Disjuntors de buit d'alta tensió — Disseny i principi de funcionament

Entre els equips moderns d'alta tensió dissenyats per canviar circuits elèctrics en electricitat, hi ha un lloc especial als disjuntors de buit. S'utilitzen àmpliament en xarxes de 6 a 35 kV i amb menys freqüència en esquemes de 110 o 220 kV inclosos.

El seu corrent de ruptura nominal pot ser de 20 a 40 kA i la seva resistència electrodinàmica és d'uns 50 ÷ 100. El temps total d'activació d'aquest interruptor o fallada és d'uns 45 mil·lisegons.

Cada fase del circuit està separada de manera fiable per aïllants i, al mateix temps, tots els equips es munten estructuralment en una unitat comú. Les barres de la subestació es connecten als terminals d'entrada de l'interruptor i la connexió de sortida als terminals de sortida.

Els contactes d'alimentació operen dins del disjuntor de buit que es pressionen junts per proporcionar una resistència de contacte mínima i un pas fiable tant de corrents de càrrega com d'emergència.

La part superior del sistema de contacte està fixada permanentment i la part inferior sota l'acció de la força motriu es pot moure estrictament en direcció axial.

La imatge mostra que les plaques de contacte es troben en una cambra de buit i són impulsades per barres controlades per les forces de tensió de les molles i les bobines dels electroimants. Tota aquesta estructura es troba dins d'un sistema d'aïllants, excloent l'aparició de corrents de fuga.

Les parets de la cambra de buit estan fetes de metalls purificats, aliatges i composicions ceràmiques especials que garanteixen l'hermeticitat de l'entorn de treball durant diverses dècades. Per tal d'excloure l'entrada d'aire durant els moviments del contacte mòbil, s'instal·la un dispositiu de màniga.

L'induït d'un electroimant de corrent continu pot moure's per tancar els contactes de potència o trencar-los a causa d'un canvi en la polaritat de la tensió aplicada a la bobina. Un imant circular permanent integrat a l'estructura d'accionament manté la part mòbil en qualsevol posició accionada.

El sistema de molles garanteix la creació de velocitats de moviment òptimes de l'induït durant les commutacions, l'exclusió del rebot de contacte i la possibilitat de col·lapses a l'estructura de la paret.

Els circuits cinemàtics i elèctrics amb un eix de sincronització i contactes auxiliars addicionals estan muntats dins del cos de l'interruptor, proporcionant la possibilitat de supervisar i controlar la posició de l'interruptor en qualsevol estat.

Cita

Pel que fa a les seves tasques funcionals, l'interruptor al buit no difereix d'altres anàlegs d'equips d'alta tensió. Proporciona:

1.Passatge fiable de la potència elèctrica nominal durant el funcionament continu;

2. la possibilitat de canviar l'equip per part del personal elèctric en mode manual o automàtic durant la commutació operativa per canviar la configuració del circuit de treball;

3. Eliminació automàtica d'accidents emergents en el menor temps possible.

La principal diferència entre l'interruptor al buit és el mètode d'extinció de l'arc elèctric que es produeix quan els contactes es desconnecten durant l'apagada. Si els seus anàlegs creen un entorn per a l'aire comprimit, l'oli o el gas SF6, aquí funciona un buit.

El principi d'extinció de l'arc en el circuit de potència

Ambdues plaques de contacte funcionen en un entorn de buit format mitjançant el bombeig de gasos des del recipient del canal d'arc a 10-6÷10-8 N/cm2. Això crea una alta rigidesa dielèctrica caracteritzada per propietats dielèctriques millorades.

Amb l'inici del moviment des de l'accionament dels contactes, apareix un buit entre ells, que immediatament conté un buit. A l'interior s'inicia el procés d'evaporació del metall escalfat dels coixinets de contacte. El corrent de càrrega continua circulant per aquests parells. Inicia la formació de descàrregues elèctriques addicionals, creant un arc en un entorn de buit, que continua desenvolupant-se a causa de l'evaporació i l'alliberament de vapors metàl·lics.

Sota l'acció de la diferència de potencial aplicada, els ions formats es mouen en una direcció determinada, creant un plasma.

En el seu entorn, el flux de corrent elèctric continua, es produeix una ionització addicional.

Com que l'interruptor funciona amb corrent altern, la seva direcció durant cada mig cicle s'inverteix.Quan l'ona sinusoïdal creua zero, no hi ha corrent. A causa d'això, l'arc s'extingeix i es trenca bruscament, i els ions metàl·lics rebutjats deixen de separar-se i en 7-10 microsegons s'instal·len completament a les superfícies de contacte més properes o a altres parts de la cambra d'extinció de l'arc.

En aquest punt, la rigidesa dielèctrica de l'espai entre els contactes de potència, ple de buit, es restableix gairebé immediatament, cosa que garanteix l'aturada final del corrent de càrrega. En el següent mig cicle de l'ona sinusoïdal, l'arc elèctric ja no es pot produir.

Així, per acabar l'acció d'un arc elèctric en un entorn de buit, quan s'obren els contactes de potència, n'hi ha prou que el corrent altern canviï la seva direcció.

Característiques tecnològiques dels diferents models

Els interruptors de buit estan dissenyats per a un funcionament continu a l'aire lliure o en estructures tancades. Les unitats de muntatge exteriors es fabriquen amb pals sòlids fets amb aïllament de silicona, i per a treballs interns s'utilitzen compostos epoxi fosos.

Les cambres de buit es fabriquen mòbils a la fàbrica, configurades de manera òptima per a la seva instal·lació en una carcassa modelada. Els contactes de potència fets de tipus especials d'aliatges aliats ja s'hi col·loquen al seu interior. Gràcies al principi de funcionament i disseny aplicat, proporcionen una extinció suau de l'arc elèctric, excloent la possibilitat de sobretensió al circuit.

S'utilitza un actuador electromagnètic universal en tots els dissenys d'interruptors de buit. Manté els contactes de potència en estat tancat o apagat a causa de l'energia dels potents imants.

La commutació i la fixació del sistema de contacte es duu a terme mitjançant la posició del "pesquet magnètic", que canvia la cadena d'imants per tornar a connectar o desconnectar l'armadura mòbil. Els elements de molla incorporats permeten la commutació manual per part del personal elèctric.

Per controlar el funcionament de l'interruptor al buit, circuits de relé típics o electrònics, unitats de microprocessador, que es pot localitzar directament a la carcassa de l'accionament o fabricar-se des de dispositius remots en armaris, blocs o panells separats.

Avantatges i desavantatges dels disjuntors de buit

Els beneficis inclouen:

• relativa simplicitat del disseny;

• reducció del consum d'electricitat per a la producció d'interruptors;

• comoditat en la reparació, que consisteix en la possibilitat de substituir el bloc d'un canal d'arc trencat;

• la capacitat de l'interruptor per funcionar en qualsevol orientació a l'espai;

• alta fiabilitat;

• augment de la resistència a les càrregues de commutació;

• mides limitades;

• resistència al foc i a l'explosió;

• funcionament silenciós quan es canvia;

• alta compatibilitat amb el medi ambient, excepte per la contaminació atmosfèrica.

Els desavantatges del disseny són:

• corrents permissibles relativament baixes dels modes nominals i d'emergència;

• l'aparició de sobretensions de commutació durant les interrupcions de corrents inductius baixos;

• recursos reduïts del dispositiu d'arc pel que fa a l'eliminació de corrents de curtcircuit.