Uitgebreide analyse van vacuümvermogenschakelaar: werkingsprincipes en toepassingen

Vacuümvermogenschakelaar is een soort schakelapparatuur die gespecialiseerd is in elektrische systemen en die snel de stroom kan onderbreken als het circuit defect is, om het circuit en de bijbehorende apparatuur te beschermen. In dit artikel bespreken we in detail het werkingsprincipe, de ontwerpkenmerken van vacuümvermogenschakelaar en het belang ervan in moderne stroomsystemen.

Wat is een vacuümvermogenschakelaar?

Vacuümvermogenschakelaar, ook wel aangeduid als een vermogenschakelaar met vacuümonderbreker, die werkt in een vacuümmedium om een efficiënte stroomonderbreking en -inschakeling te verkrijgen. Dankzij dit ontwerp hebben vacuümvermogenschakelaars superieure isolatie- en vlamboogdovende eigenschappen wanneer ze met hoge spanningen worden geconfronteerd.

Werkingsprincipe van vacuümvermogenschakelaars

Het belangrijkste principe van vacuümvermogenschakelaars is het elimineren van vonkenergie in de contacten (bewegend en statisch). Wanneer contacten van stroomonderbrekers in vacuüm worden geopend, ontstaat er een vlamboog tussen de contacten. Omdat ionen en metaaldampen echter snel condenseren op de contactoppervlakken, kan de vlamboog snel worden gedoofd, waardoor de sterkte van het diëlektricum toeneemt. Deze eigenschap maakt vacuümvermogenschakelaars bij uitstek geschikt voor hoogspanningsinstallaties.

Kenmerken van vacuümvermogenschakelaars

Het isolerende diëlektricum van vacuümvermogenschakelaars heeft een uitstekend vermogen om vonken te doven, vergelijkbaar met dat van lucht- en SF6vermogenschakelaars. De contacten werken in een vacuümomgeving en kunnen de beginstroom onder nul breken, waardoor de sterkte van het diëlektricum aanzienlijk toeneemt. Dit ontwerp maakt vacuümvermogenschakelaars efficiënt, licht en kosteneffectief, terwijl ze geen duur onderhoud vereisen.

Aard van vacuümvermogenschakelaars

De openingsafstand van het contact is klein. De openingsafstand van het contact van de vacuümvermogenschakelaar is klein. Een 10kV stroomonderbreker heeft bijvoorbeeld slechts een openingsafstand van ongeveer 10 mm nodig, met een klein werkingsvermogen en een lange mechanische levensduur.
Vlambrandtijd is kort: de vlambrandtijd van een vacuümvermogenschakelaar is erg kort, meestal ongeveer een halve weekgolf - ongeveer 10 ms; het is niet relevant voor de grootte van de stroom.
Dit wordt nog versterkt door de betere diëlektrische eigenschappen van het vacuüm, waardoor het geschikt is voor het loskoppelen van fouten in de omgeving.
Langere werkingstijd: omdat de slijtage bij het vastklikken van het contact te klein is, heeft een vacuümvermogenschakelaar een lange elektrische levensduur. Met dit apparaat kunnen 30 tot 50 volledige openingen worden uitgevoerd en de bereikte nominale stroom kan 5000 cycli of meer zijn.
In het geval van vacuümvermogenschakelaars zijn de afmetingen en het gewicht kleiner dan bij conventionele vermogenschakelaars, waardoor installatie en onderhoud eenvoudig zijn.
Compatibel met capacitieve belasting: kan de stroom van capacitieve belasting uitschakelen; compatibel met de toepassing van een hoogspanningsnet.

Type vacuümvermogenschakelaar

Een typische modelaanduiding voor een vacuümvermogenschakelaar bestaat uit meerdere letters gevolgd door een nummer, waarvan de combinatie de ontwerp- en prestatiekenmerken definieert. Hieronder volgen enkele specifieke interpretaties:
Productcode: letters voor verschillende soorten stroomonderbrekers, "Z" voor vacuümstroomonderbreker, andere zijn "S" - olievrije stroomonderbreker, "K" - luchtstroomonderbreker, "L" - zwavelhexafluoride stroomonderbreker, enzovoort.
Code installatieplaats: "N" betekent installatie binnenshuis en "W" betekent installatie buitenshuis.
Design Series No.: 1, 2, 3, enz., zijn enkele nummers die een reeks ontwerpen aanduiden.
Nominale spanning kV, wat betekent dat de nominale spanningsklasse van de stroomonderbreker 10kV of 12kV kan zijn.
Nominale stroom in A: Waarde van de stroom die de vermogenschakelaar veilig kan dragen, bijvoorbeeld: 630A, 1250A, enz.
Nominale breekstroom: maximale waarde van de stroom die een stroomonderbreker kan breken in geval van kortsluiting, bijv. 20kA, 25kA enz.
De betekenis van een vacuümvermogenschakelaar van het type ZN12-10 is bijvoorbeeld
"Z" voor vacuümvermogenschakelaar
"N" = installatie binnen
"12" staat voor ontwerpserie nr.
"10" geeft aan dat de nominale spanning 10 kV is.

Toepassingen van vacuümvermogenschakelaars

Vacuümvermogenschakelaars worden gebruikt in elektriciteitssystemen met een spanningsbereik tussen 11 kV en 33 kV. Tijdens hun werking zijn de contacten volledig afgedicht in een vacuümcilinder, waardoor ze worden gescheiden zonder dat er een vlamboog ontstaat. Voordelen van dit ontwerp zijn onder andere lage onderhoudsvereisten, geen gasemissies, lange levensduur en lage geluidsniveaus, waardoor ze ideaal zijn voor binnenomgevingen.

