Yüksek gerilim anahtarları: sınıflandırma, cihaz, çalışma prensibi

Anahtarlar için gereksinimler aşağıdaki gibidir:

1) işte güvenilirlik ve başkaları için güvenlik;

2) hızlı yanıt — muhtemelen kısa kapatma süresi;

3) bakım kolaylığı;

4) kurulum kolaylığı;

5) sessiz çalışma;

6) nispeten düşük maliyetli.

Halihazırda kullanılan devre kesiciler, listelenen gereksinimleri az ya da çok karşılamaktadır. Bununla birlikte, devre kesici tasarımcıları, devre kesici özelliklerini yukarıdaki gereksinimlerle daha iyi eşleştirmeye çalışır.

Yağ anahtarları

İki tür yağ şalteri vardır - rezervuar ve düşük yağ. Bu anahtarlardaki ark alanı deiyonizasyon yöntemleri aynıdır. Tek fark kontak sisteminin zemin tabanından izolasyonunda ve yağ miktarındadır.

Yakın zamana kadar, aşağıdaki türlerdeki tanklar için tanklar çalıştı: VM-35, S-35 ve ayrıca 35 ila 220 kV voltajlı U serisinin anahtarları. Tank anahtarları harici montaj için tasarlanmıştır, şu anda üretimde değildir.

Tank anahtarlarının ana dezavantajları: patlama ve yangın; tank ve girişlerdeki yağ durumunun ve seviyesinin periyodik olarak izlenmesi ihtiyacı; değiştirilmesi için büyük bir zaman yatırımına yol açan büyük miktarda petrol, büyük petrol rezervlerine ihtiyaç duyulması; dahili kurulum için uygun değildir.

Düşük yağ anahtarları

Düşük yağ anahtarları (pot tipi) yaygın olarak kullanılmaktadır. kapalı ve açık şalt sisteminde tüm voltajlar. Bu anahtarlardaki yağ, esas olarak bir ark ortamı ve sadece kısmen açık kontaklar arasında yalıtım görevi görür.

Gerilim altındaki bölümlerin birbirinden ve topraklanmış yapılardan izolasyonu porselen veya diğer katı izolasyon malzemeleri ile yapılır. Dahili montaj için anahtarların kontakları çelik bir tankta (pot) bulunur, bu nedenle "pot tipi" anahtarların adı korunur.

35 kV ve üzeri gerilimlerdeki düşük yağlı devre kesiciler porselen gövdelidir. En yaygın kullanılanlar 6-10 kV tipi pandantiflerdir (VMG-10, VMP-10). Bu devre kesicilerde gövde, üç kutup için ortak bir çerçeveye porselen izolatörler üzerine sabitlenmiştir. Her direğin bir kontak kesmesi ve bir ark oluğu vardır.

Düşük yağ anahtarlarının tasarım şemaları 1 — hareketli kontak; 2 — ark oluğu; 3 — sabit temas; 4 — çalışan kişiler

Yüksek anma akımlarında, bir çift kontakla (çalışma ve ark kontağı görevi gören) çalışmak zordur, bu nedenle çalışma kontakları kesicinin dışında sağlanır ve ark kontakları metal bir tankta bulunur. Yüksek kesme akımlarında her kutup için iki ark kırılması vardır. Bu şemaya göre, MGG ve MG serisinin anahtarları, 20 kV dahil olmak üzere 20 kV'a kadar olan voltajlar için yapılmıştır.Devasa harici çalıştırma kontakları 4, devre kesicinin yüksek anma akımları (9500 A'ya kadar) için tasarlanmasına olanak tanır. 35 kV ve üzeri gerilimler için şalt gövdesi porselen, VMK serisi düşük yağlı kolon şalterdir). 35, 110 kV otomatik devre kesicilerde, yüksek voltajda kutup başına bir kesinti sağlanır - iki veya daha fazla kesinti.

Düşük yağ şalterlerinin dezavantajları: tank şalterlerinden çok daha az olmasına rağmen patlama ve yangın riski; yüksek hızlı otomatik kapanmayı uygulayamama; ark tanklarında periyodik kontrol, tamamlama, nispeten sık yağ değişimi ihtiyacı; yerleşik akım trafolarını kurmanın zorluğu; nispeten düşük kesme kapasitesi.

Düşük yağlı devre kesicilerin uygulama alanı, enerji santrallerinin ve trafo merkezlerinin kapalı şalt cihazları 6, 10, 20, 35 ve 110 kV, komple şalt cihazları 6, 10 ve 35 kV ve açık şalt cihazları 35 ve 110 kV'dir.

