le kell győznie. A mágneses fluxus és a tehetetlenség által keltett erő hatására azonban a 11 armatúra tovább mozog felfelé, a rugó összenyomása a 7 ütközőhöz és egy további rugó a 6 érintkezők előfeszítéséhez.

A mágneses rendszer zárásának pillanatában az armatúra érintkezik a 8 meghajtó felső fedelével és megáll. A zárási folyamat után a meghajtó tekercs áramellátása kikapcsol. A kapcsoló zárt helyzetben marad az általa létrehozott maradék indukció miatt gyűrűs állandó mágnes 10, amely a 11 armatúrát húzott helyzetben a 8 felső burkolathoz tartja, további áramellátás nélkül.

A kapcsoló kinyitásához negatív feszültséget kell kapcsolni a tekercs kapcsaira.

Jelenleg a vákuum-megszakítók a 6-36 kV feszültségű elektromos hálózatok domináns eszközeivé váltak. Így a vákuummegszakítók részesedése az összes gyártott készülék számában Európában és az USA-ban eléri a 70%-ot, Japánban - 100%-ot. Oroszországban az elmúlt években ez az arány folyamatosan emelkedő tendenciát mutatott, és 1997-ben meghaladta az 50%-ot. A robbanóanyagok fő előnyei (az olaj- és gázkapcsolókhoz képest), amelyek meghatározzák piaci részesedésük növekedését:

— nagyobb megbízhatóság;

- alacsonyabb karbantartási költségek.
Lásd még: Nagyfeszültségű vákuum-megszakítók – Felépítés és működési elv