Panoramica dello sviluppo e delle caratteristiche dell'interruttore in vuoto

[Panoramica dello sviluppo e delle caratteristiche dell'interruttore sotto vuoto]: l'interruttore sotto vuoto si riferisce all'interruttore i cui contatti sono chiusi e aperti nel vuoto.Gli interruttori automatici in vuoto sono stati inizialmente studiati dal Regno Unito e dagli Stati Uniti, e poi sviluppati in Giappone, Germania, ex Unione Sovietica e altri paesi.La Cina ha iniziato a studiare la teoria dell'interruttore sottovuoto dal 1959 e ha prodotto formalmente vari interruttori sottovuoto all'inizio degli anni '70

L'interruttore sottovuoto si riferisce all'interruttore i cui contatti sono chiusi e aperti nel vuoto.

Gli interruttori automatici in vuoto sono stati inizialmente studiati dal Regno Unito e dagli Stati Uniti, e poi sviluppati in Giappone, Germania, ex Unione Sovietica e altri paesi.La Cina ha iniziato a studiare la teoria degli interruttori automatici in vuoto nel 1959 e ha prodotto formalmente vari tipi di interruttori automatici in vuoto all'inizio degli anni '70.La continua innovazione e il miglioramento delle tecnologie di produzione come l'ampolla in vuoto, il meccanismo operativo e il livello di isolamento hanno fatto sì che l'interruttore automatico in vuoto si sviluppasse rapidamente e una serie di risultati significativi sono stati raggiunti nella ricerca di grande capacità, miniaturizzazione, intelligenza e affidabilità.

Con i vantaggi di buone caratteristiche di estinzione dell'arco, adatti per operazioni frequenti, lunga durata elettrica, elevata affidabilità operativa e lungo periodo senza manutenzione, gli interruttori automatici sottovuoto sono stati ampiamente utilizzati nella trasformazione della rete elettrica urbana e rurale, nell'industria chimica, nella metallurgia, nel settore ferroviario elettrificazione, estrazione mineraria e altre industrie nel settore energetico cinese.I prodotti vanno da diverse varietà di ZN1-ZN5 in passato a dozzine di modelli e varietà ora.La corrente nominale raggiunge i 4000A, la corrente di interruzione raggiunge i 5OKA, anche 63kA, e la tensione raggiunge i 35kV.

Lo sviluppo e le caratteristiche dell'interruttore in vuoto saranno visti da diversi aspetti principali, tra cui lo sviluppo dell'ampolla in vuoto, lo sviluppo del meccanismo operativo e lo sviluppo della struttura isolante.

Sviluppo e caratteristiche delle ampolle in vuoto

2.1Sviluppo di ampolle in vuoto

L'idea di utilizzare un mezzo sottovuoto per estinguere l'arco è stata avanzata alla fine del XIX secolo e il primo ruttore sottovuoto è stato prodotto negli anni '20.Tuttavia, a causa dei limiti della tecnologia del vuoto, dei materiali e di altri livelli tecnici, all'epoca non era pratico.Dagli anni '50, con lo sviluppo di nuove tecnologie, molti problemi nella produzione di ampolle in vuoto sono stati risolti e il vacuostato ha gradualmente raggiunto il livello pratico.A metà degli anni '50, la General Electric Company degli Stati Uniti ha prodotto un lotto di interruttori automatici sottovuoto con corrente di interruzione nominale di 12KA.Successivamente, alla fine degli anni '50, grazie allo sviluppo delle ampolle in vuoto con contatti a campo magnetico trasversale, la corrente di interruzione nominale è stata portata a 3OKA.Dopo gli anni '70, Toshiba Electric Company of Japan ha sviluppato con successo un'ampolla sottovuoto con contatti di campo magnetico longitudinali, che ha ulteriormente aumentato la corrente di interruzione nominale a oltre 5OKA.Attualmente, gli interruttori automatici sottovuoto sono stati ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione dell'alimentazione da 1KV e 35kV e la corrente di interruzione nominale può raggiungere 5OKA-100KAo.Alcuni paesi hanno anche prodotto ampolle in vuoto da 72kV/84kV, ma il numero è ridotto.Generatore di corrente continua ad alta tensione

Negli ultimi anni anche la produzione di interruttori automatici in vuoto in Cina si è sviluppata rapidamente.Allo stato attuale, la tecnologia delle ampolle in vuoto domestiche è alla pari con quella dei prodotti esteri.Esistono ampolle in vuoto che utilizzano la tecnologia del campo magnetico verticale e orizzontale e la tecnologia del contatto di accensione centrale.I contatti realizzati con materiali in lega Cu Cr hanno disconnesso con successo le ampolle in vuoto 5OKA e 63kAo in Cina, che hanno raggiunto un livello superiore.L'interruttore in vuoto può utilizzare completamente le ampolle domestiche in vuoto.

