Introduzione allo schema di estinzione dell'arco parallelo degli interruttori di carico sotto vuoto senza SF6 nell'unità principale MVRing

Quando il circuito ad alta tensione viene scollegato, la tensione scompone l'aria producendo gas liberi ad alta temperatura e alta conduttività, che si presentano come scintille istantanee ad alta temperatura, ovvero archi.

Il danno da arco elettrico è molto elevato: l'arco genera temperature elevate, che abradono la superficie del contatto e bruciano il materiale isolante. I due contatti inizialmente scollegati hanno formato una corrente a causa della presenza dell'arco, prolungando il tempo di disconnessione del circuito da parte dell'interruttore e aggravando i danni causati da cortocircuiti nel sistema di alimentazione. Gli archi elettrici possono causare incendi o persino esplosioni.

Pertanto, l'estinzione dell'arco elettrico è diventata un elemento fondamentale nelle apparecchiature elettriche ad alta tensione. Prendiamo ad esempio l'unità principale ad anello. Deve completare la commutazione dei circuiti ad alta tensione e deve essere installata in aree densamente popolate come aeroporti e zone residenziali. La sua sicurezza deve essere garantita.

Per eliminare gli archi, i metodi tradizionali includono principalmente le seguenti idee:

1. Lascia cadere il Vtensione.

A proposito di riduzione della tensione, alcuni sperano di ridurre direttamente la tensione nel circuito, ma questo ovviamente non è possibile. Dopotutto, ciò che l'apparecchiatura deve fare è completare la disconnessione del circuito durante la trasmissione ad alta tensione. Non può sempre convertire la trasmissione ad alta tensione in trasmissione a bassa tensione. La tensione di caduta in questo caso è la tensione al momento in cui il contatto di caduta viene scollegato! Sappiamo che U = IR, quando il contatto viene scollegato, R aumenta istantaneamente. Se vogliamo minimizzare U, dobbiamo assicurarci che la corrente che scorre attraverso il contatto sia minima nel momento in cui il contatto viene scollegato. Si noti inoltre che nei circuiti CA, i passaggi per lo zero di corrente e tensione spesso non sono sincronizzati, a seconda del tipo di carico.

Per ridurre al minimo la tensione sul contatto quando è aperto, assicurarsi che l'azione si verifichi quando la corrente attraversa lo zero. Quindi, idealmente, I è esattamente 0, U = IR = 0, quindi non si verificherà alcun arco. Ma non è così. Questa idea è complessa. La difficoltà sta nel fatto che una struttura meccanica deve funzionare con precisione con una corrente di 50 Hz. Rispetto alle rapide variazioni di corrente (50 Hz), i contatti meccanici si muovono troppo lentamente. Ancora più importante, anche la differenza di tempo tra le due azioni è diversa! Questa volta si attiva, si disconnette dopo 15 ms e la volta successiva si disconnette dopo 22 ms. Questo intervallo di jitter è molto importante con una corrente di 50 Hz.

2. Aria Bandando a Eestinguere il UNrc.

Dopo la generazione dell'arco, l'arco può essere spento mediante soffiaggio d'aria, che è ciò che spesso chiamiamo "soffiaggio dell'arco". Il soffiaggio dell'arco utilizza il flusso d'aria per agire sull'arco, raffreddandolo efficacemente, aumentando la pressione nella zona dell'arco e rimuovendo i gas liberi residui, garantendo così buone prestazioni di spegnimento dell'arco. Il metodo di soffiaggio dell'arco può essere orizzontale o verticale.

Inoltre, è possibile aggiungere delle griglie attorno alla zona in cui viene generato l'arco, in modo da poterlo interrompere. Questo aiuta a spegnerlo rapidamente.

Naturalmente, estinguere l'arco non significa solo trovare qualcuno su cui soffiare. Il flusso d'aria generato dall'azione di contatto può essere utilizzato per completare l'operazione di soffiaggio dell'arco.

In circostanze normali, vengono utilizzati la maggior parte dei metodi di spegnimento dell'arco. Dopotutto, i costi di implementazione di questo metodo non sono elevati. Ad esempio, diverse camere di spegnimento dell'arco sono dotate di meccanismi e griglie di spegnimento dell'arco.

3. Sostituisci il Media.

Se sostituiamo il mezzo con uno con migliori proprietà isolanti e interrompiamo il circuito in questo mezzo, l'arco può essere ridotto. La soluzione più semplice a cui pensare è il vuoto. L'effetto di estinzione dell'arco di un interruttore sotto vuoto è molto buono, ma il costo del vuoto è elevato e la sua durata è breve.

