مفاتيح الجهد العالي: التصنيف ، الجهاز ، مبدأ التشغيل

متطلبات المفاتيح كالتالي:

1) الموثوقية في العمل والسلامة للآخرين ؛

2) استجابة سريعة - ربما وقت إغلاق قصير ؛

3) سهولة الصيانة.

4) سهولة التثبيت ؛

5) عملية صامتة ؛

6) تكلفة منخفضة نسبيًا.

تلبي قواطع الدائرة المستخدمة حاليًا المتطلبات المذكورة بدرجة أكبر أو أقل. ومع ذلك ، يسعى مصممو قواطع الدائرة إلى مطابقة خصائص قاطع الدائرة بشكل أفضل مع المتطلبات المذكورة أعلاه.

مفاتيح الزيت

هناك نوعان من مفاتيح الزيت - خزان وزيت منخفض. طرق إزالة التأين من مساحة القوس في هذه المفاتيح هي نفسها. الاختلاف الوحيد هو في عزل نظام التلامس من قاعدة الأرض وفي كمية الزيت.

حتى وقت قريب ، كانت الدبابات من الأنواع التالية تعمل: VM-35 ، S-35 ، بالإضافة إلى مفاتيح سلسلة U بجهد من 35 إلى 220 كيلو فولت. صُممت مفاتيح تبديل الخزان للتركيب الخارجي ، وليست قيد الإنتاج حاليًا.

العيوب الرئيسية لمفاتيح الخزان: الانفجار والحريق ؛ الحاجة إلى المراقبة الدورية لحالة ومستوى الزيت في الخزان والمداخل ؛ كمية كبيرة من النفط ، مما يؤدي إلى استثمار كبير للوقت لاستبداله ، والحاجة إلى احتياطيات كبيرة من النفط ؛ غير مناسب للتركيب الداخلي.

مفاتيح زيت منخفضة

تستخدم مفاتيح تبديل الزيت المنخفض (نوع وعاء) على نطاق واسع في المفاتيح المغلقة والمفتوحة كل الفولتية. يعمل الزيت في هذه المفاتيح بشكل أساسي كوسيط تقوس وفقط جزئيًا كعزل بين جهات الاتصال المفتوحة.

يتم عزل الأجزاء الحية عن بعضها البعض وعن الهياكل الأرضية باستخدام البورسلين أو مواد عازلة صلبة أخرى. توجد نقاط التلامس الخاصة بالمفاتيح الخاصة بالتركيب الداخلي في خزان فولاذي (وعاء) ، وهذا هو سبب الاحتفاظ باسم مفاتيح التبديل "نوع وعاء".

قواطع التيار منخفضة الزيت بجهد 35 كيلو فولت وما فوق لها جسم خزفي. الأكثر استخدامًا هي المعلقات من النوع 6-10 كيلو فولت (VMG-10 ، VMP-10). في هذه القواطع ، يتم تثبيت الجسم على عوازل من البورسلين في إطار مشترك للأعمدة الثلاثة. يحتوي كل عمود على فاصل تلامس واحد ومزلقة قوسية.

مخططات تصميم مفاتيح الزيت المنخفض 1 - اتصال متحرك ؛ 2 - شلال قوس ؛ 3 - اتصال ثابت ؛ 4 - اتصالات العمل

في التيارات عالية التصنيف ، من الصعب العمل مع زوج واحد من جهات الاتصال (تعمل كجهات اتصال تشغيل وتقوس) ، وبالتالي يتم توفير جهات اتصال التشغيل خارج القاطع وتكون ملامسات الانحناء في خزان معدني. في التيارات العالية الانكسار ، يوجد فاصلان تقوس لكل عمود. وفقًا لهذا المخطط ، يتم تصنيع مفاتيح سلسلة MGG و MG لجهود تصل إلى 20 كيلو فولت وتشمل.تسمح ملامسات التشغيل الخارجية الضخمة 4 بتصميم قاطع الدائرة للتيارات عالية التصنيف (حتى 9500 أمبير). بالنسبة للجهود التي تبلغ 35 كيلو فولت وما فوق ، فإن جسم المفتاح مصنوع من البورسلين ، وسلسلة VMK عبارة عن مفتاح عمودي بزيت منخفض). في قواطع الدائرة الأوتوماتيكية 35 ، 110 كيلو فولت ، يتم توفير انقطاع واحد لكل قطب ، عند الجهد العالي - مقاطعتان أو أكثر.

