Disjuntores a vácuo de alta tensão - Projeto e princípio de operação

Entre os modernos equipamentos de alta tensão projetados para comutar circuitos elétricos em eletricidade, um lugar especial é alocado para disjuntores a vácuo. Eles são amplamente utilizados em redes de 6 a 35 kV e menos frequentemente em esquemas de 110 ou 220 kV inclusive.

Sua corrente de interrupção nominal pode ser de 20 a 40 kA, e sua resistência eletrodinâmica é de cerca de 50 ÷ 100. O tempo total de disparo de tal disjuntor ou falha é de cerca de 45 milissegundos.

Cada fase do circuito é separada de forma confiável por isoladores e, ao mesmo tempo, todo o equipamento é montado estruturalmente em um acionamento comum. Os barramentos da subestação são conectados aos terminais de entrada da chave e a conexão de saída aos terminais de saída.

Os contatos de energia operam dentro do disjuntor a vácuo que são pressionados juntos para fornecer resistência de contato mínima e passagem confiável de cargas e correntes de emergência.

A parte superior do sistema de contato é permanentemente fixa e a parte inferior sob a ação da força motriz é capaz de se mover estritamente na direção axial.

A figura mostra que as placas de contato estão localizadas em uma câmara de vácuo e são acionadas por hastes controladas pelas forças de tensão das molas e bobinas dos eletroímãs. Toda essa estrutura está localizada dentro de um sistema de isoladores, excluindo a ocorrência de correntes de fuga.

As paredes da câmara de vácuo são feitas de metais purificados, ligas e composições especiais de cerâmica que garantem a hermeticidade do ambiente de trabalho por várias décadas. Para excluir a entrada de ar durante os movimentos do contato móvel, um dispositivo de manga é instalado.

A armadura de um eletroímã DC pode se mover para fechar os contatos de energia ou quebrá-los devido a uma mudança na polaridade da tensão aplicada à bobina. Um ímã circular permanente embutido na estrutura de acionamento mantém a parte móvel em qualquer posição acionada.

O sistema de molas garante a criação de velocidades ótimas de movimento da armadura durante as comutações, exclusão de ressalto de contato e possibilidade de colapsos na estrutura da parede.

Os circuitos cinemáticos e elétricos com um eixo de sincronização e contatos auxiliares adicionais são montados dentro do corpo da chave, proporcionando a capacidade de monitorar e controlar a posição da chave em qualquer estado.

Encontro

Em termos de tarefas funcionais, o quebra-vácuo não difere de outros análogos de equipamentos de alta tensão. Fornece:

1.Passagem confiável de energia elétrica nominal durante a operação contínua;

2. a possibilidade de comutação garantida do equipamento pelo pessoal elétrico em modo manual ou automático durante a comutação operacional para alterar a configuração do circuito de trabalho;

3. remoção automática de acidentes emergentes no menor tempo possível.

A principal diferença entre o disjuntor a vácuo é o método de extinção do arco elétrico que ocorre quando os contatos são desconectados durante o desligamento. Se seus análogos criam um ambiente para ar comprimido, óleo ou gás SF6, o vácuo funciona aqui.

O princípio da extinção do arco no circuito de potência

Ambas as placas de contato operam em um ambiente de vácuo formado pelo bombeamento de gases do vaso do chute de arco para 10-6÷10-8 N / cm2. Isso cria uma alta rigidez dielétrica caracterizada por propriedades dielétricas aprimoradas.

Com o início do movimento a partir do acionamento dos contatos, surge um vão entre eles, que contém imediatamente um vácuo. Dentro dela, inicia-se o processo de evaporação do metal aquecido das pastilhas de contato. A corrente de carga continua a fluir através desses pares. Inicia a formação de descargas elétricas adicionais, criando um arco em ambiente de vácuo, que continua a se desenvolver devido à evaporação e liberação de vapores metálicos.

Sob a ação da diferença de potencial aplicada, os íons formados se movem em uma determinada direção, criando um plasma.

Em seu ambiente, o fluxo de corrente elétrica continua, ocorre mais ionização.

Como a chave opera com corrente alternada, sua direção durante cada meio ciclo é invertida.Quando a onda senoidal cruza zero, não há corrente. Devido a isso, o arco é abruptamente extinto e quebrado, e os íons metálicos rejeitados param de se separar e em 7 a 10 microssegundos se estabelecem completamente nas superfícies de contato mais próximas ou em outras partes da câmara de extinção do arco.

Nesse ponto, a rigidez dielétrica da folga entre os contatos de potência, preenchida com vácuo, é restaurada quase imediatamente, o que garante o desligamento final da corrente de carga. No próximo meio ciclo da onda senoidal, o arco elétrico não pode mais ocorrer.

Assim, para cessar a ação de um arco elétrico em ambiente de vácuo, ao abrir os contatos de potência, basta que a corrente alternada mude de direção.

Características tecnológicas de diferentes modelos

Os disjuntores a vácuo são projetados para operação contínua ao ar livre ou em estruturas fechadas. As unidades de montagem externas são feitas com postes sólidos feitos com isolamento de silicone, e para o trabalho interno são usados ​​compostos epóxi fundidos.

As câmaras de vácuo são fabricadas móveis na fábrica, configuradas de forma ideal para instalação em um invólucro moldado. Contatos de energia feitos de tipos especiais de ligas já são colocados dentro deles. Eles, graças ao princípio de operação e design aplicados, fornecem extinção suave do arco elétrico, excluem a possibilidade de sobretensão no circuito.

Um atuador eletromagnético universal é usado em todos os projetos de disjuntores a vácuo. Mantém os contatos de energia no estado fechado ou desligado devido à energia de ímãs poderosos.

A comutação e fixação do sistema de contato é realizada pela posição da «trava magnética», que comuta a cadeia de ímãs para reconectar ou desconectar a armadura móvel. Os elementos de mola embutidos permitem a comutação manual pelo pessoal elétrico.

Para controlar a operação do interruptor a vácuo, circuitos de relé típicos ou eletrônicos, unidades de microprocessador, que podem estar localizados diretamente na carcaça do inversor ou feitos a partir de dispositivos remotos em gabinetes, blocos ou painéis separados.

Vantagens e desvantagens dos disjuntores a vácuo

Os benefícios incluem:

• relativa simplicidade de projeto;

• redução do consumo de eletricidade para a produção de interruptores;

• comodidade no reparo, que consiste na possibilidade de substituição do bloco de um chute de arco quebrado;

• a capacidade do interruptor de operar em qualquer orientação no espaço;

• alta fiabilidade;

• maior resistência a cargas de comutação;

• tamanhos limitados;

• resistência ao fogo e explosão;

• operação silenciosa ao alternar;

• alta compatibilidade ambiental, exceto pela poluição atmosférica.

As desvantagens do projeto são:

• correntes permissíveis relativamente baixas dos modos nominal e de emergência;

• a ocorrência de surtos de comutação durante interrupções de baixas correntes indutivas;

• recurso reduzido do dispositivo de arco em termos de eliminação de correntes de curto-circuito.