Suurjännitetyhjiökatkaisijat — rakenne ja toimintaperiaate

Nykyaikaisten suurjännitelaitteiden joukossa, jotka on suunniteltu sähköisten piirien kytkemiseen, erityinen paikka on varattu tyhjiökatkaisimille. Niitä käytetään laajalti verkoissa 6-35 kV ja harvemmin järjestelmissä 110 tai 220 kV.

Niiden nimellinen katkaisuvirta voi olla 20 - 40 kA ja sähködynaaminen resistanssi noin 50 ÷ 100. Tällaisen katkaisijan tai vian kokonaislaukaisuaika on noin 45 millisekuntia.

Piirin jokainen vaihe on luotettavasti erotettu eristeillä ja samalla kaikki laitteet on rakenteellisesti koottu yhdelle yhteiselle taajuusmuuttajalle. Sähköaseman kiskot on kytketty kytkimen tuloliittimiin ja lähtöliitäntä lähtöliittimiin.

Tehokoskettimet toimivat tyhjökatkaisijassa, ja ne puristetaan yhteen, jotta saadaan mahdollisimman pieni kosketusresistanssi ja luotettava sekä kuormitus- että hätävirtojen kulku.

Kosketinjärjestelmän yläosa on kiinteästi kiinnitetty, ja alaosa käyttövoiman vaikutuksesta pystyy liikkumaan tiukasti aksiaalisuunnassa.

Kuvassa näkyy, että kosketinlevyt sijaitsevat tyhjökammiossa ja niitä ohjaavat tangot, joita ohjaavat sähkömagneettien jousien ja kelojen jännitysvoimat. Tämä koko rakenne sijaitsee eristysjärjestelmän sisällä, pois lukien vuotovirtojen esiintyminen.

Tyhjiökammion seinät on valmistettu puhdistetuista metalleista, metalliseoksista ja erikoiskeraamisista koostumuksista, jotka takaavat työympäristön hermeettisyyden useiden vuosikymmenten ajan. Ilman sisäänpääsyn estämiseksi liikkuvan koskettimen liikkeiden aikana asennetaan holkkilaite.

DC-sähkömagneetin ankkuri voi siirtyä sulkemaan tehokoskettimet tai rikkomaan ne johtuen käämiin syötetyn jännitteen napaisuuden muutoksista. Käyttörakenteeseen rakennettu pyöreä kestomagneetti pitää liikkuvan osan missä tahansa käyttöasennossa.

Jousijärjestelmä varmistaa ankkurin optimaalisten liikenopeuksien luomisen kommutaatioiden aikana, kosketuksen pomppimisen poissulkemisen ja seinärakenteen romahtamisen mahdollisuuden.

Kinemaattiset ja sähköiset piirit, joissa on synkronointiakseli ja lisäapukoskettimet, on koottu kytkimen rungon sisään, mikä mahdollistaa kytkimen asennon valvomisen ja ohjaamisen missä tahansa tilassa.

Nimittäminen

Tyhjiökatkaisin ei toiminnallisiltaan eroa muista suurjännitelaitteiden analogeista. Tarjoaa:

1.Luotettava nimellissähkötehon kulku jatkuvan käytön aikana;

2. mahdollisuus taattua laitteiden kytkemiseen sähköhenkilöstön toimesta manuaalisessa tai automaattisessa tilassa käyttökytkennän aikana työpiirin konfiguraation muuttamiseksi;

3. uusien onnettomuuksien automaattinen poistaminen mahdollisimman lyhyessä ajassa.

Suurin ero tyhjökatkaisijan välillä on sähkökaaren sammutusmenetelmä, joka syntyy, kun koskettimet irrotetaan sammutuksen aikana. Jos sen analogit luovat ympäristön paineilmalle, öljylle tai SF6-kaasulle, tyhjiö toimii tässä.

Valokaarisammutusperiaate virtapiirissä

Molemmat kosketinlevyt toimivat tyhjiöympäristössä, joka muodostuu pumppaamalla kaasuja kaarikourusäiliöstä 10-6÷10-8 N/cm2. Tämä luo korkean dielektrisen lujuuden, jolle on tunnusomaista parannetut dielektriset ominaisuudet.

