Patikima apsauga yra svarbi bet kuriai vidutinės įtampos elektros sistemai, ypač esant gedimams, tokiems kaip trumpasis jungimas ar perkrova. Vakuuminiai grandinės pertraukikliai (VCB) padeda užtikrinti saugų ir greitą srovės nutraukimą, išlaikant sistemos stabilumą. Šiame straipsnyje paaiškinama VCB konstrukcija, veikimo principas, įvertinimai, privalumai, pritaikymas ir priežiūra, kad būtų lengviau išsiaiškinti, kaip jie apsaugo šiuolaikinius elektros tinklus.
Vakuuminio grandinės pertraukiklio (VCB) apžvalga
Vakuuminis grandinės pertraukiklis (VCB) yra vidutinės įtampos grandinės pertraukiklis, kuris naudoja sandarų vakuuminį pertraukiklį kaip lanko gesinimo ir izoliacinę terpę, kad nutrauktų ir izoliuotų srovę perjungimo ir gedimo sąlygomis. Paprastai tai taikoma sistemoms iki maždaug 36–38 kV, kur reikalingas greitas ir patikimas pertraukimas.
Vakuuminio grandinės pertraukiklio (VCB) konstrukcija
Vakuuminis grandinės pertraukiklis yra pagamintas iš mechaninių ir elektrinių dalių, kurios veikia kartu, kad saugiai atidarytų ir uždarytų grandinę. Šios dalys montuojamos ant izoliuotų atramų pertraukiklio korpuso viduje, kad konstrukcija būtų nelanksti ir atlaikytų perjungimo jėgas bei elektros įtampą. Kiekviename ašigalyje yra vakuuminis pertraukiklis, kuriame iš tikrųjų vyksta srovės pertraukimas ir lanko išnykimas.
Vakuuminio grandinės pertraukiklio (VCB) veikimo principas
Vakuuminis grandinės pertraukiklis veikia nutraukdamas elektros lanką sandariame vakuuminiame pertraukiklyje. Įvykus gedimui, pvz., trumpajam jungimui ar perkrovai, apsaugos sistema nustato nenormalią būklę ir siunčia išjungimo signalą, kad atidarytų pertraukiklį. Kai kontaktai pradeda atsiskirti, srovė vis tiek bando tekėti per siaurėjantį tarpą, todėl tarp kontaktų susidaro lankas.
Vakuuminio pertraukiklio viduje šis lankas gali egzistuoti tik todėl, kad iš kontaktinių paviršių išsiskiria nedidelis kiekis metalo garų. Skirtingai nuo oro ar kitų terpių, vakuume beveik nėra dalelių, kurios palaikytų nuolatinę jonizaciją. Kai kintamoji srovė pasiekia natūralų nulinį tašką, metalo garai greitai kondensuojasi, todėl lankas beveik akimirksniu užgęsta.
Išnykus lankui, vakuuminis tarpas labai greitai atgauna dielektrinį stiprumą. Šis greitas atstatymas neleidžia lankui vėl smogti per kitą pusę ciklo, todėl pertraukiklis gali visiškai sustabdyti srovę ir izoliuoti sugedusią sistemos dalį, padedant apsaugoti likusį elektros tinklą.
Vakuuminių jungiklių tipai
Pagal diegimo aplinką
• Vidinis VCB – montuojamas skirstomųjų skydų ir vidaus pastočių viduje; neskirtas tiesioginiam oro poveikiui.
• Lauko VCB – pastatytas su oro sąlygoms atspariais gaubtais, skirtais lauko pastotėms ir atviroms vietoms.
Pagal montavimo / aptarnavimo būdą
• Stacionariai montuojamas VCB – nuolat montuojamas skirstomuosiuose įrenginiuose; Techninė priežiūra paprastai reikalauja išjungimo ir izoliacijos.
• Ištraukiamas (ištraukiamas) VCB – montuojamas ant lopšio / sunkvežimio ir gali būti išimtas patikrinimui, bandymui ar pakeitimui.
Pagal stulpą / izoliacijos konstrukciją
• Įprastas stulpas (oru izoliuotas stulpas) VCB – pertraukiklis montuojamas atvirame ore skirstomojo įrenginio viduje su išoriniais izoliacijos tarpais.
• Įterptas stulpas VCB – vakuuminis pertraukiklis yra įmontuotas į kietą izoliaciją (dažnai epoksidinę), pagerindamas mechaninį stiprumą ir sumažindamas užteršimo riziką.
