Augstsprieguma slēdži: klasifikācija, ierīce, darbības princips

Prasības slēdžiem ir šādas:

1) uzticamību darbā un drošību citiem;

2) ātra reakcija — iespējams, īss izslēgšanas laiks;

3) apkopes vienkāršība;

4) uzstādīšanas vienkāršība;

5) klusa darbība;

6) salīdzinoši zemas izmaksas.

Šobrīd izmantotie automātiskie slēdži lielākā vai mazākā mērā atbilst uzskaitītajām prasībām. Slēdžu izstrādātāji tomēr cenšas labāk saskaņot slēdžu raksturlielumus ar iepriekš minētajām prasībām.

Eļļas slēdži

Ir divu veidu eļļas slēdži — rezervuārs un zems eļļas līmenis. Loka telpas dejonizācijas metodes šajos taustiņos ir vienādas. Vienīgā atšķirība ir kontaktu sistēmas izolācijā no zemes pamatnes un eļļas daudzumā.

Vēl nesen darbojās tvertnes šāda veida tvertnēm: VM-35, S-35, kā arī U sērijas slēdži ar spriegumu no 35 līdz 220 kV. Tvertņu slēdži ir paredzēti ārējai montāžai, pašlaik netiek ražoti.

Galvenie tvertnes slēdžu trūkumi: sprādziens un ugunsgrēks; nepieciešamība periodiski uzraudzīt eļļas stāvokli un līmeni tvertnē un ieplūdes atverēs; liels eļļas daudzums, kas rada lielu laika ieguldījumu tās nomaiņai, nepieciešamība pēc lielām naftas rezervēm; nav piemērots uzstādīšanai iekštelpās.

Zema eļļas līmeņa slēdži

Plaši tiek izmantoti slēdži ar zemu eļļas daudzumu (pot tipa). slēgtās un atvērtās sadales iekārtās visi spriegumi. Eļļa šajos slēdžos galvenokārt kalpo kā loka vide un tikai daļēji kā izolācija starp atvērtiem kontaktiem.

Strāvas daļu izolēšana viena no otras un no iezemētām konstrukcijām tiek veikta ar porcelānu vai citiem cietiem izolācijas materiāliem. Iekšējās montāžas slēdžu kontakti atrodas tērauda tvertnē (katlā), tāpēc tiek saglabāts slēdžu nosaukums "pot tipa".

Zema eļļas patēriņa slēdžiem ar spriegumu 35 kV un vairāk ir porcelāna korpuss. Visplašāk tiek izmantoti 6-10 kV tipa piekariņi (VMG-10, VMP-10). Šajos slēdžos korpuss ir piestiprināts pie porcelāna izolatoriem pie kopēja rāmja trim stabiem. Katram stabam ir viens kontakta pārtraukums un loka tekne.

Mazeļļas slēdžu projektēšanas shēmas 1 — kustīgais kontakts; 2 — loka tekne; 3 — fiksēts kontakts; 4 — darba kontakti

Pie lielām nominālajām strāvām ir grūti darboties ar vienu kontaktu pāri (darbojas kā darba un loka kontakti), tāpēc darba kontakti ir paredzēti ārpus slēdža un loka kontakti atrodas metāla tvertnē. Pie lielām pārrāvuma strāvām katram polam ir divi loka pārtraukumi. Saskaņā ar šo shēmu MGG un MG sērijas slēdži tiek izgatavoti spriegumam līdz 20 kV ieskaitot.Masīvie ārējie darba kontakti 4 ļauj automātisko slēdzi konstruēt augstām nominālajām strāvām (līdz 9500 A). Spriegumam 35 kV un vairāk slēdža korpuss ir izgatavots no porcelāna, VMK sērija ir kolonnas slēdzis ar zemu eļļas līmeni). Automātiskajos slēdžos 35, 110 kV ir paredzēts viens pārtraukums uz polu, pie augsta sprieguma — divi vai vairāki pārtraukumi.

Zema eļļas līmeņa slēdžu trūkumi: sprādziena un aizdegšanās risks, lai gan daudz mazāks nekā tvertnes slēdžiem; nespēja ieviest ātrgaitas automātisko aizvēršanu; nepieciešamība periodiski kontrolēt, papildināt, samērā bieža eļļas maiņa loka tvertnēs; iebūvēto strāvas transformatoru uzstādīšanas grūtības; salīdzinoši zema pārrāvuma jauda.

Zemas eļļas jaudas slēdžu pielietojuma joma ir elektrostaciju un apakšstaciju slēgtās sadales iekārtas 6, 10, 20, 35 un 110 kV, pilnās sadales iekārtas 6, 10 un 35 kV un atvērtās sadales iekārtas 35 un 110 kV.

