高電圧真空遮断器 — 設計と動作原理

電気回路のスイッチング用に設計された最新の高電圧機器の中で、真空サーキットブレーカーには特別な場所が割り当てられています。これらは 6 ～ 35 kV のネットワークで広く使用されていますが、110 または 220 kV のスキームではあまり使用されません。

定格遮断電流は 20 ～ 40 kA で、電気力学的抵抗は約 50 ÷ 100 です。このような回路ブレーカーまたは故障の合計トリップ時間は約 45 ミリ秒です。

回路の各フェーズは絶縁体によって確実に分離されており、同時にすべての機器が 1 つの共通ドライブ上に構造的に組み立てられています。変電所のバスバーはスイッチの入力端子に接続され、出力接続は出力端子に接続されます。

電源接点は真空サーキットブレーカー内で動作し、接触抵抗を最小限に抑え、負荷電流と緊急電流の両方を確実に通過させるために互いに押し付けられます。

接触システムの上部は永久的に固定されており、下部は駆動力の作用下で軸方向に厳密に移動できます。

この写真は、コンタクト プレートが真空チャンバー内に配置され、電磁石のスプリングとコイルの張力によって制御されるロッドによって駆動されることを示しています。この構造全体は、漏れ電流の発生を除いて、絶縁体のシステム内にあります。

真空チャンバーの壁は精製された金属、合金、特殊なセラミック組成物で作られており、作業環境の気密性を数十年間確保します。可動接点の動作時の空気の侵入を防ぐため、スリーブ装置が取り付けられています。

DC 電磁石のアーマチュアは、コイルに印加される電圧の極性の変化により、電力接点を閉じたり、遮断したりするために移動する可能性があります。駆動構造に組み込まれた永久円形磁石は、可動部分を任意の作動位置に保持します。

スプリングシステムにより、整流中のアーマチュアの最適な移動速度が確実に生成され、接触の跳ね返りや壁構造の崩壊の可能性が排除されます。

同期シャフトと追加の補助接点を備えた運動学的回路と電気回路がスイッチ本体内に組み込まれており、あらゆる状態のスイッチの位置を監視および制御する機能を提供します。

予定

機能的なタスクの点では、バキュームブレーカーは他の高電圧機器と変わりません。提供するもの:

1.連続運転中も定格電力を確実に通過。

2. 稼働回路の構成を変更するための動作切り替え中に、電気担当者による手動または自動モードでの機器切り替えが保証される可能性。

3. 新たな事故を可能な限り最短時間で自動的に除去します。

真空遮断器の主な違いは、シャットダウン中に接点が切断されたときに発生する電気アークを消す方法です。その類似物が圧縮空気、オイル、または SF6 ガスのための環境を作成する場合、ここでは真空が機能します。

電源回路におけるアーク消弧の原理

両方のコンタクト プレートは、アーク シュート容器からガスを 10-6÷10-8 N/cm2 まで排気することによって形成された真空環境で動作します。これにより、改善された誘電特性を特徴とする高い絶縁耐力が得られます。

接点の駆動による動きの開始により、それらの間にギャップが現れ、すぐに真空が含まれます。その内部では、接触パッドから加熱された金属が蒸発するプロセスが始まります。負荷電流はこれらのペアを流れ続けます。これにより追加の放電の形成が開始され、真空環境内でアークが発生します。このアークは、金属蒸気の蒸発と放出によって発生し続けます。

加えられた電位差の作用により、形成されたイオンが特定の方向に移動し、プラズマを生成します。

その環境では電流が流れ続け、さらなるイオン化が起こります。

スイッチは交流で動作するため、半サイクルごとにスイッチの方向が反転します。正弦波がゼロと交差すると、電流は流れません。このため、アークは突然消えて壊れ、拒否された金属イオンは分離を停止し、7 ～ 10 マイクロ秒以内に最も近い接触面または消弧室の他の部分に完全に定着します。

この時点で、真空で満たされた電源接点間のギャップの絶縁耐力はほぼ即座に回復し、負荷電流の最終的なシャットダウンが保証されます。正弦波の次の半サイクルでは、電気アークは発生できなくなります。

したがって、真空環境での電気アークの動作を停止するには、電源接点が開いているときに、交流電流の方向が変わるだけで十分です。

各種モデルの技術的特徴

真空遮断器は、屋外または閉鎖構造内での連続運転用に設計されています。外部取り付けユニットはシリコン絶縁で作られた固体ポストで作られ、内部作業にはキャストエポキシコンパウンドが使用されます。

真空チャンバーは工場内で可動式に製造され、成形ハウジングに設置できるように最適にセットアップされています。特殊な種類の合金で作られた電源接点がすでに内部に配置されています。適用された動作原理と設計のおかげで、電気アークを穏やかに消弧し、回路内の過電圧の可能性を排除します。

ユニバーサル電磁アクチュエーターは、すべての真空遮断器の設計で使用されています。強力な磁石のエネルギーにより、電源接点が閉じた状態またはオフ状態に維持されます。

接点システムの切り替えと固定は、可動アーマチュアを再接続または切断するために磁石のチェーンを切り替える「磁気ラッチ」の位置によって実行されます。内蔵のスプリング要素により、電気担当者による手動切り替えが可能です。

真空遮断器、典型的なリレー回路または電子回路の動作を制御するには、 マイクロプロセッサユニット、ドライブ ハウジングに直接配置することも、別のキャビネット、ブロック、またはパネル内のリモート デバイスから作成することもできます。

真空遮断器のメリットとデメリット

利点は次のとおりです。

• デザインが比較的シンプル。

• スイッチ製造のための電力消費量の削減。

• 壊れたアークシュートのブロック交換の可能性からなる修理の利便性。

• 空間内のどの方向でもスイッチを操作できる機能。

• 高信頼性;

• スイッチング負荷に対する抵抗の増加。

• サイズが限られている。

• 火災および爆発に対する耐性。

• 切り替え時の静かな動作。

• 大気汚染を除けば環境に優しい。

この設計の欠点は次のとおりです。

• 公称モードおよび緊急モードの許容電流が比較的低い。

• 低誘導電流の遮断中にスイッチングサージが発生する。

• 短絡電流の排除という点で、アーク装置のリソースが削減されます。