Visão geral do desenvolvimento e características do disjuntor a vácuo

[Visão geral do desenvolvimento e características do disjuntor a vácuo]: disjuntor a vácuo refere-se ao disjuntor cujos contatos são fechados e abertos no vácuo.Os disjuntores a vácuo foram inicialmente estudados pelo Reino Unido e Estados Unidos e depois desenvolvidos para o Japão, Alemanha, ex-União Soviética e outros países.A China começou a estudar a teoria do disjuntor a vácuo a partir de 1959 e produziu formalmente vários disjuntores a vácuo no início dos anos 1970

Disjuntor a vácuo refere-se ao disjuntor cujos contatos são fechados e abertos no vácuo.

Os disjuntores a vácuo foram inicialmente estudados pelo Reino Unido e Estados Unidos e depois desenvolvidos para o Japão, Alemanha, ex-União Soviética e outros países.A China começou a estudar a teoria dos disjuntores a vácuo em 1959 e produziu formalmente vários tipos de disjuntores a vácuo no início dos anos 1970.A inovação contínua e a melhoria das tecnologias de fabricação, como interruptor a vácuo, mecanismo operacional e nível de isolamento, fizeram com que o disjuntor a vácuo se desenvolvesse rapidamente, e uma série de conquistas significativas foram feitas na pesquisa de grande capacidade, miniaturização, inteligência e confiabilidade.

Com as vantagens de boas características de extinção de arco, adequadas para operação frequente, longa vida elétrica, alta confiabilidade operacional e longo período livre de manutenção, os disjuntores a vácuo têm sido amplamente utilizados na transformação da rede elétrica urbana e rural, indústria química, metalurgia, ferrovia eletrificação, mineração e outras indústrias na indústria de energia da China.Os produtos variam de várias variedades de ZN1-ZN5 no passado para dezenas de modelos e variedades agora.A corrente nominal atinge 4000A, a corrente de interrupção atinge 5OKA, até 63kA, e a tensão atinge 35kV.

O desenvolvimento e as características do disjuntor a vácuo serão vistos de vários aspectos principais, incluindo o desenvolvimento do interruptor a vácuo, o desenvolvimento do mecanismo operacional e o desenvolvimento da estrutura de isolamento.

Desenvolvimento e características de interruptores a vácuo

2.1Desenvolvimento de interruptores a vácuo

A ideia de usar meio de vácuo para extinguir o arco foi apresentada no final do século 19, e o primeiro interruptor a vácuo foi fabricado na década de 1920.No entanto, devido às limitações da tecnologia de vácuo, materiais e outros níveis técnicos, não era prático naquela época.Desde a década de 1950, com o desenvolvimento de novas tecnologias, muitos problemas na fabricação de interruptores a vácuo foram resolvidos e o interruptor a vácuo atingiu gradualmente o nível prático.Em meados da década de 1950, a General Electric Company dos Estados Unidos produziu um lote de disjuntores a vácuo com corrente de interrupção nominal de 12KA.Posteriormente, no final da década de 1950, devido ao desenvolvimento de interruptores a vácuo com contatos de campo magnético transversais, a corrente nominal de interrupção foi elevada para 3OKA.Após a década de 1970, a Toshiba Electric Company do Japão desenvolveu com sucesso um interruptor a vácuo com contatos de campo magnético longitudinal, que aumentou ainda mais a corrente nominal de interrupção para mais de 5OKA.Atualmente, os disjuntores a vácuo têm sido amplamente utilizados em sistemas de distribuição de energia de 1KV e 35kV, e a corrente nominal de interrupção pode atingir 5OKA-100KAo.Alguns países também produziram interruptores a vácuo de 72kV/84kV, mas o número é pequeno.Gerador de alta tensão DC

Nos últimos anos, a produção de disjuntores a vácuo na China também se desenvolveu rapidamente.Atualmente, a tecnologia dos interruptores a vácuo domésticos está em pé de igualdade com os produtos estrangeiros.Existem interruptores a vácuo usando tecnologia de campo magnético vertical e horizontal e tecnologia de contato de ignição central.Os contatos feitos de materiais de liga de Cu Cr desconectaram com sucesso os interruptores a vácuo 5OKA e 63kAo na China, que atingiram um nível mais alto.O disjuntor a vácuo pode usar completamente os interruptores a vácuo domésticos.

