Sakelar tegangan tinggi: klasifikasi, perangkat, prinsip operasi

Persyaratan untuk sakelar adalah sebagai berikut:

1) keandalan di tempat kerja dan keamanan bagi orang lain;

2) respons cepat — kemungkinan waktu shutdown singkat;

3) kemudahan perawatan;

4) kemudahan instalasi;

5) operasi senyap;

6) biaya yang relatif rendah.

Pemutus sirkuit yang saat ini digunakan memenuhi persyaratan yang tercantum pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil. Namun, perancang pemutus sirkuit berusaha untuk lebih mencocokkan karakteristik pemutus sirkuit dengan persyaratan di atas.

Sakelar oli

Ada dua jenis sakelar oli - reservoir dan oli rendah. Metode deionisasi ruang busur pada kunci ini sama. Satu-satunya perbedaan adalah isolasi sistem kontak dari dasar tanah dan jumlah oli.

Sampai saat ini, tangki untuk tangki jenis berikut berfungsi: VM-35, S-35, serta sakelar seri U dengan tegangan dari 35 hingga 220 kV. Sakelar tangki dirancang untuk pemasangan eksternal, saat ini tidak diproduksi.

Kerugian utama sakelar tangki: ledakan dan kebakaran; perlunya pemantauan berkala terhadap kondisi dan level oli di tangki dan saluran masuk; volume minyak yang besar, yang mengarah pada investasi waktu yang besar untuk penggantiannya, kebutuhan akan cadangan minyak yang besar; tidak cocok untuk pemasangan di dalam ruangan.

Sakelar oli rendah

Sakelar oli rendah (tipe pot) banyak digunakan di switchgear tertutup dan terbuka semua tegangan. Oli dalam sakelar ini berfungsi terutama sebagai media busur dan hanya sebagian sebagai insulasi antara kontak terbuka.

Isolasi bagian aktif satu sama lain dan dari struktur yang dibumikan dilakukan dengan porselen atau bahan isolasi padat lainnya. Kontak sakelar untuk pemasangan internal terletak di tangki baja (pot), itulah sebabnya nama sakelar "tipe pot" dipertahankan.

Pemutus sirkuit rendah oli tegangan 35 kV ke atas memiliki badan porselen. Yang paling banyak digunakan adalah liontin tipe 6-10 kV (VMG-10, VMP-10). Dalam pemutus sirkuit ini bodi dipasang pada isolator porselen ke rangka umum untuk tiga kutub. Setiap tiang memiliki satu pemutusan kontak dan saluran busur.

Skema desain sakelar rendah oli 1 — kontak yang dapat digerakkan; 2 — saluran busur; 3 — kontak tetap; 4 — kontak yang berfungsi

Pada arus pengenal tinggi, sulit untuk beroperasi dengan sepasang kontak (bertindak sebagai operasi dan kontak busur), oleh karena itu kontak operasi disediakan di luar pemutus dan kontak busur berada di dalam tangki logam. Pada arus putus tinggi, ada dua pemutusan lengkung untuk setiap kutub. Menurut skema ini, sakelar seri MGG dan MG dibuat untuk voltase hingga 20 kV.Kontak operasi eksternal besar-besaran 4 memungkinkan pemutus sirkuit dirancang untuk arus pengenal tinggi (hingga 9500 A). Untuk tegangan 35 kV ke atas, badan sakelar terbuat dari porselen, seri VMK adalah sakelar kolom dengan oli rendah). Pada pemutus sirkuit otomatis 35, 110 kV, disediakan satu interupsi per tiang, pada tegangan tinggi - dua atau lebih interupsi.

Kerugian dari sakelar rendah oli: risiko ledakan dan kebakaran, meskipun jauh lebih kecil daripada sakelar tangki; ketidakmampuan untuk menerapkan penutupan otomatis berkecepatan tinggi; kebutuhan untuk kontrol berkala, pengisian ulang, penggantian oli yang relatif sering di tangki busur; kesulitan memasang transformator arus bawaan; kapasitas putus relatif rendah.

Bidang penerapan pemutus sirkuit rendah minyak adalah gardu tertutup pembangkit listrik dan gardu induk 6, 10, 20, 35 dan 110 kV, gardu lengkap 6, 10 dan 35 kV dan gardu terbuka 35 dan 110 kV.

