Εισαγωγή
Κάθε φορά που μια επαφή διακόπτη διαχωρίζεται υπό ρεύμα, σχηματίζεται ηλεκτρικό τόξο. Σε κλάσμα του δευτερολέπτου, αυτό το το τόξο φτάνει σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 10.000°C1 - αρκετά καυτό ώστε να εξατμίζει τις χάλκινες επαφές, να απανθρακώνει τις επιφάνειες μόνωσης και να διατηρεί ένα αγώγιμο κανάλι πλάσματος που αρνείται να σβήσει. Αν αφεθεί ανεξέλεγκτο, αυτό το τόξο καταστρέφει τον εξοπλισμό, προκαλεί αλυσιδωτές βλάβες και θέτει σε κίνδυνο το προσωπικό.
Ο μηχανισμός κατάσβεσης τόξου στους διακόπτες είναι το μηχανικό σύστημα - που συνδυάζει τη γεωμετρία επαφής, το μέσο κατάσβεσης τόξου και το σχεδιασμό του θαλάμου - που επιβάλλει την κατάσβεση του τόξου στο πρώτο διαθέσιμο μηδενικό ρεύμα, προστατεύοντας τόσο τη διάταξη μεταγωγής όσο και το δίκτυο διανομής ισχύος που εξυπηρετεί.
Για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς που καθορίζουν τους διακόπτες MV και τους υπεύθυνους προμηθειών που αξιολογούν τις διαμορφώσεις AIS, GIS ή SIS, η κατανόηση της σβέσης τόξου δεν αποτελεί γνώση υπόβαθρου - είναι το τεχνικό θεμέλιο που καθορίζει την αξιοπιστία των διακοπτών, την επιβάρυνση συντήρησης, την περιβαλλοντική συμμόρφωση και το συνολικό κόστος του κύκλου ζωής. Η επιλογή του λανθασμένου μέσου σβέσης τόξου για την εφαρμογή σας είναι μια απόφαση που επιδεινώνεται σε κόστος και συνέπειες κάθε χρόνο που ο εξοπλισμός παραμένει σε λειτουργία.
Αυτό το άρθρο παρέχει μια αυστηρή, εστιασμένη στις εφαρμογές ανάλυση των μηχανισμών σβέσης τόξου και στους τρεις τύπους διακοπτών της σειράς προϊόντων Bepto.
Πίνακας περιεχομένων
- Τι είναι η απόσβεση τόξου και γιατί είναι κρίσιμη στους διακόπτες MV;
- Πώς αποδίδουν τα διαφορετικά μέσα απόσβεσης τόξου σε διακοπτικό υλικό AIS, GIS και SIS;
- Πώς να επιλέξετε τον σωστό μηχανισμό απόσβεσης τόξου για την εφαρμογή σας;
- Ποιες είναι οι συνήθεις βλάβες απόσβεσης τόξου και οι απαιτήσεις συντήρησης;
Τι είναι η απόσβεση τόξου και γιατί είναι κρίσιμη στους διακόπτες MV;
Η σβέση τόξου - που ονομάζεται επίσης σβέση τόξου ή διακοπή τόξου - είναι η ελεγχόμενη διαδικασία με την οποία το αγώγιμο τόξο πλάσματος που σχηματίζεται κατά τον διαχωρισμό επαφών σε διακοπτικούς μηχανισμούς αναγκάζεται να σβήσει μόνιμα, αποκαθιστώντας τη διηλεκτρική αντοχή του διακένου επαφής πριν ο επόμενος ημικύκλιος τάσης μπορέσει να επαναφέρει το τόξο.