2.2Características do interruptor a vácuo

A câmara de extinção de arco a vácuo é o componente chave do disjuntor a vácuo.É suportado e selado por vidro ou cerâmica.Existem contatos dinâmicos e estáticos e tampas de blindagem no interior.Há pressão negativa na câmara.O grau de vácuo é 133 × 10 Nine 133 × LOJPa, para garantir seu desempenho de extinção de arco e nível de isolamento ao quebrar.Quando o grau de vácuo diminui, seu desempenho de quebra será significativamente reduzido.Portanto, a câmara de extinção de arco a vácuo não deve ser impactada por nenhuma força externa e não deve ser batida ou esbofeteada pelas mãos.Não deve ser estressado durante a movimentação e manutenção.É proibido colocar qualquer coisa no disjuntor a vácuo para evitar que a câmara de extinção do arco a vácuo seja danificada ao cair.Antes da entrega, o disjuntor a vácuo deve passar por rigorosa inspeção e montagem de paralelismo.Durante a manutenção, todos os parafusos da câmara de extinção de arco devem ser apertados para garantir tensão uniforme.

O disjuntor a vácuo interrompe a corrente e extingue o arco na câmara de extinção de arco a vácuo.No entanto, o próprio disjuntor a vácuo não possui um dispositivo para monitorar qualitativa e quantitativamente as características do grau de vácuo; portanto, a falha de redução do grau de vácuo é uma falha oculta.Ao mesmo tempo, a redução do grau de vácuo afetará seriamente a capacidade do disjuntor a vácuo de cortar a sobrecorrente e levará a um declínio acentuado na vida útil do disjuntor, o que levará à explosão do interruptor quando grave.

Resumindo, o principal problema do interruptor a vácuo é que o grau de vácuo é reduzido.As principais razões para a redução do vácuo são as seguintes.

(1) O disjuntor a vácuo é um componente delicado.Depois de sair da fábrica, a fábrica de tubos eletrônicos pode ter vazamento de vedações de vidro ou cerâmica após muitas batidas de transporte, choques de instalação, colisões acidentais, etc.

(2) Existem problemas no material ou no processo de fabricação do interruptor a vácuo e pontos de vazamento aparecem após várias operações.

(3) Para o disjuntor a vácuo do tipo dividido, como o mecanismo de operação eletromagnético, ao operar, devido à grande distância da ligação operacional, afeta diretamente a sincronização, ressalto, sobrecurso e outras características do interruptor para acelerar o redução do grau de vácuo.Gerador de alta tensão DC

Método de tratamento para diminuir o grau de vácuo do interruptor a vácuo:

Observe frequentemente o interruptor a vácuo e use regularmente o testador de vácuo do interruptor a vácuo para medir o grau de vácuo do interruptor a vácuo, de modo a garantir que o grau de vácuo do interruptor a vácuo esteja dentro da faixa especificada;Quando o grau de vácuo diminui, o interruptor de vácuo deve ser substituído e os testes de características como curso, sincronização e ressalto devem ser bem feitos.

3. Desenvolvimento do mecanismo operacional

O mecanismo de operação é um dos aspectos importantes para avaliar o desempenho do disjuntor a vácuo.A principal razão que afeta a confiabilidade do disjuntor a vácuo são as características mecânicas do mecanismo de operação.De acordo com o desenvolvimento do mecanismo operacional, ele pode ser dividido nas seguintes categorias.Gerador de alta tensão DC

3.1Mecanismo de operação manual

O mecanismo de operação baseado no fechamento direto é chamado de mecanismo de operação manual, que é usado principalmente para operar disjuntores com baixo nível de tensão e baixa corrente nominal de interrupção.O mecanismo manual raramente é usado em departamentos de energia externa, exceto em empresas industriais e de mineração.O mecanismo de operação manual é de estrutura simples, não requer equipamentos auxiliares complexos e tem a desvantagem de não poder fechar novamente automaticamente e só poder ser operado localmente, o que não é suficientemente seguro.Portanto, o mecanismo de operação manual foi quase substituído pelo mecanismo de operação por mola com armazenamento manual de energia.