Lihat di sini untuk detail lebih lanjut: Jenis sakelar oli

Sakelar udara

Pemutus sirkuit udara untuk tegangan 35 kV ke atas dirancang untuk memutus arus hubung singkat yang besar. Udara dihidupkan bertegangan 15 kV digunakan pada pembangkit listrik sebagai generator. Keunggulannya: respons cepat, kapasitas pemutusan tinggi, pembakaran kontak yang tidak signifikan, kurangnya busing yang mahal dan tidak cukup andal, keamanan kebakaran, bobot yang lebih ringan dibandingkan dengan sakelar oli di dalam tangki. Kerugian: adanya ekonomi udara yang rumit, bahaya ledakan, kurangnya trafo arus bawaan, kerumitan perangkat dan operasi.

Pada sakelar udara, busur dipadamkan dengan udara terkompresi pada tekanan 2-4 MPa, dan isolasi bagian aktif dan perangkat pemadam busur dibuat dengan porselen atau bahan isolasi padat lainnya. Skema desain sakelar udara berbeda dan bergantung pada peringkat tegangannya, metode pembuatan celah isolasi antara kontak dalam posisi mati, dan metode memasok udara terkompresi ke perangkat pemadam busur.

Pemutus sirkuit berperingkat tinggi memiliki sirkuit utama dan lengkung yang mirip dengan pemutus sirkuit MG dan MGG oli rendah. Bagian utama arus dalam posisi tertutup sakelar melewati kontak utama 4, yang terletak terbuka. Saat sakelar dimatikan, kontak utama pertama kali terbuka, kemudian semua arus melewati kontak busur yang ditutup di ruang 2. Saat kontak ini terbuka, udara terkompresi dari tangki 1 dimasukkan ke dalam ruang, ledakan kuat tercipta, memadamkan busur. Hembusan bisa membujur atau melintang.

Kesenjangan isolasi yang diperlukan antara kontak dalam posisi terbuka dibuat di saluran busur dengan memisahkan kontak dengan jarak yang cukup. Sakelar yang dibuat sesuai dengan proyek dengan pemisah terbuka diproduksi untuk pemasangan di dalam ruangan untuk voltase 15 dan 20 kV dan arus hingga 20.000 A (seri VVG). Dengan sakelar jenis ini, setelah melepas pemisah 5, pasokan udara terkompresi ke bilik dihentikan dan kontak lengkung ditutup.

Diagram konstruksi sakelar udara 1 — tangki untuk udara terkompresi; 2 — saluran busur; 3 — resistor shunting; 4 — kontak utama; 5 — pemisah; 6 — pembagi tegangan kapasitif untuk 110 kV — dua pemutusan per fasa (d)

Pada pemutus sirkuit udara untuk instalasi terbuka untuk tegangan 35 kV (VV-35), cukup untuk memiliki satu interupsi per fasa.

Pada sakelar dengan tegangan 110 kV atau lebih, setelah busur padam, kontak pemisah 5 terbuka dan ruang pemisah tetap penuh dengan udara terkompresi sepanjang waktu dalam posisi mati. Dalam hal ini, udara terkompresi tidak disuplai ke saluran busur dan kontak di dalamnya ditutup.

Pemutus sirkuit seri VV untuk tegangan hingga 500 kV dibuat sesuai dengan skema desain ini. Semakin tinggi tegangan pengenal dan semakin tinggi daya pembatas, semakin banyak interupsi yang harus ada di saluran busur dan di pemisah.

Pemutus sirkuit berisi udara dari seri VVB dibuat sesuai dengan skema desain pada Gambar., D. Tegangan modul VVB adalah 110 kV pada tekanan udara terkompresi di ruang pemadam api 2 MPa. Tegangan pengenal modul pemutus sirkuit VVBK (modul besar) adalah 220 kV dan tekanan udara di ruang pemadam adalah 4 MPa. Pemutus sirkuit seri VNV memiliki skema desain yang serupa: modul dengan tegangan 220 kV pada tekanan 4 MPa.

Untuk pemutus sirkuit seri VVB, jumlah peluncuran busur (modul) tergantung pada voltase (110 kV — satu; 220 kV — dua; 330 kV — empat; 500 kV — enam; 750 kV — delapan), dan untuk besar modul pemutus sirkuit (VVBK, VNV), modul dengan angka masing-masing dua kali lebih sedikit.

