Tổng quan về sự phát triển và đặc điểm của máy cắt chân không

[Tổng quan về sự phát triển và đặc điểm của bộ ngắt mạch chân không]: Bộ ngắt mạch chân không dùng để chỉ bộ ngắt mạch có các tiếp điểm được đóng và mở trong chân không.Bộ ngắt mạch chân không ban đầu được nghiên cứu bởi Vương quốc Anh và Hoa Kỳ, sau đó phát triển sang Nhật Bản, Đức, Liên Xô cũ và các quốc gia khác.Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu lý thuyết về bộ ngắt mạch chân không từ năm 1959 và chính thức sản xuất các bộ ngắt mạch chân không khác nhau vào đầu những năm 1970

Bộ ngắt mạch chân không dùng để chỉ bộ ngắt mạch có các tiếp điểm được đóng và mở trong chân không.

Bộ ngắt mạch chân không ban đầu được nghiên cứu bởi Vương quốc Anh và Hoa Kỳ, sau đó phát triển sang Nhật Bản, Đức, Liên Xô cũ và các quốc gia khác.Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu lý thuyết về bộ ngắt mạch chân không vào năm 1959 và chính thức sản xuất nhiều loại bộ ngắt mạch chân không vào đầu những năm 1970.Sự đổi mới và cải tiến liên tục của các công nghệ sản xuất như bộ ngắt chân không, cơ chế vận hành và mức cách điện đã làm cho bộ ngắt mạch chân không phát triển nhanh chóng, và một loạt thành tựu quan trọng đã được thực hiện trong nghiên cứu về công suất lớn, thu nhỏ, thông minh và độ tin cậy.

Với ưu điểm là đặc tính dập hồ quang tốt, phù hợp với hoạt động thường xuyên, tuổi thọ điện dài, độ tin cậy vận hành cao và thời gian bảo trì lâu dài, máy cắt chân không đã được sử dụng rộng rãi trong chuyển đổi lưới điện thành thị và nông thôn, công nghiệp hóa chất, luyện kim, đường sắt điện khí hóa, khai thác mỏ và các ngành công nghiệp khác trong ngành điện của Trung Quốc.Sản phẩm đa dạng từ vài giống ZN1-ZN5 trước đây đến hàng chục mẫu mã, chủng loại hiện nay.Dòng định mức đạt 4000A, dòng ngắt đạt 5OKA, thậm chí 63kA, điện áp đạt 35kV.

Sự phát triển và đặc tính của máy cắt chân không sẽ được nhìn từ một số khía cạnh chính, bao gồm sự phát triển của máy cắt chân không, sự phát triển của cơ chế vận hành và sự phát triển của cấu trúc cách điện.

Sự phát triển và đặc điểm của bộ ngắt chân không

2.1Sự phát triển của ngắt chân không

Ý tưởng sử dụng môi trường chân không để dập tắt hồ quang đã được đưa ra vào cuối thế kỷ 19 và thiết bị ngắt chân không sớm nhất được sản xuất vào những năm 1920.Tuy nhiên, do những hạn chế của công nghệ chân không, vật liệu và các trình độ kỹ thuật khác, nó không thực tế vào thời điểm đó.Kể từ những năm 1950, với sự phát triển của công nghệ mới, nhiều vấn đề trong việc sản xuất bộ ngắt chân không đã được giải quyết và công tắc chân không đã dần đạt đến mức độ thực tế.Vào giữa những năm 1950, Công ty General Electric của Hoa Kỳ đã sản xuất một lô máy cắt chân không với dòng điện cắt định mức là 12KA.Sau đó, vào cuối những năm 1950, do sự phát triển của các bộ ngắt chân không với các tiếp điểm từ trường ngang, dòng điện ngắt định mức đã được nâng lên 3OKA.Sau những năm 1970, Công ty Điện tử Toshiba của Nhật Bản đã phát triển thành công bộ ngắt chân không với các tiếp điểm từ trường dọc, giúp tăng thêm dòng điện ngắt định mức lên hơn 5OKA.Hiện tại, máy cắt chân không đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phân phối điện 1KV và 35kV, dòng điện ngắt định mức có thể đạt tới 5OKA-100KAo.Một số nước cũng đã sản xuất được máy cắt chân không 72kV/84kV nhưng số lượng còn ít.Máy phát điện cao áp DC

