Suurjännitekytkimet: luokitus, laite, toimintaperiaate

Kytkimien vaatimukset ovat seuraavat:

1) luotettavuus työssä ja turvallisuus muille;

2) nopea vastaus - mahdollisesti lyhyt sammutusaika;

3) huollon helppous;

4) asennuksen helppous;

5) hiljainen toiminta;

6) suhteellisen alhaiset kustannukset.

Tällä hetkellä käytetyt katkaisijat täyttävät suuremmassa tai pienemmässä määrin luetellut vaatimukset. Katkaisijoiden suunnittelijat pyrkivät kuitenkin sovittamaan katkaisijoiden ominaisuudet paremmin yllä mainittuihin vaatimuksiin.

Öljyn kytkimet

Öljykytkimiä on kahdenlaisia ​​- säiliö ja vähän öljyä. Valokaaritilan deionisointimenetelmät näissä näppäimissä ovat samat. Ainoa ero on kosketusjärjestelmän eristämisessä maapohjasta ja öljymäärässä.

Viime aikoihin asti seuraavan tyyppisten säiliöiden säiliöt toimivat: VM-35, S-35 sekä U-sarjan kytkimet jännitteillä 35 - 220 kV. Säiliön kytkimet on suunniteltu ulkoiseen asennukseen, eivät tällä hetkellä tuotannossa.

Tankkikytkimien tärkeimmät haitat: räjähdys ja tulipalo; tarve valvoa säännöllisesti öljyn tilaa ja tasoa säiliössä ja imuaukoissa; suuri määrä öljyä, mikä johtaa suuriin aikainvestointeihin sen vaihtamiseen, suurten öljyvarantojen tarpeeseen; ei sovellu sisäasennukseen.

Alhaisen öljyn kytkimet

Vähäöljyisiä kytkimiä (pottityyppi) käytetään laajalti suljetussa ja avoimessa kojeistossa kaikki jännitteet. Näissä kytkimissä oleva öljy toimii pääasiassa valokaariväliaineena ja vain osittain eristeenä avoimien koskettimien välillä.

Jännitteisten osien eristäminen toisistaan ​​ja maadoitetuista rakenteista tehdään posliinilla tai muilla kiinteillä eristysmateriaaleilla. Sisäiseen asennukseen tarkoitettujen kytkinten koskettimet sijaitsevat terässäiliössä (potti), minkä vuoksi "pottityyppisten" kytkimien nimi säilyy.

Vähäöljyisissä katkaisijoissa, joiden jännite on 35 kV ja enemmän, on posliinirunko. Yleisimmin käytettyjä ovat 6-10 kV tyyppiset riipukset (VMG-10, VMP-10). Näissä katkaisimissa runko on kiinnitetty posliinieristeillä yhteiseen runkoon kolmea napaa varten. Jokaisessa navassa on yksi kosketinkatko ja kaarikouru.

Vähäöljyisten kytkinten suunnittelukaaviot 1 — liikkuva kosketin; 2 — kaarikouru; 3 — kiinteä kosketin; 4 — työkontaktit

Suurilla nimellisvirroilla on vaikeaa toimia yhdellä kosketinparilla (toimii käyttö- ja valokaarikoskettimina), joten käyttökoskettimet on järjestetty katkaisijan ulkopuolelle ja kaarikoskettimet ovat metallisäiliössä. Suurilla katkaisuvirroilla kutakin napaa kohden on kaksi kaarikatkoa. Tämän kaavion mukaan MGG- ja MG-sarjojen kytkimet valmistetaan jännitteille 20 kV asti.Massiiviset ulkoiset käyttökoskettimet 4 mahdollistavat katkaisijan suunnittelun suurille nimellisvirroille (jopa 9500 A). 35 kV:n ja sitä suuremmille jännitteille kytkimen runko on posliinia, VMK-sarja on pylväskytkin, jossa on vähän öljyä). Automaattisissa katkaisijoissa 35, 110 kV tarjotaan yksi katkos napaa kohden, korkealla jännitteellä kaksi tai useampia keskeytyksiä.

Vähäöljyisten kytkimien haitat: räjähdys- ja tulipaloriski, vaikkakin paljon pienempi kuin säiliökytkimien; kyvyttömyys toteuttaa nopeaa automaattista sulkemista; säännöllisen valvonnan tarve, täyttö, suhteellisen tiheä öljynvaihto kaarisäiliöissä; sisäänrakennettujen virtamuuntajien asennuksen vaikeus; suhteellisen alhainen katkaisukyky.

Vähäöljyisten katkaisijoiden käyttöalue on voimalaitosten ja sähköasemien suljetut kytkinlaitteet 6, 10, 20, 35 ja 110 kV, kokonaiset 6, 10 ja 35 kV kojeistot sekä avoimet 35 ja 110 kV kytkinlaitteet.