Plašāku informāciju skatiet šeit: Eļļas slēdžu veidi

Gaisa slēdži

Gaisa automātiskie slēdži spriegumam 35 kV un vairāk ir paredzēti lielu īssavienojuma strāvu pārtraukšanai. Gaiss tiek ieslēgts spriegums 15 kV tiek izmantots elektrostacijās kā ģenerators. To priekšrocības: ātra reakcija, liela pārrāvuma jauda, ​​nenozīmīga kontaktu degšana, dārgu un nepietiekami uzticamu bukses trūkums, ugunsdrošība, mazāks svars salīdzinājumā ar eļļas slēdžiem tvertnē. Trūkumi: apgrūtinoša gaisa ekonomija, sprādziena briesmas, iebūvētu strāvas transformatoru trūkums, ierīces un darbības sarežģītība.

Gaisa slēdžos loku dzēš ar saspiestu gaisu ar spiedienu 2-4 MPa, bet strāvu daļu izolāciju un loka dzēšanas ierīci izgatavo ar porcelānu vai citiem cietiem izolācijas materiāliem. Gaisa slēdžu konstrukcijas shēmas ir dažādas un ir atkarīgas no to sprieguma, izolācijas spraugas izveidošanas metodes starp kontaktiem izslēgtā stāvoklī un saspiestā gaisa padeves loka dzēšanas ierīcei.

Augstas nominālās jaudas slēdžiem ir galvenā un loka ķēde, kas ir līdzīga MG un MGG slēdžiem ar zemu eļļu. Galvenā strāvas daļa slēdža slēgtā stāvoklī iet caur galvenajiem kontaktiem 4, kas atrodas atvērti. Kad slēdzis ir izslēgts, vispirms atveras galvenie kontakti, pēc tam visa strāva iet caur loka kontaktiem, kas slēgti kamerā 2. Kamēr šie kontakti atveras, kamerā tiek ievadīts saspiests gaiss no tvertnes 1, tiek radīts spēcīgs sprādziens, kas dzēš. loka. Pūtīšana var būt gareniska vai šķērsvirziena.

Nepieciešamā izolācijas sprauga starp kontaktiem atvērtā stāvoklī tiek izveidota loka teknē, atdalot kontaktus ar pietiekamu attālumu. Pēc projekta izgatavotie slēdži ar atvērto separatoru tiek ražoti iekštelpu uzstādīšanai 15 un 20 kV spriegumiem un strāvām līdz 20 000 A (VVG sērija). Ar šāda veida slēdžiem pēc separatora 5 atvienošanas tiek pārtraukta saspiestā gaisa padeve kamerām un slēgti loka kontakti.

Gaisa slēdžu uzbūves shēmas 1 — tvertne saspiestam gaisam; 2 — loka tekne; 3 — manevrēšanas rezistors; 4 — galvenie kontakti; 5 — atdalītājs; 6 — kapacitatīvs sprieguma dalītājs 110 kV — divi pārtraukumi katrā fāzē (d)

Gaisa automātslēdžos atvērtai uzstādīšanai 35 kV spriegumam (VV-35) pietiek ar vienu pārtraukumu katrā fāzē.

Slēdžos ar spriegumu 110 kV un vairāk pēc loka dzēšanas atveras separatora 5 kontakti un separatora kamera visu laiku paliek pilna ar saspiestu gaisu izslēgtā stāvoklī. Šajā gadījumā loka teknei netiek piegādāts saspiests gaiss, un tajā esošie kontakti ir aizvērti.

Saskaņā ar šo konstrukcijas shēmu tiek izveidoti VV sērijas automātiskie slēdži spriegumam līdz 500 kV. Jo augstāks ir nominālais spriegums un lielāka ierobežojošā jauda, ​​jo vairāk pārtraukumu jābūt loka teknē un separatorā.

VVB sērijas ar gaisu pildītie automātiskie slēdži ir izgatavoti pēc projektēšanas shēmas zīm., D. VVB moduļa spriegums ir 110 kV pie saspiesta gaisa spiediena ugunsdzēsības kamerā 2 MPa. VVBK slēdža moduļa (lielā moduļa) nominālais spriegums ir 220 kV un gaisa spiediens dzēšanas kamerā ir 4 MPa. VNV sērijas automātiskiem slēdžiem ir līdzīga konstrukcijas shēma: modulis ar spriegumu 220 kV ar spiedienu 4 MPa.

VVB sērijas slēdžiem loka teknes (moduļu) skaits ir atkarīgs no sprieguma (110 kV — viens; 220 kV — divi; 330 kV — četri; 500 kV — seši; 750 kV — astoņi) un lielajiem. automātiskie slēdžu moduļi (VVBK, VNV), moduļi ar attiecīgi divreiz mazāku skaitu.