Η φυσική του σχηματισμού τόξου
Όταν οι επαφές του διακόπτη αρχίζουν να διαχωρίζονται υπό φορτίο ή ρεύμα σφάλματος, συμβαίνει η ακόλουθη ακολουθία σε μικροδευτερόλεπτα:
- Η αντίσταση επαφής αυξάνεται καθώς μειώνεται η επιφάνεια επαφής, δημιουργώντας έντονη θέρμανση αντίστασης στη διεπιφάνεια επαφής
- Αρχίζει η εξάτμιση του μετάλλου - το υλικό επαφής χαλκού ή αργύρου-βολφραμίου εξατμίζεται, σχηματίζοντας μια αγώγιμη μεταλλική γέφυρα ατμών
- Το πλάσμα τόξου αναφλέγεται - ο ατμός μετάλλου ιονίζεται υπό την εφαρμοζόμενη τάση, δημιουργώντας μια αγώγιμη στήλη πλάσματος που μεταφέρει το ρεύμα πλήρους κυκλώματος
- Το τόξο συντηρεί τον εαυτό του - το τόξο παράγει επαρκή θερμότητα για να διατηρήσει τον ιονισμό, αντιστεκόμενο στη φυσική εξάλειψη μέχρι να επέλθει μηδενισμός του ρεύματος
Η στήλη τόξου στους διακόπτες μέσης τάσης λειτουργεί στους 6.000-20.000°C, με τάσεις τόξου 100-1.000V ανάλογα με το μήκος του τόξου και το μέσο. Σε αυτές τις θερμοκρασίες, το τόξο εκπέμπει έντονη υπεριώδη ακτινοβολία, παράγει κύματα πίεσης και διαβρώνει το υλικό επαφής με ρυθμούς χιλιοστογραμμάρια ανά λειτουργία.
Γιατί η απόσβεση τόξου καθορίζει την απόδοση των διακοπτών
- Επικοινωνία Longevity: Ταχύτερη, καθαρότερη εξάλειψη τόξου σημαίνει λιγότερη διάβρωση επαφής ανά λειτουργία - που καθορίζει άμεσα την ηλεκτρική αντοχή (αριθμός λειτουργιών διακοπής βλαβών πριν από την επισκευή)
- Ακεραιότητα μόνωσης: Η ατελής εξάλειψη του τόξου αφήνει ιονισμένα αέρια και εναποθέσεις άνθρακα στις επιφάνειες μόνωσης, υποβαθμίζοντας προοδευτικά διηλεκτρική αντοχή2 και απόδοση ερπυσμού
- Ταχύτητα εκκαθάρισης σφαλμάτων: Η ταχύτητα εξαφάνισης του τόξου καθορίζει τη συνολική ενέργεια διέλευσης του ρεύματος σφάλματος (I²t), η οποία διέπει τις ζημιές στον εξοπλισμό κατά τη διάρκεια συμβάντων σφάλματος.
- Ασφάλεια: Η ανεξέλεγκτη σβέση τόξου σε κλειστούς διακόπτες δημιουργεί κύματα πίεσης και θερμό αέριο που μπορεί να προκαλέσουν εσωτερικά σφάλματα τόξου - τον πιο καταστροφικό τρόπο αστοχίας στους διακόπτες MV.
Βασικές παράμετροι απόσβεσης τόξου
| Παράμετρος | Ορισμός | Τυπική απαίτηση |
|---|---|---|
| Χρόνος εξάλειψης τόξου | Χρόνος από το διαχωρισμό της επαφής έως την τελική σβέση του τόξου | < 1 κύκλος (20ms στα 50Hz) |
| Ρυθμός ανάκτησης διηλεκτρικού | Ρυθμός με τον οποίο το διάκενο επαφής ανακτά την αντοχή μόνωσης μετά το τόξο | Πρέπει να υπερβαίνει τον ρυθμό αύξησης TRV |
| Τάση μεταβατικής αποκατάστασης (TRV)3 | Τάση που εμφανίζεται στο διάκενο επαφής μετά την εξάλειψη του τόξου | Ανά IEC 62271-1004 |
| Διάβρωση επαφής ανά λειτουργία | Μάζα υλικού επαφής που χάνεται ανά μεταγωγή | < 0,5mg/λειτουργία (κενό) |
| Ενέργεια Arc | Συνολική ενέργεια που διαχέεται στο τόξο ανά λειτουργία | Ελαχιστοποίηση με γρήγορη εξαφάνιση |
Πώς αποδίδουν τα διαφορετικά μέσα απόσβεσης τόξου σε διακοπτικό υλικό AIS, GIS και SIS;
Οι τρεις τύποι διακοπτών της γκάμας προϊόντων της Bepto - AIS, GIS και SIS - ο καθένας χρησιμοποιεί διαφορετικό μέσο σβέσης τόξου και αρχιτεκτονική θαλάμου. Κάθε ένα από αυτά αντιπροσωπεύει ένα σκόπιμο μηχανικό συμβιβασμό μεταξύ απόδοσης, περιβαλλοντικών επιπτώσεων, απαιτήσεων συντήρησης και χώρου εγκατάστασης.