Trong những năm gần đây, việc sản xuất máy cắt chân không ở Trung Quốc cũng phát triển nhanh chóng.Hiện tại, công nghệ ngắt chân không trong nước ngang bằng với các sản phẩm nước ngoài.Có bộ phận ngắt chân không sử dụng công nghệ từ trường dọc và ngang và công nghệ tiếp điểm đánh lửa trung tâm.Các tiếp điểm làm bằng vật liệu hợp kim Cu Cr đã ngắt kết nối thành công bộ ngắt chân không 5OKA và 63kAo ở Trung Quốc, đã đạt đến cấp độ cao hơn.Cầu dao chân không hoàn toàn có thể sử dụng cầu dao chân không nội địa.

2.2Đặc điểm của ngắt chân không

Buồng dập hồ quang chân không là thành phần chính của bộ ngắt mạch chân không.Nó được hỗ trợ và niêm phong bằng thủy tinh hoặc gốm sứ.Có các tiếp điểm động và tĩnh và vỏ che chắn bên trong.Có áp suất âm trong buồng.Độ chân không là 133 × 10 Nine 133 × LOJPa, để đảm bảo hiệu suất dập hồ quang và mức cách điện khi đứt.Khi độ chân không giảm, hiệu suất phá vỡ của nó sẽ giảm đáng kể.Do đó, buồng dập tắt hồ quang chân không không được tác động bởi bất kỳ lực bên ngoài nào và không được đập hoặc tát bằng tay.Nó sẽ không bị căng thẳng trong quá trình di chuyển và bảo trì.Cấm đặt bất cứ thứ gì lên bộ ngắt mạch chân không để ngăn buồng dập tắt hồ quang chân không bị hỏng khi rơi.Trước khi giao hàng, bộ ngắt mạch chân không phải được kiểm tra và lắp ráp song song nghiêm ngặt.Trong quá trình bảo dưỡng, tất cả các bu lông của buồng dập hồ quang phải được siết chặt để đảm bảo ứng suất đồng đều.

Bộ ngắt mạch chân không ngắt dòng điện và dập tắt hồ quang trong buồng dập tắt hồ quang chân không.Tuy nhiên, bản thân bộ ngắt mạch chân không không có thiết bị để theo dõi định tính và định lượng các đặc tính của độ chân không, vì vậy lỗi giảm độ chân không là một lỗi ẩn.Đồng thời, việc giảm độ chân không sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng cắt quá dòng của bộ ngắt mạch chân không và dẫn đến tuổi thọ của bộ ngắt mạch giảm mạnh, dẫn đến nổ công tắc khi nghiêm trọng.

Tóm lại, vấn đề chính của bộ ngắt chân không là độ chân không bị giảm.Những lý do chính để giảm chân không như sau.

(1) Bộ ngắt mạch chân không là một bộ phận tinh vi.Sau khi rời khỏi nhà máy, nhà máy sản xuất ống điện tử có thể bị rò rỉ các phớt thủy tinh hoặc gốm sau nhiều lần va chạm vận chuyển, chấn động khi lắp đặt, va chạm vô tình, v.v.

(2) Có vấn đề trong vật liệu hoặc quy trình sản xuất của bộ ngắt chân không và các điểm rò rỉ xuất hiện sau nhiều lần vận hành.

(3) Đối với bộ ngắt mạch chân không kiểu tách rời, chẳng hạn như cơ chế vận hành điện từ, khi vận hành, do khoảng cách lớn của liên kết vận hành, nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự đồng bộ hóa, độ nảy, hành trình quá mức và các đặc điểm khác của công tắc để tăng tốc độ giảm độ chân không.Máy phát điện cao áp DC

Phương pháp xử lý giảm độ chân không của bộ ngắt chân không:

Thường xuyên quan sát bộ ngắt chân không và thường xuyên sử dụng máy kiểm tra chân không của công tắc chân không để đo mức độ chân không của bộ ngắt chân không, để đảm bảo rằng mức độ chân không của bộ ngắt chân không nằm trong phạm vi quy định;Khi độ chân không giảm, phải thay thế bộ ngắt chân không, đồng thời thực hiện tốt các kiểm tra đặc tính như hành trình, đồng bộ hóa và độ nảy.

