EN
Šiuolaikinės vidutinės įtampos jungiklių įrangos lankų užgesinimo fizika
Kai gedimo srovė staigiai padidėja elektros energijos skirstymo tinkle, apsauginio įrenginio srovės nutraukimo greitis nulemia tai, ar žemesnio lygio įranga išgyvens, ar patirs nuolatinę žalą. Vidutinės įtampos taikymuose, kurių įtampa svyruoja nuo 3,6 kV iki 40,5 kV, vakuumo slinkimo įrenginys tapo dominuojančiu pasirinkimu būtent dėl vienos svarbiausios savybės: jis gali užgesinti elektrinį lanką per mikrosekundes po kontaktų atskyrimo.
Lankstytinės lankų gesinimo mechanizmas vakuumo pertraukiklyje veikia principais, kurie esminiu būdu skiriasi nuo senesnių aliejumi pripildytų ar SF6 dujomis veikiančių pertraukiklių. Kai kontaktai atsiskleidžia apkrovos sąlygomis, srovė jonizuoja metalo garus iš kontaktų paviršių, sukuriant laidųjį plazmos stulpelį. Tačiau vakuumo aplinkoje įkrautų dalelių vidutinis laisvasis kelias matuojamas metrais, o ne nanometrais – kai srovės bangos forma praeina per natūralų nulio tašką, plazma beveik akimirksniu praranda savo laidųjį mediumą. Per 10–15 mikrosekundžių po srovės nulio vakuumo tarpelio dielektrinė stiprybė atsigenda greičiau nei auga laikinoji atstatomoji įtampa, todėl pakartotinis užsidegimas neįmanomas.
Kontaktų medžiagos ir jų vaidmuo pertraukime
Kodėl vario-chromio lydiniai dominuoja vakuumo pertraukiklių konstrukcijoje
Kontaktinės medžiagos pasirinkimas tiesiogiai nulemia pertraukimo našumą. Dauguma šiuolaikinių vakuuminių pertraukiklių kontaktų naudoja vario-chromio (CuCr) lydinį, dažniausiai su 25–40 % chromio kiekiu. Šis medžiagų derinys atlieka tris funkcijas: chromis užtikrina stiprią „getter“ veiklą, absorbuodamas likusius dujų molekules, kurios galėtų sumažinti vakuumo kokybę per 20–30 metų eksploatacijos laikotarpį; varis užtikrina puikią elektros ir šilumos laidumą, kad būtų galima valdyti nuolatinės srovės nominaliąsias vertes nuo 630 A iki 3150 A; be to, lydinio grūdelių struktūra sukuria smulkius, vienodai paskirstytus lankų šaknis, kurios neleidžia vietinei perkaitimui.
Alternatyvios medžiagos, pvz., varis-bismutas ir varis-volframas, naudojamos specializuotose aplikacijose, tačiau CuCr išlieka standartinė medžiaga, nes ji suteikia geriausią kompromisinį sprendimą tarp lanko erozijos atsparumo ir srovės nutraukimo elgsenos – tai ypač svarbu taikymuose, kuriuose reikšmingos žemos viršįtampės charakteristikos.
Kontaktų geometrijos vaidmuo lanko valdyme
Bez medžiagų pasirinkimo, lankui veikti taip pat įtakos turi kontaktų geometrinė forma. Špiralinės žiedinės kontaktinės paviršiaus formos ir ašinio magnetinio lauko (AMF) kontaktai yra du paplitę sprendimai. AMF kontaktai sukuria magnetinį lauką, lygiagretų lanko stulpui, kuris verčia lanką išsisklaidyti didesniame paviršiaus plote vietoj to, kad susitelktų viename taške. Ši išsisklaidymo procesas sumažina vietinę kontaktinio paviršiaus temperatūrą nuo galimų 20 000 K lanko šaknies srityje iki valdomesnio temperatūros pasiskirstymo, todėl kontakto erozijos tempai žymiai sumažėja.
Praktinis atvejis iš Pietryčių Azijos pramonės parko
Vietnamo tekstilės gamybos įmonė, kurioje veikia daugiau nei 200 varikliu varomų audimo staklių, dažnai susidurdavo su netikėtais pertraukimais senėjančiuose aliejuje veikiančiuose grandinės pertraukikliuose. Dažni trumpojo jungimo įvykiai – būdingi aplinkoms su dideliais variklių paleidimo srovės smūgiais – pablogino izoliacinio aliejaus kokybę, todėl buvo reikalaujama kas ketvirtį planuoti techninės priežiūros sustabdymus. Kiekvienas sustabdymas kainuodavo maždaug 8–12 valandų prarastos gamybos.
Įmonės inžinerijos komanda, bendradarbiaudama su „Xiamen Hongxin Intelligent Technology“, pakeitė naftos pertraukiklius KYN28-12 vidiniais metaliniais ištraukiamaisiais įrenginiais, turinčiais 1250 A nominalųjį srovės reikšmę ir 31,5 kA trumpojo jungimo pertraukimo gebėjimą. vakuumo slinkimo įrenginys vakuumo pertraukikliai pašalino visą naftai susijusią priežiūrą. Veikdami daugiau kaip 18 mėnesių, vakuumo pertraukikliai sėkmingai įveikė 14 gedimų atvejų be vieno nesėkmingo pertraukimo ar pakartotinio užsidegimo. Lankui užgesinti reikalingas laikas, matuotas oscilografiškai, nuolat buvo trumpesnis nei 15 milisekundžių – nuo kontaktų atsiskyrimo iki galutinio srovės nulio.
