Kompleksowa analiza wyłącznika próżniowego: zasady działania i zastosowania

Wyłącznik próżniowy jest rodzajem urządzenia przełączającego wyspecjalizowanego w systemie zasilania elektrycznego, które może szybko odciąć prąd, gdy obwód jest uszkodzony, tak aby chronić obwód i powiązane urządzenia. W tym artykule omówimy szczegółowo zasadę działania, charakterystykę konstrukcyjną wyłącznika próżniowego i jego znaczenie w nowoczesnym systemie elektroenergetycznym.

Co to jest wyłącznik próżniowy?

Próżniowy wyłącznik automatyczny, określany jako wyłącznik automatyczny z przerywaczem próżniowym, który działa w próżni w celu osiągnięcia skutecznego odcięcia i włączenia prądu. Taka konstrukcja pozwala wyłącznikom próżniowym na uzyskanie doskonałej izolacji i możliwości gaszenia łuku elektrycznego w obliczu wysokich napięć.

Zasada działania wyłączników próżniowych

Główną zasadą działania wyłączników próżniowych jest eliminacja energii łuku w stykach (ruchomych i statycznych). Gdy styki wyłącznika są otwierane w próżni, między stykami powstaje łuk elektryczny. Ponieważ jednak jony i opary metalu szybko kondensują się na powierzchniach styków, łuk może zostać szybko zgaszony, zwiększając tym samym wytrzymałość dielektryka. Ta cecha sprawia, że wyłączniki próżniowe idealnie nadają się do systemów zasilania wysokiego napięcia.

Charakterystyka wyłączników próżniowych

Dielektryk izolacyjny wyłączników próżniowych wykazuje doskonałą zdolność gaszenia łuku elektrycznego, porównywalną do wyłączników powietrznych i SF6. Styki działają w środowisku próżniowym i są w stanie przerwać prąd początkowy poniżej zera, znacznie zwiększając wytrzymałość dielektryka. Taka konstrukcja sprawia, że wyłączniki próżniowe są wydajne, lekkie i ekonomiczne, a przy tym nie wymagają kosztownej konserwacji.

Charakter wyłączników próżniowych

Odległość otwarcia styku jest niewielka. Odległość otwarcia styku wyłącznika próżniowego jest niewielka. Na przykład, wyłącznik 10 kV potrzebuje tylko odległości otwarcia około 10 mm, przy małej mocy roboczej i długiej żywotności mechanicznej.
Czas palenia się łuku jest krótki: czas palenia się łuku wyłącznika próżniowego jest bardzo krótki, zwykle około pół tygodnia fali - około 10 ms; nie ma to znaczenia dla wielkości prądu.
Jest to dodatkowo wzmocnione przez lepszą charakterystykę dielektryczną próżni, która sprawia, że nadaje się ona do odłączania usterek w pobliżu.
Dłuższy czas pracy: ponieważ zużycie w momencie załączenia styków jest zbyt małe, żywotność elektryczna wyłącznika próżniowego jest długa. Dzięki temu urządzeniu można wykonać od 30 do 50 pełnych otwarć, a osiągnięty prąd znamionowy może wynosić 5000 cykli lub więcej.
W przypadku wyłączników próżniowych rozmiar i waga są mniejsze w porównaniu z konwencjonalnymi wyłącznikami; dlatego instalacja i konserwacja stają się łatwe.
Kompatybilny z obciążeniem pojemnościowym: zdolny do wyłączania prądu obciążenia pojemnościowego; kompatybilny z zastosowaniem sieci wysokiego napięcia.

Typ wyłącznika próżniowego

Typowe oznaczenie modelu wyłącznika próżniowego zawiera kilka liter, po których następuje numer, którego kombinacja określa konstrukcję i charakterystykę działania. Poniżej przedstawiono kilka konkretnych interpretacji:
Kod produktu: litery oznaczające różne typy wyłączników, "Z" dla wyłącznika próżniowego, inne to "S" - wyłącznik bezolejowy, "K" - wyłącznik powietrzny, "L" - wyłącznik sześciofluorku siarki itp.
Kod lokalizacji instalacji: "N" oznacza instalację wewnętrzną, a "W" instalację zewnętrzną.
Seria wzorów nr: 1, 2, 3 itd. to numery oznaczające serię wzorów.
Napięcie znamionowe kV, co oznacza, że napięcie znamionowe wyłącznika może wynosić 10 kV lub 12 kV.
Prąd znamionowy w A: Wartość prądu, który wyłącznik może bezpiecznie przenosić, np. 630 A, 1250 A itp.
Znamionowy prąd wyłączający: maksymalna wartość prądu, który wyłącznik jest w stanie przerwać w warunkach zwarcia, np. 20 kA, 25 kA itp.
Na przykład znaczenie wyłącznika próżniowego typu ZN12-10 jest następujące
"Z" dla wyłącznika próżniowego
"N" = Instalacja wewnętrzna
"12" oznacza serię projektową nr.
"10" oznacza, że napięcie znamionowe wynosi 10 kV.

Zastosowania wyłączników próżniowych

Wyłączniki próżniowe są stosowane w systemach zasilania, w których zakres napięcia wynosi od 11 kV do 33 kV. Podczas ich działania styki są całkowicie zamknięte w cylindrze próżniowym, co zapewnia ich rozdzielenie bez generowania łuku elektrycznego. Zalety tej konstrukcji obejmują niskie wymagania konserwacyjne, brak emisji gazów, długą żywotność i niski poziom hałasu, co czyni ją idealną do środowisk wewnętrznych.

