고전압 스위치: 분류, 장치, 작동 원리

스위치에 대한 요구 사항은 다음과 같습니다.

1) 직장에서의 신뢰성 및 타인의 안전

2) 빠른 응답 - 가능한 짧은 종료 시간;

3) 유지 보수 용이성;

4) 설치 용이성;

5) 자동 작동;

6) 비교적 저렴한 비용.

현재 사용되는 회로 차단기는 나열된 요구 사항을 어느 정도 충족합니다. 그러나 회로 차단기 설계자는 회로 차단기 특성을 위의 요구 사항과 더 잘 일치시키기 위해 노력합니다.

오일 스위치

오일 스위치에는 리저버와 저유의 두 가지 유형이 있습니다. 이러한 키의 아크 공간 탈이온화 방법은 동일합니다. 유일한 차이점은 그라운드 베이스에서 접촉 시스템의 절연과 오일의 양입니다.

최근까지 VM-35, S-35 유형의 탱크 용 탱크와 35 ~ 220kV 전압의 U 시리즈 스위치가 작동했습니다. 탱크 스위치는 현재 생산되지 않는 외부 장착용으로 설계되었습니다.

탱크 스위치의 주요 단점: 폭발 및 화재; 탱크 및 주입구의 오일 상태 및 수준을 주기적으로 모니터링해야 할 필요성; 교체에 많은 시간이 소요되는 많은 양의 오일, 많은 양의 오일 매장량이 필요합니다. 실내 설치에는 적합하지 않습니다.

낮은 오일 스위치

로우 오일 스위치(포트형)가 널리 사용됨 폐쇄 및 개방 개폐기에서 모든 전압. 이 스위치의 오일은 주로 아크 매체 역할을 하며 개방 접점 사이의 절연 역할은 부분적으로만 수행합니다.

전기가 통하는 부분과 접지된 구조물 사이의 절연은 도자기 또는 기타 고체 절연 재료를 사용하여 수행됩니다. 내부 장착용 스위치의 접점은 강철 탱크(냄비)에 위치하므로 "냄비 유형" 스위치의 이름이 그대로 유지됩니다.

전압 35kV 이상의 저유압 회로 차단기는 도자기 몸체를 가지고 있습니다. 가장 널리 사용되는 것은 6-10kV 유형(VMG-10, VMP-10)의 펜던트입니다. 이 회로 차단기에서 본체는 도자기 절연체에 세 개의 극에 대한 공통 프레임에 고정됩니다. 각 폴에는 하나의 접점 브레이크와 아크 슈트가 있습니다.

저 오일 스위치의 설계 방식 1 — 가동식 접점; 2 — 아크 슈트; 3 — 고정 접점; 4 — 작업 연락처

높은 정격 전류에서는 한 쌍의 접점(작동 및 아크 접점 역할)으로 작동하기 어렵기 때문에 작동 접점은 차단기 외부에 제공되고 아크 접점은 금속 탱크에 있습니다. 높은 차단 전류에서는 각 극에 대해 두 개의 아크 차단이 있습니다. 이 구성표에 따르면 MGG 및 MG 시리즈의 스위치는 최대 20kV의 전압을 위해 만들어집니다.대규모 외부 작동 접점 4를 통해 회로 차단기를 높은 정격 전류(최대 9500A)용으로 설계할 수 있습니다. 35kV 이상의 전압의 경우 스위치 본체는 도자기로 만들어졌으며 VMK 시리즈는 오일이 적은 컬럼 스위치입니다. 자동 회로 차단기 35, 110kV에서는 극당 하나의 차단이 제공되며 고전압에서 두 개 이상의 차단이 제공됩니다.

저유압 스위치의 단점: 폭발 및 화재의 위험이 있지만 탱크 스위치보다 훨씬 적습니다. 고속 자동 폐쇄를 구현할 수 없음; 주기적 제어의 필요성, 토핑, 아크 탱크의 상대적으로 빈번한 오일 교환; 내장 변류기 설치의 어려움; 상대적으로 낮은 차단 용량.

저 오일 회로 차단기의 적용 분야는 발전소 및 변전소의 폐쇄 개폐 장치 6, 10, 20, 35 및 110kV, 전체 개폐 장치 6, 10 및 35kV 및 개방형 개폐 장치 35 및 110kV입니다.