Patikimo lanko pertraukimo našumo parinkimo kriterijai
Atitinkamas nominalus trumpojo jungimo pertraukimo gebėjimas sistemos reikalavimams
A vakuumo slinkimo įrenginys turi turėti nustatytą trumpojo jungimo nutraukimo gebą (Isc), kuri viršytų maksimalią galimą gedimo srovę įrengimo vietoje. IEC 62271-100 skirsto perjungiklius į E1 (pagrindinė elektros ištvermė), E2 (išplėstinė elektros ištvermė), C1 (žema kilsčio tikimybė) ir C2 (labai žema kilsčio tikimybė) klases. Kritiniams procesams aptarnaujamos sistemose nurodant E2 ir C2 klasių įrenginius užtikrinamas papildomas saugos rezervas – šios klasifikacijos patvirtina, kad nutraukiklis gali daug kartų išlaikyti visą nustatytą nutraukimo srovę be kilsčio.
Vakuumo vientisumo stebėjimas kaip profilaktinė praktika
Vakuumo pertraukikliai yra užsandrinti visam laikui prietaisai, tačiau vakuumo kokybė gali blogėti dėl mikroskopinių nesandrumų ar lėto išsiskyrimo. Šiuolaikiniai diagnostikos metodai apima magnetroninio manometro metodą ir aukštos įtampos kintamosios srovės atlaikymo bandymus tarp atvirų kontaktų. Sveikas pertraukiklis nominaliąja įtampa atlaiko bandymo įtampą be jokios nuotėkio srovės – bet kuri matoma srovės bėgimo reiškia dujų patekimą ir sumažėjusią dielektrinę stiprybę, todėl pertraukiklis turi būti pakeistas dar prieš sugenda.
Reguliarus pertraukiklio apvalkalo vizualinis apžiūrėjimas dėl įtrūkimų ar smūgio pažeidimų papildo elektrinius bandymus. Jei yra kontaktų erozijos indikatoriai, jie rodo likusį kontaktų slenksčio atstumą.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kodėl vakuumas yra geresnis už SF6 lankui gesinti?
Vakuumo pertraukikliai dielektrinę atstatymo gebą pasiekia maždaug 10 kartų greičiau nei SF6 po srovės nulio, nes vakuumo aplinkoje nėra dujų molekulių, kurios reikėtų dezjonizuoti. Tai reiškia, kad vakuumo technologija veiksmingiau tvarko aukšto dažnio laikinąsias atstatomąsias įtampos bangas ir tuo pačiu pašalina šiltnamio efektą sukeliančių dujų rūpesčius, nes SF6 globalaus atšilimo potencialas yra 23 500 kartų didesnis už CO₂.
Kiek laiko veikia vakuumo grandinės pertraukiklio pertraukiklis?
Gerai prižiūrimas vakuumo pertraukiklis paprastai tarnauja nuo 20 iki 30 metų be reikšmingų įsikišimų. Mechaninė valdymo mechanizmo atsparumas viršija 10 000 uždarymo–atidarymo ciklų pagal IEC 62271-100 standartą. Elektros atsparumas nominaliąja trumpuoju jungtimi srovei svyruoja nuo 30 iki 100 pilnų gedimo pertraukimų, priklausomai nuo konstrukcijos ir charakteristikų. Hongxin Intelligent Technology vakuumo pertraukiklių komplektai atitinka šiuos IEC atsparumo klasifikavimus.
Ar vakuumo grandinės pertraukikliai gali valdyti talpinį jungimą?
Taip, jei tinkamai nurodyta. Talpuminis jungiklis – dažnas kondensatorių bankų ir laidų įkrovos taikymuose – reikalauja perjungiklio, kurio likutinės žygsnio tikimybė yra maža (C2 klasė pagal IEC 62271-100). Vakuumo perjungiklio greita dielektrinė atstatymo galia daro jį nuo prigimties tinkamu, tačiau kontaktų medžiaga ir konstrukcija turi būti optimizuota, kad būtų sumažintas įpradžio srovės įšuolis prieš žygsnį.
Koks yra tipiškas lankų užgesinimo laikas vakuumo perjungiklyje?
Lankų užgesinimas paprastai baigiamas per 8–15 milisekundžių po kontaktų atskyrimo, priklausomai nuo gedimo srovės dydžio ir to momento, kai prasideda atskyrimas bangos fazėje. Lankas dega iki kito natūralaus srovės nulio, kuriuo metu vakuumo tarpas beveik iškart atstatys visą savo dielektrinę stiprybę.
Kokios priežiūros reikalauja vakuumo perjungiklis?
Vakuumo pertraukikliai reikalauja minimalios priežiūros lyginant su aliejumi ar SF6 alternatyvomis. Standartinė patikrinimo procedūra apima kasmetines keraminio apvalkalo vizualines apžiūras, kontaktų nusidėvėjimo tikrinimą naudojant įmontuotus dėvėjimosi rodiklius ir dielektrinės vientisumo bandomąją įtampą, kuri yra 80 % nominalios galios dažnio atlaikymo įtampos. Nereikia papildyti dujų ar keisti alyvos.
Ar aukštis veikia vakuumo jungiklių veikimą?
Ne – tai viena iš pagrindinių privalumų. Skirtingai nuo oru izoliuotų ar SF6 jungiklių, kurių dielektrinė stiprybė sumažėja didelėse aukštybėse dėl mažesnio oro tankio, vakuumo pertraukikliai išlaiko tokį patį veikimą bet kokioje aukštybėje, nes vakuumo dielektrinės savybės nepriklauso nuo išorinio atmosferos slėgio. Dėl to vakuumo technologija yra pageidautina kalnų regionuose įrengiamoms sistemoms.