Pagal veikimo mechanizmą
• Spyruoklinė (kaupiama energija) VCB – spyruoklė įkraunama rankiniu būdu arba varikliu; dažniausiai MV skirstomuosiuose įrenginiuose.
• Magnetinė pavara VCB – naudoja elektromagnetinę pavarą; mažiau judančių dalių ir užtikrina didelę eksploatavimo ištvermę (priklauso nuo konstrukcijos).
VCB įvertinimai ir techninės specifikacijos
| Specifikacija | Tipinės vertės / pastabos |
|---|---|
| Nominali įtampa | 11 kV, 22 kV, 33 kV, 36 kV |
| Nominali srovė | 630 A, 1250 A, 2000 A, 3150 A |
| Nominali trumpojo jungimo pertraukimo srovė | 16 kA, 25 kA, 31,5 kA, 40 kA |
| Nominali priėmimo srovė | Paprastai didesnis nei nutrūkimo srovės reitingas |
| Nominalus izoliacijos lygis | Apibrėžiama pagal impulsų atsparumo įtampą |
| Mechaninė ištvermė | Paprastai 10 000–30 000 operacijų |
| Elektros ištvermė | Priklauso nuo konstrukcijos ir darbo nutraukimo |
Vakuuminiuose pertraukikliuose naudojamos kontaktinės medžiagos
Vakuuminiame pertraukiklyje naudojama kontaktinė medžiaga yra svarbi, nes ji tiesiogiai veikia lanko elgesį, elektros laidumą ir bendrą kontakto tarnavimo laiką. Ideali medžiaga turėtų nešti mažo pasipriešinimo srovę, atlaikyti lanko eroziją pertraukimo metu, atsispirti kontaktiniam suvirinimui, kai kontaktai atsiskiria ir užsidaro, efektyviai praleisti šilumą ir išlikti stabili po daugelio perjungimo operacijų.
Varis–chromas (Cu–Cr)
Varis-chromas (Cu-Cr) yra plačiausiai naudojama kontaktinė medžiaga šiuolaikiniuose vakuuminiuose pertraukikliuose. Jis sujungia stiprų elektros laidumą su puikiu atsparumu lanko erozijai ir mažu kontaktinio suvirinimo polinkiu, o tai padeda prailginti tarnavimo laiką. Chromo kiekis pagerina lanko stabilumą ir sumažina medžiagos nuostolius pertraukimo metu, todėl Cu–Cr yra patikimas pasirinkimas įprastoms vidutinės įtampos perjungimo užduotims.
Varis–bismutas (Cu–Bi)
Vario-bismuto (Cu-Bi) kontaktai naudojami kai kuriuose vidutinės įtampos pertraukikliuose, kur reikalingas geras lanko valdymas ir mažesnė suvirinimo rizika. Bismutas padeda sumažinti kontaktų prilipimo tikimybę po pakartotinių operacijų, palaikydamas patikimą pertraukimo veikimą tinkamose programose.
Volframas–varis (W–Cu)
Volframo-vario (W-Cu) lydiniai parenkami sudėtingoms užduotims, nes volframas užtikrina atsparumą aukštai temperatūrai ir stiprų atsparumą lanko erozijai, o varis palaiko elektros ir šilumos laidumą. Dėl šio derinio W–Cu tinka programoms, kurioms reikalingas labai didelis patvarumas esant stipriam lankui, nors paprastai jis naudojamas selektyviau, palyginti su Cu–Cr.
Vakuuminių grandinės pertraukiklių taikymas
Energijos gamyba ir perdavimas
VCB apsaugo pagrindinę įrangą, tokią kaip generatoriai, transformatoriai, šynos ir išeinantys tiektuvai elektrinėse ir pastotėse. Jie padeda greitai izoliuoti gedimus, kad sumažintų žalą ir išlaikytų sistemos stabilumą.
Pramoniniai objektai
Pramonės įmonės naudoja VCB dideliems varikliams, transformatoriams, kondensatorių bankams ir paskirstymo skydams apsaugoti. Jie puikiai tinka dažnam perjungimui ir padeda sumažinti prastovas dėl elektros gedimų.
Geležinkelių sistemos
Geležinkelių tinklai naudoja VCB traukos pastotėse ir perjungimo stotyse, kad apsaugotų traukos maitinimo šaltinius, tiektuvus ir kai kurias su valdymu ar signalizacija susijusias maitinimo grandines. Greitas jų veikimas užtikrina patikimą aptarnavimą ir saugesnį gedimų izoliavimą.
