Omfattende analyse af vakuumafbrydere: principper for drift og anvendelse

Vakuumafbryder er en slags koblingsudstyr, der er specialiseret i elkraftsystem, som hurtigt kan afbryde strømmen, når kredsløbet er defekt, for at beskytte kredsløbet og relateret udstyr. I denne artikel vil vi i detaljer diskutere arbejdsprincippet, vakuumafbryderens designegenskaber og dens betydning i det moderne elsystem.

Hvad er en vakuumafbryder?

Vakuumafbryder, også kaldet en afbryder med vakuumafbryder, som arbejder i et vakuummedium for at opnå en effektiv afbrydelse og tilkobling af strømmen. Dette design gør det muligt for vakuumafbrydere at have overlegen isolering og lysbueslukningsevne, når de står over for høje spændinger.

Princippet for drift af vakuumafbrydere

Hovedprincippet i vakuumafbrydere er at eliminere lysbueenergi i kontakterne (bevægelige og statiske). Når afbryderens kontakter åbnes i vakuum, opstår der en lysbue mellem kontakterne. Men fordi ioner og metaldampe hurtigt kondenserer på kontaktfladerne, kan lysbuen slukkes hurtigt, hvilket øger dielektrikums styrke. Denne egenskab gør vakuumafbrydere ideelt egnede til højspændingsudstyrssystemer.

Karakteristik af vakuumafbrydere

Det isolerende dielektrikum i vakuumafbrydere har en fremragende lysbueslukningsevne, der kan sammenlignes med luft- og SF6-afbrydere. Kontakterne fungerer i et vakuummiljø og er i stand til at bryde den indledende strøm under nul, hvilket øger dielektrikums styrke betydeligt. Dette design gør vakuumafbrydere effektive, lette og omkostningseffektive, samtidig med at de ikke kræver dyr vedligeholdelse.

Arten af vakuumafbrydere

Kontaktens åbningsafstand er lille. Åbningsafstanden for vakuumafbryderens kontakt er lille. For eksempel behøver en 10kV-afbryder kun en åbningsafstand på ca. 10 mm med lille driftseffekt og lang mekanisk levetid.
Lysbuens brændetid er kort: Lysbuens brændetid for en vakuumafbryder er meget kort, normalt omkring en halv uges bølge - ca. 10 ms; det er irrelevant for strømmens størrelse.
Dette forstærkes yderligere af vakuumets bedre dielektriske egenskaber, som gør det velegnet til frakobling af fejl i nærheden.
Længere driftstid: Da slitagen på tidspunktet for kontaktindgrebet er for lille, er den elektriske levetid for en vakuumafbryder lang. Med denne enhed kan der udføres 30 til 50 åbninger med fuld kapacitet, og den opnåede nominelle strøm kan være 5000 cyklusser eller mere.
Når det gælder vakuumafbrydere, er størrelsen og vægten mindre sammenlignet med konventionelle afbrydere; derfor bliver installation og vedligeholdelse let.
Kompatibel med kapacitiv belastning: i stand til at slukke for strømmen i kapacitiv belastning; kompatibel med anvendelse af højspændingsnet.

Type af vakuumafbryder

En typisk modelbetegnelse for en vakuumafbryder omfatter flere bogstaver efterfulgt af et tal, hvis kombination definerer design- og ydeevneegenskaberne. Her følger nogle specifikke fortolkninger:
Produktkode: for at repræsentere bogstaver for forskellige typer afbrydere, "Z" for vakuumafbryder, andre er "S" - oliefri afbryder, "K" - luftafbryder, "L" - svovlhexafluoridafbryder og så videre.
Kode for installationssted: "N" betyder indendørs installation, og "W" betyder udendørs installation.
Designserie nr.: 1, 2, 3 osv. er nogle tal, der angiver en serie af designs.
Nominel spænding kV, hvilket betyder, at afbryderens nominelle spændingsklasse kan være 10 kV eller 12 kV.
Nominel strøm i A: Værdien af den strøm, som afbryderen sikkert kan bære, f.eks. 630A, 1250A osv.
Nominel brydestrøm: maksimal værdi af strøm, som en afbryder er i stand til at bryde ved kortslutning, f.eks. 20kA, 25kA osv.
For eksempel er betydningen af en vakuumafbryder af typen ZN12-10
"Z" for vakuumafbryder
"N" = Installation indendørs
"12" står for designserie nr.
"10" angiver, at den nominelle spænding er 10kV.

Anvendelser af vakuumafbrydere

Vakuumafbrydere bruges i elsystemer, hvor spændingsområdet er mellem 11kV og 33kV. Under driften er kontakterne helt forseglet i en vakuumcylinder, hvilket sikrer, at de adskilles uden at danne lysbuer. Fordelene ved dette design omfatter lave vedligeholdelseskrav, ingen gasemissioner, lang levetid og lavt støjniveau, hvilket gør det ideelt til indendørs miljøer.