عيوب المفاتيح منخفضة الزيت: خطر الانفجار والحريق ، على الرغم من أنها أقل بكثير من مفاتيح تبديل الخزان ؛ عدم القدرة على تنفيذ الإغلاق التلقائي عالي السرعة ؛ الحاجة إلى التحكم الدوري والتعبئة وتغيير الزيت المتكرر نسبيًا في خزانات القوس ؛ صعوبة تركيب المحولات الحالية المدمجة ؛ قدرة كسر منخفضة نسبيًا.

مجال تطبيق قواطع الدائرة منخفضة الزيت هو المفاتيح الكهربائية المغلقة لمحطات الطاقة والمحطات الفرعية 6 و 10 و 20 و 35 و 110 كيلو فولت ، ومفاتيح كهربائية كاملة 6 و 10 و 35 كيلو فولت ومفاتيح كهربائية مفتوحة 35 و 110 كيلو فولت.

انظر هنا لمزيد من التفاصيل: أنواع مفاتيح الزيت

مفاتيح الهواء

تم تصميم قواطع دوائر الهواء للجهود التي تبلغ 35 كيلو فولت وما فوق لكسر التيارات الكبيرة ذات الدائرة القصيرة. يتم تشغيل الهواء بجهد 15 كيلو فولت يستخدم في محطات توليد الكهرباء كمولد. مزاياها: الاستجابة السريعة ، قدرة التكسير العالية ، الاحتراق الضئيل للملامسات ، عدم وجود البطانات باهظة الثمن وغير الموثوقة بشكل كافٍ ، والسلامة من الحرائق ، ووزن أقل مقارنة بمفاتيح الزيت في الخزان. العيوب: وجود اقتصاد جوي مرهق ، وخطر الانفجار ، وعدم وجود محولات التيار المدمجة ، وتعقيد الجهاز وتشغيله.

في مفاتيح الهواء ، يتم إطفاء القوس بالهواء المضغوط بضغط 2-4 ميجا باسكال ، وعزل الأجزاء الحية وجهاز إطفاء القوس مصنوع من البورسلين أو مواد عازلة صلبة أخرى. تختلف مخططات تصميم مفاتيح الهواء وتعتمد على تصنيف الجهد الخاص بها ، وطريقة إنشاء فجوة عازلة بين جهات الاتصال في وضع إيقاف التشغيل ، وطريقة توفير الهواء المضغوط لجهاز إطفاء القوس.

تحتوي قواطع الدائرة عالية التصنيف على دائرة رئيسية وتقوسية مماثلة لقواطع الدائرة MG و MGG منخفضة الزيت. يمر الجزء الرئيسي من التيار في الوضع المغلق للمفتاح عبر جهات الاتصال الرئيسية 4 ، والتي توجد مفتوحة. عندما يتم إيقاف تشغيل المفتاح ، يتم فتح جهات الاتصال الرئيسية أولاً ، ثم يمر كل التيار عبر ملامسات القوس في الغرفة 2. أثناء فتح هذه الملامسات ، يتم إدخال الهواء المضغوط من الخزان 1 إلى الغرفة ، ويتم إنشاء انفجار قوي ، وإطفاء القوس. يمكن أن يكون النفخ طوليًا أو عرضيًا.

يتم إنشاء فجوة العزل اللازمة بين جهات الاتصال في الوضع المفتوح في مجرى القوس عن طريق فصل جهات الاتصال بمسافة كافية. يتم إنتاج المحولات التي تم إجراؤها وفقًا للمشروع باستخدام فاصل مفتوح للتركيب الداخلي للجهد الكهربي 15 و 20 كيلو فولت والتيارات حتى 20000 أمبير (سلسلة VVG). مع هذا النوع من المفاتيح ، بعد فصل الفاصل 5 ، يتم إيقاف إمداد الغرف بالهواء المضغوط وإغلاق ملامسات القوس.