Kun liike alkaa koskettimien asemasta, niiden väliin ilmestyy rako, joka sisältää välittömästi tyhjiön. Sen sisällä alkaa kuumennetun metallin haihtumisprosessi kosketustyynyistä. Kuormavirta kulkee edelleen näiden parien läpi. Se käynnistää ylimääräisten sähköpurkausten muodostumisen, luoden tyhjiöympäristöön kaaren, joka kehittyy edelleen metallihöyryjen haihtumisen ja vapautumisen vuoksi.

Sovelletun potentiaalieron vaikutuksesta muodostuneet ionit liikkuvat tiettyyn suuntaan muodostaen plasman.

Sen ympäristössä sähkövirran virtaus jatkuu, tapahtuu lisää ionisaatiota.

Koska kytkin toimii vaihtovirralla, sen suunta vaihtuu jokaisen puolijakson aikana.Kun siniaalto ylittää nollan, virtaa ei ole. Tästä johtuen kaari sammuu ja katkeaa äkillisesti, ja hylätyt metalli-ionit lakkaavat erottelemasta ja asettuvat 7-10 mikrosekunnissa kokonaan lähimmille kosketuspinnoille tai kaaren sammutuskammion muihin osiin.

Tässä vaiheessa tyhjiöllä täytetty tehokoskettimien välisen raon dielektrinen lujuus palautuu lähes välittömästi, mikä varmistaa kuormitusvirran lopullisen sammumisen. Siniaallon seuraavassa puolijaksossa sähkökaari ei voi enää esiintyä.

Näin ollen sähkökaaren toiminnan lopettamiseksi tyhjiöympäristössä, kun tehokoskettimet avataan, riittää, että vaihtovirta muuttaa suuntaa.

Eri mallien tekniset ominaisuudet

Tyhjiökatkaisijat on suunniteltu jatkuvaan käyttöön ulkona tai suljetuissa rakenteissa. Ulkokiinnitysyksiköt valmistetaan umpinaisilla silikonieristetyillä pylväillä ja sisätöihin käytetään valettuja epoksiseoksia.

Tyhjiökammiot valmistetaan tehtaalla siirrettävinä, optimaalisesti asennettuina valettuun koteloon asennettavaksi. Erikoistyyppisistä seostetuista seoksista valmistetut tehokoskettimet on jo asetettu niiden sisään. Ne tarjoavat sovelletun toimintaperiaatteen ja suunnittelun ansiosta valokaaren pehmeän sammutuksen ja sulkevat pois ylijännitteen mahdollisuuden piirissä.

Kaikissa tyhjiökatkaisinmalleissa käytetään yleistä sähkömagneettista toimilaitetta. Se pitää tehokoskettimet kiinni tai pois päältä voimakkaiden magneettien energian ansiosta.

Kosketinjärjestelmän kytkeminen ja kiinnittäminen tapahtuu «magneettisalvan» asennon avulla, joka kytkee magneettiketjun kytkemään uudelleen tai irrottamaan liikkuvan ankkurin. Sisäänrakennetut jousielementit mahdollistavat sähköhenkilöstön manuaalisen kytkennän.

Tyhjiökatkaisimen, tyypillisten relepiirien tai elektroniikan toiminnan ohjaamiseksi, mikroprosessoriyksiköt, joka voidaan sijoittaa suoraan taajuusmuuttajakoteloon tai tehdä etälaitteista erillisissä kaapeissa, lohkoissa tai paneeleissa.

Tyhjiökatkaisijoiden edut ja haitat

Edut sisältävät:

• suunnittelun suhteellinen yksinkertaisuus;

• vähentynyt sähkönkulutus kytkimien tuotannossa;

• mukavuus korjauksessa, joka koostuu mahdollisuudesta vaihtaa rikkoutunut kaarikouru;

• kytkimen kyky toimia missä tahansa suunnassa avaruudessa;

• korkea luotettavuus;

• lisääntynyt vastustuskyky kytkentäkuormille;

• rajoitetut koot;

• palo- ja räjähdyskestävyys;

• hiljainen toiminta kytkettäessä;

• korkea ympäristöystävällisyys, lukuun ottamatta ilmansaasteita.

Suunnittelun haitat ovat:

• suhteellisen alhaiset sallitut nimellis- ja hätätilan virrat;

• kytkentäpiikkien esiintyminen pienten induktiivisten virtojen keskeytyksen aikana;

• kaarilaitteen vähentynyt resurssi oikosulkuvirtojen eliminoinnissa.