Как работают вакуумные выключатели?

Вакуумавтоматические выключателичасто используются в электрических системах высокого напряжения для выполнения той же функции, что и автоматические выключатели в электрической панели дома. Основная функция вакуумного выключателя — отключение питания электрических розеток в случае короткого замыкания или электрической неисправности, чтобы обеспечить возможность ручного отключения цепей для их ремонта. Примечательной особенностью вакуумных выключателей является то, что они содержат вакуумированные пространства.

Основы выключателя

Чтобы понятькак работают вакуумные выключатели, важно сначала понять, как работают обычные автоматические выключатели. Базовые автоматические выключатели состоят из двух металлических контактов, соединенных между собой подпружиненным механизмом, выполняющим функцию отключения.

Подпружиненный механизм отключения содержит механический тепловой датчик, который контролирует уровень электроэнергии, проходящей через электрические розетки. Механический тепловой датчик отключает выключатель при повышении уровня температуры из-за перегрузки электрических проводников.

Магнитный датчик на подпружиненном механизме отключения отключает выключатель в случае короткого замыкания. Механизм отключения помогает контролировать перегрузку и короткое замыкание, раздвигая контакты, чтобы остановить поток электричества в цепи.

Вакуумные выключатели серии VS1

Мощность вакуума

Как следует из названия, вакуумные выключатели содержат вакуум между контактами. Вакуум — это просто пустое пространство, не содержащее твердых тел, жидкостей или газов. Вакуум — один из лучших изоляторов. В нем нет места для образования дуги, и электричество не может проходить через вакуум. Поэтому вакуум является подходящей дугогасящей средой. Некоторые высоковольтные выключатели используют струю воздуха под высоким давлением для разрыва дуги. Другие заполнены специальным маслом, предотвращающим искрение. Существенным недостатком воздушных отбойников является их высокая сложность. С другой стороны, маслонаполненные гидромолоты легко воспламеняются и очень токсичны в случае утечки масла.

Проблема с искрением

Автоматические выключателичасто между контактами возникает дуга в течение нескольких микросекунд, когда они срабатывают, разъединяя электрические контакты. Возникновение дуги в выключателе может ионизировать воздух и заставить его проводить электричество или создать путь для прохождения электричества мимо выключателя. Это одна из основных причин, по которой в системах высокого напряжения используются вакуумные выключатели, поскольку они не могут быть ионизированы, обеспечивая путь для прохождения электричества мимо выключателя. Хотя вакуумавтоматические выключателитакже возникает искрение: электричество не может пройти мимо выключателя до тех пор, пока контакты не отойдут друг от друга.

Принцип работы вакуумного выключателя

Имеет очень простую конструкцию по сравнению своздушный выключательили масляный выключатель. В вакуумном выключателе (ВВВ) токоведущие контакты разъединяются в вакууме. Разъединение контактов и прерывание дуги происходит в вакуумной камере VCB, известной как вакуумный прерыватель.

Внешняя оболочка вакуумного прерывателя обычно изготавливается из стекла, поскольку стеклянная оболочка облегчает осмотр прерывателя снаружи. Между контактами и оболочкой помещается защита от напыления, обычно изготовленная из нержавеющей стали, чтобы предотвратить попадание паров металла в оболочку, поскольку это снижает прочность на пробой между контактами.

Внутри защиты от распыления VCB имеет один фиксированный и один подвижный контакт. Расстояние между контактами выдерживается от 5 до 10 мм в зависимости от рабочего напряжения.

Для перемещения нижнего контакта используется металлический сильфон из нержавеющей стали. Медь-висмут, медь-свинец и медь-хром — вот некоторые из сплавов, используемых в качестве контактного материала.

Нижний конец прерывателя прикреплен к пружинному или соленоидному механизму, так что металлические сильфоны внутри камеры вакуумной камеры могут перемещаться вверх и вниз во время операций закрытия и открытия соответственно.

Очень важно понимать дугу VCB, чтобы понять принцип работы вакуумного выключателя. В другомавтоматические выключателиДуга образуется за счет ионизации частиц в среде между контактами. Но вакуумная дуга образуется в результате испарения материала поверхности и продолжается до следующего текущего нулевого момента.

В нулевой момент тока дуга гаснет, и пары контактного металла вновь конденсируются на поверхности контакта. Благодаря высокой диэлектрической прочности вакуума вакуумную дугу можно погасить при очень небольшом контактном зазоре.

Ток должен быть прерван в момент нулевого тока; в противном случае из-за прерывания тока будут возникать переходные процессы высокого напряжения. Следовательно, для успешного прерывания дуги она должна быть стабильной до нулевого момента тока.

Стабильность дуги во многом зависит от материала контакта. Таким образом, процесс гашения дуги в VCB зависит от материала и формы контактов, а также от метода конденсации паров металла. Контактная поверхность сконструирована таким образом, что корень дуги продолжает двигаться, поэтому температура в одной точке контакта не достигает очень высокого значения.

Приложения

Вакуумные выключатели, воздушные выключатели и масляные выключатели исключительно хорошо работают на линиях электропередачи, поскольку эти электрические системы срабатывают не очень часто. Кроме того, три типа выключателей требуют минимального обслуживания при использовании на линиях электропередачи. Однако вакуумные выключатели лучше, чем два других типа выключателей, справляются с скачками напряжения в сети. Кроме того, вакуумные выключатели гораздо лучше работают в системах высокого напряжения, требующих частого подключения и отключения электрических систем.

Автоматические выключателиявляются важными электрическими компонентами, поскольку помогают минимизировать воздействие температур и скачков напряжения на электроприборы.