Komerciniai pastatai
Aukštybiniai pastatai, ligoninės, prekybos centrai ir komerciniai kompleksai naudoja VCB pagrindiniuose skirstomuosiuose skyduose ir vidutinės įtampos paskirstymo patalpose. Jie apsaugo paskirstymo tiektuvus ir kritines apkrovas, tuo pačiu palaikydami saugų perjungimą atliekant techninę priežiūrą ir sistemos pakeitimus.
Vakuuminis grandinės pertraukiklis, palyginti su kitais perjungimo įtaisais
Vakuuminis kontaktorius ir vakuuminis grandinės pertraukiklis
| Funkcija | Vakuuminis grandinės pertraukiklis (VCB) | Vakuuminis kontaktorius |
|---|---|---|
| Pagrindinis tikslas | Apsaugo sistemą nutraukdamas įprastas ir gedimo sroves | Dažnai perjungia apkrovos sroves; Gedimo nutraukimą paprastai pašalina saugikliai |
| Gedimo nutraukimas | Skirta saugiai nutraukti trumpojo jungimo srovę | Neskirtas didelėms gedimo srovėms nutraukti (paprastai naudojamas su saugikliais) |
| Keitimo pareiga | Tinka perjungimo ir apsaugos pareigoms atlikti | Geriausiai tinka labai dažnam perjungimui (ypač varikliams) |
| Elektrinė ištvermė | Didelis gedimų nutraukimo darbas | Labai didelis pasikartojančios apkrovos perjungimo funkcijai |
| Valdymo veikimas | Gali likti uždarytas, net jei prarandama valdymo įtampa (priklauso nuo konstrukcijos) | Dažnai nukrinta, jei prarandama valdymo įtampa (priklauso nuo konstrukcijos) |
| Priežiūra | Vidutinis (mechanizmas, jungtys, patikrinimai) | Mažas (daugiausia patikrinimai ir jungtys) |
| Kaina | Aukštesnis | Vidutinis |
| Bendras naudojimas | MV tiektuvai, transformatoriai, generatoriai, pastotės | Variklio perjungimas, kondensatorių perjungimas, dažnos operacijos |
VCB ir kitų tipų grandinės pertraukikliai
| Grandinės pertraukiklio tipas | Lanko gesinimo terpė | Tipinis įtampos diapazonas | Techninės priežiūros reikalavimas | Aplinkosaugos / saugos pastabos |
|---|---|---|---|---|
| Vakuuminis grandinės pertraukiklis (VCB) | Vakuuminis | Vidutinė įtampa (paprastai iki ~36–38 kV) | Labai mažas | Nėra alyvos tvarkymo; nėra SF₆ dujų |
| Alyvos grandinės pertraukiklis (OCB) | Izoliacinė alyva | Vidutinė įtampa (senesnės sistemos) | Aukštas | Gaisro pavojus; Reikalingas alyvos senėjimas ir tvarkymas |
| Oro grandinės pertraukiklis (ACB) | Oras | Žema įtampa (paprastai mažesnė nei 1 kV) | Vidutinis | Nėra naftos / dujų; daugiausia naudojamas žemosios įtampos skirstomuosiuose skyduose |
| SF₆ grandinės pertraukiklis | SF₆ dujos | MV ir HV | Nuo žemo iki vidutinio | Puiki izoliacija, tačiau SF₆ turi didelį visuotinio atšilimo potencialą |
Vakuuminių jungiklių priežiūra
• Vizuali apžiūra: patikrinkite, ar pertraukiklio korpuse, izoliatoriuose, įvorėse ir gnybtuose nėra įtrūkimų, sekimo žymių, nešvarumų kaupimosi, korozijos, atsilaisvinusių apkaustų ar šilumos spalvos pakitimų. Ieškokite perkaitimo požymių kabelių antgaliuose ir jungtyse.
• Valymo ir izoliacijos būklė: pašalinkite dulkes ir nešvarumus nuo izoliacinių paviršių ir aplink gnybtus. Patikrinkite, ar izoliacinės dalys yra sausos ir be anglies žymių ar paviršiaus pažeidimų, kurie gali sumažinti dielektrinį stiprį.
• Kontaktų nusidėvėjimo patikra: VCB kontaktai dėvisi lėtai, tačiau jie vis tiek susidėvi dažnai perjungiant ir nutrūkus gedimams. Naudokite įmontuotą nusidėvėjimo indikatorių (jei yra) arba vadovaukitės matavimo metodu, kad įsitikintumėte, jog kontakto erozija neviršija ribų.
• Veikimo mechanizmo patikrinimas: patikrinkite, ar jungtys, spyruoklės, skląsčiai ir judančios dalys sklandžiai juda ir tinkamai sulygiuojamos. Įsitikinkite, kad pertraukiklis tinkamai atsidaro ir užsidaro ir ar įkrovimo / uždarymo sistema veikia normaliai.