자세한 내용은 여기를 참조하십시오. 오일 스위치의 종류

공기 스위치

35kV 이상의 전압용 기중 회로 차단기는 큰 단락 전류를 차단하도록 설계되었습니다. 공기가 켜진 전압 15kV는 발전소에서 발전기로 사용됩니다. 장점 : 빠른 응답, 높은 차단 용량, 접점의 미미한 연소, 비싸고 불충분 한 부싱 부족, 화재 안전, 탱크의 오일 스위치에 비해 무게가 적습니다. 단점 : 번거로운 공기 경제, 폭발 위험, 내장 변류기 부족, 장치 및 작동의 복잡성.

공기 스위치에서 아크는 2-4MPa의 압력에서 압축 공기로 소멸되며 충전부 및 아크 소멸 장치의 절연은 도자기 또는 기타 고체 절연 재료로 만들어집니다. 공기 스위치의 설계 방식은 다르며 정격 전압, 꺼짐 위치의 접점 사이에 절연 간격을 만드는 방법 및 소호 장치에 압축 공기를 공급하는 방법에 따라 다릅니다.

높은 등급의 회로 차단기에는 저유량 MG 및 MGG 회로 차단기와 유사한 주 회로 및 아크 회로가 있습니다. 스위치의 닫힌 위치에 있는 전류의 주요 부분은 열려 있는 주 접점 4를 통과합니다. 스위치가 꺼지면 주 접점이 먼저 열린 다음 모든 전류가 챔버 2에서 닫힌 아크 접점을 통과합니다. 이 접점이 열리는 동안 탱크 1의 압축 공기가 챔버로 공급되고 강력한 폭발이 발생하여 소화 아크. 블로잉은 세로 또는 가로가 될 수 있습니다.

열린 위치에서 접점 사이에 필요한 절연 간격은 접점을 충분한 거리로 분리하여 아크 슈트에 생성됩니다. 개방형 분리기가 있는 프로젝트에 따라 만들어진 스위치는 전압 15 및 20kV 및 최대 20,000A(VVG 시리즈)의 전류에 대한 실내 설치용으로 생산됩니다. 이러한 유형의 스위치를 사용하면 분리기 5를 분리한 후 챔버로의 압축 공기 공급이 중단되고 아크 접점이 닫힙니다.

공기 스위치 구성도 1 - 압축 공기용 탱크; 2 — 아크 슈트; 3 - 분로 저항기; 4 — 주요 연락처; 5 — 분리기; 6 — 110kV용 용량성 분압기 — 위상당 두 번의 차단(d)

전압 35kV(VV-35)용 개방형 설치용 기중 회로 차단기에서는 위상당 하나의 차단이 있으면 충분합니다.

전압이 110kV 이상인 스위치에서 아크가 꺼진 후 분리기 5의 접점이 열리고 분리기 챔버는 항상 오프 위치에서 압축 공기로 가득 차 있습니다. 이 경우 아크 슈트에 압축 공기가 공급되지 않고 접점이 닫힙니다.

최대 500kV 전압용 VV 시리즈 회로 차단기는 이 설계 체계에 따라 생성됩니다. 정격 전압이 높을수록 제한 전력이 높을수록 아크 슈트와 분리기에 더 많은 차단이 있어야 합니다.

VVB 시리즈의 공기 충전 회로 차단기는 그림 D의 설계 방식에 따라 만들어집니다. VVB 모듈의 전압은 소화실의 압축 공기 압력이 2MPa일 때 110kV입니다. VVBK 회로 차단기 모듈(대형 모듈)의 정격 전압은 220kV이고 소화실의 기압은 4MPa입니다. VNV 시리즈의 회로 차단기는 4MPa의 압력에서 220kV의 전압을 갖는 모듈과 유사한 설계 체계를 가지고 있습니다.

VVB 시리즈 회로 차단기의 경우 아크 슈트(모듈)의 수는 전압(110kV - 1개, 220kV - 2개, 330kV - 4개, 500kV - 6개, 750kV - 8개)에 따라 다르며 회로 차단기 모듈(VVBK, VNV), 숫자가 각각 두 배 적은 모듈.

