真空斷路器：設備和工作原理 + 選擇和連接的細微差別

安全狀態的標準和限制

根據 GOST 1550 的氣候版本和放置類別 U2，在這種情況下的操作條件：

• 最高海拔3000米；
• 假設開關櫃內環境空氣溫度（KSO）的上工作值加55℃，開關櫃環境空氣溫度和KSO的有效值加40℃；
• 環境空氣溫度的下工作值是-40°С；
• 加 25°С 時相對空氣濕度上限 100%；
• 環境是非爆炸性的，不含對絕緣有害的氣體和蒸汽，沒有飽和導電粉塵，其濃度會降低開關絕緣的電氣強度參數。

在太空中的工作位置 - 任何。對於版本 59、60、70、71 - 基本向下或向上。開關設計為在操作“O”和“B”以及週期 O - 0.3 s - VO - 15 s - VO 中工作； O - 0.3 秒 - VO - 180 秒 - VO。
斷路器輔助觸頭參數見表 3.1。
在對外部機械因素的抵抗力方面，斷路器對應於 GOST 17516.1-90 的 M 7 組，而斷路器在頻率範圍 (0.5 * 100) Hz 的正弦振動下以最大加速度幅值運行時10 m / s2 (1 q) 和多次沖擊，加速度為 30 m/s2 (3 q)。

表 3.1 - 斷路器輔助觸頭參數

編號 p / p	範圍	額定值
1	2	3
1	最大工作電壓，V（交流和直流）	400
2	t=1 ms 時直流電路中的最大開關功率，W	40
3	交流電路中的最大開關功率 cos j= 0.8 時的電流，VA	40
4	最大通過電流，A	4
5	測試電壓，V (DC)	1000
6	接觸電阻，µOhm，不再有	80
7	最大分斷電流下的開關資源，B-O 循環	106
8	機械壽命，V-O 循環	106

 

圖 3.1

這些開關符合 GOST687、IEC-56 和規範 TU U 25123867.002-2000（以及 ITEA 674152.002 TU；TU U 13795314.001-95）的要求。
斷路器的開關壽命與中斷電流大小的關係如圖 1 所示。 3.1。

這些開關符合 GOST 687、IEC-56 和規範 TU U 25123867.002-2000（以及 ITEA 674152.002 TU；TU U 13795314.001-95）的要求。
斷路器的開關壽命與中斷電流大小的關係如圖 1 所示。 3.1。

真空斷路器技術。

“潔淨室”中的主要水平覆蓋線。維爾，芬奇利，1978 年。

真空滅弧室的製造是在使用現代技術的特殊裝置中進行的——“潔淨室”、真空爐等。

1990 年在南非的真空斷路器車間

真空室的製造是一項高科技製造工藝。組裝後，斷路器室被放置在真空烘箱中，在那裡它們被密封。

真空滅弧室生產的四個要點：

1. 全真空
2. 詳細計算電氣參數。
3. 電弧控制系統
4. 聯絡組材料

真空斷路器生產中的四個關鍵點：

1.完美的設備整體構建質量。
2.準確計算設備的電磁參數。如果設備設計出現錯誤，隔離開關之間可能會產生電磁干擾。
3.機制。有必要確保機構的短行程和低能耗水平。例如切換到38kV時，機構所需行程為1/2″，同時能耗不超過150J。
4. 完美密封的焊縫。

經典真空滅弧室裝置。
滅弧室 V8 15 kV（4 1/2" 直徑）。 70年代初。

圖為真空滅弧室設計的主要部件。

電弧控制：徑向磁場。

高速拍攝幀（每秒5000幀）。
斷路器墊。直徑2”。
徑向磁場
31.5kArms 12kVrms。
此過程是由於徑向磁場的自感應（場矢量沿徑向方向）而發生的，這會在電觸點上產生電弧運動，同時減少接觸墊的局部加熱。觸點的材料必須使電弧在表面上自由移動。所有這些都可以實現高達 63 kA 的開關電流。

電弧控制：軸向磁場。

高速拍攝幀（每秒9000幀）。
軸向磁場的圖像
40kArms 12kVrms

沿電弧軸使用磁場自感應的過程不會使電弧收縮並保護接觸墊免於過熱，從而消除多餘的能量。在這種情況下，接觸區域的材料不應有助於電弧沿接觸表面的移動。在工業條件下有可能進行超過 100 kA 的電流切換。