3.2Mecanismo operacional eletromagnético

O mecanismo operacional que é fechado pela força eletromagnética é chamado de mecanismo operacional eletromagnético d.O mecanismo CD17 é desenvolvido em coordenação com os produtos domésticos ZN28-12.Na estrutura, ele também está disposto na frente e atrás do interruptor a vácuo.

As vantagens do mecanismo de operação eletromagnético são mecanismo simples, operação confiável e baixo custo de fabricação.As desvantagens são que a energia consumida pela bobina de fechamento é muito grande e precisa ser preparada [Visão geral do desenvolvimento e características do disjuntor a vácuo]: O disjuntor a vácuo refere-se ao disjuntor cujos contatos são fechados e abertos no vácuo.Os disjuntores a vácuo foram inicialmente estudados pelo Reino Unido e Estados Unidos e depois desenvolvidos para o Japão, Alemanha, ex-União Soviética e outros países.A China começou a estudar a teoria do disjuntor a vácuo a partir de 1959 e produziu formalmente vários disjuntores a vácuo no início dos anos 1970

Baterias caras, grande corrente de fechamento, estrutura volumosa, longo tempo de operação e participação de mercado gradualmente reduzida.

3.3Mecanismo de operação por mola Gerador de alta tensão DC

O mecanismo de operação da mola usa a mola de energia armazenada como força para fazer a chave realizar a ação de fechamento.Pode ser acionado por mão de obra ou motores CA e CC de pequena potência, de modo que a potência de fechamento basicamente não é afetada por fatores externos (como tensão da fonte de alimentação, pressão de ar da fonte de ar, pressão hidráulica da fonte de pressão hidráulica), que não só pode atingir alta velocidade de fechamento, mas também realizar operação de fechamento repetido automático rápido;Além disso, em comparação com o mecanismo de operação eletromagnético, o mecanismo de operação de mola tem baixo custo e baixo preço.É o mecanismo de operação mais comumente usado no disjuntor a vácuo, e seus fabricantes também são mais, que estão melhorando constantemente.Os mecanismos CT17 e CT19 são típicos, e ZN28-17, VS1 e VGl são usados ​​com eles.

Geralmente, o mecanismo operacional da mola possui centenas de peças e o mecanismo de transmissão é relativamente complexo, com alta taxa de falhas, muitas peças móveis e altos requisitos de processo de fabricação.Além disso, a estrutura do mecanismo operacional da mola é complexa e existem muitas superfícies de fricção deslizantes, e a maioria delas está em peças-chave.Durante a operação de longo prazo, o desgaste e a corrosão dessas peças, bem como a perda e cura dos lubrificantes, levarão a erros operacionais.Existem principalmente as seguintes deficiências.

(1) O disjuntor se recusa a operar, ou seja, envia sinal de operação para o disjuntor sem fechar ou abrir.

(2) O interruptor não pode ser fechado ou é desconectado após o fechamento.

(3) Em caso de acidente, a ação de proteção do relé e o disjuntor não podem ser desconectados.

(4) Queime a bobina de fechamento.

Análise de causa de falha do mecanismo de operação:

O disjuntor se recusa a operar, o que pode ser causado pela perda de tensão ou subtensão da tensão de operação, desconexão do circuito de operação, desconexão da bobina de fechamento ou da bobina de abertura e mau contato dos contatos da chave auxiliar no mecanismo.

O interruptor não pode ser fechado ou é aberto após o fechamento, o que pode ser causado por subtensão da fonte de alimentação operacional, deslocamento excessivo do contato móvel do disjuntor, desconexão do contato de intertravamento do interruptor auxiliar e quantidade muito pequena de conexão entre o meio eixo do mecanismo de operação e a lingueta;

Durante o acidente, a ação de proteção do relé e o disjuntor não puderam ser desconectados.Pode ser que existam matérias estranhas no núcleo de ferro de abertura que impediram o núcleo de ferro de agir de forma flexível, o meio eixo de disparo de abertura não pôde girar com flexibilidade e o circuito de operação de abertura foi desconectado.

Os possíveis motivos para queimar a bobina de fechamento são: o contator DC não pode ser desconectado após o fechamento, a chave auxiliar não gira para a posição de abertura após o fechamento e a chave auxiliar está solta.