Il mezzo più comunemente utilizzato oggi è l'esafluoruro di zolfo SF6. Si tratta di un gas sintetico sintetizzato 100 anni fa da due chimici francesi, Moissan e Lebeau.

L'esafluoruro di zolfo ha le seguenti caratteristiche:

L'elevata conduttività termica può dissipare rapidamente la temperatura dell'arco. È incolore, inodore, atossico, ha proprietà chimiche stabili e non è soggetto a reazioni chimiche a temperatura ambiente. Pertanto, l'esafluoruro di zolfo è ampiamente utilizzato nel settore energetico come mezzo isolante e di interruzione per apparecchiature elettriche a media e alta tensione. Tuttavia, l'esafluoruro di zolfo è un gas serra e ha un potenziale di riscaldamento globale (GWP) di 23.500, il che significa che 1 chilogrammo di esafluoruro di zolfo ha lo stesso impatto di 23.500 chilogrammi di anidride carbonica. Questo è molto grave.

Esistono soluzioni sicure, ecologiche e durature?

4. Parallelo VAcuum IOinterruzione (SVI) Ssoluzione.

Si tratta di una soluzione più sicura ed ecologica, proposta per la prima volta da Schneider Electric e utilizzata nelle unità principali ad anello. La soluzione di interruzione in vuoto parallelo consiste in una camera di spegnimento dell'arco sotto vuoto e in un sezionatore in aria, che realizza il comune funzionamento di un sezionatore a tre stazioni con un numero ridotto di componenti e un costo contenuto.

Prendiamo come esempio la soluzione di Schneider Electric per introdurre il principio SVI.

Quando i contatti mobili si muovono, la corrente viene trasferita dai contatti fissi all'interruttore sotto vuoto. È importante notare che nel momento in cui il contatto mobile e quello statico vengono separati, poiché i contatti sono allo stesso potenziale, non si verificherà alcun arco.

La corrente passa quindi attraverso l'interruttore a vuoto in posizione chiusa. Successivamente, azionata dal contatto mobile, l'asta di rotazione ruota e aziona l'interruttore a vuoto per aprirlo e chiuderlo.

Una volta completata l'interruzione di corrente, il contatto mobile rilascia l'asta di rotazione e continua a ruotare fino alla posizione di isolamento. Sotto l'azione della molla di compensazione, l'asta di rotazione torna nella posizione originale, chiudendo così l'interruttore a vuoto.

Questa soluzione può ridurre le dimensioni e il costo dell'interruttore sotto vuoto. Poiché l'interruttore sotto vuoto funziona solo nella fase di interruzione, resisterà alla tensione di ripristino transitoria durante l'interruzione, ma non è necessario che abbia capacità di chiusura in cortocircuito, capacità di tenuta a corrente di breve durata e capacità di tenuta a corrente continua. Durante la fase di chiusura, la corrente non attraversa l'interruttore sotto vuoto. Inoltre, durante la fase di interruzione, il tempo necessario alla corrente per attraversare l'interruttore sotto vuoto è di pochi millimetri.

Nello stato di isolamento, i contatti mobili e quelli fissi sono isolati in aria secca.

L'aria secca, utilizzata come mezzo di isolamento, presenta i seguenti vantaggi:

Non tossico e sicuro per gli operatori. Potete stare tranquilli: l'apparecchiatura è installata vicino a luoghi pubblici, senza il rischio di perdite di gas tossici.

Non inquina, sostituisce l'esafluoruro di zolfo ed evita l'effetto serra.

È facile da usare. Quando l'apparecchiatura viene rottamata, il gas non deve essere sottoposto a un complicato processo di recupero e può essere rilasciato direttamente.

Si può osservare che l'interruzione parallela del vuoto presenta dei vantaggi ed è probabile che sostituisca la soluzione di esafluoruro di zolfo.

Inoltre, abbiamo scoperto che l'intero processo è stato eseguito nello stesso modo dell'interruttore a esafluoruro di zolfo a tre posizioni attualmente utilizzato: una operazione per ottenere l'interruzione/isolamento e la seconda operazione per ottenere la messa a terra. Anche la soluzione dell'unità principale ad anello di Schneider Electric ha lo stesso ingombro dell'interruttore a esafluoruro di zolfo, e persino l'altezza delle barre di rame delle sbarre collettrici e dei giunti dei cavi rimane invariata. Può essere facilmente modificato e lo schema originale a esafluoruro di zolfo è stato trasformato in uno nuovo. Si tratta quindi di una soluzione più ecologica e sicura.