회로 차단기 SF6

SF6 가스(SF6 — 육불화황)는 밀도가 공기보다 5배 더 큰 불활성 가스입니다. SF6 가스의 전기적 강도는 공기의 강도보다 2~3배 높습니다. 0.2 MPa의 압력에서 SF6 가스의 절연 내력은 석유와 비슷합니다.

대기압의 SF6 가스에서는 동일한 조건에서 공기 중에 차단된 전류보다 100배 높은 전류로 아크를 끌 수 있습니다. 아크를 끄는 SF6 가스의 탁월한 능력은 분자가 아크 컬럼의 전자를 포획하고 상대적으로 움직이지 않는 음이온을 형성한다는 사실로 설명됩니다. 전자를 잃으면 아크가 불안정해지고 쉽게 꺼집니다. SF6 가스의 흐름에서, 즉 가스 분사 중에 아크 기둥에서 전자의 흡수가 훨씬 더 강해집니다.

SF6 회로 차단기는 트리핑 중에 가스가 피스톤 장치에 의해 압축되어 아크 영역으로 향하는 자동 공압식(자동 압축) 아크 소화 장치를 사용합니다. SF6 회로 차단기는 외부로 가스 배출이 없는 폐쇄형 시스템입니다.

현재 SF6 회로 차단기는 0.15~0.6MPa의 압력에서 모든 전압 등급(6~750kV)에 사용됩니다. 증가된 압력은 더 높은 전압 등급의 스위치에 사용됩니다. 다음 외국 회사의 SF6 회로 차단기가 잘 입증되었습니다. ALSTOM; 지멘스; 멀린 게린 등. VEB, VGB 시리즈의 탱크 회로 차단기 및 VGT, VGU 시리즈의 컬럼 스위치 등 PO «Uralelectrotyazmash»의 최신 SF6 회로 차단기 생산이 마스터됩니다.

예를 들어, Merlin Gerin의 6-10kV LF 회로 차단기 설계를 고려하십시오.

기본 회로 차단기 모델은 다음 요소로 구성됩니다.

- 3개의 극이 모두 위치하는 차단기의 본체, 낮은 초과 압력(0.15MPa 또는 1.5atm)에서 SF6 가스로 채워진 "압력 용기"를 나타냅니다.

- 기계식 드라이브 유형 RI;

- 수동 스프링 로딩 핸들과 스프링 및 회로 차단기 상태 표시기가 있는 액추에이터 전면 패널

- 고전압 전원용 접촉 패드;

— 보조 스위칭 회로를 연결하기 위한 다중 핀 커넥터.

진공 회로 차단기

진공의 유전 강도는 회로 차단기에 사용되는 다른 매체보다 훨씬 높습니다. 이것은 압력이 감소함에 따라 전자, 원자, 이온 및 분자의 평균 자유 경로가 증가하는 것으로 설명됩니다. 진공에서 입자의 평균 자유 경로는 진공 챔버의 크기를 초과합니다.

대기압에서 진공 및 다양한 가스에서 1600A 전류 차단 후 1/4" 갭 복구 유전 강도

이러한 조건에서 챔버 벽에 대한 입자 충돌은 입자 간 충돌보다 훨씬 더 자주 발생합니다. 그림은 직경이 3/8 « 텅스텐인 전극 사이의 거리에 대한 진공 및 공기의 항복 전압의 의존성을 보여줍니다. 이러한 높은 유전 강도로 접점 사이의 거리가 매우 작을 수 있으므로(2 - 2.5cm) 챔버 치수도 상대적으로 작을 수 있습니다...

전류가 꺼졌을 때 접점 간극의 전기적 강도를 복원하는 과정은 가스보다 진공에서 훨씬 빠르게 발생합니다.현대 산업 아크 덕트의 진공 수준(잔류 가스 압력)은 일반적으로 Pa입니다. 가스의 전기적 강도 이론에 따라 진공 갭의 필수 절연 특성은 더 낮은 진공 수준(Pa 정도)에서도 달성되지만 현재 수준의 진공 기술에서는 진공 챔버의 전체 수명 동안 Pa 수준은 문제가 되지 않습니다.이것은 전체 서비스 수명(20-30년) 동안 진공 챔버에 전기적 강도를 제공합니다.

일반적인 진공 회로 차단기 설계가 그림에 나와 있습니다.