真空中的電弧是觸點組的材料。
高速拍攝幀（每秒5000幀）。
直徑為 35 毫米的焊盤的圖像。
徑向磁場。
20kArms 12kVrms

當觸點在真空中打開時，金屬從觸點表面蒸發，從而形成電弧。在這種情況下，電弧的特性會根據製作觸點的材料而變化。

接觸板推薦參數：

電壓	產品	要求
1.2-15 kV	接觸器	最小跳閘閾值 < 0.5 A 機械耐磨性 - 3,000,000 次 無縫機身
15-40 kV	轉變	高介電強度——（在 12 毫米處高達 200 kV） 高分斷能力——（高達 100 kA） 無縫機身
132 kV及以上	轉變	非常高的介電強度——（在 50 mm 處高達 800 kV） 高分斷能力——（高達 63kA） 無縫機身

材料

顯微照片。

最初，銅和鉻的合金用於製造接觸板。這種材料由英國電氣公司在 1960 年代開發並獲得專利。今天，它是真空滅弧室生產中使用最多的金屬。

機制的運作原理。

真空斷路器的機制設計成這樣一種方式，即在開關上花費的能量不會起任何作用 - 觸點的簡單運動。典型的自動重合閘需要 150-200 焦耳的能量來控制，而氣體絕緣主幹開關需要 18,000-24,000 焦耳才能進行一次轉換。這一事實允許在工作中使用永磁體。

磁力驅動。

磁力驅動的工作原理

休息階段運動階段是運動的模型。

真空斷路器的歷史

50 年代發展史：這一切是如何開始的......
主電網的第一批高壓開關之一。照片顯示了 132 kV AEI，這是自 1967 年以來在倫敦西漢姆運行的真空斷路器。與大多數類似設備一樣，它一直運行到 1990 年代。

發展歷程：132kV VGL8真空斷路器。
- CEGB（中央電力局——英格蘭的主要電力供應商）和通用電氣公司聯合開發的結果。
- 前六台設備在 1967 年至 1968 年期間投入使用。
- 使用並聯電容器和復雜的可移動機構分配電壓。
- 每組由瓷絕緣子保護，並在 SF6 氣體中加壓。

真空斷路器配置“T”型，每組有四個真空滅弧室——每相分別連接一組 8 個真空滅弧室。

本機操作歷史：
— 在倫敦連續運營 30 年。在 1990 年代，它因不必要而退役並被拆除。
- 這種類型的真空斷路器在 1980 年代之前一直在 Tir John 發電廠（威爾士）使用，之後，由於網絡重建，它們在德文郡被拆除。

發展史：60 年代的問題。

同時，隨著高壓真空斷路器的發展，製造企業將油、空氣斷路器改為SF6斷路器。 SF6 開關操作起來更簡單、更便宜，原因如下：
- 在高壓真空斷路器中每相使用 8 個真空斷路器需要復雜的機構來確保一組中的 24 個觸點同時操作。
- 使用現有的油斷路器在經濟上不可行。

真空開關。

真空斷路器首先採用V3系列真空滅弧室，後來採用V4系列。
V3 系列真空滅弧室最初開髮用於三相配電網絡，電壓為 12 kV。儘管如此，它們還是成功地用於電力機車的電力牽引電路和“通行權”的連接 - 在單相網絡中，電壓為 25 kV。

真空斷路器裝置：

真空斷路器由一個 7/8 英寸（22.2 毫米）主腔和一個額外的 3/8 英寸（9.5 毫米）腔組成，用於操作觸點彈簧。
— 關閉腔室的平均速度為 1-2 m/sec。
– 平均腔室打開速度 – 2-3 m/sec。

那麼 60 年代真空高壓斷路器製造商正在解決哪些問題？

首先，第一台真空斷路器的開關電壓限制在 17.5 或 24 kV。
其次，當時的技術需要大量串聯真空滅弧室。這反過來又需要使用複雜的機制。
另一個問題是當時的真空滅弧器的生產是為大量銷售而設計的。高度專業化設備的開發在經濟上是不可行的。