2.2Caratteristiche dell'ampolla in vuoto

La camera di estinzione dell'arco in vuoto è il componente chiave dell'interruttore in vuoto.È supportato e sigillato da vetro o ceramica.All'interno sono presenti contatti dinamici e statici e coperture di schermatura.C'è una pressione negativa nella camera.Il grado di vuoto è 133 × 10 Nove 133 × LOJPa, per garantire le prestazioni di estinzione dell'arco e il livello di isolamento durante la rottura.Quando il grado di vuoto diminuisce, le sue prestazioni di rottura saranno significativamente ridotte.Pertanto, la camera di estinzione dell'arco a vuoto non deve essere colpita da alcuna forza esterna e non deve essere urtata o schiaffeggiata dalle mani.Non deve essere sollecitato durante lo spostamento e la manutenzione.È vietato mettere qualsiasi cosa sull'interruttore in vuoto per evitare che la camera di estinzione dell'arco in vuoto venga danneggiata durante la caduta.Prima della consegna, l'interruttore in vuoto deve essere sottoposto a severi controlli di parallelismo e assemblaggio.Durante la manutenzione, tutti i bulloni della camera di estinzione dell'arco devono essere fissati per garantire una sollecitazione uniforme.

L'interruttore sottovuoto interrompe la corrente e spegne l'arco nella camera di estinzione dell'arco sottovuoto.Tuttavia, lo stesso interruttore sottovuoto non dispone di un dispositivo per monitorare qualitativamente e quantitativamente le caratteristiche del grado di vuoto, quindi l'errore di riduzione del grado di vuoto è un guasto nascosto.Allo stesso tempo, la riduzione del grado di vuoto influirà seriamente sulla capacità dell'interruttore sottovuoto di interrompere la sovracorrente e porterà a un forte calo della durata dell'interruttore automatico, che porterà all'esplosione dell'interruttore se grave.

Riassumendo, il problema principale dell'ampolla in vuoto è che il grado di vuoto è ridotto.I motivi principali per la riduzione del vuoto sono i seguenti.

(1) L'interruttore in vuoto è un componente delicato.Dopo aver lasciato la fabbrica, la fabbrica di tubi elettronici potrebbe presentare perdite di guarnizioni in vetro o ceramica dopo molte volte di urti durante il trasporto, urti durante l'installazione, collisioni accidentali, ecc.

(2) Ci sono problemi nel materiale o nel processo di fabbricazione dell'ampolla sottovuoto e compaiono punti di perdita dopo più operazioni.

(3) Per l'interruttore sottovuoto di tipo split, come il meccanismo di azionamento elettromagnetico, durante il funzionamento, a causa dell'elevata distanza del collegamento operativo, influisce direttamente sulla sincronizzazione, il rimbalzo, l'extracorsa e altre caratteristiche dell'interruttore per accelerare il riduzione del grado di vuoto.Generatore di corrente continua ad alta tensione

Metodo di trattamento per ridurre il grado di vuoto dell'ampolla in vuoto:

Osservare frequentemente l'ampolla del vuoto e utilizzare regolarmente il tester del vuoto del vacuostato per misurare il grado di vuoto dell'ampolla del vuoto, in modo da garantire che il grado del vuoto dell'ampolla del vuoto rientri nell'intervallo specificato;Quando il grado di vuoto diminuisce, l'ampolla in vuoto deve essere sostituita e le prove caratteristiche come corsa, sincronizzazione e rimbalzo devono essere eseguite correttamente.

3. Sviluppo del meccanismo operativo

Il meccanismo operativo è uno degli aspetti importanti per valutare le prestazioni dell'interruttore sottovuoto.Il motivo principale che influisce sull'affidabilità dell'interruttore in vuoto sono le caratteristiche meccaniche del meccanismo di azionamento.Secondo lo sviluppo del meccanismo operativo, può essere suddiviso nelle seguenti categorie.Generatore di corrente continua ad alta tensione

3.1Meccanismo di funzionamento manuale

Il meccanismo di azionamento che si basa sulla chiusura diretta è chiamato meccanismo di azionamento manuale, che viene utilizzato principalmente per azionare interruttori con basso livello di tensione e bassa corrente di interruzione nominale.Il meccanismo manuale è stato usato raramente nei reparti di alimentazione all'aperto, ad eccezione delle imprese industriali e minerarie.Il comando manuale è semplice nella struttura, non richiede attrezzature ausiliarie complesse e presenta lo svantaggio di non potersi richiudere automaticamente e di poter essere azionato solo localmente, il che non è abbastanza sicuro.Pertanto, il comando manuale è stato quasi sostituito dal comando a molla con accumulo di energia manuale.