• Tepimas: sutepkite tik nurodytus mechanizmo taškus ir naudokite tinkamą tepalo tipą ir kiekį. Venkite per didelio tepimo, nes riebalų perteklius gali pritraukti dulkes ir laikui bėgant prilipti.
• Sandarumo ir sujungimo patikrinimai: jei reikia, iš naujo sukite maitinimo gnybtus ir įžeminimo taškus. Patikrinkite, ar valdymo laidai, pagalbiniai kontaktai ir kištukinės jungtys nėra laisvi, nesusidėvėję ar nepažeisti.
• Vakuuminio vientisumo testas: vakuuminis pertraukiklis turi išlaikyti tvirtą vakuuminį sandariklį, kad būtų galima saugiai pertraukti. Naudokite rekomenduojamą vakuuminio bandymo metodą (paprastai didelio potencialo / atsparumo bandymą arba specialią vakuuminio patikrinimo įrangą), kad įsitikintumėte, jog pertraukiklis vis dar sveikas.
• Funkciniai ir laiko patikrinimai: jei reikia, patikrinkite veikimo laiką, išjungimo / uždarymo funkcijas ir blokavimus, kad pertraukiklis reaguotų nuosekliai ir neviršytų priimtinų ribų.
Vakuuminių jungiklių bandymas ir tikrinimas
Prieš montuojant ir atliekant planinę techninę priežiūrą, reikia išbandyti ir patikrinti vakuuminius jungiklius (VCB), kad įsitikintumėte, jog jie gali saugiai nutraukti gedimus ir sklandžiai veikti. Šie patikrinimai taip pat padeda aptikti izoliacijos silpnumą, kontaktines problemas ar mechanizmo nusidėvėjimą, kol jie nesukelia gedimo.
• Dielektrinis bandymas: šiuo bandymu tikrinamas pertraukiklio izoliacijos stiprumas, taikant nurodytą aukštą įtampą tarp gnybtų ir žemės (o kartais ir per atvirus kontaktus). Tai padeda patvirtinti, kad nėra izoliacijos gedimo, sekimo ar vidinio blyksnio.
• Kontaktų varžos testas: mažos varžos (mikro-omo) matavimas naudojamas pagrindinių kontaktų būklei ir srovės keliui per gnybtus ir jungtis patikrinti. Didėjantis atsparumas gali reikšti kontaktinį nusidėvėjimą, laisvas jungtis, užteršimą ar perkaitimo riziką.
• Mechaninio veikimo bandymas: pertraukiklis kelis kartus atidaromas ir uždaromas, kad būtų patvirtintas tinkamas uždarymo/atidarymo mechanizmo, jungčių, skląsčių ir spyruoklių veikimas. Šio bandymo metu galima nustatyti bet kokį nenormalų triukšmą, prilipimą, vangų judesį ar nepilną kelionę.
• Vakuumo vientisumo testas: šis bandymas patvirtina, kad vakuumas pertraukiklio viduje vis dar palaikomas. Vakuumo praradimas sumažina dielektrinį stiprumą ir gali sukelti prastą pertraukimą ar vidinį gedimą, todėl pertraukiklio vientisumo tikrinimas yra pagrindinis VCB patikrinimas.
• Laiko testas: matuojamas pertraukiklio atidarymo ir uždarymo laikas, siekiant užtikrinti, kad mechanizmas veiktų nurodytose ribose. Jis taip pat gali patikrinti polių sinchronizmą (kaip glaudžiai fazės veikia kartu), nes netolygus laikas gali padidinti perjungimo įtampą ir sumažinti patikimumą.
Būsimi vakuuminių jungiklių technologijos pokyčiai
• Įterptoji polių technologija: daugelyje šiuolaikinių skirstomųjų įrenginių konstrukcijų vakuuminis pertraukiklis ir pagrindinės laidžios dalys yra įmontuotos į tvirtą izoliaciją (dažnai epoksidinę dervą). Ši "sandari" stulpo konstrukcija pagerina mechaninį stiprumą, padeda apsisaugoti nuo drėgmės ir užteršimo, sumažina dažno valymo ar izoliacijos priežiūros poreikį. Tai taip pat gali pagerinti izoliacijos savybių nuoseklumą laikui bėgant.