Διακόπτης AIS: Αέρας: Απόσβεση τόξου
Οι διακόπτες με μόνωση αέρα χρησιμοποιούν ατμοσφαιρικό αέρα τόσο ως κύριο μέσο μόνωσης όσο και ως μέσο σβέσης τόξου. Η απόσβεση του τόξου στο AIS επιτυγχάνεται μέσω της τεχνολογίας αγωγού τόξου:
- Γεωμετρία Arc Runner: Οι επαφές διαμορφώνονται έτσι ώστε να οδηγούν το τόξο προς τα πάνω σε μια στοίβα μεταλλικών πλακών διαχωρισμού (αγωγούς τόξου) με τη χρήση ηλεκτρομαγνητικής δύναμης (δύναμη Lorentz στο ρεύμα τόξου).
- Διάσπαση τόξου: Οι αγωγοί τόξου διαιρούν το ενιαίο τόξο σε 10-20 τόξα σειράς, το καθένα με τη δική του πτώση τάσης τόξου, αυξάνοντας τη συνολική τάση τόξου πάνω από την τάση του συστήματος και μηδενίζοντας το ρεύμα.
- Ψύξη τόξου: Η μεγάλη επιφάνεια των πλακών διαχωρισμού απορροφά την ενέργεια του τόξου, ψύχει το πλάσμα και επιταχύνει τον απιονισμό.
Απόδοση απόσβεσης τόξου AIS:
- Χρόνος σβέσης τόξου: 1-3 κύκλοι
- Διάβρωση επικοινωνίας: (απαιτεί περιοδική επιθεώρηση)
- Συντήρηση: Απαιτείται καθαρισμός και αντικατάσταση των αγωγών τόξου μετά από εργασίες υψηλού ρεύματος.
- Περιβαλλοντικές επιπτώσεις: από το μέσο του τόξου
Διακόπτης GIS: SF6
Χρήση διακοπτών με μόνωση αερίου εξαφθοριούχο θείο (SF6)5 αέριο σε πιέσεις 3-5 bar απόλυτα ως μέσο μόνωσης και σβέσης τόξου. Η κατάσβεση τόξου SF6 λειτουργεί μέσω ενός μηχανισμού puffer:
- Συμπίεση Puffer: Ένα έμβολο που συνδέεται μηχανικά με τον μηχανισμό κίνησης επαφών συμπιέζει το αέριο SF6 καθώς οι επαφές διαχωρίζονται, δημιουργώντας πίεση στον κύλινδρο του φυσητήρα.
- Κατευθυνόμενη έκρηξη αερίου: Κατά το διαχωρισμό της επαφής, το συμπιεσμένο SF6 κατευθύνεται ως αξονική έκρηξη υψηλής ταχύτητας κατά μήκος της στήλης τόξου.
- Επίδραση ηλεκτραρνητικότητας: Τα μόρια SF6 έχουν ακραία ηλεκτραρνητικότητα - συλλαμβάνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια από το πλάσμα του τόξου, μειώνοντας γρήγορα την αγωγιμότητα και αναγκάζοντας το τόξο να σβήσει σε μηδενικό ρεύμα.
- Διηλεκτρική ανάκτηση: Μετά την εξουδετέρωση, το SF6 ανακτά τη διηλεκτρική αντοχή με περίπου 100 φορές μεγαλύτερο ρυθμό από τον αέρα, αποτρέποντας την εκ νέου ανάφλεξη του τόξου υπό TRV
Απόδοση απόσβεσης τόξου GIS:
- Χρόνος εξαφάνισης τόξου: < (τυπικά 16-20ms)
- Διάβρωση επικοινωνίας: SF6 ελαχιστοποιεί τις ζημιές στην επιφάνεια επαφής
- Συντήρηση: Δεν απαιτείται συντήρηση του αγωγού τόξου.
- Περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Απαιτείται παρακολούθηση της ακεραιότητας του σφραγισμένου συστήματος και υπεύθυνη ανάκτηση του αερίου στο τέλος του κύκλου ζωής του.
Διακόπτης SIS: Απόσβεση τόξου κενού
Η διάταξη διακοπής με στερεά μόνωση χρησιμοποιεί διακόπτες κενού ως στοιχείο μεταγωγής και σβέσης τόξου, με περίβλημα από στερεή εποξειδική ρητίνη που παρέχει πρωτογενή μόνωση. Η κατάσβεση τόξου υπό κενό διαφέρει θεμελιωδώς από τις μεθόδους που βασίζονται σε αέρια:
- Τόξο μεταλλικών ατμών: Στο κενό (πίεση < 10-³ mbar), το τόξο σχηματίζεται αποκλειστικά από ατμούς μετάλλων που εξατμίζονται από τις επιφάνειες επαφής - δεν υπάρχει αέριο μέσο για τη διατήρηση του ιονισμού.
