Überblick über die Entwicklung und Eigenschaften von Vakuum-Leistungsschaltern

[Überblick über die Entwicklung und Eigenschaften von Vakuum-Leistungsschaltern]: Vakuum-Leistungsschalter bezeichnet den Leistungsschalter, dessen Kontakte im Vakuum geschlossen und geöffnet werden.Vakuum-Leistungsschalter wurden ursprünglich von Großbritannien und den Vereinigten Staaten untersucht und dann in Japan, Deutschland, der ehemaligen Sowjetunion und anderen Ländern entwickelt.China begann ab 1959 mit der Untersuchung der Theorie des Vakuum-Leistungsschalters und produzierte offiziell in den frühen 1970er Jahren verschiedene Vakuum-Leistungsschalter

Vakuum-Leistungsschalter bezieht sich auf den Leistungsschalter, dessen Kontakte im Vakuum geschlossen und geöffnet werden.

Vakuum-Leistungsschalter wurden ursprünglich von Großbritannien und den Vereinigten Staaten untersucht und dann in Japan, Deutschland, der ehemaligen Sowjetunion und anderen Ländern entwickelt.China begann 1959 mit dem Studium der Theorie von Vakuum-Leistungsschaltern und produzierte offiziell in den frühen 1970er Jahren verschiedene Arten von Vakuum-Leistungsschaltern.Die kontinuierliche Innovation und Verbesserung von Fertigungstechnologien wie Vakuumunterbrecher, Betätigungsmechanismus und Isolationsniveau haben zu einer schnellen Entwicklung des Vakuumleistungsschalters geführt, und bei der Erforschung von großer Kapazität, Miniaturisierung, Intelligenz und Zuverlässigkeit wurden eine Reihe bedeutender Erfolge erzielt.

Mit den Vorteilen guter Lichtbogenlöscheigenschaften, geeignet für häufigen Betrieb, lange elektrische Lebensdauer, hohe Betriebszuverlässigkeit und lange wartungsfreie Zeit, wurden Vakuum-Leistungsschalter in der städtischen und ländlichen Stromnetzumwandlung, der chemischen Industrie, der Metallurgie und der Eisenbahn weit verbreitet Elektrifizierung, Bergbau und andere Industrien in Chinas Energiewirtschaft.Die Produktpalette reicht von mehreren Varianten von ZN1-ZN5 in der Vergangenheit bis hin zu Dutzenden von Modellen und Varianten jetzt.Der Nennstrom erreicht 4000 A, der Ausschaltstrom erreicht 5 OKA, sogar 63 kA, und die Spannung erreicht 35 kV.

Die Entwicklung und Eigenschaften von Vakuum-Leistungsschaltern werden anhand mehrerer Hauptaspekte betrachtet, darunter die Entwicklung des Vakuum-Unterbrechers, die Entwicklung des Betätigungsmechanismus und die Entwicklung der Isolationsstruktur.

Entwicklung und Eigenschaften von Vakuumschaltröhren

2.1Entwicklung von Vakuumschaltröhren

Die Idee, den Lichtbogen mit einem Vakuummedium zu löschen, wurde Ende des 19. Jahrhunderts vorgestellt, und die frühesten Vakuumunterbrecher wurden in den 1920er Jahren hergestellt.Aufgrund der Einschränkungen der Vakuumtechnologie, der Materialien und anderer technischer Ebenen war dies zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht praktikabel.Seit den 1950er Jahren wurden mit der Entwicklung neuer Technologien viele Probleme bei der Herstellung von Vakuumschaltröhren gelöst, und der Vakuumschalter hat allmählich das praktische Niveau erreicht.Mitte der 1950er Jahre produzierte die General Electric Company aus den Vereinigten Staaten eine Reihe von Vakuum-Leistungsschaltern mit einem Nennausschaltstrom von 12 KA.Anschließend wurde Ende der 1950er Jahre aufgrund der Entwicklung von Vakuumschaltröhren mit Quermagnetfeldkontakten der Bemessungsausschaltstrom auf 3OKA angehoben.Nach den 1970er Jahren entwickelte Toshiba Electric Company of Japan erfolgreich eine Vakuumschaltröhre mit Längsmagnetfeldkontakten, die den Nennausschaltstrom weiter auf über 5OKA erhöhte.Derzeit sind Vakuum-Leistungsschalter in 1-kV- und 35-kV-Stromverteilungssystemen weit verbreitet, und der Nennausschaltstrom kann 5OKA-100KAo erreichen.Einige Länder haben auch 72-kV-/84-kV-Vakuumschaltröhren hergestellt, aber die Anzahl ist gering.DC-Hochspannungsgenerator