3. Xây dựng cơ chế vận hành

Cơ chế hoạt động là một trong những khía cạnh quan trọng để đánh giá hiệu suất của cầu dao chân không.Lý do chính ảnh hưởng đến độ tin cậy của máy cắt chân không là đặc tính cơ học của cơ chế vận hành.Theo sự phát triển của cơ chế hoạt động, nó có thể được chia thành các loại sau.Máy phát điện cao áp DC

3.1Cơ chế vận hành thủ công

Cơ chế vận hành dựa trên việc đóng trực tiếp được gọi là cơ chế vận hành thủ công, chủ yếu được sử dụng để vận hành các bộ ngắt mạch có mức điện áp thấp và dòng điện cắt định mức thấp.Cơ chế thủ công hiếm khi được sử dụng trong các bộ phận điện ngoài trời ngoại trừ các doanh nghiệp công nghiệp và khai thác mỏ.Cơ cấu vận hành thủ công có kết cấu đơn giản, không yêu cầu các thiết bị phụ trợ phức tạp, có nhược điểm là không thể tự động đóng lại, chỉ vận hành cục bộ, không đủ an toàn.Do đó, cơ cấu vận hành bằng tay gần như đã được thay thế bằng cơ cấu vận hành bằng lò xo tích trữ năng lượng bằng tay.

3.2Cơ chế vận hành điện từ

Cơ cấu thao tác đóng bởi lực điện từ gọi là cơ cấu thao tác điện từ d.Cơ chế CD17 được phát triển phối hợp với các sản phẩm ZN28-12 trong nước.Về cấu tạo, nó cũng được bố trí phía trước và phía sau bộ ngắt chân không.

Ưu điểm của cơ chế hoạt động điện từ là cơ chế đơn giản, hoạt động đáng tin cậy và chi phí sản xuất thấp.Nhược điểm là điện năng tiêu thụ của cuộn dây đóng quá lớn và cần phải chuẩn bị [Tổng quan về sự phát triển và đặc điểm của bộ ngắt mạch chân không]: Bộ ngắt mạch chân không dùng để chỉ bộ ngắt mạch có các tiếp điểm được đóng và mở trong chân không.Bộ ngắt mạch chân không ban đầu được nghiên cứu bởi Vương quốc Anh và Hoa Kỳ, sau đó phát triển sang Nhật Bản, Đức, Liên Xô cũ và các quốc gia khác.Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu lý thuyết về bộ ngắt mạch chân không từ năm 1959 và chính thức sản xuất các bộ ngắt mạch chân không khác nhau vào đầu những năm 1970

Ắc quy đắt, dòng đóng lớn, kết cấu cồng kềnh, thời gian hoạt động lâu nên thị phần giảm dần.

3.3Cơ cấu vận hành lò xo Máy phát cao áp DC

Cơ chế vận hành lò xo sử dụng lò xo năng lượng được lưu trữ làm năng lượng để làm cho công tắc thực hiện hành động đóng.Nó có thể được điều khiển bởi nhân lực hoặc động cơ AC và DC công suất nhỏ, do đó, công suất đóng về cơ bản không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài (như điện áp nguồn, áp suất không khí của nguồn không khí, áp suất thủy lực của nguồn áp suất thủy lực), không chỉ đạt được tốc độ đóng cao, nhưng cũng thực hiện thao tác đóng lặp lại tự động nhanh chóng;Ngoài ra, so với cơ chế vận hành điện từ, cơ chế vận hành lò xo có chi phí thấp và giá thành thấp.Đây là cơ chế hoạt động được sử dụng phổ biến nhất trong bộ ngắt mạch chân không, và các nhà sản xuất của nó cũng nhiều hơn, không ngừng cải tiến.Các cơ chế CT17 và CT19 là điển hình và ZN28-17, VS1 và VGl được sử dụng cùng với chúng.