3.2Meccanismo di comando elettromagnetico

Il meccanismo operativo chiuso dalla forza elettromagnetica è chiamato meccanismo operativo elettromagnetico d.Il meccanismo CD17 è sviluppato in coordinamento con i prodotti ZN28-12 domestici.Nella struttura è anche disposto davanti e dietro l'ampolla in vuoto.

I vantaggi del meccanismo operativo elettromagnetico sono il meccanismo semplice, il funzionamento affidabile e il basso costo di produzione.Gli svantaggi sono che la potenza consumata dalla bobina di chiusura è troppo grande e deve essere preparata [Panoramica dello sviluppo e delle caratteristiche dell'interruttore sotto vuoto]: L'interruttore sotto vuoto si riferisce all'interruttore i cui contatti sono chiusi e aperti nel vuoto.Gli interruttori automatici in vuoto sono stati inizialmente studiati dal Regno Unito e dagli Stati Uniti, e poi sviluppati in Giappone, Germania, ex Unione Sovietica e altri paesi.La Cina ha iniziato a studiare la teoria dell'interruttore sottovuoto dal 1959 e ha prodotto formalmente vari interruttori sottovuoto all'inizio degli anni '70

Batterie costose, grande corrente di chiusura, struttura ingombrante, tempo di funzionamento lungo e quota di mercato gradualmente ridotta.

3.3Meccanismo di comando a molla Generatore di alta tensione CC

Il meccanismo di azionamento a molla utilizza la molla di energia immagazzinata come potenza per far sì che l'interruttore realizzi l'azione di chiusura.Può essere azionato da manodopera o motori CA e CC di piccola potenza, quindi la potenza di chiusura non è sostanzialmente influenzata da fattori esterni (come la tensione di alimentazione, la pressione dell'aria della fonte d'aria, la pressione idraulica della fonte di pressione idraulica), che può non solo raggiungere un'elevata velocità di chiusura, ma anche realizzare operazioni di chiusura ripetute automatiche rapide;Inoltre, rispetto al meccanismo di azionamento elettromagnetico, il meccanismo di azionamento a molla ha un basso costo e un prezzo basso.È il meccanismo operativo più comunemente utilizzato nell'interruttore sottovuoto, e anche i suoi produttori sono più numerosi, che sono in costante miglioramento.I meccanismi CT17 e CT19 sono tipici e con essi vengono utilizzati ZN28-17, VS1 e VGl.

In generale, il meccanismo di azionamento della molla ha centinaia di parti e il meccanismo di trasmissione è relativamente complesso, con un'elevata percentuale di guasti, molte parti mobili e requisiti elevati del processo di produzione.Inoltre, la struttura del meccanismo di azionamento della molla è complessa e vi sono molte superfici di attrito scorrevole, la maggior parte delle quali sono in parti chiave.Durante il funzionamento a lungo termine, l'usura e la corrosione di queste parti, nonché la perdita e l'indurimento dei lubrificanti, porteranno a errori operativi.Ci sono principalmente le seguenti carenze.

(1) L'interruttore si rifiuta di funzionare, ovvero invia un segnale di manovra all'interruttore senza chiudersi o aprirsi.

(2) L'interruttore non può essere chiuso o è disconnesso dopo la chiusura.

(3) In caso di incidente, l'azione di protezione del relè e l'interruttore automatico non possono essere disconnessi.

(4) Bruciare la bobina di chiusura.

Analisi delle cause di guasto del meccanismo operativo:

L'interruttore automatico si rifiuta di funzionare, che può essere causato dalla perdita di tensione o dalla sottotensione della tensione operativa, dalla disconnessione del circuito operativo, dalla disconnessione della bobina di chiusura o della bobina di apertura e dal cattivo contatto dei contatti dell'interruttore ausiliario sul meccanismo.

L'interruttore non può essere chiuso o viene aperto dopo la chiusura, il che può essere causato da sottotensione dell'alimentazione di esercizio, eccessiva corsa del contatto del contatto mobile dell'interruttore automatico, disconnessione del contatto di interblocco dell'interruttore ausiliario e quantità troppo piccola di collegamento tra il semialbero del comando e il nottolino;

Durante l'incidente, non è stato possibile disinserire l'azione di protezione del relè e l'interruttore automatico.È possibile che vi siano corpi estranei nell'anima di ferro di apertura che impediscono all'anima di ferro di agire in modo flessibile, il semialbero di scatto di apertura non può ruotare in modo flessibile e il circuito di azionamento dell'apertura è stato disconnesso.

I possibili motivi per bruciare la bobina di chiusura sono: il contattore CC non può essere disconnesso dopo la chiusura, l'interruttore ausiliario non gira in posizione di apertura dopo la chiusura e l'interruttore ausiliario è allentato.