In den letzten Jahren hat sich auch die Produktion von Vakuum-Leistungsschaltern in China rasant entwickelt.Gegenwärtig ist die Technologie der inländischen Vakuumschaltröhren mit der ausländischer Produkte vergleichbar.Es gibt Vakuumschaltröhren mit vertikaler und horizontaler Magnetfeldtechnik und zentraler Zündkontakttechnik.Die Kontakte aus Cu-Cr-Legierungsmaterialien haben 5OKA- und 63kAo-Vakuumschaltröhren in China erfolgreich getrennt, die ein höheres Niveau erreicht haben.Der Vakuum-Leistungsschalter kann Haushalts-Vakuumschaltröhren vollständig verwenden.

2.2Eigenschaften der Vakuumschaltröhre

Die Vakuum-Lichtbogenlöschkammer ist das Herzstück des Vakuum-Leistungsschalters.Es wird von Glas oder Keramik getragen und abgedichtet.Im Inneren befinden sich dynamische und statische Kontakte und Abschirmabdeckungen.In der Kammer herrscht Unterdruck.Der Vakuumgrad beträgt 133 × 10 Nine 133 × LOJPa, um die Lichtbogenlöschleistung und das Isolationsniveau beim Brechen sicherzustellen.Wenn der Vakuumgrad abnimmt, wird seine Bremsleistung erheblich reduziert.Daher darf die Vakuum-Lichtbogenlöschkammer keinen äußeren Kräften ausgesetzt werden und darf nicht mit den Händen gestoßen oder geschlagen werden.Es darf während des Transports und der Wartung nicht beansprucht werden.Es ist verboten, Gegenstände auf den Vakuum-Leistungsschalter zu legen, um zu verhindern, dass die Vakuum-Lichtbogenlöschkammer beim Herunterfallen beschädigt wird.Vor der Auslieferung wird der Vakuum-Leistungsschalter einer strengen Prüfung und Montage auf Parallelität unterzogen.Bei der Wartung sind alle Schrauben der Lichtbogenlöschkammer fest anzuziehen, um eine gleichmäßige Belastung zu gewährleisten.

Der Vakuum-Leistungsschalter unterbricht den Strom und löscht den Lichtbogen in der Vakuum-Lichtbogenlöschkammer.Der Vakuumleistungsschalter selbst verfügt jedoch nicht über eine Vorrichtung zur qualitativen und quantitativen Überwachung der Vakuumgradeigenschaften, sodass der Fehler der Vakuumgradreduzierung ein versteckter Fehler ist.Gleichzeitig wird die Verringerung des Vakuumgrads die Fähigkeit des Vakuumleistungsschalters, den Überstrom zu unterbrechen, ernsthaft beeinträchtigen und zu einer starken Verringerung der Lebensdauer des Leistungsschalters führen, was im Ernstfall zur Explosion des Schalters führen wird.

Zusammenfassend besteht das Hauptproblem der Vakuumschaltröhre darin, dass der Vakuumgrad verringert wird.Die Hauptgründe für die Vakuumreduzierung sind wie folgt.

(1) Der Vakuum-Leistungsschalter ist ein empfindliches Bauteil.Nach dem Verlassen des Werks kann die Fabrik für elektronische Röhren nach vielen Transportstößen, Installationsstößen, versehentlichen Kollisionen usw. Glas- oder Keramikdichtungen undicht werden.

(2) Es gibt Probleme mit dem Material oder dem Herstellungsprozess des Vakuumschalters, und nach mehreren Operationen treten Leckstellen auf.