• Kietai izoliuoti skirstomieji įrenginiai: naujos skirstomųjų įrenginių platformos vis dažniau naudoja tvirtas izoliacijos sistemas, o ne SF₆ dujas. Tai sumažina poveikį aplinkai ir išvengia dujų tvarkymo reikalavimų. Taip pat dažnai galite būti kompaktiškesni ir lengviau montuojami vidaus pastotėse ar ribotos erdvės vietose, išlaikant stiprias dielektrines savybes.
• Skaitmeninės stebėjimo sistemos: Šiuolaikiniai VCB gali apimti jutiklius ir stebėjimo įrankius, kurie iš karto seka veikimo būklę ir našumą, pvz., veikimo ciklus ir darbo istoriją, kontaktų nusidėvėjimo ar nusidėvėjimo indikatorius, temperatūrą pagrindinėse jungtyse ar gnybtuose, išjungimo / uždarymo ritės būklę ir valdymo įtampą bei perjungimo našumą, įskaitant atidarymo / uždarymo laiką ir polių sinchronizmą. Šios funkcijos palaiko nuspėjamąją priežiūrą, kai aptarnavimas planuojamas pagal faktinę būklę, o ne fiksuotus intervalus. Tai gali sumažinti netikėtų gedimų skaičių ir pagerinti bendrą sistemos patikimumą.
• Aplinkai nekenksmingas dizainas: gamintojai daugiau dėmesio skiria ekologiškoms medžiagoms ir izoliacinėms sistemoms, įskaitant dizainą, kuris sumažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir pagerina perdirbamumą. Švaresnių skirstomųjų įrenginių skatinimas taip pat skatina paprastesnį ir saugesnį tvarkymą montuojant ir šalinant pasibaigus eksploatavimo laikui.
Išvada
Vakuuminiai jungikliai yra plačiai naudojami vidutinės įtampos sistemose, nes jie užtikrina patikimą gedimų nutraukimą, greitą dielektrinį atkūrimą ir mažus priežiūros poreikius. Jų sandari vakuuminio pertraukiklio konstrukcija riboja lanko poveikį išorinei izoliacijai, padeda pagerinti saugumą ir ilgalaikį veikimą. Suprasdami VCB konstrukciją, veikimo principą, įvertinimus ir aptarnavimo praktiką, tampa lengviau pasirinkti, valdyti ir prižiūrėti perjungimo įrangą, palaikančią stabilų ir patikimą elektros paskirstymą.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kokiam įtampos lygiui paprastai naudojami vakuuminiai jungikliai?
Vakuuminiai jungikliai daugiausia naudojami vidutinės įtampos elektros sistemose, paprastai svyruoja nuo 1 kV iki maždaug 36–38 kV. Jie dažniausiai montuojami skirstomuosiuose tinkluose, pramoninėse elektros sistemose ir pastotėse, kur reikalingas greitas ir patikimas gedimų nutraukimas.
Kiek laiko paprastai veikia vakuuminis grandinės pertraukiklis?
Vakuuminio grandinės pertraukiklio tarnavimo laikas paprastai yra 20–30 metų, priklausomai nuo eksploatavimo sąlygų ir priežiūros. Dauguma VCB gali atlikti 10 000–30 000 mechaninių operacijų ir daug gedimų pertraukimų, kol kontaktinis nusidėvėjimas pasiekia ribą.
Kodėl vakuuminiai jungikliai laikomi saugesniais nei alyvos grandinės pertraukikliai?
VCB yra saugesni, nes juose nenaudojama degi alyva ar suslėgtos dujos. Lankas yra sandariame vakuuminiame pertraukiklyje, kuris sumažina gaisro, sprogimo ir aplinkos užteršimo riziką, palyginti su alyvos pagrindu pagamintais pertraukikliais.
Ar vakuuminis grandinės pertraukiklis gali nutraukti tiek kintamąją, tiek nuolatinę srovę?
Vakuuminiai jungikliai pirmiausia skirti kintamosios srovės sistemoms, nes lanko gesinimas vyksta natūraliai dabartiniame kintamosios srovės nuliniame taške. Nutraukti nuolatinę srovę yra daug sunkiau, nes nuolatinė srovė neturi natūralios srovės nulio.
Į kokius veiksnius reikėtų atsižvelgti renkantis vakuuminį jungiklį?
Pagrindiniai pasirinkimo veiksniai yra vardinė įtampa, vardinė srovė, trumpojo jungimo pertraukimo galia, izoliacijos lygis, mechaninė ištvermė ir montavimo tipas (viduje ar lauke). Taip pat galite atsižvelgti į sistemos apsaugos reikalavimus ir perjungimo dažnį, kad užtikrintumėte patikimą veikimą.