最常見的型號

以下是一些最常見的型號VVE-M-10-20、VVE-M-10-40、VVTE-M-10-20，圖中顯示瞭如何破譯它們和 圖例結構，因為模型名稱中最多可以包含 10-12 個字母和數字。幾乎所有這些都是過時的油斷路器的替代品，它們可以同時用於切換交流和直流電路。

高壓真空斷路器的設置、安裝和投入運行是一個費力的過程，電力系統的所有進一步運行以及與之相連的所有元件和設備都直接依賴於此，因此最好將所有在合格的電氣工程人員的肩上工作。真空斷路器的控制必須明確並按照一定的指令進行，在動力設備上工作的人的生命和健康都取決於此。

打開開關

斷路器真空滅弧室觸頭1、3的初始分閘狀態是通過牽引絕緣子4作用在分閘彈簧8的動觸頭3上來保證的。當施加“ON”信號時，電路斷路器控制單元產生正極性的電壓脈衝，該電壓脈衝被施加到電磁鐵的線圈9。同時，在磁系統的間隙中出現電磁吸引力，隨著它的增加，它克服了斷開彈簧 8 和預緊力 5 的力，因此，在差異的影響下在這些力下，電磁鐵 7 的銜鐵與牽引絕緣子 4 和 2 在時間 1 開始沿固定觸點 1 的方向移動，同時壓縮斷開彈簧 8。

閉合主觸點後（波形圖上的時間 2），電磁鐵電樞繼續向上移動，額外壓縮預緊彈簧 5。電樞繼續移動，直到電磁鐵磁系統中的工作間隙變為零（時間 2a在波形圖上）。此外，環形磁體6繼續存儲將斷路器保持在閉合位置所需的磁能，並且線圈9在達到時間3時開始斷電，之後驅動器為斷開操作做好準備。因此，開關變為磁性閂鎖，即不消耗將觸點 1 和 3 保持在閉合位置的控制電源。

在打開開關的過程中，包含在軸 10 的槽中的板 11 使該軸旋轉，移動安裝在其上的永磁體 12 並確保簧片開關 13 的操作，從而使外部換向輔助電路。

創造史

真空斷路器的第一次開發始於 20 世紀 30 年代，目前的型號可以切斷電壓高達 40 kV 的小電流。由於製造真空設備的技術不完善，最重要的是，由於當時在密封室中保持深度真空方面出現了技術困難，因此在那些年沒有製造出足夠強大的真空斷路器。

必須進行廣泛的研究計劃，以創建能夠在電網的高壓下斷開大電流的可靠工作真空滅弧室。在這些工作的過程中，大約到 1957 年，在真空中電弧燃燒過程中發生的主要物理過程被識別和科學解釋。

從真空斷路器的單一原型到其批量工業生產的過渡又花了二十年，因為它需要額外的密集研究和開發，特別是要找到一種有效的方法來防止由於過早中斷而產生的危險開關過電壓。電流到其自然過零，解決與電壓分佈相關的複雜問題，以及絕緣部件內表面的金屬蒸汽沉積、屏蔽問題和新的高度可靠的波紋管的創建等。

目前，能夠在中（6、10、35 kV）和高壓（最高220 kV）電網中分斷大電流的高可靠性高速真空斷路器的工業化生產已在世界範圍內展開。

空氣斷路器的裝置與設計

以 VVB 電源開關為例，考慮空氣斷路器的佈置方式，其簡化結構圖如下所示。

VVB系列空氣斷路器典型設計

名稱：

• A - 接收器，將空氣泵入其中直到形成與標稱壓力水平相對應的壓力水平的罐。
• B - 滅弧室的金屬罐。
• C - 端部法蘭。
• D - 分壓器電容器（未用於現代開關設計）。
• E——動觸頭組安裝桿。
• F——瓷絕緣子。
• G - 用於分流的附加電弧觸點。
• H - 分流電阻。
• I - 空氣噴射閥。
• J - 脈衝管道。
• K - 空氣混合物的主要供應。
• L - 閥門組。

如您所見，在這個系列中，觸點組（E、G）、開/關機構和鼓風機閥（I）被封裝在一個金屬容器（B）中。罐本身充滿了壓縮空氣混合物。開關極由中間絕緣體隔開。由於容器上有高壓，因此對支撐柱的保護尤為重要。它是在絕緣瓷“襯衫”的幫助下製成的。