مخططات البناء لمفاتيح الهواء 1 - خزان الهواء المضغوط ؛ 2 - شلال قوس ؛ 3 - مقاومة تحويل ؛ 4 - جهات الاتصال الرئيسية ؛ 5 - فاصل 6 - مقسم الجهد السعوي لـ 110 كيلو فولت - فترتين لكل مرحلة (د)

في قواطع دوائر الهواء للتركيب المفتوح للجهد 35 كيلو فولت (VV-35) ، يكفي أن يكون هناك انقطاع واحد لكل مرحلة.

في المفاتيح ذات الجهد الكهربائي 110 كيلو فولت أو أكثر ، بعد إطفاء القوس ، تفتح جهات اتصال الفاصل 5 وتظل غرفة الفصل مليئة بالهواء المضغوط طوال الوقت في وضع إيقاف التشغيل. في هذه الحالة ، لا يتم توفير الهواء المضغوط إلى مجرى القوس ويتم إغلاق جهات الاتصال الموجودة فيه.

يتم إنشاء قواطع دوائر سلسلة VV للجهد حتى 500 كيلو فولت وفقًا لمخطط التصميم هذا. كلما زاد الجهد المقنن وزادت القدرة المحددة ، يجب أن يكون هناك المزيد من الانقطاعات في مجرى القوس وفي الفاصل.

تصنع قواطع الدائرة المملوءة بالهواء من سلسلة VVB وفقًا لمخطط التصميم في الشكل D. يبلغ جهد وحدة VVB 110 كيلو فولت عند ضغط الهواء المضغوط في غرفة إطفاء الحريق بمقدار 2 ميجا باسكال. الجهد المقدر لوحدة قاطع الدائرة VVBK (وحدة كبيرة) هو 220 كيلو فولت وضغط الهواء في غرفة الإطفاء 4 ميجا باسكال. تحتوي قواطع الدائرة من سلسلة VNV على مخطط تصميم مشابه: وحدة بجهد 220 كيلو فولت عند ضغط 4 ميجا باسكال.

بالنسبة لقواطع الدائرة من سلسلة VVB ، يعتمد عدد المزالق القوسية (الوحدات النمطية) على الجهد (110 كيلو فولت - واحد ؛ 220 كيلو فولت - اثنان ؛ 330 كيلو فولت - أربعة ؛ 500 كيلو فولت - ستة ؛ 750 كيلو فولت - ثمانية) ، وللحجم الكبير وحدات قواطع الدائرة (VVBK ، VNV) ، وحدات ذات أرقام أقل مرتين ، على التوالي.

قواطع الدائرة SF6

غاز SF6 (SF6 - سادس فلوريد الكبريت) هو غاز خامل بكثافة أكبر بخمس مرات من كثافة الهواء. القوة الكهربائية لغاز SF6 هي 2-3 مرات أعلى من قوة الهواء ؛ عند ضغط 0.2 ميجا باسكال ، تكون قوة العزل لغاز SF6 قابلة للمقارنة مع البترول.

في غاز SF6 عند الضغط الجوي ، يمكن إطفاء القوس بتيار أعلى 100 مرة من التيار المتقطع في الهواء تحت نفس الظروف. تفسر القدرة الاستثنائية لغاز SF6 على إطفاء القوس بحقيقة أن جزيئاته تلتقط إلكترونات عمود القوس وتشكل أيونات سالبة ثابتة نسبيًا. يؤدي فقدان الإلكترونات إلى عدم استقرار القوس وسهولة إخماده. في تدفق غاز SF6 ، أي أثناء النفث بالغاز ، يكون امتصاص الإلكترونات من عمود القوس أكثر كثافة.

تستخدم قواطع الدائرة SF6 أجهزة إطفاء القوس الهوائية (ضغط تلقائي) حيث يتم ضغط الغاز بواسطة جهاز مكبس أثناء التعثر وتوجيهه إلى منطقة الانحناء. قاطع الدائرة SF6 هو نظام مغلق بدون انبعاثات غازية إلى الخارج.