- Ταχεία διάχυση πλάσματος: Χωρίς μόρια αερίου να διασκορπίζουν τα ηλεκτρόνια, το πλάσμα μεταλλικών ατμών διαχέεται ακτινικά προς τα έξω από το διάκενο επαφής με εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα.
- Στιγμιαία εξαφάνιση στο ρεύμα μηδέν: Καθώς το ρεύμα πλησιάζει το μηδέν, η παραγωγή πλάσματος παύει, οι μεταλλικοί ατμοί συμπυκνώνονται στις επιφάνειες επαφής και στη θωράκιση και το διάκενο επαφής ανακτά την πλήρη διηλεκτρική αντοχή μέσα σε μικροδευτερόλεπτα.
- Δεν υπάρχουν προϊόντα τόξου: Η εξάλειψη υπό κενό δεν παράγει ιονισμένο αέριο, δεν υπάρχουν εναποθέσεις άνθρακα και δεν υπάρχει κύμα πίεσης - το διάκενο επαφής είναι αμέσως καθαρό μετά από κάθε λειτουργία
Απόδοση απόσβεσης τόξου SIS:
- Χρόνος εξαφάνισης τόξου: < (στιγμιαία στο ρεύμα μηδέν)
- Διάβρωση επικοινωνίας: < 0,5mg ανά λειτουργία διάσπασης σφάλματος
- Συντήρηση: Δεν απαιτείται εσωτερική συντήρηση για διάρκεια ζωής 20+ έτη.
- Περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Αέρια τόξου: Μηδενικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, χωρίς αέρια τόξου
Μέσα απόσβεσης τόξου: Πλήρης σύγκριση επιδόσεων
| Παράμετρος | AIS (αέρας) | GIS (SF6) | SIS (κενό) |
|---|---|---|---|
| Ταχύτητα εξάλειψης τόξου | 1-3 κύκλοι | < 1 κύκλος | < 0,5 κύκλος |
| Διηλεκτρική ανάκτηση | Αργή | Γρήγορη | Πολύ γρήγορα |
| Επικοινωνία Διάβρωση | Μέτρια | Χαμηλή | Πολύ χαμηλό |
| Συχνότητα συντήρησης | Υψηλή | Χαμηλή | Ελάχιστο |
| Αποτύπωμα εγκατάστασης | Μεγάλο | Μεσαίο | Συμπαγές |
| Περιβαλλοντικές επιπτώσεις | Κανένα | Υψηλή (SF6 GHG) | Κανένα |
| Κατάλληλο εύρος τάσης | 12-40.5kV | 12-252kV | 12-40.5kV |
| Κόστος κύκλου ζωής | Μεσαίο | Μεσαία-υψηλή | Χαμηλή |
Περίπτωση πελάτη: SIS Switchgear: Μείωση του κόστους συντήρησης με το SIS Switchgear
Ένας ιδιοκτήτης επιχείρησης με επίκεντρο την ποιότητα που λειτουργεί έναν βιομηχανικό υποσταθμό 24kV σε ένα εργοστάσιο επεξεργασίας χημικών προϊόντων μας προσέγγισε αφού αντιμετώπισε επαναλαμβανόμενες αποτυχίες αγωγών τόξου στον υφιστάμενο διακόπτη AIS. Η επιθετική χημική ατμόσφαιρα επιτάχυνε τη μόλυνση των αγωγών τόξου, απαιτώντας τριμηνιαίες παρεμβάσεις καθαρισμού και δύο πλήρεις αντικαταστάσεις αγωγών τόξου μέσα σε τρία χρόνια από τη θέση σε λειτουργία.
Μετά την αναβάθμιση σε διακόπτη SIS της Bepto με διακόπτες κενού και στερεή εποξειδική μόνωση, η ομάδα συντήρησης του εργοστασίου ανέφερε μηδενικές παρεμβάσεις συντήρησης που σχετίζονται με το τόξο κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 30 μηνών που ακολούθησε. Οι σφραγισμένοι διακόπτες κενού δεν επηρεάστηκαν καθόλου από το χημικό περιβάλλον και η στερεή μόνωση εξάλειψε όλες τις οδούς επιφανειακής μόλυνσης. Η συνολική εξοικονόμηση κόστους συντήρησης κατά τα πρώτα τρία χρόνια ξεπέρασε την πριμοδότηση του κόστους κεφαλαίου της αναβάθμισης του SIS.