Technika selekcji w wyłącznikach próżniowych

Wybór odpowiedniego wyłącznika próżniowego powinien opierać się na poniższych zasadach:

Wyboru dokonuje się zgodnie z typem rozdzielnicy:
W stacjonarnych rozdzielnicach wnętrzowych, takich jak rozdzielnice 10 kV, ten typ wyłącznika ZN28 jest najbardziej odpowiedni, ponieważ ma właściwości do operacji elektrycznych i ręcznych za pomocą mechanizmu sprężynowego.
W rozdzielnicach wnętrzowych typu move-open, takich jak typ KYN ze zintegrowanym mechanizmem sprężynowym, można wybrać wyłącznik automatyczny typu VS1.
Wybór prądu znamionowego: Normalny prąd znamionowy wynosi 630 A, 1000 A, 1250 A, 1600 A itd. Należy go wybrać zgodnie z obliczeniami prądu obciążenia.
Na przykład, prąd znamionowy transformatora 2000 kVA wynoszący 115,5 A spowoduje wybranie wyłącznika 630 A jako:.
Kalibracja prądu wyłączającego Znamionowy prąd wyłączający wyłącznika powinien być wyższy niż wartość szczytowa prądu zwarciowego w miejscu instalacji.
Na przykład, gdy maksymalny prąd zwarciowy wynosi 26 kA; można wybrać następującą specyfikację: wyłącznik, którego prąd otwarcia wynosi 31,5 kA.
Inne zmienne kalibracyjne to względny odstęp między fazami, parametry zależne od instalacji, warunki blokady, obecność cewki nadprądowej lub cewki zaniku napięcia, między innymi w celu zapewnienia kompatybilności systemu.

Zasada działania wyłączników próżniowych wysokiego napięcia

Wysokonapięciowe wyłączniki próżniowe to rozdzielnice przeznaczone do wysokonapięciowych systemów zasilania, wykorzystujące próżnię jako izolację i medium do gaszenia łuku elektrycznego, charakteryzujące się niewielkimi rozmiarami, niską wagą i prostą konserwacją.

Elementy wyłączników próżniowych

Ważne elementy wyłącznika próżniowego obejmują cięgna, połączenia elastyczne, zaciski, wskaźniki podciśnienia, dźwignie sterujące, krzywki blokujące i sprężyny wyłącznika.

Główne elementy wyłącznika próżniowego obejmują:

Butelka próżniowaElement rdzenia, używany do izolacji i gaszenia łuku, zwykle wykonany z materiału ceramicznego lub szklanego, odporny na wysoką temperaturę i wysokie ciśnienie.
Kontakty: główne części połączeń elektrycznych, zwykle wykonane z miedzi, o dobrej przewodności elektrycznej i odporności na zużycie.
Stałe styki: stałe styki umieszczone w korpusie butelki próżniowej w celu zapewnienia stabilności i bezpieczeństwa obwodu.
Sprężyna: główne źródło siły używanej do oddzielenia butelki próżniowej od ruchomego styku.
Dźwignia sterująca: urządzenie kontrolujące stan przełączania wyłącznika próżniowego, które może być napędzane ręcznie lub silnikiem elektrycznym.
Pręt przewodzący: element elektryczny łączący zewnętrzne zasilanie z wewnętrznymi stykami wyłącznika próżniowego.
Mechanizm zwalniający: Mechanizm zapewniający szybkie otwarcie wyłącznika próżniowego w nietypowych warunkach.

Przerywacz próżni: główny element, wewnętrzne środowisko wysokiej próżni.
Mechanizm operacyjny: sterowanie otwieraniem i zamykaniem wyłącznika automatycznego.
Elementy podtrzymujące izolację: podtrzymują elementy i zapewniają izolację.
Złącza przewodzące: łączą różne części obwodu.
Powłoka: chroni wewnętrzne komponenty przed środowiskiem zewnętrznym.

Mechanizm działania

Komora przerywacza próżniowego jest zwykle utrzymywana w wysokiej próżni poniżej 10^-4 Pa, co skutecznie zapobiega przepływowi prądu. Gdy konieczne jest rozłączenie obwodu, styki ruchome i statyczne szybko się rozłączają, a łuk elektryczny jest szybko gaszony z powodu braku wsparcia gazowego, kończąc w ten sposób rozłączanie.

Mechanizm operacyjny jest odpowiedzialny za otwieranie i zamykanie wyłącznika i zwykle zawiera sprężynowe urządzenie magazynujące energię, które uruchamia styki w celu rozdzielenia poprzez uwolnienie zmagazynowanej energii. Mechanizm może być sterowany ręcznie lub zdalnie.

Konserwacja i zastosowania

Konserwacja wysokonapięciowych wyłączników próżniowych jest stosunkowo prosta i polega głównie na regularnych kontrolach wyglądu, próżni i zużycia styków. Są one szeroko stosowane w podstacjach, przemysłowej dystrybucji energii i sieciach miejskich w celu zapewnienia bezpiecznego i niezawodnego działania systemów zasilania wysokiego napięcia.

Wnioski

Wysokonapięciowe wyłączniki próżniowe są szeroko stosowane w wysokonapięciowych systemach zasilania ze względu na ich wysoką niezawodność, długą żywotność i prostą konserwację. W przyszłości, wraz z postępem nauki i technologii oraz rozwojem inteligentnych sieci, wyłączniki próżniowe będą odgrywać coraz ważniejszą rolę w efektywnym zarządzaniu energią i zrównoważonym rozwoju.