Daha fazla ayrıntı için buraya bakın: Yağ anahtarı türleri

Hava anahtarları

35 kV ve üzeri gerilimler için açık devre kesiciler, büyük kısa devre akımlarını kesmek için tasarlanmıştır. Hava 15 kV gerilimle açılarak santrallerde jeneratör olarak kullanılmaktadır. Avantajları: hızlı tepki, yüksek kesme kapasitesi, kontakların önemsiz şekilde yanması, pahalı ve yeterince güvenilir olmayan burçların olmaması, yangın güvenliği, tanktaki yağ şalterlerine kıyasla daha az ağırlık. Dezavantajlar: hantal hava ekonomisinin varlığı, patlama tehlikesi, yerleşik akım trafolarının olmaması, cihazın karmaşıklığı ve çalışması.

Hava şalterlerinde ark 2-4 MPa basınçta basınçlı hava ile söndürülür ve gerilimli kısımların izolasyonu ve ark söndürme cihazı porselen veya diğer katı izolasyon malzemeleri ile yapılır. Hava şalterlerinin tasarım şemaları farklıdır ve voltaj derecelerine, kapalı konumdaki kontaklar arasında bir yalıtım boşluğu oluşturma yöntemine ve ark söndürme cihazına basınçlı hava sağlama yöntemine bağlıdır.

Yüksek değerli devre kesiciler, düşük yağlı MG ve MGG devre kesicilere benzer bir ana ve ark devresine sahiptir. Anahtarın kapalı konumundaki akımın ana kısmı, açık bulunan ana kontaklardan 4 geçer. Anahtar kapatıldığında, önce ana kontaklar açılır, ardından 2. haznede kapalı olan ark kontaklarından tüm akım geçer. Bu kontaklar açıkken, 1. tanktan basınçlı hava hazneye beslenir, güçlü bir patlama meydana gelir, söndürme Yay. Üfleme uzunlamasına veya enine olabilir.

Açık konumdaki kontaklar arasında gerekli izolasyon boşluğu, kontaklar yeterli mesafe ile ayrılarak ark şutu içinde oluşturulur. Açık seperatörlü projesine göre yapılan şalterler, 15 ve 20 kV gerilimler ve 20.000 A'e kadar akımlar (VVG serisi) için bina içi montaja uygun olarak üretilmektedir. Bu tip şalterlerle, ayırıcının (5) bağlantısını kestikten sonra, odalara basınçlı hava beslemesi durdurulur ve ark kontakları kapatılır.

Hava şalterlerinin yapım şemaları 1 — basınçlı hava deposu; 2 — ark oluğu; 3 — şönt direnci; 4 — ana kişiler; 5 — ayırıcı; 6 — 110 kV için kapasitif voltaj bölücü — faz başına iki kesinti (d)

35 kV gerilim (VV-35) için açık kurulum için açık devre kesicilerde, faz başına bir kesinti olması yeterlidir.

110 kV ve üzeri gerilime sahip şalterlerde ark söndükten sonra ayırıcı 5'in kontakları açılır ve ayırıcı hazne kapalı konumda sürekli basınçlı hava ile dolu kalır. Bu durumda ark oluğuna basınçlı hava beslenmez ve içindeki kontaklar kapanır.

500 kV'a kadar gerilimler için VV serisinin devre kesicileri bu tasarım şemasına göre oluşturulmuştur. Nominal gerilim ve sınırlayıcı güç ne kadar yüksek olursa ark oluğunda ve ayırıcıda o kadar fazla kesinti olması gerekir.

VVB serisinin hava dolgulu devre kesicileri, Şekil D'deki tasarım şemasına göre yapılır. VVB modülünün voltajı, 2 MPa'lık yangın söndürme odasında basınçlı hava basıncında 110 kV'dir. VVBK devre kesici modülünün (büyük modül) anma gerilimi 220 kV ve söndürme odasındaki hava basıncı 4 MPa'dır. VNV serisinin devre kesicileri benzer bir tasarım şemasına sahiptir: 4 MPa basınçta 220 kV voltajlı bir modül.

VVB serisi devre kesiciler için ark oluklarının (modüller) sayısı gerilime bağlıdır (110 kV - bir; 220 kV - iki; 330 kV - dört; 500 kV - altı; 750 kV - sekiz) ve büyük olanlar için devre kesici modülleri (VVBK, VNV), sırasıyla iki kat daha az numaralı modüller.

Devre kesiciler SF6

SF6 gazı (SF6 — kükürt hekzaflorür), havanınkinden 5 kat daha fazla yoğunluğa sahip inert bir gazdır. SF6 gazının elektriksel gücü, havanın gücünden 2-3 kat daha fazladır; 0,2 MPa basınçta, SF6 gazının dielektrik dayanımı petrolünkiyle karşılaştırılabilir.