Πώς να επιλέξετε τον σωστό μηχανισμό απόσβεσης τόξου για την εφαρμογή σας;
Η επιλογή του σωστού μηχανισμού σβέσης τόξου απαιτεί την προσαρμογή του τύπου του διακόπτη στους συγκεκριμένους ηλεκτρικούς, περιβαλλοντικούς, χωροταξικούς και κανονιστικούς περιορισμούς της εγκατάστασης. Ακολουθεί η δομημένη διαδικασία επιλογής.
Βήμα 1: Καθορισμός ηλεκτρικών απαιτήσεων
- Τάση συστήματος: 12kV, 24kV ή 40,5kV - και οι τρεις τύποι διακοπτών καλύπτουν αυτό το εύρος- πάνω από 52kV, η GIS είναι η κύρια επιλογή
- Επίπεδο σφάλματος (Ik): Επιβεβαιώστε το ονομαστικό ρεύμα διακοπής βραχυκυκλώματος (16kA / 25kA / 31,5kA / 40kA) - τόσο το κενό όσο και το SF6 χειρίζονται όλο το εύρος σφαλμάτων MV- οι αγωγοί τόξου αέρα περιορίζονται σε υψηλότερα επίπεδα σφαλμάτων
- Συχνότητα μεταγωγής: Η εναλλαγή υψηλής συχνότητας (καθημερινές λειτουργίες) ευνοεί το κενό (SIS) για ελάχιστη διάβρωση της επαφής- η σπάνια εναλλαγή είναι συμβατή και με τους τρεις τύπους.
- Απαιτήσεις TRV: Η μεταγωγή ρεύματος χωρητικότητας (τροφοδότες καλωδίων, συστοιχίες πυκνωτών) απαιτεί προσεκτικό συντονισμό TRV - οι διακόπτες κενού απαιτούν καταστολή υπερτάσεων για εφαρμογές χωρητικής μεταγωγής
Βήμα 2: Εξετάστε τις περιβαλλοντικές συνθήκες
- Εσωτερικό, καθαρό περιβάλλον: Και οι τρεις τύποι είναι κατάλληλοι- το SIS προτιμάται για συμπαγές αποτύπωμα
- Εσωτερικό, ρυπασμένο / χημικό περιβάλλον: Το SIS με σφραγισμένους διακόπτες κενού και συμπαγή μόνωση είναι η ξεκάθαρη επιλογή - εξαλείφει όλα τα μονοπάτια εισόδου της μόλυνσης
- Εξωτερικό / σκληρό περιβάλλον: GIS με ερμητικό περίβλημα SF6 ή SIS με περίβλημα IP65+- το AIS απαιτεί πρόσθετο καιρικό περίβλημα
- Εγκατάσταση με περιορισμένο χώρο: Το SIS προσφέρει το μικρότερο αποτύπωμα - έως και 50% μικρότερο από το αντίστοιχο AIS.
- Σεισμική ζώνη: Τα GIS και SIS με συμπαγή, άκαμπτη κατασκευή υπερτερούν των AIS σε σεισμικές εφαρμογές
Βήμα 3: Αντιστοίχιση προτύπων και πιστοποιήσεων
- IEC 62271-200: Μεταλλικοί κλειστοί διακόπτες MV (όλοι οι τύποι)
- IEC 62271-100: Διακόπτες εναλλασσόμενου ρεύματος - απόδοση διακοπής τόξου
- IEC 62271-1: Κοινές προδιαγραφές για τους διακόπτες και τους μηχανισμούς ελέγχου HV
- IEC 62271-203: Μεταλλικός κλειστός διακόπτης με μόνωση αερίου (ειδικός GIS)
- GB/T 11022: Εθνικό πρότυπο της Κίνας για τους διακόπτες HV
- Ταξινόμηση εσωτερικού τόξου (IAC): Προσδιορίστε IAC A (προσβάσιμο σε εξουσιοδοτημένο προσωπικό) ή IAC B (προσβάσιμο στο ευρύ κοινό) σύμφωνα με το IEC 62271-200
Σενάρια εφαρμογής
- Αστικοί δευτερεύοντες υποσταθμοί: SIS ή GIS για συμπαγές αποτύπωμα και ελάχιστη συντήρηση σε υπόγειες ή ενσωματωμένες σε κτίρια εγκαταστάσεις με περιορισμένο χώρο
- Βιομηχανικές εγκαταστάσεις: Διακόπτες SIS για χημικά, φαρμακευτικά ή περιβάλλοντα επεξεργασίας τροφίμων όπου η αντοχή στη μόλυνση είναι υψίστης σημασίας
- Μεταφορά στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας: GIS για 72,5kV και άνω, όπου η απόδοση του SF6 σε υψηλή τάση είναι απαράμιλλη
- Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ηλιακή/αιολική): SIS για διακοπτικούς πίνακες συλλογής MV σε εγκαταστάσεις κλίμακας κοινής ωφέλειας που απαιτούν χαμηλή συντήρηση κατά τη διάρκεια της 25ετούς διάρκειας ζωής του περιουσιακού στοιχείου
- Θαλάσσια και υπεράκτια: GIS ή SIS με ερμητική σφράγιση για αντοχή στην ομίχλη αλατιού και την υγρασία
Ποιες είναι οι συνήθεις βλάβες απόσβεσης τόξου και οι απαιτήσεις συντήρησης;
Οι αστοχίες απόσβεσης τόξου συγκαταλέγονται μεταξύ των πιο καταστροφικών συμβάντων στους διακόπτες MV. Η κατανόηση των τρόπων αστοχίας που χαρακτηρίζουν κάθε μέσο σβέσης τόξου επιτρέπει την προληπτική συντήρηση και αποτρέπει τα καταστροφικά εσωτερικά σφάλματα τόξου.
Λίστα ελέγχου εγκατάστασης
- Επαλήθευση της ονομαστικής ικανότητας θραύσης - Επιβεβαιώστε ότι το ονομαστικό ρεύμα διακοπής βραχυκυκλώματος του διακόπτη αντιστοιχεί ή υπερβαίνει το πιθανό ρεύμα σφάλματος στο σημείο εγκατάστασης.
- Έλεγχος ταξιδιού και ευθυγράμμισης επαφής - Λανθασμένο διάκενο επαφής ή εσφαλμένη ευθυγράμμιση προκαλεί ατελή εξάλειψη του τόξου και επιταχυνόμενη διάβρωση- επαληθεύστε σύμφωνα με τη διαδικασία θέσης σε λειτουργία του κατασκευαστή.
- Επιβεβαίωση πίεσης SF6 (GIS) - Ελέγξτε ότι ο δείκτης πίεσης αερίου βρίσκεται στην πράσινη ζώνη πριν από την ενεργοποίηση- η πίεση κάτω από το ελάχιστο όριο απενεργοποιεί τη δυνατότητα σβέσης τόξου.
- Δοκιμή ακεραιότητας κενού (SIS) - Πραγματοποιήστε δοκιμή hi-pot στους διακόπτες κενού σύμφωνα με το πρότυπο IEC 62271-100 πριν από τη θέση σε λειτουργία- ένας αποτυχημένος διακόπτης κενού δεν θα σβήσει τα τόξα.
- Επαλήθευση της γείωσης και των δικλείδων ασφαλείας - Επιβεβαιώστε ότι όλοι οι διακόπτες γείωσης και οι μηχανικές ασφάλειες λειτουργούν σωστά πριν από την ενεργοποίηση
- Διεξαγωγή δοκιμής IR πριν από την ενεργοποίηση - Αντίσταση μόνωσης > 1000 MΩ μεταξύ φάσεων και φάσης-γης
Τρόποι αστοχίας κατά την απόσβεση του τόξου ανά τύπο διακοπτικού υλικού
Βλάβες AIS (αλεξίπτωτο τόξου αέρα):
- Μόλυνση του αγωγού τόξου με εναποθέσεις άνθρακα - αυξάνει την πιθανότητα επανεκκίνησης του τόξου
- Διάβρωση της πλάκας διαχωρισμού - μειώνει την αποτελεσματικότητα διαχωρισμού τόξου σε υψηλά ρεύματα σφάλματος
- Οξείδωση του δρομέα τόξου - εμποδίζει την κίνηση του τόξου στο αγωγό, προκαλώντας κάψιμο της επαφής
Αποτυχίες GIS (SF6):
- Διαρροή αερίου SF6 κάτω από την ελάχιστη πίεση - απώλεια ικανότητας σβέσης και μόνωσης τόξου
- Είσοδος υγρασίας στο αέριο SF6 - σχηματίζει διαβρωτικό οξύ HF σε συνθήκες τόξου, καταστρέφοντας τα εσωτερικά εξαρτήματα
- Φθορά του μηχανισμού Puffer - μειώνει την ταχύτητα έκρηξης αερίου, παρατείνοντας τη διάρκεια του τόξου
Αποτυχίες SIS (κενού):
- Βλάβη της στεγανοποίησης του διακόπτη κενού - η απώλεια κενού επιτρέπει την είσοδο αέρα, μετατρέποντας το τόξο κενού σε τόξο αέρα με καταστροφικά αποτελέσματα
- Διάβρωση της επαφής πέρα από το όριο φθοράς - μετά από ονομαστικό αριθμό λειτουργιών διάσπασης σφάλματος, το διάκενο επαφής αυξάνεται πέρα από το σχεδιασμό, μειώνοντας την ικανότητα διάσπασης
- Βλάβη από υπερτάσεις - η μεταγωγή χωρητικού ρεύματος χωρίς καταστολείς υπερτάσεων μπορεί να δημιουργήσει υπερτάσεις που καταπονούν τη μόνωση του διακόπτη κενού.