Pemutus sirkuit SF6

Gas SF6 (SF6 — sulfur heksafluorida) adalah gas inert dengan kerapatan 5 kali lebih besar daripada udara. Kekuatan listrik gas SF6 2-3 kali lebih tinggi dari kekuatan udara; pada tekanan 0,2 MPa, kekuatan dielektrik gas SF6 sebanding dengan minyak bumi.

Dalam gas SF6 pada tekanan atmosfer, busur dapat dipadamkan dengan arus 100 kali lebih tinggi dari arus terputus di udara dalam kondisi yang sama. Kemampuan luar biasa gas SF6 untuk memadamkan busur dijelaskan oleh fakta bahwa molekulnya menangkap elektron kolom busur dan membentuk ion negatif yang relatif tidak bergerak. Hilangnya elektron membuat busur tidak stabil dan mudah padam. Dalam aliran gas SF6, yaitu selama pengaliran gas, penyerapan elektron dari kolom busur bahkan lebih intens.

Pemutus sirkuit SF6 menggunakan perangkat pemadam busur otomatis (auto-compressing) di mana gas dikompresi oleh perangkat piston selama tersandung dan diarahkan ke area busur. Pemutus sirkuit SF6 adalah sistem tertutup tanpa emisi gas ke luar.

Saat ini, pemutus sirkuit SF6 digunakan untuk semua kelas tegangan (6-750 kV) pada tekanan 0,15 — 0,6 MPa. Peningkatan tekanan digunakan untuk sakelar dengan kelas tegangan yang lebih tinggi. Pemutus sirkuit SF6 dari perusahaan asing berikut telah membuktikan diri dengan baik: ALSTOM; SIEMENS; Merlin Guerin dan lainnya. Produksi pemutus sirkuit SF6 modern PO «Uralelectrotyazmash» dikuasai: pemutus sirkuit tangki seri VEB, VGB, dan sakelar kolom seri VGT, VGU.

Sebagai contoh, pertimbangkan desain pemutus sirkuit LF 6-10 kV oleh Merlin Gerin.

Model pemutus sirkuit dasar terdiri dari elemen-elemen berikut:

— badan pemutus sirkuit, di mana ketiga kutub berada, mewakili "bejana tekan", diisi dengan gas SF6 pada tekanan berlebih rendah (0,15 MPa atau 1,5 atm);

— tipe penggerak mekanis RI;

— panel depan aktuator dengan pegangan pemuatan pegas manual dan indikator status pegas dan pemutus sirkuit;

— bantalan kontak untuk catu daya tegangan tinggi;

— konektor multi-pin untuk menghubungkan sirkuit switching sekunder.

Pemutus sirkuit vakum

Kekuatan dielektrik vakum secara signifikan lebih tinggi daripada media lain yang digunakan dalam pemutus sirkuit. Ini dijelaskan oleh peningkatan jalur bebas rata-rata elektron, atom, ion, dan molekul dengan penurunan tekanan. Dalam ruang hampa, jalur bebas rata-rata partikel melebihi dimensi ruang vakum.

Kekuatan dielektrik pemulihan celah 1/4" setelah 1600 A pemutusan arus dalam ruang hampa dan berbagai gas pada tekanan atmosfer

Dalam kondisi ini, tumbukan partikel pada dinding bilik lebih sering terjadi daripada tumbukan partikel ke partikel. Gambar tersebut menunjukkan ketergantungan tegangan tembus vakum dan udara pada jarak antar elektroda dengan diameter 3/8 « tungsten. Dengan kekuatan dielektrik yang tinggi, jarak antar kontak bisa sangat kecil (2 — 2,5 cm ), sehingga dimensi ruang juga bisa relatif kecil...

Proses pemulihan kekuatan listrik dari celah antara kontak saat arus mati terjadi dalam ruang hampa jauh lebih cepat daripada dalam gas.Tingkat vakum (tekanan gas sisa) dalam saluran busur industri modern biasanya Pa. Sesuai dengan teori kekuatan listrik gas, sifat isolasi yang diperlukan dari celah vakum juga dicapai pada tingkat vakum yang lebih rendah (dari urutan Pa), tetapi untuk tingkat teknologi vakum saat ini, pembuatan dan pemeliharaan Tingkat PA sepanjang hidup ruang vakum tidak menjadi masalah.Ini memberi ruang vakum cadangan kekuatan listrik untuk seluruh masa pakai (20-30 tahun).