Atmosfer basıncındaki SF6 gazında, aynı şartlar altında havada kesilen akımın 100 katı kadar bir akımla bir ark söndürülebilmektedir. SF6 gazının arkı söndürme konusundaki istisnai yeteneği, moleküllerinin ark kolonunun elektronlarını yakalaması ve nispeten hareketsiz negatif iyonlar oluşturmasıyla açıklanır. Elektron kaybı arkı kararsız hale getirir ve kolayca söndürülür. SF6 gazı akışında, yani gaz jeti sırasında, elektronların ark kolonundan soğurulması daha da yoğundur.

SF6 devre kesiciler, gazın açma sırasında bir piston cihazı tarafından sıkıştırıldığı ve ark alanına yönlendirildiği otomatik pnömatik (otomatik sıkıştırmalı) ark söndürme cihazları kullanır. SF6 devre kesici, dışarıya gaz emisyonu olmayan kapalı bir sistemdir.

Şu anda, 0,15 - 0,6 MPa basınçta tüm gerilim sınıfları (6-750 kV) için SF6 devre kesiciler kullanılmaktadır. Arttırılmış basınç, daha yüksek gerilim sınıflarına sahip anahtarlar için kullanılır. Aşağıdaki yabancı şirketlerin SF6 devre kesicileri kendilerini kanıtlamıştır: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin ve diğerleri. PO «Uralelectrotyazmash» modern SF6 devre kesicilerin üretiminde uzmanlaştı: VEB, VGB serisi tank devre kesiciler ve VGT, VGU serisi sütun anahtarları.

Örnek olarak, Merlin Gerin tarafından 6-10 kV LF devre kesicinin tasarımını düşünün.

Temel devre kesici modeli aşağıdaki unsurlardan oluşur:

— devre kesicinin gövdesi, içinde üç kutbun da bulunduğu, düşük aşırı basınçta (0,15 MPa veya 1,5 atm) SF6 gazıyla doldurulmuş bir "basınçlı kabı" temsil eder;

— mekanik tahrik tipi RI;

— manuel yay yükleme kolu ve yay ve devre kesici durum göstergelerine sahip aktüatör ön paneli;

— yüksek voltajlı güç kaynağı için temas yüzeyleri;

— ikincil anahtarlama devrelerini bağlamak için çok pimli konektör.

Vakum devre kesiciler

Vakumun dielektrik dayanımı, devre kesicilerde kullanılan diğer ortamlardan önemli ölçüde yüksektir. Bu, basınçta bir azalma ile elektronların, atomların, iyonların ve moleküllerin ortalama serbest yolundaki artışla açıklanır. Bir vakumda, parçacıkların ortalama serbest yolu, vakum odasının boyutlarını aşar.

Vakumda ve atmosferik basınçta çeşitli gazlarda 1600 A akım kesmesinden sonra 1/4" boşluk kurtarma dielektrik dayanımı

Bu koşullar altında, bölme duvarları üzerindeki parçacık çarpmaları, parçacıktan parçacıklara çarpışmalardan çok daha sık meydana gelir. Şekil, vakum ve havanın kırılma voltajının 3/8 « tungsten çapındaki elektrotlar arasındaki mesafeye bağımlılığını göstermektedir. Bu kadar yüksek bir dielektrik dayanımıyla, kontaklar arasındaki mesafe çok küçük olabilir (2 — 2,5 cm), bu nedenle hazne boyutları da nispeten küçük olabilir...

Akım kesildiğinde kontaklar arasındaki boşluğun elektriksel gücünü geri kazanma işlemi, vakumda gazlardan çok daha hızlı gerçekleşir.Modern endüstriyel ark kanallarındaki vakum seviyesi (artık gaz basıncı) genellikle Pa'dır. Gazların elektriksel mukavemeti teorisine uygun olarak, vakum aralığının gerekli yalıtım özellikleri, daha düşük vakum seviyelerinde (Pa mertebesinde) de elde edilir, ancak mevcut vakum teknolojisi seviyesi için, gazın oluşturulması ve sürdürülmesi. Vakum odasının ömrü boyunca Pa seviyesi sorun değildir.Bu, vakum odalarına tüm hizmet ömrü boyunca (20-30 yıl) elektrik gücü rezervleri sağlar.

Şekilde tipik bir vakum devre kesici tasarımı gösterilmektedir.