Katso lisätietoja täältä: Öljykytkimien tyypit

Ilmakytkimet

Ilmakatkaisijat 35 kV:n ja sitä suuremmille jännitteille on suunniteltu katkaisemaan suuria oikosulkuvirtoja. Ilma kytketään päälle 15 kV jännitettä käytetään voimalaitoksissa generaattorina. Niiden edut: nopea reagointi, suuri katkaisukyky, merkityksetön koskettimien palaminen, kalliiden ja riittämättömästi luotettavien holkkien puute, paloturvallisuus, pienempi paino verrattuna säiliön öljykytkimiin. Haitat: hankala ilmatalouden olemassaolo, räjähdysvaara, sisäänrakennettujen virtamuuntajien puute, laitteen ja toiminnan monimutkaisuus.

Ilmakytkimissä valokaari sammutetaan paineilmalla, jonka paine on 2-4 MPa, ja jännitteisten osien eristys ja valokaaren sammutuslaite tehdään posliinilla tai muilla kiinteillä eristysmateriaaleilla. Ilmakytkimien suunnittelukaaviot ovat erilaisia ​​ja riippuvat niiden jännitearvosta, menetelmästä, jolla eristävä rako luodaan koskettimien välille off-asennossa, ja menetelmästä paineilman syöttämiseksi valokaaren sammutuslaitteeseen.

Korkean nimellissuojakytkimissä on pää- ja valokaaripiiri, joka on samanlainen kuin vähäöljyisillä MG- ja MGG-katkaisimilla. Pääosa virrasta kytkimen suljetussa asennossa kulkee pääkoskettimien 4 kautta, jotka sijaitsevat auki. Kun kytkin on kytketty pois päältä, pääkoskettimet avautuvat ensin, sitten kaikki virta kulkee kammioon 2 suljettujen kaarikoskettimien läpi. Kun nämä koskettimet avautuvat, paineilmaa syötetään säiliöstä 1 kammioon, syntyy voimakas räjähdys, joka sammuttaa. kaari. Puhallus voi olla pitkittäistä tai poikittaista.

Tarvittava eristysrako avoimessa asennossa olevien koskettimien väliin muodostetaan kaarikouruun erottamalla koskettimet riittävällä etäisyydellä. Projektin mukaan valmistetut avoimella erottimella varustetut kytkimet valmistetaan sisäasennukseen jännitteille 15 ja 20 kV sekä virroille 20 000 A asti (VVG-sarja). Tämän tyyppisillä kytkimillä erottimen 5 irrottamisen jälkeen paineilman syöttö kammioihin lopetetaan ja kaarikoskettimet suljetaan.

Ilmakytkinten rakennekaaviot 1 — paineilmasäiliö; 2 — kaarikouru; 3 — vaihtovastus; 4 — pääkoskettimet; 5 — erotin; 6 — kapasitiivinen jännitteenjakaja 110 kV:lle — kaksi katkosta vaihetta kohden (d)

Avoin asennuksen ilmakatkaisimissa jännitteelle 35 kV (VV-35) riittää yksi katkos vaihetta kohden.

Kytkimissä, joiden jännite on 110 kV ja enemmän, valokaaren sammumisen jälkeen erottimen 5 koskettimet avautuvat ja erotinkammio pysyy koko ajan täynnä paineilmaa off-asennossa. Tässä tapauksessa paineilmaa ei syötetä kaarikouruun ja sen koskettimet ovat kiinni.

VV-sarjan katkaisijat jännitteille 500 kV asti luodaan tämän suunnittelukaavion mukaisesti. Mitä korkeampi nimellisjännite ja korkeampi rajoitusteho, sitä enemmän katkoksia tulee olla valokaaressa ja erottimessa.

VVB-sarjan ilmatäytteiset katkaisijat valmistetaan kuviossa D olevan suunnittelukaavion mukaisesti. VVB-moduulin jännite on 110 kV paineilman paineessa sammutuskammiossa 2 MPa. VVBK-katkaisijamoduulin (suuri moduuli) nimellisjännite on 220 kV ja ilmanpaine sammutuskammiossa 4 MPa. VNV-sarjan katkaisijalla on samanlainen suunnittelukaavio: moduuli, jonka jännite on 220 kV paineessa 4 MPa.

VVB-sarjan katkaisimissa kaarikourujen (moduulien) määrä riippuu jännitteestä (110 kV - yksi; 220 kV - kaksi; 330 kV - neljä; 500 kV - kuusi; 750 kV - kahdeksan) ja suurissa. katkaisijamoduulit (VVBK, VNV), vastaavasti kaksi kertaa pienemmät moduulit.