空氣混合物通過兩個空氣管道 K 和 J 供應。第一個主要用於將空氣泵入罐中，第二個以脈沖模式運行（當 開關觸點和復位時 關閉）。

今天是什麼情況？

過去 40 年取得的科學成就使得在生產真空斷路器時將 38 kV 和 72/84 kV 的腔室合二為一成為可能。如今，一個隔離開關上的最大可能電壓達到 145 kV - 因此，高水平的開關電壓和低功耗允許使用可靠且廉價的設備。

左側照片中的斷路器設計為在 95 kV 電壓下工作，而右側照片中的斷路器設計為在 250 kV 電壓下工作。兩個設備的長度相同。由於製造電接觸表面的材料的改進，這種進步已經成為可能。

在電壓較高的網絡上使用真空斷路器時出現的問題：
該操作要求真空室的物理尺寸很大，這導致生產率的降低和真空室本身的處理質量的惡化。
增加設備的物理尺寸增加了對確保設備本身的密封性和對生產過程的控制的要求。
觸點之間的長（大於 24 毫米）間隙會影響利用徑向和軸向磁場控制電弧的能力，並降低設備的性能。
今天用於製造觸點的材料是為中壓值設計的。為了在觸點之間如此大的間隙下工作，有必要開發新材料。
必須考慮 X 射線的存在。

關於最後一點，還應注意一些事實：

當接觸器關閉時，沒有 X 射線發射。
在中壓（高達 38 kV）下，X 射線輻射為零或可忽略不計。通常，在高達 38 kV 的電壓開關中，X 射線輻射僅出現在測試電壓下。
一旦系統中的電壓上升到 145 kV，X 射線輻射的功率就會增加，此時已經有必要解決安全問題。
真空斷續器設計人員現在面臨的問題是周圍空間的暴露量，以及這將如何影響直接安裝在開關本身上的聚合物和電子設備。

今天。
真空 高壓斷路器，專為 145 kV 操作而設計。

現代真空滅弧室。

設計用於 145 kV 網絡的真空斷路器的生產大大簡化了 300 kV 真空斷路器的生產。每相有兩個間斷。但是，如此高的電壓值對觸點的材料和控制電弧的方法都有自己的要求。結論：
從技術上講，可以在電壓高達 145 kV 的網絡上進行真空斷路器的工業生產和操作。
僅使用當今已知的技術，就可以在高達 300-400 kV 的網絡上操作真空斷續器。
今天，存在嚴重的技術問題，不允許在不久的將來在超過 400 kV 的網絡上使用真空滅弧室。然而，這個方向的工作正在進行中，這項工作的目的是生產用於在高達 750 kV 的網絡上運行的真空滅弧室。
迄今為止，在幹線上使用真空滅弧室沒有大問題。 30年來，真空斷路器已成功應用於 在電壓網絡上傳輸電流 高達 132 kV。

恆溫蒸汽疏水閥（囊式）

恆溫蒸汽疏水閥的工作原理是基於蒸汽和冷凝水之間的溫差。

 

恆溫蒸汽疏水閥的工作元件是一個帶有位於下部的閥座的膠囊，它用作鎖定機構。膠囊固定在疏水閥體內，圓盤位於閥座正上方，位於疏水閥出口處。冷時，膠囊盤和閥座之間有一個間隙，可以讓冷凝水、空氣和其他不凝性氣體不受阻礙地離開疏水閥。

加熱時，膠囊中的特殊成分會膨脹，作用在圓盤上，膨脹時會落在鞍座上，防止蒸汽逸出。這種類型的疏水閥除了去除冷凝水外，還允許您從系統中去除空氣和氣體，即用作蒸汽系統的排氣口。恆溫膠囊共有三種改進型，可讓您在低於汽化溫度 5°C、10°C 或 30°C 的溫度下去除冷凝水。

  