Bir vakum kesicinin blok diyagramı

Vakum odasının tasarımı, seramik veya cam yalıtkanlarla (3; 7) kaynaklanmış vakum geçirmez bir kabuk içine yerleştirilmiş, biri hareketli (5) olan bir çift kontaktan (4; 5), üst ve alt metalden oluşur. kapaklar (2; 8) ) ve metal kalkan (6). Hareketli kontağın sabit olana göre hareketi bir manşon (9) vasıtasıyla sağlanır. Kamera kabloları (1; 10) ana şalter devresine bağlamak için kullanılır.

Vakum odası mahfazasının imalatında yalnızca çözünmüş gazlardan, bakırdan ve özel alaşımlardan arındırılmış özel vakuma dayanıklı metallerin yanı sıra özel seramiklerin kullanıldığına dikkat edilmelidir. Vakum odasının kontakları, yüksek kırılma kapasitesi, aşınmaya karşı direnç sağlayan metal-seramik bir bileşimden yapılmıştır (kural olarak,% 50-50 veya% 70-30 oranında bakır-kromdur). ve temas yüzeyinde kaynak noktalarının oluşmasını engeller. Silindirik seramik izolatörler, açık kontaklarda bir vakum boşluğu ile birlikte, anahtar kapalıyken hazne terminalleri arasında izolasyon sağlar.

Tavrida-Electric, manyetik kilitli yeni bir tasarım vakumlu devre kesiciyi piyasaya sürdü. Tasarımı, tahrik elektromıknatısının ve vakum kesicinin kesicinin her bir kutbunda hizalanması prensibine dayanmaktadır.

Anahtar aşağıdaki sırada kapanır.

Başlangıç ​​durumunda, çekme yalıtkanı 5 aracılığıyla kapatma yayının 7 üzerlerindeki etkisi nedeniyle vakum kesici bölmenin kontakları açıktır. Elektromıknatısın bobinine 9 pozitif kutuplu bir voltaj uygulandığında, manyetik akı manyetik sistemin boşluğunda birikir.

Manyetik akı tarafından oluşturulan armatürün sıkıştırma kuvveti, durdurma yayının 7 kuvvetini aştığı anda, elektromıknatısın armatürü 11, çekiş yalıtkanı 5 ve vakum odasının hareketli kontağı 3 ile birlikte hareket etmeye başlar. yukarı, durdurmak için yayı sıkıştırarak. Bu durumda, sargıda akımın daha fazla artmasını önleyen ve hatta biraz azaltan bir motor-EMK oluşur.

Hareket sürecinde, armatür yaklaşık 1 m / s'lik bir hız kazanır, bu da açıldığında ön hasarı önler ve VDK kontaklarının sekmesini ortadan kaldırır. Vakum odası kontakları kapatıldığında, manyetik sistemde 2 mm'lik ek bir sıkıştırma boşluğu kalır. Armatürün hızı keskin bir şekilde düşer, çünkü aynı zamanda kontağın (6) ek ön yükünün yay kuvvetinin üstesinden gelmesi gerekir. Bununla birlikte, manyetik akı ve atalet tarafından yaratılan kuvvetin etkisi altında, armatür (11) yukarı doğru hareket etmeye devam eder. durdurma 7 için yayı ve ön yükleme kontakları 6 için ek bir yayı sıkıştırmak.

Manyetik sistemin kapanma anında armatür, sürücünün 8 üst kapağına temas eder ve durur. Kapatma işleminden sonra tahrik bobinine giden akım kapatılır. tarafından oluşturulan artık indüksiyon nedeniyle anahtar kapalı konumda kalır. halka kalıcı mıknatıs armatürü (11) ek akım beslemesi olmaksızın üst kapağa (8) çekilmiş bir konumda tutan Şekil 10.

Anahtarı açmak için bobin terminallerine negatif voltaj uygulanmalıdır.

Şu anda, vakumlu devre kesiciler, 6-36 kV voltajlı elektrik şebekeleri için baskın cihazlar haline geldi. Böylece, vakumlu devre kesicilerin Avrupa ve ABD'de üretilen toplam cihaz sayısı içindeki payı %70'e, Japonya'da ise %100'e ulaşmaktadır. Rusya'da son yıllarda bu pay sürekli bir artış eğilimi göstermiştir ve 1997'de %50 sınırını aşmıştır. Pazar paylarının büyümesini belirleyen patlayıcıların (petrol ve gaz şalterlerine kıyasla) başlıca avantajları şunlardır:

— daha yüksek güvenilirlik;

— daha düşük bakım maliyetleri.
Ayrıca bakınız: Yüksek Gerilim Vakumlu Devre Kesiciler — Tasarım ve Çalışma Prensibi