Introdução ao esquema de extinção de arco paralelo de interruptores de carga a vácuo sem SF6 na unidade principal de MVRing

Quando o circuito de alta tensão é desconectado, a tensão quebra o ar para produzir gases livres de alta temperatura e alta condutividade, que aparecem como faíscas instantâneas de alta temperatura, que são arcos.

O dano causado pelo arco voltaico é muito alto: o arco gera alta temperatura, que ablaciona a superfície do contato e queima o material isolante. Os dois contatos originalmente desconectados formam uma corrente devido à presença do arco voltaico, o que prolonga o tempo para a chave desconectar o circuito e agrava os danos causados por curtos-circuitos no sistema elétrico. Arcos voltaicos podem causar incêndios ou até explosões.

Portanto, a extinção de arco tornou-se um elo importante em equipamentos elétricos de alta tensão. Tomemos como exemplo a unidade principal em anel. Ela precisa completar a comutação de circuitos de alta tensão e deve ser instalada em áreas densamente povoadas, como aeroportos e áreas residenciais. Sua segurança deve ser garantida.

Para eliminar arcos, os métodos tradicionais incluem principalmente as seguintes ideias:

1. Solte o Valtura.

Falando em redução de tensão, algumas pessoas esperam reduzir diretamente a tensão no circuito, mas isso obviamente não é possível. Afinal, o que o equipamento precisa fazer é completar a desconexão do circuito durante a transmissão de alta tensão. Ele nem sempre pode mudar a transmissão de alta tensão para transmissão de baixa tensão. A queda de tensão aqui é a tensão no momento em que o contato de queda é desconectado! Sabemos que U = IR, quando o contato é desconectado, R aumentará instantaneamente. Se quisermos minimizar U, devemos garantir que a corrente que flui através do contato seja mínima no momento em que o contato é desconectado. Observe também que, em circuitos CA, os cruzamentos por zero de corrente e tensão geralmente não são sincronizados, dependendo do tipo de carga.

Para minimizar a tensão no contato quando este estiver aberto, certifique-se de que a ação ocorra quando a corrente cruzar zero. Portanto, idealmente, I é exatamente 0, U = IR = 0, portanto, nenhum arco ocorrerá. Mas este não é o caso. Essa ideia é complexa. A dificuldade reside no fato de que uma estrutura mecânica deve operar com precisão em uma corrente de 50 Hz. Comparado às rápidas variações de corrente (50 Hz), os contatos mecânicos se movem muito lentamente. Mais importante ainda, a diferença de tempo entre as duas ações também é diferente! Desta vez, você o aciona, ele se desconecta após 15 ms e, na próxima vez, ele se desconecta após 22 ms. Essa faixa de jitter é muito importante sob a corrente de 50 Hz.

2. Ar Bseguindo para Eextinguir o Arc.

Após a geração do arco, ele pode ser extinto por sopro de ar, o que costumamos chamar de sopro de arco. O sopro de arco utiliza o fluxo de ar para atuar sobre o arco, o que pode resfriá-lo efetivamente, aumentar a pressão na zona do arco e remover o gás livre residual, proporcionando um bom desempenho na extinção do arco. O método de sopro de arco pode ser horizontal ou vertical.

Além disso, algumas grades podem ser adicionadas ao redor da parte onde o arco é gerado, para que ele possa ser cortado. Isso ajuda a extinguir o arco rapidamente.

É claro que extinguir o arco não se trata de encontrar alguém para soprar. O fluxo de ar gerado pela ação de contato pode ser usado para completar a operação de sopro do arco.

Em circunstâncias normais, a maioria dos métodos de sopro de arco é utilizada. Afinal, o custo de implementação desse método não é alto. Por exemplo, diversas câmaras de extinção de arco possuem mecanismos e grades de sopro de arco.

3. Substituir o Media.

Se substituirmos o meio por um com melhores propriedades isolantes e interrompermos o circuito nesse meio, o arco pode ser reduzido. A solução mais fácil de se pensar é o vácuo. O efeito de extinção do arco do interruptor a vácuo é muito bom, mas o custo do vácuo é alto e sua vida útil é curta.