Strāvas slēdži SF6

SF6 gāze (SF6 — sēra heksafluorīds) ir inerta gāze, kuras blīvums ir 5 reizes lielāks par gaisa blīvumu. SF6 gāzes elektriskā izturība ir 2-3 reizes lielāka par gaisa stiprumu; 0,2 MPa spiedienā SF6 gāzes dielektriskā izturība ir salīdzināma ar naftas dielektrisko izturību.

SF6 gāzē pie atmosfēras spiediena loku var nodzēst ar strāvu, kas ir 100 reizes lielāka par strāvu, kas tiek pārtraukta gaisā tādos pašos apstākļos. SF6 gāzes izcilā spēja nodzēst loku ir izskaidrojama ar to, ka tās molekulas uztver loka kolonnas elektronus un veido salīdzinoši nekustīgus negatīvos jonus. Elektronu zudums padara loku nestabilu un viegli nodziest. SF6 gāzes plūsmā, tas ir, gāzes strūklas laikā, elektronu absorbcija no loka kolonnas ir vēl intensīvāka.

SF6 automātiskie slēdži izmanto automātiskās pneimatiskās (automātiskās saspiešanas) loka dzēšanas ierīces, kur gāze atslēgšanas laikā tiek saspiesta ar virzuļa ierīci un tiek novirzīta loka zonā. SF6 ķēdes pārtraucējs ir slēgta sistēma bez gāzes emisijām uz āru.

Pašlaik SF6 automātiskie slēdži tiek izmantoti visām sprieguma klasēm (6-750 kV) pie spiediena 0,15 - 0,6 MPa. Paaugstināts spiediens tiek izmantots slēdžiem ar augstākām sprieguma klasēm. Sevi labi pierādījuši šādu ārvalstu uzņēmumu SF6 automātiskie slēdži: ALSTOM; SIEMENS; Merlina Gērina un citi. Tiek apgūta PO «Uralelectrotyazmash» moderno SF6 automātisko slēdžu ražošana: VEB, VGB sērijas tvertnes automātiskie slēdži un VGT, VGU sērijas kolonnu slēdži.

Piemēram, apsveriet Merlin Gerin 6–10 kV LF ķēdes pārtraucēja dizainu.

Strāvas slēdža pamata modelis sastāv no šādiem elementiem:

— slēdža korpuss, kurā atrodas visi trīs stabi, kas pārstāv "spiedientvertni", kas piepildīts ar SF6 gāzi zemā pārspiedienā (0,15 MPa vai 1,5 atm);

— mehāniskā piedziņas tips RI;

— izpildmehānisma priekšējais panelis ar manuālu atsperu slodzes rokturi un atsperes un slēdža stāvokļa indikatoriem;

— kontaktu paliktņi augstsprieguma barošanai;

— vairāku kontaktu savienotājs sekundāro komutācijas ķēžu pievienošanai.

Vakuuma automātiskie slēdži

Vakuuma dielektriskā izturība ir ievērojami augstāka nekā citiem automātiskajos slēdžos izmantotajiem līdzekļiem. Tas izskaidrojams ar elektronu, atomu, jonu un molekulu vidējā brīvā ceļa palielināšanos, samazinoties spiedienam. Vakuumā daļiņu vidējais brīvais ceļš pārsniedz vakuuma kameras izmērus.

1/4" spraugas reģenerācijas dielektriskā izturība pēc 1600 A strāvas pārtraukuma vakuumā un dažādās gāzēs atmosfēras spiedienā

Šādos apstākļos daļiņu triecieni uz kameras sienām notiek daudz biežāk nekā daļiņu sadursmes. Attēlā parādīta vakuuma un gaisa pārrāvuma sprieguma atkarība no attāluma starp elektrodiem, kuru diametrs ir 3/8 «volframa. Pie tik lielas dielektriskās izturības attālums starp kontaktiem var būt ļoti mazs (2 — 2,5 cm), tāpēc arī kameras izmēri var būt salīdzinoši nelieli...

Atstarpes starp kontaktiem elektriskās stiprības atjaunošanas process, kad strāva ir izslēgta, vakuumā notiek daudz ātrāk nekā gāzēs.Vakuuma (atlikušā gāzes spiediena) līmenis mūsdienu rūpnieciskajos loka kanālos parasti ir Pa. Atbilstoši gāzu elektriskās stiprības teorijai vakuuma spraugas nepieciešamās izolācijas īpašības tiek sasniegtas arī pie zemākiem vakuuma līmeņiem (pa kārtu Pa), bet pašreizējam vakuuma tehnoloģijas līmenim tiek veidota un uzturēta vakuuma sprauga. Pa līmenis visā vakuuma kameras darbības laikā nav problēma.Tas nodrošina vakuuma kamerām elektriskās stiprības rezerves visam kalpošanas laikam (20-30 gadi).

Tipisks vakuuma slēdža dizains ir parādīts attēlā.