حاليًا ، تُستخدم قواطع الدائرة SF6 لجميع فئات الجهد (6-750 كيلو فولت) عند ضغط 0.15 - 0.6 ميجا باسكال. يستخدم الضغط المتزايد للمفاتيح ذات فئات الجهد العالي. أثبتت قواطع الدائرة SF6 للشركات الأجنبية التالية أنها جيدة: ALSTOM؛ سيمنز. Merlin Guerin وآخرين. تم إتقان إنتاج قواطع الدائرة SF6 الحديثة من PO «Uralelectrotyazmash»: قواطع دوائر الخزان من سلسلة VEB وسلسلة VGB ومفاتيح العمود من سلسلة VGT و VGU.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك تصميم قاطع الدائرة LF 6-10 كيلوفولت بواسطة Merlin Gerin.

يتكون نموذج قاطع الدائرة الأساسي من العناصر التالية:

- جسم قاطع الدائرة ، الذي توجد فيه الأقطاب الثلاثة ، يمثل "وعاء ضغط" مملوء بغاز SF6 عند ضغط زائد منخفض (0.15 ميجا باسكال أو 1.5 ضغط جوي) ؛

- نوع محرك ميكانيكي RI ؛

- اللوحة الأمامية للمشغل بمقبض تحميل يدوي ونابض ومؤشرات حالة قاطع الدائرة الزنبركية ؛

- وسادات اتصال لإمدادات الطاقة عالية الجهد ؛

- موصل متعدد المسامير لتوصيل دوائر التحويل الثانوية.

قواطع الدائرة الفراغية

القوة العازلة للفراغ أعلى بكثير من تلك الموجودة في الوسائط الأخرى المستخدمة في قواطع الدائرة. ويفسر ذلك زيادة متوسط ​​المسار الحر للإلكترونات والذرات والأيونات والجزيئات مع انخفاض الضغط. في الفراغ ، يتجاوز متوسط ​​المسار الحر للجسيمات أبعاد غرفة التفريغ.

1/4 "فجوة استرجاع قوة عازلة بعد 1600 انقطاع التيار في الفراغ والغازات المختلفة عند الضغط الجوي

في ظل هذه الظروف ، تحدث تأثيرات الجسيمات على جدران الغرفة في كثير من الأحيان أكثر بكثير من تصادمات الجسيمات. يوضح الشكل اعتماد جهد انهيار الفراغ والهواء على المسافة بين الأقطاب التي يبلغ قطرها 3/8 «تنجستن. مع هذه القوة العازلة العالية ، يمكن أن تكون المسافة بين جهات الاتصال صغيرة جدًا (2 - 2.5 سم) ، لذلك يمكن أن تكون أبعاد الغرفة أيضًا صغيرة نسبيًا ...

عملية استعادة القوة الكهربائية للفجوة بين نقاط التلامس عند انقطاع التيار الكهربائي تحدث في فراغ أسرع بكثير من الغازات ، ومستوى الفراغ (ضغط الغاز المتبقي) في قنوات القوس الصناعية الحديثة عادة ما يكون Pa. وفقًا لنظرية القوة الكهربائية للغازات ، يتم أيضًا تحقيق خصائص العزل المطلوبة لفجوة الفراغ عند مستويات فراغ أقل (بترتيب Pa) ، ولكن بالنسبة للمستوى الحالي لتقنية الفراغ ، فإن إنشاء وصيانة لا يمثل مستوى Pa طوال عمر حجرة التفريغ مشكلة.وهذا يوفر لغرف التفريغ احتياطيات من القوة الكهربائية طوال فترة الخدمة (20-30 عامًا).

يظهر تصميم قاطع الدائرة الفراغية النموذجي في الشكل.

رسم تخطيطي لقاطع الفراغ

يتكون تصميم حجرة التفريغ من زوج من الملامسات (4 ؛ 5) ، أحدهما متحرك (5) ، محاط بغلاف محكم التفريغ ملحوم بعوازل خزفية أو زجاجية (3 ؛ 7) ، معدن علوي وسفلي أغطية (2 ، 8)) ودرع معدني (6). يتم ضمان حركة التلامس المتحرك بالنسبة للجهة الثابتة عن طريق جلبة (9). تُستخدم كبلات الكاميرا (1 ؛ 10) لتوصيلها بدائرة التبديل الرئيسية.