恆溫蒸汽疏水閥主要型號：TH13A、TH21、TH32Y、TSS22、TSW22、TH35/2、TH36、TSS6、TSS7。

適用範圍

如果在蘇聯發布的第一批​​模型由於真空室的設計缺陷和触點的技術特性而提供了關閉相對較小的負載，那麼現代模型可以擁有更耐熱和更耐用的表面材料.這使得可以在幾乎所有工業部門和國民經濟中安裝這種開關單元。如今，真空斷路器用於以下領域：

• 在發電站和配電變電站的配電裝置中；
• 在冶金到電力爐變壓器供應煉鋼設備；
• 石油、天然氣和化工行業的泵站、開關站和變電站；
• 用於鐵路運輸牽引變電站一、二次迴路的運行，為輔助設備和非牽引用電設備供電；
• 在礦山企業中，為整套變電站的聯合收割機、挖掘機和其他類型的重型設備供電。

在上述任何經濟部門，真空斷路器正在取代過時的石油和空氣模型。

工作原理

真空斷路器（10 kV、6 kV、35 kV——無所謂）有一定的工作原理。當觸點打開時，在間隙中（在真空中），開關電流會產生放電 - 電弧。它的存在是由金屬從觸點表面蒸發到真空間隙中來支持的。由電離金屬蒸氣形成的等離子體是一種導電元素。它維持電流流動的條件。在交流曲線過零的那一刻，電弧開始熄滅，金屬蒸汽幾乎瞬間（十微秒）恢復了真空的電氣強度，凝結在接觸表面和電弧內部溜槽。此時，觸點上的電壓已恢復，此時觸點已斷開。如果電壓恢復後局部過熱仍然存在，它們可能成為帶電粒子的發射源，這將導致真空擊穿和電流流動。為此，使用電弧控制，熱通量均勻分佈在觸點上。

真空斷路器的價格取決於製造商，由於其性能特性，可以節省大量資源。根據電壓、製造商、絕緣的不同，價格從 1500 c.u. 不等。高達 10000 c.u.

設備規格

通過打開電路來關閉負載的設備具有不同的技術特性

在選擇適合購買的設備及其後續安裝時，所有這些都非常重要並具有決定性意義。

標稱電壓指示器反映了電氣設備的工作電壓，它最初是由製造商設計的。

最大工作電壓值表示斷路器能夠在正常模式下工作而不影響其性能的最高可能允許高壓。通常這個數字會超過額定電壓的大小5-20%。

電流的流動，在其通過期間絕緣塗層和部分導體的加熱水平不干擾系統的正常運行並且可以由所有元件持續無限時間，稱為額定電流。當前的。在選擇和購買負荷開關時必須考慮到它的價值。

允許限值的通過電流值表明在短路模式下流過網絡的電流有多大，系統中安裝的負載開關可以承受。

電動電阻電流反映了短路電流的大小，短路電流在最初幾個週期內作用於器件，不會對其產生任何負面影響，也不會以任何方式對其造成機械損壞。

熱耐受電流決定了在一定時間段內的加熱動作不會使隔離開關失效的限制電流水平。

驅動器的技術實現和設備的物理參數也非常重要，它們決定了設備的整體尺寸和重量。專注於它們，您可以了解將設備放置在哪裡更方便，以便它們正常工作並清楚地執行任務。

負責斷開負載的設備的無條件積極品質包括以下位置：

• 製造的簡單性和可用性；
• 基本操作方式；
• 與其他類型的開關相比，成品成本非常低；
• 舒適地激活/停用負載額定電流的可能性；
• 肉眼可見的觸點之間的間隙，確保引出線路上的任何工作的完全安全（不需要安裝額外的隔離開關）；
• 通過熔斷器提供低成本的過流保護，通常填充石英砂（PKT、PK、PT 型）。

在所有類型開關的缺點中，最常提到的是僅切換額定功率而不使用緊急電流的能力。

儘管成本和維護成本低，但汽車燃氣模塊被認為是過時的，並且在定期維護期間或在網絡和變電站的重建期間，它們被有意地替換為更現代的真空元件。

由於在滅弧室中產生氣體的內部部件逐漸燒毀，汽車燃氣模塊通常因使用壽命有限而受到指責。

然而，這個時刻可以完全解決，而且花費很少，因為為電弧吸收而設計的氣體發生元件和配對觸點非常便宜，並且可以很容易地更換，不僅由專業人員，而且由低學歷的工人也可以。