3.4Meccanismo a magneti permanenti

Il meccanismo a magnete permanente utilizza un nuovo principio di funzionamento per combinare organicamente il meccanismo elettromagnetico con il magnete permanente, evitando i fattori avversi causati dall'intervento meccanico in posizione di chiusura e apertura e dal sistema di blocco.La forza di tenuta generata dal magnete permanente può mantenere l'interruttore in vuoto nelle posizioni di chiusura e apertura quando è richiesta energia meccanica.È dotato di un sistema di controllo per realizzare tutte le funzioni richieste dall'interruttore in vuoto.Può essere principalmente suddiviso in due tipi: attuatore magnetico permanente monostabile e attuatore magnetico permanente bistabile.Il principio di funzionamento dell'attuatore magnetico permanente bistabile è che l'apertura e la chiusura dell'attuatore dipendono dalla forza magnetica permanente;Il principio di funzionamento del comando a magnete permanente monostabile è quello di aprire rapidamente con l'ausilio della molla di accumulo di energia e mantenere la posizione di apertura.Solo la chiusura può mantenere la forza magnetica permanente.Il prodotto principale di Trede Electric è l'attuatore a magnete permanente monostabile e le imprese nazionali sviluppano principalmente l'attuatore a magnete permanente bistabile.

La struttura dell'attuatore bistabile a magneti permanenti varia, ma esistono solo due tipi di principi: tipo a doppia bobina (tipo simmetrico) e tipo a bobina singola (tipo asimmetrico).Queste due strutture sono brevemente presentate di seguito.

(1) Meccanismo a magneti permanenti a doppia bobina

Il meccanismo a magnete permanente a doppia bobina è caratterizzato da: utilizzo di un magnete permanente per mantenere l'interruttore in vuoto rispettivamente nelle posizioni limite di apertura e chiusura, utilizzo della bobina di eccitazione per spingere il nucleo di ferro del meccanismo dalla posizione di apertura alla posizione di chiusura e utilizzo un'altra bobina di eccitazione per spingere l'anima in ferro del meccanismo dalla posizione di chiusura alla posizione di apertura.Ad esempio, il meccanismo di commutazione VMl di ABB adotta questa struttura.

(2) Meccanismo a magnete permanente a bobina singola

Anche il meccanismo a magnete permanente a bobina singola utilizza magneti permanenti per mantenere l'interruttore sottovuoto nelle posizioni limite di apertura e chiusura, ma per l'apertura e la chiusura viene utilizzata una bobina di eccitazione.Ci sono anche due bobine di eccitazione per l'apertura e la chiusura, ma le due bobine sono sullo stesso lato e la direzione del flusso della bobina parallela è opposta.Il suo principio è lo stesso di quello del meccanismo a magnete permanente a bobina singola.L'energia di chiusura proviene principalmente dalla bobina di eccitazione e l'energia di apertura proviene principalmente dalla molla di apertura.Ad esempio, l'interruttore in vuoto montato su colonna GVR lanciato da Whipp&Bourne Company nel Regno Unito adotta questo meccanismo.

In base alle suddette caratteristiche del meccanismo a magneti permanenti, si possono riassumere i suoi vantaggi e svantaggi.I vantaggi sono che la struttura è relativamente semplice, rispetto al meccanismo a molla, i suoi componenti sono ridotti di circa il 60%;Con meno componenti, anche il tasso di guasto sarà ridotto, quindi l'affidabilità è elevata;Lunga durata del meccanismo;Piccole dimensioni e peso leggero.Lo svantaggio è che in termini di caratteristiche di apertura, poiché l'anima in ferro mobile partecipa al movimento di apertura, l'inerzia di movimento del sistema di movimento aumenta notevolmente durante l'apertura, il che è molto sfavorevole per migliorare la velocità dell'apertura rigida;A causa dell'elevata potenza operativa, è limitata dalla capacità del condensatore.

4. Sviluppo della struttura isolante

Secondo le statistiche e l'analisi delle tipologie di infortuni nell'esercizio degli interruttori di alta tensione del sistema elettrico nazionale basate su dati storici rilevanti, la mancata apertura incide per il 22,67%;Il rifiuto di collaborare ha rappresentato il 6,48%;Gli incidenti con scassinamento hanno rappresentato il 9,07%;Gli incidenti di isolamento hanno rappresentato il 35,47%;L'incidente di malfunzionamento ha rappresentato il 7,02%;Gli incidenti di chiusura del fiume rappresentano il 7,95%;La forza esterna e altri incidenti hanno rappresentato 11.439 lordi, di cui gli incidenti di isolamento e gli incidenti di rifiuto della separazione sono stati i più importanti, rappresentando circa il 60% di tutti gli incidenti.Pertanto, la struttura dell'isolamento è anche un punto chiave dell'interruttore sottovuoto.In base ai cambiamenti e allo sviluppo dell'isolamento della colonna di fase, può essere sostanzialmente suddiviso in tre generazioni: isolamento dell'aria, isolamento composito e isolamento del palo sigillato solido.