Udvælgelsesteknik i vakuumafbryder

Valg af korrekt vakuumafbryder skal baseres på følgende:

Valget sker i henhold til typen af koblingsudstyr:
I indendørs faste koblingsanlæg, f.eks. 10 kV koblingsanlæg, er denne type ZN28-afbryder den mest anvendelige, da den har egenskaber til elektrisk og manuel betjening via en fjedermekanisme.
I indendørs koblingsanlæg af bevægelsesåbningstypen, såsom KYN-typen med en fjederintegreret betjeningsmekanisme, kan afbryderen af VS1-typen vælges.
Valg af nominel strøm: Normal nominel strøm vil være 630A, 1000A, 1250A, 1600A osv. Den skal vælges i overensstemmelse med beregningen af belastningsstrømmen.
For eksempel vil en transformer på 2000 kVA med en nominel strøm på 115,5 A vælge en 630 A-afbryder som:.
Kalibrering af brydestrømmen Afbryderens nominelle brydestrøm skal være højere end spidsværdien af kortslutningsstrømmen på installationsstedet.
For eksempel, når den maksimale kortslutningsstrøm er 26kA; kan følgende specifikation vælges: afbryderen, hvis åbningsstrøm er 31,5kA.
Andre kalibreringsvariabler er en relativ afstand mellem faserne, installationsafhængige parametre, forriglingsforhold, tilstedeværelse af en overstrømsspole eller spændingstabsspole blandt andet for systemkompatibilitet.

Princippet for drift af højspændings-vakuumafbrydere

Højspændings-vakuumafbrydere er koblingsudstyr designet til højspændingssystemer, der bruger vakuum som isolerings- og lysbueslukningsmedium, og som er kendetegnet ved lille størrelse, lav vægt og enkel vedligeholdelse.

Komponenter i vakuumafbrydere

Vigtige komponenter i en vakuumafbryder er trækstænger, fleksible forbindelser, klemmer, vakuumindikatorer, betjeningshåndtag, låsekamre og afbryderfjedre.

Hovedkomponenterne i en vakuumafbryder omfatter:

Vakuumflaske: kernekomponenten, der bruges til isolering og lysbueslukning, normalt lavet af keramik eller glasmateriale, der kan modstå høj temperatur og højt tryk.
Kontaktpersoner: de vigtigste elektriske forbindelsesdele, normalt lavet af kobbermateriale, med god elektrisk ledningsevne og slidstyrke.
Faste kontakter: Faste kontakter placeret i vakuumflaskens krop for at sikre kredsløbets stabilitet og sikkerhed.
Fjeder: Den vigtigste kraftkilde, der bruges til at skubbe adskillelsen af vakuumflasken og den bevægelige kontakt.
Betjeningshåndtag: Enheden, der styrer vakuumafbryderens skiftetilstand, og som kan drives med håndkraft eller elmotor.
Ledestang: Den elektriske komponent, der forbinder den eksterne strømforsyning med vakuumafbryderens interne kontakter.
Udløsningsmekanisme: Mekanisme, der sikrer hurtig åbning af vakuumafbryderen under unormale forhold.

Vakuumafbryder: kernekomponenten, det interne højvakuum-miljø.
Betjeningsmekanisme: styrer åbning og lukning af afbryderen.
Isolationsstøtter: støtter delene og sørger for isolering.
Ledende stik: Forbinder de forskellige dele af kredsløbet.
Skal: Beskytter de indre komponenter mod det ydre miljø.

Betjeningsmekanisme

Vakuumafbryderens kammer holdes normalt i et højt vakuum på under 10^-4 Pa, et miljø, der effektivt forhindrer strømgennemgang. Når kredsløbet skal afbrydes, adskilles de bevægelige og statiske kontakter hurtigt, og lysbuen slukkes hurtigt på grund af den manglende gasstøtte, hvilket fuldfører afbrydelsen.

Betjeningsmekanismen er ansvarlig for at åbne og lukke afbryderen og indeholder normalt en fjederbelastet energilagringsenhed, der aktiverer kontakterne til at adskille sig ved at frigive den lagrede energi. Mekanismen kan styres manuelt eller med fjernbetjening.

Vedligeholdelse og anvendelse

Vedligeholdelse af højspændings-vakuumafbrydere er relativt enkel og består hovedsageligt af regelmæssige inspektioner af udseende, vakuum og kontaktslitage. De bruges i vid udstrækning i transformerstationer, industriel strømfordeling og bynet for at sikre en sikker og pålidelig drift af højspændingssystemer.

Konklusion

Højspændings-vakuumafbrydere bruges i vid udstrækning i højspændingssystemer på grund af deres høje pålidelighed, lange levetid og enkle vedligeholdelse. I fremtiden, med fremskridt inden for videnskab og teknologi og udvikling af smart grid, vil vakuumafbrydere spille en stadig vigtigere rolle i effektiv energistyring og bæredygtig udvikling.