Χρονοδιάγραμμα συντήρησης ανά τύπο διακόπτη
| Διάστημα | AIS | GIS | SIS |
|---|---|---|---|
| 6 μήνες | Οπτική επιθεώρηση του αγωγού τόξου | Έλεγχος πίεσης SF6 | Οπτική επιθεώρηση |
| 1 έτος | Αντίσταση επαφής- δοκιμή IR | Ανάλυση υγρασίας αερίου | Δοκιμή IR- hi-pot κενού |
| 3 χρόνια | Αξιολόγηση αντικατάστασης αγωγού τόξου | Πλήρης ανάλυση αερίων- έλεγχος επαφής | Μέτρηση διάβρωσης επαφής |
| 5 χρόνια | Πλήρης επισκευή- αντικατάσταση επαφής | Ολοκληρωμένη εσωτερική επιθεώρηση | Αξιολόγηση του διακόπτη κενού |
| Μετά το σφάλμα | Άμεση επιθεώρηση του αγωγού τόξου | Ανάλυση αερίου + εσωτερική επιθεώρηση | Ακεραιότητα κενού + έλεγχος επαφής |
Συμπέρασμα
Η απόσβεση τόξου είναι η καθοριστική τεχνική ικανότητα οποιουδήποτε διακόπτη - ο μηχανισμός που διαχωρίζει μια αξιόπιστη, μακράς διάρκειας ζωής συσκευή μεταγωγής από μια υποχρέωση που περιμένει να αποτύχει. Είτε προσδιορίζεται ως AIS με αερόθυρες τόξου, είτε ως GIS με τεχνολογία SF6 puffer, είτε ως SIS με διακόπτες κενού, το μέσο σβέσης τόξου και ο σχεδιασμός του θαλάμου καθορίζουν κάθε κρίσιμη παράμετρο απόδοσης: ταχύτητα εκκαθάρισης σφαλμάτων, μακροζωία επαφής, επιβάρυνση συντήρησης, περιβαλλοντική συμμόρφωση και αποτύπωμα εγκατάστασης.
Προσαρμόστε το μηχανισμό σβέσης τόξου στο περιβάλλον της εφαρμογής σας, στο επίπεδο σφάλματος και στην ικανότητα συντήρησης - επειδή στους διακόπτες μέσης τάσης, το τόξο που δεν μπορείτε να ελέγξετε, σας ελέγχει.
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τον μηχανισμό απόσβεσης τόξου σε διακοπτικό υλικό
Ερ: Γιατί το αέριο SF6 παρέχει ανώτερη απόδοση σβέσης τόξου σε σύγκριση με τον αέρα σε διακοπτικό υλικό μέσης τάσης;
A: Το SF6 έχει 2,5 φορές μεγαλύτερη διηλεκτρική αντοχή από τον αέρα και ακραία ηλεκτραρνητικότητα που αιχμαλωτίζει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του τόξου, επιτυγχάνοντας εξάλειψη σε λιγότερο από έναν κύκλο ρεύματος με διηλεκτρική ανάκτηση 100 φορές ταχύτερα από τον αέρα, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο επαναφοράς στο TRV.
