Yüksek Gerilim Vakumlu Devre Kesiciler — Tasarım ve Çalışma Prensibi

Elektrik devrelerini elektrikte değiştirmek için tasarlanmış modern yüksek voltajlı ekipman arasında, vakumlu devre kesicilere özel bir yer ayrılmıştır. 6 ila 35 kV ağlarda yaygın olarak kullanılırlar ve daha az sıklıkla 110 veya 220 kV dahil şemalarda kullanılırlar.

Nominal kesme akımları 20 ila 40 kA arasında olabilir ve elektrodinamik dirençleri yaklaşık 50 ÷ 100'dür. Böyle bir devre kesicinin veya arızanın toplam açma süresi yaklaşık 45 milisaniyedir.

Devrenin her fazı yalıtkanlarla güvenilir bir şekilde ayrılır ve aynı zamanda tüm ekipman yapısal olarak tek bir ortak tahrik üzerinde toplanır. Trafo merkezi baraları anahtarın giriş terminallerine, çıkış bağlantısı ise çıkış terminallerine bağlanır.

Güç kontakları, minimum temas direnci ve hem yük hem de acil durum akımlarının güvenilir geçişini sağlamak için birbirine bastırılan vakumlu devre kesici içinde çalışır.

Temas sisteminin üst kısmı kalıcı olarak sabitlenmiştir ve alt kısım, tahrik kuvvetinin etkisi altında kesinlikle eksenel yönde hareket edebilmektedir.

Resim, temas plakalarının bir vakum odasına yerleştirildiğini ve elektromıknatısların yaylarının ve bobinlerinin gerilim kuvvetleri tarafından kontrol edilen çubuklar tarafından tahrik edildiğini göstermektedir. Bu yapının tamamı, kaçak akımların oluşumu hariç, bir yalıtkanlar sistemi içinde yer almaktadır.

Vakum odasının duvarları, çalışma ortamının birkaç on yıl boyunca sızdırmazlığını sağlayan saflaştırılmış metaller, alaşımlar ve özel seramik bileşimlerden yapılmıştır. Hareketli kontağın hareketleri sırasında hava girişini engellemek için bir manşon cihazı takılır.

Bir DC elektromıknatısın armatürü, bobine uygulanan voltajın polaritesindeki bir değişiklik nedeniyle güç kontaklarını kapatmak veya kırmak için hareket edebilir. Tahrik yapısına yerleşik kalıcı bir dairesel mıknatıs, hareketli parçayı çalıştırılan herhangi bir konumda tutar.

Yay sistemi, komütasyonlar sırasında armatürün optimum hareket hızlarının oluşturulmasını, temas sekmesinin hariç tutulmasını ve duvar yapısında çökme olasılığını sağlar.

Senkronize şaft ve ek yardımcı kontaklara sahip kinematik ve elektrik devreleri, anahtarın herhangi bir durumdaki konumunu izleme ve kontrol etme yeteneği sağlayan anahtar gövdesinin içine monte edilmiştir.

Randevu

İşlevsel görevleri açısından, vakum kesici, diğer yüksek voltajlı ekipman analoglarından farklı değildir. Sağlar:

1.Sürekli çalışma sırasında nominal elektrik gücünün güvenilir geçişi;

2. çalışma devresinin konfigürasyonunu değiştirmek için operasyonel anahtarlama sırasında elektrik personeli tarafından manuel veya otomatik modda garantili ekipman değiştirme olasılığı;

3. Ortaya çıkan kazaların mümkün olan en kısa sürede otomatik olarak ortadan kaldırılması.

Vakumlu devre kesici arasındaki temel fark, kapatma sırasında kontakların bağlantısı kesildiğinde oluşan elektrik arkını söndürme yöntemidir. Analogları basınçlı hava, yağ veya SF6 gazı için bir ortam oluşturuyorsa, burada bir vakum çalışır.

Güç devresinde ark söndürme prensibi

Her iki kontak plakası da ark oluğu kabından 10-6÷10-8 N/cm2 gazların pompalanmasıyla oluşan vakum ortamında çalışır. Bu, iyileştirilmiş dielektrik özelliklerle karakterize edilen yüksek bir dielektrik dayanımı oluşturur.