3.4Mecanismo de imã permanente

O mecanismo de ímã permanente utiliza um novo princípio de funcionamento para combinar organicamente o mecanismo eletromagnético com o ímã permanente, evitando os fatores adversos causados ​​por disparo mecânico na posição de fechamento e abertura e no sistema de travamento.A força de retenção gerada pelo ímã permanente pode manter o disjuntor a vácuo nas posições de fechamento e abertura quando qualquer energia mecânica é necessária.É equipado com um sistema de controle para realizar todas as funções exigidas pelo disjuntor a vácuo.Pode ser dividido principalmente em dois tipos: atuador magnético permanente monoestável e atuador magnético permanente biestável.O princípio de funcionamento do atuador magnético permanente biestável é que a abertura e o fechamento do atuador dependem da força magnética permanente;O princípio de funcionamento do mecanismo de operação de ímã permanente monoestável é abrir rapidamente com a ajuda da mola de armazenamento de energia e manter a posição de abertura.Somente o fechamento pode manter a força magnética permanente.O principal produto da Trede Electric é o atuador de ímã permanente monoestável, e as empresas domésticas desenvolvem principalmente o atuador de ímã permanente biestável.

A estrutura do atuador de ímã permanente biestável varia, mas existem apenas dois tipos de princípios: tipo de bobina dupla (tipo simétrico) e tipo de bobina simples (tipo assimétrico).Essas duas estruturas são brevemente apresentadas a seguir.

(1) Mecanismo de ímã permanente de bobina dupla

O mecanismo de ímã permanente de bobina dupla é caracterizado por: usar ímã permanente para manter o disjuntor a vácuo nas posições limite de abertura e fechamento, respectivamente, usar bobina de excitação para empurrar o núcleo de ferro do mecanismo da posição de abertura para a posição de fechamento e usar outra bobina de excitação para empurrar o núcleo de ferro do mecanismo da posição de fechamento para a posição de abertura.Por exemplo, o mecanismo de comutação VMl da ABB adota essa estrutura.

(2) Mecanismo de ímã permanente de bobina única

O mecanismo de ímã permanente de bobina única também usa ímãs permanentes para manter o disjuntor a vácuo nas posições limite de abertura e fechamento, mas uma bobina de excitação é usada para abrir e fechar.Existem também duas bobinas de excitação para abertura e fechamento, mas as duas bobinas estão do mesmo lado e a direção do fluxo da bobina paralela é oposta.Seu princípio é o mesmo do mecanismo de ímã permanente de bobina única.A energia de fechamento vem principalmente da bobina de excitação e a energia de abertura vem principalmente da mola de abertura.Por exemplo, o disjuntor a vácuo montado em coluna GVR lançado pela Whipp&Bourne Company no Reino Unido adota esse mecanismo.

De acordo com as características acima do mecanismo de ímã permanente, suas vantagens e desvantagens podem ser resumidas.As vantagens são que a estrutura é relativamente simples, em comparação com o mecanismo de mola, seus componentes são reduzidos em cerca de 60%;Com menos componentes, a taxa de falha também será reduzida, portanto, a confiabilidade é alta;Longa vida útil do mecanismo;Tamanho pequeno e peso leve.A desvantagem é que em termos de características de abertura, porque o núcleo de ferro móvel participa do movimento de abertura, a inércia do movimento do sistema móvel aumenta significativamente na abertura, o que é muito desfavorável para melhorar a velocidade de abertura rígida;Devido à alta potência operacional, ela é limitada pela capacidade do capacitor.

4. Desenvolvimento da estrutura de isolamento

De acordo com as estatísticas e análise dos tipos de acidentes na operação de disjuntores de alta tensão no sistema elétrico nacional com base em dados históricos relevantes, a falha na abertura representa 22,67%;A recusa em cooperar representou 6,48%;Os acidentes de furto representaram 9,07%;Os acidentes de isolamento representaram 35,47%;Acidente de operação incorreta representou 7,02%;Os acidentes com fechamento de rios representam 7,95%;Força externa e outros acidentes representaram 11.439 brutos, dos quais os acidentes de isolamento e os acidentes de rejeição de separação foram os mais proeminentes, representando cerca de 60% de todos os acidentes.Portanto, a estrutura de isolamento também é um ponto-chave do disjuntor a vácuo.De acordo com as mudanças e desenvolvimento do isolamento da coluna de fase, ele pode ser basicamente dividido em três gerações: isolamento a ar, isolamento composto e isolamento sólido de pólo selado.