Katkaisijat SF6

SF6-kaasu (SF6 — rikkiheksafluoridi) on inertti kaasu, jonka tiheys on 5 kertaa suurempi kuin ilman. SF6-kaasun sähkölujuus on 2-3 kertaa suurempi kuin ilman vahvuus; 0,2 MPa:n paineessa SF6-kaasun dielektrinen lujuus on verrattavissa maaöljyn dielektriseen lujuuteen.

Ilmakehän paineessa olevassa SF6-kaasussa kaari voidaan sammuttaa virralla, joka on 100 kertaa suurempi kuin ilmassa samoissa olosuhteissa katkennut virta. SF6-kaasun poikkeuksellinen kyky sammuttaa kaari selittyy sillä, että sen molekyylit vangitsevat kaaripylvään elektronit ja muodostavat suhteellisen liikkumattomia negatiivisia ioneja. Elektronien häviö tekee kaaresta epävakaan ja helposti sammuvan. SF6-kaasuvirrassa, toisin sanoen kaasusuihkutuksen aikana, elektronien absorptio kaaripylväästä on vieläkin voimakkaampaa.

SF6-katkaisijat käyttävät automaattipneumaattisia (automaattisesti puristuvia) valokaarisammutuslaitteita, joissa mäntälaite puristaa kaasua laukaisun aikana ja ohjaa kaarialueelle. SF6-katkaisin on suljettu järjestelmä, josta ei pääse kaasua ulos.

Tällä hetkellä SF6-katkaisijoita käytetään kaikissa jänniteluokissa (6-750 kV) paineella 0,15 - 0,6 MPa. Korkeamman jänniteluokan kytkimissä käytetään korotettua painetta. Seuraavien ulkomaisten yritysten SF6-katkaisijat ovat osoittautuneet hyvin: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin ja muut. PO «Uralelectrotyazmash» nykyaikaisten SF6-katkaisijoiden tuotanto hallitaan: VEB-, VGB-sarjan säiliökatkaisijat ja VGT-, VGU-sarjan pylväskytkimet.

Harkitse esimerkkinä Merlin Gerinin suunnittelemaa 6-10 kV LF-katkaisijaa.

Katkaisijan perusmalli koostuu seuraavista elementeistä:

— katkaisijan runko, jossa kaikki kolme napaa sijaitsevat ja joka edustaa "paineastiaa", joka on täytetty SF6-kaasulla alhaisella ylipaineella (0,15 MPa tai 1,5 atm);

— mekaaninen käyttötyyppi RI;

— toimilaitteen etupaneeli, jossa on manuaalinen jousikuormituskahva sekä jousen ja katkaisijan tilailmaisimet;

— kontaktilevyt korkeajännitteistä virtalähdettä varten;

— moninapainen liitin toisiokytkentäpiirien kytkemiseen.

Tyhjiökytkimet

Tyhjiön dielektrinen lujuus on huomattavasti korkeampi kuin muilla katkaisimissa käytettävillä väliaineilla. Tämä selittyy elektronien, atomien, ionien ja molekyylien keskimääräisen vapaan reitin lisääntymisellä paineen laskun myötä. Tyhjiössä hiukkasten keskimääräinen vapaa reitti ylittää tyhjiökammion mitat.

1/4" raon talteenoton dielektrinen lujuus 1600 A:n virrankatkaisun jälkeen tyhjiössä ja erilaisissa kaasuissa ilmakehän paineessa

Näissä olosuhteissa hiukkasten iskuja kammion seiniin tapahtuu paljon useammin kuin hiukkasten välisiä törmäyksiä. Kuvassa on esitetty tyhjiön ja ilman läpilyöntijännitteen riippuvuus elektrodien välisestä etäisyydestä, joiden halkaisija on 3/8 « volframia. Näin suurella dielektrisellä lujuudella koskettimien välinen etäisyys voi olla hyvin pieni (2 - 2,5 cm), joten kammion mitat voivat olla myös suhteellisen pieniä...

Koskettimien välisen raon sähköisen lujuuden palautus virran ollessa katkaistuna tapahtuu tyhjiössä paljon nopeammin kuin kaasuissa.Tyhjiön (jäännöskaasun paine) taso nykyaikaisissa teollisuuskaarikanavissa on yleensä Pa. Kaasujen sähkölujuusteorian mukaisesti tyhjiövälin vaaditut eristysominaisuudet saavutetaan myös alhaisemmilla tyhjiotasoilla (suuruusluokkaa Pa), mutta nykyiselle tyhjiöteknologian tasolle alipainevälin luominen ja ylläpito. Pa-taso tyhjiökammion koko käyttöiän ajan ei ole ongelma.Tämä antaa tyhjiökammioille sähkövoimavaraa koko käyttöiän (20-30 vuoden) ajaksi.