Nói chung, cơ chế vận hành lò xo có hàng trăm bộ phận và cơ chế truyền động tương đối phức tạp, tỷ lệ hỏng hóc cao, nhiều bộ phận chuyển động và yêu cầu quy trình sản xuất cao.Ngoài ra, cấu trúc của cơ cấu vận hành lò xo rất phức tạp, có nhiều bề mặt ma sát trượt và hầu hết chúng đều nằm ở các bộ phận then chốt.Trong quá trình hoạt động lâu dài, sự mài mòn và ăn mòn của các bộ phận này cũng như sự hao hụt và đóng rắn của chất bôi trơn sẽ dẫn đến các lỗi vận hành.Chủ yếu có những thiếu sót sau.

(1) Bộ ngắt mạch từ chối hoạt động, nghĩa là nó gửi tín hiệu hoạt động đến bộ ngắt mạch mà không đóng hoặc mở.

(2) Không thể đóng công tắc hoặc bị ngắt kết nối sau khi đóng.

(3) Trong trường hợp xảy ra sự cố, không thể ngắt hoạt động bảo vệ rơle và bộ ngắt mạch.

(4) Đốt cháy cuộn dây đóng.

Phân tích nguyên nhân hỏng hóc của cơ chế vận hành:

Bộ ngắt mạch từ chối hoạt động, nguyên nhân có thể là do điện áp hoạt động bị mất hoặc thấp, mạch hoạt động bị ngắt, cuộn đóng hoặc cuộn mở bị ngắt, tiếp điểm công tắc phụ tiếp xúc kém. trên cơ chế.

Công tắc không thể đóng hoặc mở sau khi đóng, điều này có thể do điện áp thấp của nguồn điện đang hoạt động, tiếp điểm chuyển động của bộ ngắt mạch di chuyển quá mức, tiếp điểm khóa liên động của công tắc phụ bị ngắt, và lượng quá nhỏ kết nối giữa nửa trục của cơ chế vận hành và chốt;

Trong thời gian xảy ra tai nạn, không thể ngắt hoạt động bảo vệ rơle và bộ ngắt mạch.Có thể có dị vật trong lõi sắt mở khiến lõi sắt không hoạt động linh hoạt, nửa trục ngắt mở không thể quay linh hoạt và mạch thao tác mở bị ngắt.

Các lý do có thể làm cháy cuộn dây đóng là: không thể ngắt công tắc tơ DC sau khi đóng, công tắc phụ không chuyển sang vị trí mở sau khi đóng và công tắc phụ bị lỏng.

3.4Cơ chế nam châm vĩnh cửu

Cơ chế nam châm vĩnh cửu sử dụng nguyên lý làm việc mới để kết hợp hữu cơ cơ chế điện từ với nam châm vĩnh cửu, tránh các yếu tố bất lợi do vấp cơ học ở vị trí đóng mở và hệ thống khóa.Lực giữ do nam châm vĩnh cửu tạo ra có thể giữ cầu dao chân không ở vị trí đóng và mở khi cần bất kỳ năng lượng cơ học nào.Nó được trang bị một hệ thống điều khiển để thực hiện tất cả các chức năng theo yêu cầu của bộ ngắt mạch chân không.Nó chủ yếu có thể được chia thành hai loại: bộ truyền động từ trường vĩnh cửu đơn ổn định và bộ truyền động từ trường vĩnh viễn có thể phân hủy được.Nguyên lý làm việc của bộ truyền động từ trường vĩnh cửu có thể phân hủy là việc mở và đóng của bộ truyền động phụ thuộc vào lực từ vĩnh cửu;Nguyên lý hoạt động của cơ chế vận hành nam châm vĩnh cửu đơn ổn định là nhanh chóng mở ra với sự trợ giúp của lò xo tích trữ năng lượng và giữ nguyên vị trí mở.Chỉ có đóng mới giữ được lực từ vĩnh cửu.Sản phẩm chính của Trede Electric là thiết bị truyền động nam châm vĩnh cửu đơn ổn định và các doanh nghiệp trong nước chủ yếu phát triển thiết bị truyền động nam châm vĩnh cửu ổn định kép.