وتجدر الإشارة إلى أنه يتم استخدام معادن خاصة مقاومة للفراغ فقط ، تنقى من الغازات المذابة والنحاس والسبائك الخاصة ، وكذلك السيراميك الخاص لتصنيع مبيت غرفة التفريغ. تصنع ملامسات حجرة التفريغ من تركيبة معدنية-سيراميك (كقاعدة عامة ، من النحاس والكروم بنسبة 50٪ -50٪ أو 70٪ -30٪) ، مما يوفر قدرة كسر عالية ومقاومة للتآكل ويمنع ظهور نقاط اللحام على سطح التلامس. توفر عوازل السيراميك الأسطوانية ، جنبًا إلى جنب مع فجوة فراغ في جهات الاتصال المفتوحة ، عزلًا بين أطراف الحجرة عند إيقاف تشغيل المفتاح.

أصدرت Tavrida-electric قواطع دائرة مفرغة بتصميم جديد مع قفل مغناطيسي. يعتمد تصميمه على مبدأ محاذاة المغناطيس الكهربائي للقيادة وقاطع الفراغ في كل قطب من قاطع التيار.

يتم إغلاق المفتاح بالتسلسل التالي.

في الحالة الأولية ، تكون ملامسات حجرة قاطع الفراغ مفتوحة بسبب عمل زنبرك الإغلاق 7 عليها من خلال عازل السحب 5. عندما يتم تطبيق جهد قطبية موجبة على الملف 9 للمغناطيس الكهربائي ، فإن التدفق المغناطيسي يتراكم في فجوة النظام المغناطيسي.

في اللحظة التي تتجاوز فيها قوة ضغط المحرك الناتج عن التدفق المغناطيسي قوة زنبرك الإيقاف 7 ، يبدأ المحرك 11 للمغناطيس الكهربائي ، جنبًا إلى جنب مع عازل الجر 5 والتلامس المتحرك 3 لغرفة التفريغ ، في التحرك لأعلى ، وضغط الزنبرك للتوقف. في هذه الحالة ، يحدث محرك EMF في اللف ، مما يمنع زيادة أخرى في التيار بل ويقلل إلى حد ما.

في عملية الحركة ، تكتسب سرعة المحرك حوالي 1 م / ث ، مما يتجنب الضرر الأولي عند التبديل ويزيل ارتداد ملامسات VDK. عندما يتم إغلاق ملامسات غرفة التفريغ ، تبقى فجوة ضغط إضافية بمقدار 2 مم في النظام المغناطيسي. تنخفض سرعة المحرك بشكل حاد ، حيث يتعين عليه أيضًا التغلب على قوة الزنبرك للحمل المسبق الإضافي للتلامس 6. ومع ذلك ، تحت تأثير القوة الناتجة عن التدفق المغناطيسي والقصور الذاتي ، يستمر المحرك 11 في التحرك لأعلى ، ضغط الزنبرك للتوقف 7 وزنبرك إضافي لتحميل جهات الاتصال 6 مسبقًا.

في لحظة إغلاق النظام المغناطيسي ، يتصل المحرك بالغلاف العلوي للمحرك 8 ويتوقف. بعد عملية الإغلاق ، يتم إيقاف التيار إلى ملف محرك الأقراص. يظل المفتاح في الوضع المغلق بسبب الحث المتبقي الناتج عن حلقة المغناطيس الدائم 10 ، الذي يحمل المحرك 11 في وضع المسحوب إلى الغطاء العلوي 8 دون إمداد تيار إضافي.

لفتح المفتاح ، يجب تطبيق جهد سلبي على أطراف الملف.

حاليًا ، أصبحت قواطع الدائرة الفراغية هي الأجهزة المهيمنة على الشبكات الكهربائية بجهد 6-36 كيلو فولت. وبالتالي ، فإن حصة قواطع الدائرة الفراغية في العدد الإجمالي للأجهزة المصنعة في أوروبا والولايات المتحدة تصل إلى 70٪ ، وفي اليابان - 100٪. في روسيا ، في السنوات الأخيرة ، كان لهذه الحصة اتجاه تصاعدي مستمر ، وفي عام 1997 تجاوزت علامة 50 ٪. المزايا الرئيسية للمتفجرات (مقارنة بمفاتيح تبديل النفط والغاز) التي تحدد نمو حصتها في السوق هي:

- موثوقية أعلى ؛

- انخفاض تكاليف الصيانة.
أنظر أيضا: قواطع الدائرة الفراغية ذات الجهد العالي - تصميم ومبدأ التشغيل