Selectietechniek in vacuümvermogenschakelaar

De keuze van de juiste vacuümvermogenschakelaar moet gebaseerd zijn op het volgende:

De selectie gebeurt op basis van het schakelaartype:
In overdekte vaste schakelinstallaties, zoals 10kV schakelinstallaties, is dit type ZN28 vermogenschakelaar het meest toepasbaar, met eigenschappen voor elektrische en handmatige bediening via een veermechanisme.
In overdekte schakelinstallaties van het "move-open" type, zoals het KYN type met een veergeïntegreerd bedieningsmechanisme, kan de VS1 type vermogensschakelaar worden gekozen.
Selectie nominale stroom: De normale nominale stroom is 630A, 1000A, 1250A, 1600A, enz. Deze moet worden geselecteerd op basis van de berekening van de belastingsstroom.
Bijvoorbeeld, een 2000kVA transformator met een nominale stroom van 115,5A zou een 630A stroomonderbreker selecteren als:.
Kalibratie van de breekstroom De nominale breekstroom van de vermogenschakelaar moet hoger zijn dan de piekwaarde van de kortsluitstroom op de plaats van installatie.
Als de maximale kortsluitstroom bijvoorbeeld 26 kA is, kan de volgende specificatie worden geselecteerd: de vermogensschakelaar waarvan de openingsstroom 31,5 kA is.
Andere kalibratievariabelen zijn de relatieve afstand tussen de fasen, installatie-afhankelijke parameters, vergrendelingsvoorwaarden, aanwezigheid van een overstroom- of spanningsverliesspoel, enzovoort voor systeemcompatibiliteit.

Werkingsprincipe van vacuüm hoogspanningsschakelaars

Hoogspannings vacuümvermogenschakelaars zijn schakelapparaten die zijn ontworpen voor hoogspanningsvoedingssystemen met vacuüm als isolatie- en vlamboogdovend medium en worden gekenmerkt door hun kleine afmetingen, lichte gewicht en eenvoudige onderhoud.

Onderdelen van vacuümvermogenschakelaars

Belangrijke onderdelen van een vacuümvermogenschakelaar zijn trekstangen, flexibele aansluitingen, klemmen, vacuümindicatoren, bedieningshendels, vergrendelingsnokken en brekerveren.

De belangrijkste onderdelen van een vacuümvermogenschakelaar zijn:

Vacuümfles: de kerncomponent, gebruikt voor isolatie en boogblussing, meestal gemaakt van keramisch of glazen materiaal, bestand tegen hoge temperatuur en hoge druk.
Contactpersonen: de belangrijkste elektrische verbindingsonderdelen, meestal gemaakt van kopermateriaal, met goede elektrische geleiding en slijtvastheid.
Vaste contacten: vaste contacten in het huis van de vacuümfles om de stabiliteit en veiligheid van het circuit te garanderen.
Veer: de belangrijkste krachtbron om de vacuümfles en het beweegbare contact van elkaar te scheiden.
Bedieningshendel: het apparaat dat de schakeltoestand van de vacuümvermogenschakelaar regelt en dat met de hand of met een elektromotor kan worden aangedreven.
Geleidende staaf: de elektrische component die de externe voeding verbindt met de interne contacten van de vacuümvermogenschakelaar.
Ontgrendelmechanisme: Mechanisme dat zorgt voor een snelle opening van de vacuümvermogenschakelaar onder abnormale omstandigheden.

Vacuümonderbreker: de kerncomponent, de interne hoogvacuümomgeving.
Bedieningsmechanisme: controle over het openen en sluiten van de stroomonderbreker.
Isolatie ondersteunende onderdelen: ondersteunen de onderdelen en zorgen voor isolatie.
Geleidende connectoren: verbinden de verschillende delen van het circuit.
Omhulsel: beschermt de interne componenten tegen de externe omgeving.

Bedieningsmechanisme

De kamer van de vacuümonderbreker wordt normaal gesproken in een hoog vacuüm van minder dan 10^-4 Pa gehouden, een omgeving die de stroom effectief verhindert. Wanneer het circuit moet worden onderbroken, scheiden de beweegbare en statische contacten zich snel en wordt de vlamboog snel gedoofd door het gebrek aan gasondersteuning, waardoor de onderbreking is voltooid.

Het bedieningsmechanisme is verantwoordelijk voor het openen en sluiten van de stroomonderbreker en bevat meestal een energieopslagapparaat onder veerdruk dat de contacten loskoppelt door de opgeslagen energie vrij te geven. Het mechanisme kan handmatig of op afstand worden bediend.

Onderhoud en toepassingen

Het onderhoud van hoogspanningsstroomonderbrekers is relatief eenvoudig en bestaat voornamelijk uit regelmatige inspecties van het uiterlijk, het vacuüm en de slijtage van de contacten. Ze worden veel gebruikt in onderstations, industriële stroomdistributie en stedelijke netwerken om de veilige en betrouwbare werking van hoogspanningssystemen te garanderen.

Conclusie

Hoogspannings vacuümvermogenschakelaars worden veel gebruikt in hoogspanningssystemen vanwege hun hoge betrouwbaarheid, lange levensduur en eenvoudig onderhoud. In de toekomst, met de vooruitgang van wetenschap en technologie en de ontwikkeling van smart grid, zullen vacuümvermogenschakelaars een steeds belangrijkere rol spelen in efficiënt energiebeheer en duurzame ontwikkeling.