(3) Bei Vakuum-Leistungsschaltern vom geteilten Typ, wie z. B. dem elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, wirkt sich dieser beim Betrieb aufgrund des großen Abstands des Betätigungsgestänges direkt auf die Synchronisation, das Aufprallen, den Nachlauf und andere Eigenschaften des Schalters aus, um den zu beschleunigen Reduzierung des Vakuumgrads.DC-Hochspannungsgenerator

Behandlungsmethode zur Verringerung des Vakuumgrades der Vakuumschaltröhre:

Beobachten Sie häufig den Vakuumschalter und verwenden Sie regelmäßig den Vakuumtester des Vakuumschalters, um den Vakuumgrad des Vakuumschalters zu messen, um sicherzustellen, dass der Vakuumgrad des Vakuumschalters innerhalb des angegebenen Bereichs liegt;Wenn der Vakuumgrad abnimmt, muss die Vakuumschaltröhre ausgetauscht werden, und die charakteristischen Tests wie Hub, Synchronisation und Prellen müssen gut durchgeführt werden.

3. Entwicklung des Betriebsmechanismus

Der Betriebsmechanismus ist einer der wichtigsten Aspekte zur Bewertung der Leistung von Vakuum-Leistungsschaltern.Der Hauptgrund, der die Zuverlässigkeit des Vakuum-Leistungsschalters beeinflusst, sind die mechanischen Eigenschaften des Antriebsmechanismus.Entsprechend der Entwicklung des Betätigungsmechanismus kann dieser in die folgenden Kategorien eingeteilt werden.DC-Hochspannungsgenerator

3.1Manueller Betätigungsmechanismus

Der auf direktes Schließen beruhende Antrieb wird als manueller Antrieb bezeichnet, der hauptsächlich zum Betätigen von Leistungsschaltern mit niedrigem Spannungspegel und niedrigem Nennausschaltstrom verwendet wird.Der manuelle Mechanismus wurde selten in Energieabteilungen im Freien verwendet, mit Ausnahme von Industrie- und Bergbauunternehmen.Der Handantrieb ist einfach aufgebaut, benötigt keine aufwendigen Zusatzeinrichtungen und hat den Nachteil, dass er nicht selbsttätig wieder einschalten kann und nur vor Ort bedienbar ist, was nicht sicher genug ist.Daher wurde der Handantrieb nahezu durch den Federantrieb mit Handkraftspeicher ersetzt.

3.2Elektromagnetischer Betätigungsmechanismus

Der durch elektromagnetische Kraft geschlossene Antrieb wird als elektromagnetischer Antrieb d bezeichnet.Der CD17-Mechanismus wurde in Abstimmung mit einheimischen ZN28-12-Produkten entwickelt.Im Aufbau ist es auch vor und hinter der Vakuumschaltröhre angeordnet.

Die Vorteile des elektromagnetischen Betätigungsmechanismus sind einfacher Mechanismus, zuverlässiger Betrieb und niedrige Herstellungskosten.Die Nachteile sind, dass die Stromaufnahme der Einschaltspule zu groß ist und vorbereitet werden muss [Überblick über die Entwicklung und Eigenschaften des Vakuum-Leistungsschalters]: Der Vakuum-Leistungsschalter bezeichnet den Leistungsschalter, dessen Kontakte geschlossen und geöffnet werden im Vakuum.Vakuum-Leistungsschalter wurden ursprünglich von Großbritannien und den Vereinigten Staaten untersucht und dann in Japan, Deutschland, der ehemaligen Sowjetunion und anderen Ländern entwickelt.China begann ab 1959 mit der Untersuchung der Theorie des Vakuum-Leistungsschalters und produzierte offiziell in den frühen 1970er Jahren verschiedene Vakuum-Leistungsschalter

Teure Batterien, großer Schließstrom, sperrige Struktur, lange Betriebszeit und allmählich verringerter Marktanteil.

3.3Federantrieb DC-Hochspannungsgenerator

Der Federantriebsmechanismus nutzt die gespeicherte Federenergie als Kraft, um den Schalter zum Schließen zu veranlassen.Es kann durch Arbeitskraft oder Wechselstrom- und Gleichstrommotoren mit geringer Leistung angetrieben werden, sodass die Schließkraft grundsätzlich nicht durch externe Faktoren (wie Stromversorgungsspannung, Luftdruck der Luftquelle, Hydraulikdruck der Hydraulikdruckquelle) beeinflusst wird, die nicht nur können hohe Schließgeschwindigkeit erreichen, aber auch schnellen automatischen wiederholten Schließvorgang realisieren;Außerdem hat der Federbetätigungsmechanismus verglichen mit dem elektromagnetischen Betätigungsmechanismus niedrige Kosten und einen niedrigen Preis.Es ist der am häufigsten verwendete Antriebsmechanismus im Vakuum-Leistungsschalter, und seine Hersteller sind auch mehr, die sich ständig verbessern.Typisch sind CT17- und CT19-Mechanismen, bei denen ZN28-17, VS1 und VGl zum Einsatz kommen.