Ερ: Πώς οι διακόπτες κενού σβήνουν τα τόξα χωρίς αέριο μέσο σε διακόπτες SIS;
A: Στο κενό, το τόξο σχηματίζεται ως πλάσμα μεταλλικών ατμών από την εξάτμιση της επαφής. Χωρίς μόρια αερίου για τη διατήρηση του ιονισμού, το πλάσμα διαχέεται αμέσως στο μηδέν ρεύματος, συμπυκνώνεται στις επιφάνειες επαφής και αποκαθιστά την πλήρη διηλεκτρική αντοχή μέσα σε μικροδευτερόλεπτα.
Ερ: Ποιο είναι το μέγιστο ρεύμα σφάλματος που μπορούν να διακόψουν οι μηχανισμοί σβέσης τόξου σε διακόπτες μέσης τάσης;
A: Τα σύγχρονα συστήματα σβέσης τόξου των διακοπτών GIS και SIS διαχειρίζονται ρεύμα διακοπής συμμετρικού βραχυκυκλώματος έως και 40kA σύμφωνα με το πρότυπο IEC 62271-100. Τα σχέδια σβησίματος τόξου AIS είναι συνήθως ονομαστικά έως 25kA για τυπικές εφαρμογές διανομής MV.
Ερ: Πώς η αποτυχία σβέσης τόξου σε διακοπτικό εξοπλισμό οδηγεί σε εσωτερικό σφάλμα τόξου;
A: Η αποτυχημένη εξάλειψη του τόξου αφήνει ιονισμένο αέριο και αγώγιμες εναποθέσεις άνθρακα στο διάκενο επαφής, επιτρέποντας την εκ νέου πυροδότηση του τόξου μετά το μηδενισμό του ρεύματος. Η παρατεταμένη ανάφλεξη τόξου σε κλειστό πίνακα διακοπτών δημιουργεί ακραία πίεση και θερμοκρασία, προκαλώντας εσωτερικό σφάλμα τόξου - τον πιο καταστροφικό τρόπο αστοχίας διακοπτών.
Ερ: Ποιος είναι ο περιβαλλοντικός αντίκτυπος της σβέσης τόξου SF6 σε διακόπτες GIS και ποιες είναι οι εναλλακτικές λύσεις;
A: Το SF6 έχει δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη 23.500 × CO₂ σε διάστημα 100 ετών. Στις εναλλακτικές λύσεις περιλαμβάνονται οι διακόπτες κενού σε διακόπτες SIS (μηδενικά αέρια θερμοκηπίου) και οι αναδυόμενες τεχνολογίες καθαρού αέρα ή αερίων g³ για GIS, που καθορίζονται όλο και περισσότερο σε έργα με αυστηρές απαιτήσεις περιβαλλοντικής συμμόρφωσης.
-
“Ηλεκτρικό τόξο”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_arc. Αυτή η πηγή υποστηρίζει το γενικό εύρος θερμοκρασιών και τη φυσική συμπεριφορά των ηλεκτρικών τόξων. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει τον ισχυρισμό: θερμοκρασία τόξου και σχηματισμός πλάσματος. ↩ -
“Διηλεκτρική αντοχή”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength. Η πηγή αυτή υποστηρίζει τον ορισμό της διηλεκτρικής αντοχής ως την ικανότητα ενός μονωτικού υλικού ή διακένου να αντέχει στην ηλεκτρική τάση. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: Ισχυρισμός ακεραιότητας μόνωσης και διηλεκτρικής αντοχής. ↩ -
“Τάση μεταβατικής αποκατάστασης”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Transient_recovery_voltage. Η πηγή αυτή υποστηρίζει την εξήγηση της τάσης που εμφανίζεται στις επαφές της συσκευής μεταγωγής μετά τη διακοπή του ρεύματος. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: TRV μετά την εξάλειψη του τόξου. ↩ -
“IEC 62271-100:2021”,
https://webstore.iec.ch/en/publication/62785. Η πηγή αυτή υποστηρίζει το πρότυπο αναφοράς για τους διακόπτες εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής τάσης. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: IEC 62271-100 αναφορά για τη διακοπή διακοπτών και το πλαίσιο TRV. ↩ -
“Βασικά στοιχεία για το εξαφθοριούχο θείο (SF6)”,
https://www.epa.gov/eps-partnership/sulfur-hexafluoride-sf6-basics. Αυτή η πηγή υποστηρίζει τις ιδιότητες και την περιβαλλοντική σημασία του SF6 που χρησιμοποιείται στον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Τύπος πηγής: κυβερνητικός. Υποστηρίζει: SF6 και περιβαλλοντικές επιπτώσεις. ↩