진공 차단기의 블록 다이어그램

진공 챔버의 설계는 한 쌍의 접점(4, 5)으로 구성되며 그 중 하나는 움직일 수 있으며(5), 세라믹 또는 유리 절연체(3, 7)로 용접된 진공 밀폐 쉘, 상부 및 하부 금속으로 둘러싸여 있습니다. 덮개(2, 8) ) 및 금속 실드(6). 고정 접점에 대한 가동 접점의 이동은 슬리브(9)를 통해 보장됩니다. 카메라 케이블(1, 10)은 메인 스위치 회로에 연결하는 데 사용됩니다.

진공 챔버 하우징의 제조에는 특수 세라믹뿐만 아니라 용존 가스, 구리 및 특수 합금에서 정제된 특수 진공 저항 금속만 사용된다는 점에 유의해야 합니다. 진공 챔버의 접점은 높은 차단 용량, 내마모성을 제공하는 금속-세라믹 구성(일반적으로 50%-50% 또는 70%-30% 비율의 구리-크롬)으로 만들어집니다. 접촉면에 용접점이 나타나는 것을 방지합니다. 개방형 접점의 진공 갭과 함께 원통형 세라믹 절연체는 스위치가 꺼져 있을 때 챔버 단자 사이를 격리합니다.

Tavrida-electric은 자기 잠금 장치가 있는 새로운 디자인의 진공 회로 차단기를 출시했습니다. 차단기의 각 극에 구동 전자석과 진공 차단기가 정렬되는 원리를 기반으로 설계되었습니다.

스위치는 다음 순서로 닫힙니다.

초기 상태에서 풀 인슐레이터 5를 통한 폐쇄 스프링 7의 작용으로 인해 진공 단속기 챔버의 접점이 열립니다. 전자석의 코일 9에 양극의 전압이 가해지면 자속 자기 시스템의 틈에 축적됩니다.

자속에 의해 생성된 전기자의 압축력이 정지 스프링(7)의 힘을 초과하는 순간, 견인 절연체(5) 및 진공 챔버의 가동 접점(3)과 함께 전자석의 전기자(11)가 움직이기 시작합니다. 정지를 위해 스프링을 압축합니다. 이 경우 권선에 모터 EMF가 발생하여 전류의 추가 증가를 방지하고 다소 감소시킵니다.

이동 과정에서 전기자는 약 1m / s의 속도를 얻으므로 스위치를 켤 때 예비 손상을 피하고 VDK 접점의 바운싱을 제거합니다. 진공 챔버 접점이 닫히면 자기 시스템에 2mm의 추가 압축 간격이 남습니다. 접점(6)의 추가 예압의 스프링 힘을 극복해야 하기 때문에 전기자의 속도는 급격히 떨어집니다. 그러나 자속과 관성에 의해 생성된 힘의 영향으로 전기자(11)는 계속 위로 이동합니다. 정지용 스프링 압축 7 및 예압 접점용 추가 스프링 6.

자기 시스템을 닫는 순간 전기자는 드라이브(8)의 상부 커버에 접촉하고 멈춥니다. 폐쇄 프로세스 후 구동 코일에 대한 전류가 꺼집니다. 스위치에 의해 생성된 잔류 유도로 인해 스위치가 닫힌 위치에 유지됩니다. 링 영구 자석 이는 추가 전류 공급 없이 상부 커버(8)에 대해 당겨진 위치에서 전기자(11)를 유지하는 도 10에 도시되어 있다.

스위치를 열려면 코일 단자에 음의 전압을 인가해야 합니다.

현재 진공 회로 차단기는 6-36kV 전압의 전기 네트워크에서 지배적인 장치가 되었습니다. 따라서 유럽과 미국에서 제조된 총 장치 수에서 진공 회로 차단기의 점유율은 70%, 일본에서는 100%에 이릅니다. 러시아에서는 최근 몇 년 동안 이 비율이 지속적으로 상승했으며 1997년에는 50%를 넘어섰습니다. 시장 점유율의 성장을 결정하는 폭발물의 주요 이점(석유 및 가스 스위치와 비교)은 다음과 같습니다.

- 더 높은 신뢰도;

- 유지 보수 비용 절감.
또한보십시오: 고전압 진공 회로 차단기 - 설계 및 작동 원리