Im Allgemeinen hat der Federbetätigungsmechanismus Hunderte von Teilen, und der Übertragungsmechanismus ist relativ komplex, mit einer hohen Ausfallrate, vielen beweglichen Teilen und hohen Anforderungen an den Herstellungsprozess.Außerdem ist die Struktur des Federbetätigungsmechanismus komplex, und es gibt viele Gleitreibungsoberflächen, und die meisten von ihnen befinden sich in Schlüsselteilen.Verschleiß und Korrosion dieser Teile sowie der Verlust und das Aushärten von Schmiermitteln führen im Dauerbetrieb zu Betriebsstörungen.Es gibt hauptsächlich die folgenden Mängel.

(1) Der Leistungsschalter verweigert den Betrieb, d. h. er sendet ein Betriebssignal an den Leistungsschalter, ohne zu schließen oder zu öffnen.

(2) Der Schalter kann nicht geschlossen werden oder wird nach dem Schließen getrennt.

(3) Im Falle eines Unfalls können der Relaisschutz und der Leistungsschalter nicht getrennt werden.

(4) Brennen Sie die Einschaltspule aus.

Fehlerursachenanalyse des Antriebs:

Der Leistungsschalter weigert sich zu arbeiten, was durch Spannungsabfall oder Unterspannung der Betriebsspannung, die Unterbrechung des Arbeitsstromkreises, die Unterbrechung der Einschaltspule oder der Ausschaltspule und den schlechten Kontakt der Hilfsschalterkontakte verursacht werden kann auf dem Mechanismus.

Der Schalter kann nicht geschlossen werden oder wird nach dem Schließen geöffnet, was durch Unterspannung der Betriebsstromversorgung, zu großen Kontaktweg des beweglichen Kontakts des Leistungsschalters, Unterbrechung des Verriegelungskontakts des Hilfsschalters und zu kleine Höhe verursacht werden kann Verbindung zwischen der Halbwelle des Betätigungsmechanismus und der Sperrklinke;

Während des Unfalls konnten die Relaisschutzwirkung und der Leistungsschalter nicht getrennt werden.Es kann sein, dass es Fremdkörper im Öffnungseisenkern gibt, die den Eisenkern daran gehindert haben, flexibel zu wirken, die Öffnungsauslösehalbwelle konnte sich nicht flexibel drehen und der Öffnungsbetriebsschaltkreis wurde getrennt.

Mögliche Gründe für das Durchbrennen der Einschaltspule sind: Das DC-Schütz kann nach dem Schließen nicht getrennt werden, der Hilfsschalter dreht sich nach dem Schließen nicht in die Öffnungsstellung und der Hilfsschalter ist locker.

3.4Permanentmagnet-Mechanismus

Der Permanentmagnetmechanismus verwendet ein neues Arbeitsprinzip, um den elektromagnetischen Mechanismus organisch mit dem Permanentmagneten zu kombinieren und die nachteiligen Faktoren zu vermeiden, die durch mechanisches Auslösen in der Schließ- und Öffnungsposition und im Verriegelungssystem verursacht werden.Die vom Permanentmagneten erzeugte Haltekraft kann den Vakuum-Leistungsschalter in der Schließ- und Öffnungsstellung halten, wenn mechanische Energie benötigt wird.Er ist mit einer Steuerung ausgestattet, um alle vom Vakuum-Leistungsschalter geforderten Funktionen zu realisieren.Es kann hauptsächlich in zwei Typen unterteilt werden: monostabiler permanentmagnetischer Aktuator und bistabiler permanentmagnetischer Aktuator.Das Arbeitsprinzip des bistabilen permanentmagnetischen Aktuators besteht darin, dass das Öffnen und Schließen des Aktuators von der permanentmagnetischen Kraft abhängt;Das Funktionsprinzip des monostabilen Permanentmagnetantriebs ist es, mit Hilfe der Energiespeicherfeder schnell zu öffnen und die Öffnungsposition zu halten.Nur das Schließen kann die permanente Magnetkraft halten.Das Hauptprodukt von Trede Electric ist der monostabile Permanentmagnet-Aktuator, und die inländischen Unternehmen entwickeln hauptsächlich den bistabilen Permanentmagnet-Aktuator.