Desain khas pemutus sirkuit vakum ditunjukkan pada gambar.

Diagram blok dari pemutus vakum

Desain ruang vakum terdiri dari sepasang kontak (4; 5), salah satunya dapat digerakkan (5), tertutup dalam cangkang kedap vakum yang dilas oleh isolator keramik atau kaca (3; 7), logam atas dan bawah penutup (2; 8) ) dan pelindung logam (6). Pergerakan kontak bergerak relatif terhadap kontak tetap dipastikan melalui selongsong (9). Kabel kamera (1; 10) digunakan untuk menghubungkannya ke sirkuit sakelar utama.

Perlu dicatat bahwa hanya logam tahan vakum khusus, dimurnikan dari gas terlarut, tembaga dan paduan khusus, serta keramik khusus yang digunakan untuk pembuatan rumah ruang vakum. Kontak ruang vakum terbuat dari komposisi logam-keramik (sebagai aturan, itu adalah tembaga-kromium dengan rasio 50% -50% atau 70% -30%), yang memberikan kapasitas pemutusan tinggi, ketahanan aus dan mencegah munculnya titik las pada permukaan kontak. Insulator keramik silinder, bersama dengan celah vakum pada kontak terbuka, memberikan isolasi antara terminal ruang saat sakelar dimatikan.

Tavrida-electric telah merilis pemutus sirkuit vakum desain baru dengan kunci magnet. Desainnya didasarkan pada prinsip menyelaraskan elektromagnet penggerak dan pemutus vakum di setiap kutub pemutus.

Sakelar ditutup dalam urutan berikut.

Pada keadaan awal, kontak ruang pemutus vakum terbuka karena aksi pegas penutup 7 pada mereka melalui isolator tarik 5. Ketika tegangan polaritas positif diterapkan ke kumparan 9 elektromagnet, fluks magnet terakumulasi di celah sistem magnetik.

Pada saat gaya tekan angker yang diciptakan oleh fluks magnet melebihi gaya pegas penghenti 7, angker 11 dari elektromagnet, bersama dengan isolator traksi 5 dan kontak bergerak 3 dari ruang vakum, mulai bergerak up, menekan pegas untuk berhenti. Dalam hal ini, motor-EMF terjadi pada belitan, yang mencegah peningkatan arus lebih lanjut dan bahkan menguranginya.

Dalam proses pergerakan, angker memperoleh kecepatan sekitar 1 m / s, yang menghindari kerusakan awal saat dinyalakan dan menghilangkan pantulan kontak VDK. Ketika kontak ruang vakum ditutup, celah kompresi tambahan 2 mm tetap ada di sistem magnetik. Kecepatan angker turun tajam, karena ia juga harus mengatasi gaya pegas dari beban awal tambahan kontak 6. Namun, di bawah pengaruh gaya yang diciptakan oleh fluks magnet dan inersia, angker 11 terus bergerak ke atas, mengompresi pegas untuk stop 7 dan pegas tambahan untuk preloading kontak 6.

Pada saat penutupan sistem magnetis, angker bersentuhan dengan penutup atas penggerak 8 dan berhenti. Setelah proses penutupan, arus ke drive coil dimatikan. Sakelar tetap dalam posisi tertutup karena sisa induksi yang dihasilkan oleh cincin magnet permanen 10, yang menahan angker 11 dalam posisi ditarik ke penutup atas 8 tanpa suplai arus tambahan.

Untuk membuka sakelar, tegangan negatif harus diterapkan ke terminal koil.

Saat ini, pemutus sirkuit vakum telah menjadi perangkat dominan untuk jaringan listrik dengan tegangan 6-36 kV. Dengan demikian, pangsa pemutus sirkuit vakum dalam jumlah total perangkat yang diproduksi di Eropa dan AS mencapai 70%, di Jepang - 100%. Di Rusia, dalam beberapa tahun terakhir, pangsa ini memiliki tren kenaikan yang konstan, dan pada tahun 1997 melebihi angka 50%. Keuntungan utama bahan peledak (dibandingkan dengan sakelar minyak dan gas) yang menentukan pertumbuhan pangsa pasarnya adalah:

— keandalan yang lebih tinggi;

- biaya perawatan yang lebih rendah.
Lihat juga: Pemutus Sirkuit Vakum Tegangan Tinggi — Desain dan Prinsip Operasi