Kontak tahrikinden hareketin başlamasıyla, aralarında hemen bir vakum içeren bir boşluk belirir. İçinde, ısıtılmış metalin temas pedlerinden buharlaşma süreci başlar. Yük akımı bu çiftlerden akmaya devam eder. Metal buharlarının buharlaşması ve salınması nedeniyle gelişmeye devam eden vakum ortamında bir ark oluşturarak ek elektrik deşarjlarının oluşumunu başlatır.

Uygulanan potansiyel farkın etkisi altında, oluşan iyonlar belirli bir yönde hareket ederek bir plazma oluşturur.

Çevresinde elektrik akımı akışı devam eder, daha fazla iyonlaşma meydana gelir.

Anahtar alternatif akımla çalıştığından, her yarım döngüde yönü tersine çevrilir.Sinüs dalgası sıfırı geçtiğinde akım yoktur. Bundan dolayı ark aniden söner ve kırılır ve reddedilen metal iyonlarının ayrılması durur ve 7-10 mikrosaniyede en yakın temas yüzeylerine veya ark söndürme odasının diğer kısımlarına tamamen yerleşir.

Bu noktada, vakumla doldurulmuş güç kontakları arasındaki boşluğun dielektrik dayanımı neredeyse anında geri yüklenir ve bu da yük akımının nihai olarak kapanmasını sağlar. Sinüs dalgasının bir sonraki yarım döngüsünde elektrik arkı artık oluşamaz.

Böylece vakum ortamında elektrik arkının hareketini sonlandırmak için güç kontakları açıldığında alternatif akımın yön değiştirmesi yeterlidir.

Farklı modellerin teknolojik özellikleri

Vakum devre kesiciler, açık havada veya kapalı yapılarda sürekli çalışma için tasarlanmıştır. Dış montaj üniteleri silikon izolasyonlu masif direkler ile yapılır ve iç işler için dökme epoksi bileşikleri kullanılır.

Vakum odaları, fabrikada mobil olarak üretilir ve kalıplanmış bir mahfazaya kurulum için en uygun şekilde ayarlanır. Özel alaşımlı alaşımlardan yapılmış güç kontakları zaten içlerine yerleştirilmiştir. Uygulanan çalışma ve tasarım prensibi sayesinde elektrik arkının yumuşak bir şekilde söndürülmesini sağlarlar, devrede aşırı gerilim olasılığını ortadan kaldırırlar.

Tüm vakumlu devre kesici tasarımlarında evrensel bir elektromanyetik aktüatör kullanılır. Güçlü mıknatısların enerjisi nedeniyle güç kontaklarını kapalı veya kapalı durumda tutar.

Kontak sisteminin anahtarlanması ve sabitlenmesi, hareketli armatürü yeniden bağlamak veya bağlantısını kesmek için mıknatıs zincirini değiştiren «manyetik mandalın» konumu ile gerçekleştirilir. Yerleşik yay elemanları, elektrik personeli tarafından manuel anahtarlamaya izin verir.

Vakum kesicinin çalışmasını kontrol etmek için, tipik röle devreleri veya elektronik, mikroişlemci birimleridoğrudan sürücü mahfazasına yerleştirilebilir veya ayrı kabin, blok veya panellerdeki uzak cihazlardan yapılabilir.

Vakumlu devre kesicilerin avantajları ve dezavantajları

Avantajlar şunları içerir:

• tasarımın göreceli basitliği;

• anahtar üretimi için azaltılmış elektrik tüketimi;

• kırık bir ark oluğunun blok olarak değiştirilmesi olasılığından oluşan onarımda kolaylık;

• anahtarın uzayda herhangi bir yönde çalışabilme yeteneği;

• yüksek güvenilirlik;

• anahtarlama yüklerine karşı artan direnç;

• sınırlı boyutlar;

• yangına ve patlamaya karşı direnç;

• geçiş yaparken sessiz çalışma;

• atmosferik kirlilik dışında yüksek çevre dostu.

Tasarımın dezavantajları şunlardır:

• nominal ve acil durum modlarının nispeten düşük izin verilen akımları;

• düşük endüktif akımların kesilmesi sırasında anahtarlama dalgalanmalarının meydana gelmesi;

• kısa devre akımlarının ortadan kaldırılması açısından ark cihazının azaltılmış kaynağı.