Vakuuma slēdža blokshēma

Vakuuma kameras konstrukcija sastāv no kontaktu pāra (4; 5), no kuriem viens ir kustīgs (5), kas ir ievietots vakuuma necaurlaidīgā apvalkā, kas metināts ar keramikas vai stikla izolatoriem (3; 7), augšējais un apakšējais metāls. pārsegi (2; 8) ) un metāla vairogs (6). Kustīgā kontakta kustība attiecībā pret fiksēto tiek nodrošināta ar uzmavas (9) palīdzību. Kameras kabeļi (1; 10) tiek izmantoti, lai to pievienotu galvenā slēdža ķēdei.

Jāņem vērā, ka vakuuma kameras korpusa izgatavošanai tiek izmantoti tikai speciāli vakuumizturīgi metāli, attīrīti no izšķīdušām gāzēm, varš un speciālie sakausējumi, kā arī speciāla keramika. Vakuuma kameras kontakti ir izgatavoti no metālkeramikas sastāva (parasti tas ir vara-hroms proporcijā 50%-50% vai 70%-30%), kas nodrošina augstu plīšanas spēju, izturību pret nodilumu. un novērš metināšanas punktu parādīšanos uz saskares virsmas. Cilindriski keramikas izolatori kopā ar vakuuma spraugu pie atvērtiem kontaktiem nodrošina izolāciju starp kameras spailēm, kad slēdzis ir izslēgts.

Tavrida-electric ir izlaidusi jauna dizaina vakuuma automātisko slēdzi ar magnētisko slēdzeni. Tās konstrukcijas pamatā ir virzošā elektromagnēta un vakuuma slēdža izlīdzināšanas princips katrā slēdža polā.

Slēdzis aizveras šādā secībā.

Sākotnējā stāvoklī vakuuma pārtraucēja kameras kontakti ir atvērti, jo uz tiem iedarbojas aizvēršanas atspere 7 caur vilkšanas izolatoru 5. Kad elektromagnēta spolei 9 tiek pielikts pozitīvas polaritātes spriegums, magnētiskā plūsma tiek iedarbināta. uzkrājas magnētiskās sistēmas spraugā.

Brīdī, kad magnētiskās plūsmas radītais armatūras spiedes spēks pārsniedz aiztures atsperes 7 spēku, elektromagnēta armatūra 11 kopā ar vilces izolatoru 5 un vakuuma kameras kustīgo kontaktu 3 sāk kustēties. uz augšu, saspiežot atsperi, lai apturētu. Šajā gadījumā tinumā rodas motors-EMF, kas novērš turpmāku strāvas palielināšanos un pat nedaudz samazina to.

Kustības procesā armatūra iegūst ātrumu aptuveni 1 m / s, kas ļauj izvairīties no sākotnējiem bojājumiem ieslēgšanas laikā un novērš VDK kontaktu atsitienu. Kad vakuuma kameras kontakti ir aizvērti, magnētiskajā sistēmā paliek papildu saspiešanas sprauga 2 mm. Armatūras ātrums strauji samazinās, jo tai ir jāpārvar arī kontakta 6 papildu priekšslodzes atsperes spēks. Tomēr magnētiskās plūsmas un inerces radītā spēka ietekmē armatūra 11 turpina virzīties uz augšu, saspiežot atsperi 7 un papildu atsperi kontaktu 6 priekšslodzei.

Magnētiskās sistēmas aizvēršanas brīdī armatūra saskaras ar piedziņas 8 augšējo vāku un apstājas. Pēc aizvēršanas procesa strāva uz piedziņas spoli tiek izslēgta. Slēdzis paliek aizvērtā stāvoklī atlikušās indukcijas dēļ, ko rada gredzenveida pastāvīgais magnēts 10, kas notur armatūru 11 pievilktā stāvoklī pie augšējā vāka 8 bez papildu strāvas padeves.

Lai atvērtu slēdzi, spoles spailēm jāpieliek negatīvs spriegums.

Pašlaik vakuuma automātiskie slēdži ir kļuvuši par dominējošām ierīcēm elektrotīklos ar spriegumu 6-36 kV. Tādējādi vakuuma slēdžu īpatsvars no kopējā saražoto ierīču skaita Eiropā un ASV sasniedz 70%, Japānā - 100%. Krievijā pēdējos gados šai daļai ir bijusi pastāvīga pieauguma tendence, un 1997. gadā tā pārsniedza 50% atzīmi. Galvenās sprāgstvielu priekšrocības (salīdzinājumā ar naftas un gāzes slēdžiem), kas nosaka to tirgus daļas pieaugumu, ir:

— augstāka uzticamība;

— zemākas uzturēšanas izmaksas.
Skatīt arī: Augstsprieguma vakuuma slēdži — konstrukcija un darbības princips