Die Struktur des bistabilen Permanentmagnetaktuators variiert, aber es gibt nur zwei Arten von Prinzipien: Doppelspulentyp (symmetrischer Typ) und Einzelspulentyp (asymmetrischer Typ).Diese beiden Strukturen werden im Folgenden kurz vorgestellt.

(1) Doppelspulen-Permanentmagnetmechanismus

Der Doppelspulen-Permanentmagnetmechanismus ist gekennzeichnet durch: Verwendung eines Permanentmagneten, um den Vakuum-Leistungsschalter jeweils in der Öffnungs- und Schließposition zu halten, Verwendung einer Erregerspule, um den Eisenkern des Mechanismus von der Öffnungsposition in die Schließposition zu drücken, und Verwendung eine weitere Erregerspule, um den Eisenkern des Mechanismus von der Schließposition in die Öffnungsposition zu drücken.Zum Beispiel übernimmt der VMl-Schaltmechanismus von ABB diese Struktur.

(2) Einzelspulen-Permanentmagnetmechanismus

Der Einzelspulen-Permanentmagnetmechanismus verwendet ebenfalls Permanentmagnete, um den Vakuum-Leistungsschalter in den Grenzpositionen des Öffnens und Schließens zu halten, aber eine Erregerspule wird zum Öffnen und Schließen verwendet.Es gibt auch zwei Erregerspulen zum Öffnen und Schließen, aber die beiden Spulen befinden sich auf der gleichen Seite, und die Flussrichtung der parallelen Spule ist entgegengesetzt.Sein Prinzip ist das gleiche wie bei einem Einzelspulen-Permanentmagnetmechanismus.Die Schließenergie kommt hauptsächlich von der Erregerspule und die Öffnungsenergie hauptsächlich von der Öffnungsfeder.Beispielsweise übernimmt der von der Whipp&Bourne Company in Großbritannien eingeführte säulenmontierte Vakuum-Leistungsschalter GVR diesen Mechanismus.

Gemäß den obigen Eigenschaften des Permanentmagnetmechanismus können seine Vor- und Nachteile zusammengefasst werden.Die Vorteile bestehen darin, dass der Aufbau relativ einfach ist, seine Komponenten im Vergleich zum Federmechanismus um etwa 60 % reduziert sind;Mit weniger Komponenten wird auch die Ausfallrate reduziert, sodass die Zuverlässigkeit hoch ist;Lange Lebensdauer des Mechanismus;Kleine Größe und geringes Gewicht.Nachteilig für das Öffnungsverhalten ist, dass durch die Teilnahme des beweglichen Eisenkerns an der Öffnungsbewegung die Bewegungsträgheit des beweglichen Systems beim Öffnen deutlich ansteigt, was zur Verbesserung der Geschwindigkeit des starren Öffnens sehr ungünstig ist;Aufgrund der hohen Betriebsleistung ist sie durch die Kondensatorkapazität begrenzt.

4. Entwicklung der Isolationsstruktur

Gemäß der Statistik und Analyse der Unfalltypen beim Betrieb von Hochspannungs-Leistungsschaltern im nationalen Stromnetz auf der Grundlage relevanter historischer Daten macht das Nichteröffnen von Konten 22,67% aus;Die Verweigerung der Zusammenarbeit machte 6,48 % aus;Die Bruch- und Herstellungsunfälle machten 9,07 % aus;Auf Isolierungsunfälle entfielen 35,47 %;Fehlbedienungsunfälle machten 7,02 % aus;Flussschließungsunfälle machen 7,95 % aus;Auf externe Krafteinwirkung und andere Unfälle entfielen 11.439 brutto, von denen Isolierungs- und Trennungsunfälle mit etwa 60 % aller Unfälle die bedeutendsten waren.Daher ist die Isolationsstruktur auch ein wichtiger Punkt des Vakuum-Leistungsschalters.Entsprechend den Änderungen und der Entwicklung der Phasensäulenisolierung kann diese grundsätzlich in drei Generationen unterteilt werden: Luftisolierung, Verbundisolierung und feste versiegelte Polisolierung.