Tyypillinen tyhjökatkaisijamalli on esitetty kuvassa.

Tyhjiökytkimen lohkokaavio

Tyhjiökammion rakenne koostuu koskettimien parista (4; 5), joista yksi on liikkuva (5), jotka on suljettu tyhjiötiiviiseen vaippaan, joka on hitsattu keraamisilla tai lasieristeillä (3; 7), ylä- ja alametallilla. kannet (2; 8) ) ja metallisuojus (6). Liikkuvan koskettimen liike suhteessa kiinteään on varmistettu holkin (9) avulla. Kameran kaapeleita (1; 10) käytetään kytkemään se pääkytkimen piiriin.

On huomattava, että tyhjiökammion kotelon valmistukseen käytetään vain erityisiä tyhjiönkestäviä metalleja, jotka on puhdistettu liuenneista kaasuista, kuparista ja erikoisseoksista, sekä erityistä keramiikkaa. Tyhjiökammion koskettimet on valmistettu metalli-keraamisesta koostumuksesta (yleensä se on kupari-kromi suhteessa 50% -50% tai 70% -30%), mikä tarjoaa korkean murtumiskyvyn, kulutuskestävyyden ja estää hitsauspisteiden muodostumisen kosketuspinnalle. Sylinterimäiset keraamiset eristeet sekä tyhjiörako avoimissa koskettimissa tarjoavat eristyksen kammion liittimien välillä, kun kytkin on pois päältä.

Tavrida-electric on julkaissut uuden muotoilun tyhjiökatkaisijan, jossa on magneettilukko. Sen suunnittelu perustuu periaatteeseen, jossa käyttösähkömagneetti ja tyhjiökatkaisija kohdistetaan katkaisijan kussakin navassa.

Kytkin sulkeutuu seuraavassa järjestyksessä.

Alkutilassa tyhjiökatkaisijakammion koskettimet ovat auki jousen 7 vaikutuksesta niihin vetoeristeen 5 kautta. Kun sähkömagneetin kelaan 9 johdetaan positiivisen napaisuuden jännite, magneettivuo kerääntyy magneettijärjestelmän rakoon.

Sillä hetkellä, kun magneettivuon synnyttämä ankkurin puristusvoima ylittää pysäytysjousen 7 voiman, sähkömagneetin ankkuri 11 yhdessä vetoeristeen 5 ja alipainekammion liikkuvan koskettimen 3 kanssa alkaa liikkua. ylös, puristaen jousta pysähtymistä varten. Tässä tapauksessa käämissä esiintyy moottori-EMF, joka estää virran lisäyksen ja jopa pienentää sitä jonkin verran.

Liikkeen aikana ankkuri saavuttaa noin 1 m / s nopeuden, mikä välttää alustavat vauriot päälle kytkettäessä ja eliminoi VDK-koskettimien pomppimisen. Kun tyhjökammion koskettimet suljetaan, magneettijärjestelmään jää ylimääräinen 2 mm puristusrako. Ankkurin nopeus laskee jyrkästi, koska sen on myös voitettava koskettimen 6 lisäesijännityksen jousivoima. Magneettivuon ja inertian aiheuttaman voiman vaikutuksesta ankkuri 11 kuitenkin jatkaa liikkumista ylöspäin, puristamalla jousi pysäytintä 7 varten ja lisäjousi koskettimien 6 esijännitystä varten.

Magneettijärjestelmän sulkemishetkellä ankkuri koskettaa käyttölaitteen 8 yläkantta ja pysähtyy. Sulkemisprosessin jälkeen käyttökelaan virta katkaistaan. Kytkin pysyy suljetussa asennossa johtuen jäännösinduktiosta, jonka aiheuttaa rengaskestomagneetti 10, joka pitää ankkurin 11 vedetyssä asennossa yläkanteen 8 ilman lisävirransyöttöä.

Kytkimen avaamiseksi kelan liittimiin on syötettävä negatiivinen jännite.

Tällä hetkellä tyhjökatkaisijat ovat tulleet hallitseviksi laitteiksi sähköverkoissa, joiden jännite on 6-36 kV. Siten tyhjiökatkaisijoiden osuus valmistettujen laitteiden kokonaismäärästä Euroopassa ja Yhdysvalloissa on 70%, Japanissa - 100%. Venäjällä tämä osuus on viime vuosina ollut jatkuvassa nousussa, ja vuonna 1997 se ylitti 50 prosentin rajan. Räjähteiden tärkeimmät edut (verrattuna öljy- ja kaasukytkimiin), jotka määräävät niiden markkinaosuuden kasvun, ovat:

— suurempi luotettavuus;

– pienemmät ylläpitokustannukset.
Katso myös: Suurjännitetyhjiökatkaisijat — rakenne ja toimintaperiaate