O meio mais utilizado atualmente é o hexafluoreto de enxofre (SF6). Trata-se de um gás sintético sintetizado há 100 anos por dois químicos franceses, Moissan e Lebeau.

O hexafluoreto de enxofre possui as seguintes características:

A alta condutividade térmica permite dissipar rapidamente a temperatura do arco. É incolor, inodoro, atóxico, possui propriedades químicas estáveis e não é propenso a reações químicas à temperatura ambiente. Portanto, o hexafluoreto de enxofre é amplamente utilizado na indústria de energia como isolante e meio de interrupção para equipamentos elétricos de média e alta tensão. No entanto, o hexafluoreto de enxofre é um gás de efeito estufa e tem um potencial de aquecimento global (PAG) de 23.500, o que significa que 1 quilo de hexafluoreto de enxofre tem o mesmo impacto que 23.500 quilos de dióxido de carbono. Isso é muito grave.

Existem soluções que sejam seguras, ecológicas e tenham uma vida útil longa?

4. Paralelo Vacuum EUinterrompendo (SVI) Ssolução.

Esta é uma solução mais segura e ecologicamente correta, proposta pela primeira vez pela Schneider Electric e utilizada em unidades principais de anel. A solução de interrupção a vácuo paralela consiste em uma câmara de extinção de arco a vácuo e um interruptor de isolamento no ar, que realiza a operação comum de um interruptor de três estações com um pequeno número de peças e baixo custo.

Vamos tomar a solução da Schneider Electric como exemplo para introduzir o princípio do SVI.

Quando os contatos móveis se movem, a corrente é transferida dos contatos estacionários para o interruptor a vácuo. Deve-se notar que, no momento em que o contato móvel e o contato estático são separados, como os contatos estão no mesmo potencial, não ocorrerá arco.

A corrente então passa pelo interruptor a vácuo na posição fechada. Em seguida, acionada pelo contato móvel, a haste giratória gira e aciona o interruptor a vácuo para abrir e fechar.

Quando a interrupção de corrente é concluída, o contato móvel libera a haste pivô e continua a girar até a posição de isolamento. Sob a ação da mola de amortecimento, a haste pivô retorna à sua posição original, fechando assim o interruptor a vácuo.

Esta solução pode reduzir o tamanho e o custo do interruptor a vácuo. Como o interruptor a vácuo funciona apenas na fase de interrupção, ele suportará a tensão de recuperação transitória durante a interrupção, mas não precisa ter capacidade de fechamento em curto-circuito, capacidade de suportar corrente de curto prazo e capacidade de suportar corrente contínua. Durante a fase de fechamento, a corrente não passa pelo interruptor a vácuo. Além disso, durante a fase de interrupção, o tempo para a corrente fluir através do interruptor a vácuo é de apenas alguns milímetros.

No estado de isolamento, os contatos móveis e os contatos estacionários são isolados no ar seco.

Como meio de isolamento, o ar seco tem as seguintes vantagens:

Não tóxico e seguro para os operadores. Você pode ter certeza de que o equipamento será instalado perto de locais públicos sem se preocupar com vazamentos de gases tóxicos.

Não polui, substitui o hexafluoreto de enxofre e evita o efeito estufa.

Fácil de usar. Quando o equipamento é descartado, o gás não precisa passar por um processo complexo de recuperação e pode ser liberado diretamente.

Pode-se observar que a interrupção paralela do vácuo tem vantagens e provavelmente substituirá a solução de hexafluoreto de enxofre.

Além disso, constatamos que todo o processo foi operado da mesma forma que o interruptor de hexafluoreto de enxofre de três posições atualmente utilizado: uma operação para realizar a interrupção/isolamento e a segunda operação para obter o aterramento. Até mesmo a solução de unidade principal em anel da Schneider Electric possui a mesma área que o interruptor de hexafluoreto de enxofre, e até mesmo a altura das barras de cobre e das juntas dos cabos permanece inalterada. Ela pode ser facilmente modificada, e o esquema original de hexafluoreto de enxofre foi transformado em um novo esquema. Portanto, é uma solução mais ecológica e segura.