Cấu trúc của bộ truyền động nam châm vĩnh cửu có thể phân hủy khác nhau, nhưng chỉ có hai loại nguyên tắc: loại cuộn dây kép (loại đối xứng) và loại cuộn dây đơn (loại không đối xứng).Hai cấu trúc này được giới thiệu ngắn gọn dưới đây.

(1) Cơ chế nam châm vĩnh cửu cuộn dây đôi

Cơ chế nam châm vĩnh cửu cuộn dây đôi có đặc điểm: sử dụng nam châm vĩnh cửu để giữ bộ ngắt mạch chân không ở vị trí giới hạn mở và đóng tương ứng, sử dụng cuộn dây kích thích để đẩy lõi sắt của cơ chế từ vị trí mở sang vị trí đóng và sử dụng một cuộn dây kích thích khác để đẩy lõi sắt của cơ cấu từ vị trí đóng sang vị trí mở.Ví dụ: cơ chế chuyển đổi VMl của ABB sử dụng cấu trúc này.

(2) Cơ chế nam châm vĩnh cửu cuộn dây đơn

Cơ chế nam châm vĩnh cửu cuộn dây đơn cũng sử dụng nam châm vĩnh cửu để giữ bộ ngắt mạch chân không ở các vị trí giới hạn đóng và mở, nhưng một cuộn dây kích thích được sử dụng để mở và đóng.Cũng có hai cuộn dây kích thích để mở và đóng, nhưng hai cuộn dây ở cùng một phía và hướng dòng chảy của cuộn dây song song ngược lại.Nguyên tắc của nó giống như cơ chế nam châm vĩnh cửu cuộn dây đơn.Năng lượng đóng chủ yếu đến từ cuộn dây kích thích và năng lượng mở chủ yếu đến từ lò xo mở.Ví dụ, bộ ngắt mạch chân không gắn trên cột GVR do Công ty Whipp&Bourne ở Anh đưa ra áp dụng cơ chế này.

Theo các đặc điểm trên của cơ chế nam châm vĩnh cửu, có thể tóm tắt các ưu điểm và nhược điểm của nó.Ưu điểm là cấu trúc tương đối đơn giản, so với cơ chế lò xo, các thành phần của nó giảm khoảng 60%;Với ít thành phần hơn, tỷ lệ hỏng hóc cũng sẽ giảm nên độ tin cậy cao;Tuổi thọ lâu dài của cơ chế;Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ.Nhược điểm là về đặc điểm mở, do lõi sắt chuyển động tham gia vào chuyển động mở, quán tính chuyển động của hệ thống chuyển động tăng lên đáng kể khi mở, điều này rất bất lợi để cải thiện tốc độ mở cứng;Do công suất hoạt động cao nên bị giới hạn bởi dung lượng tụ điện.

4. Phát triển kết cấu cách nhiệt

Theo thống kê và phân tích các loại sự cố trong vận hành máy cắt cao áp trong hệ thống điện quốc gia dựa trên các dữ liệu lịch sử liên quan, sự cố không mở chiếm 22,67%;Không chịu hợp tác chiếm 6,48%;Tai nạn gãy, đâm chiếm 9,07%;Sự cố cách điện chiếm 35,47%;Tai nạn mổ xẻ chiếm 7,02%;tai nạn đóng sông chiếm 7,95%;Ngoại lực và các tai nạn khác chiếm tổng cộng 11.439, trong đó tai nạn cách điện và tai nạn từ chối phân tách là nổi bật nhất, chiếm khoảng 60% tổng số vụ tai nạn.Do đó, cấu trúc cách điện cũng là một điểm quan trọng của bộ ngắt mạch chân không.Theo sự thay đổi và phát triển của cách điện cột pha, về cơ bản nó có thể được chia thành ba thế hệ: cách nhiệt không khí, cách nhiệt composite và cách nhiệt cực kín.