Máy cắt chân không hoạt động như thế nào?

chân khôngbộ ngắt mạchthường được sử dụng trong hệ thống điện cao thế để thực hiện chức năng tương tự như cầu dao trong bảng điện của gia đình. Chức năng chính của cầu dao chân không là cắt nguồn điện đến các ổ cắm điện trong trường hợp ngắn mạch hoặc trục trặc về điện để cho phép ngắt kết nối mạch bằng tay để có thể sửa chữa. Một đặc điểm đáng chú ý của máy cắt chân không là chúng chứa các không gian sơ tán.

Thông tin cơ bản về máy cắt

Để hiểumáy cắt chân không hoạt động như thế nào, điều quan trọng trước tiên là phải hiểu cách thức hoạt động của các bộ ngắt mạch thông thường. Cầu dao cơ bản được làm bằng hai tiếp điểm kim loại liên kết với nhau bằng cơ cấu lò xo đóng vai trò ngắt.

Cơ cấu ngắt bằng lò xo chứa một cảm biến nhiệt cơ học theo dõi mức điện đi qua các ổ cắm điện. Cảm biến nhiệt cơ học sẽ ngắt cầu dao khi mức nhiệt độ tăng do dây dẫn điện quá tải.

Một cảm biến từ tính trên cơ cấu ngắt bằng lò xo sẽ ​​ngắt cầu dao trong trường hợp đoản mạch. Cơ cấu ngắt giúp kiểm soát tình trạng quá tải và đoản mạch bằng cách kéo các tiếp điểm ra xa nhau để ngăn dòng điện chạy trong mạch.

Bộ ngắt mạch chân không VS1-Series

Điện chân không

Đúng như tên gọi, cầu dao chân không chứa khoảng chân không giữa các tiếp điểm. Chân không chỉ là một khoảng trống không chứa bất kỳ chất rắn, lỏng hoặc khí nào. Máy hút bụi là một trong những chất cách điện tốt nhất hiện có. Nó không có chỗ cho hồ quang điện và dòng điện không thể truyền qua chân không. Vì vậy, chân không là môi trường dập tắt hồ quang thích hợp. Một số máy cắt điện áp cao sử dụng luồng không khí áp suất cao để thổi bay các hồ quang. Một số khác được đổ đầy dầu đặc biệt để ngăn ngừa phóng điện. Một nhược điểm đáng kể của máy cắt nổ khí là chúng rất phức tạp. Mặt khác, máy cắt chứa dầu rất dễ cháy và có độc tính cao trong trường hợp rò rỉ dầu.

Vấn đề hồ quang

Bộ ngắt mạchthường tạo ra vòng cung giữa các tiếp điểm trong vài micro giây khi chúng đứt ra và kéo các tiếp điểm điện ra xa nhau. Sự phóng điện của cầu dao có thể làm ion hóa không khí và làm cho nó dẫn điện hoặc tạo đường cho dòng điện đi qua cầu dao. Đây là một trong những lý do chính tại sao hệ thống điện áp cao sử dụng cầu dao chân không vì chúng không thể bị ion hóa để tạo đường dẫn cho dòng điện đi qua cầu dao. Mặc dù chân khôngbộ ngắt mạchcũng gặp phải hiện tượng phóng hồ quang, dòng điện không thể đi qua cầu dao trước khi các tiếp điểm tách ra khỏi nhau.

Nguyên lý làm việc của máy cắt chân không

Nó có cấu trúc rất đơn giản so vớimáy cắt không khíhoặc máy cắt dầu. Trong máy cắt chân không (VCB), các tiếp điểm mang dòng điện được tách biệt trong chân không. Việc tách các tiếp điểm và làm gián đoạn hồ quang xảy ra trong buồng chân không của VCB, được gọi là bộ ngắt chân không.

Vỏ ngoài của thiết bị ngắt chân không thường được làm bằng thủy tinh vì vỏ thủy tinh tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra thiết bị ngắt từ bên ngoài. Một tấm chắn phún xạ, thường được làm bằng thép không gỉ, được đặt giữa các tiếp điểm và vỏ bọc để ngăn hơi kim loại chạm tới vỏ bọc vì nó làm giảm độ bền đánh thủng giữa các tiếp điểm.

Bên trong tấm chắn phún xạ, VCB có một tiếp điểm cố định và một tiếp điểm động. Khoảng cách giữa các tiếp điểm được giữ trong khoảng từ 5 đến 10 mm tùy thuộc vào điện áp hoạt động.

Các ống thổi kim loại làm bằng thép không gỉ được sử dụng để di chuyển tiếp điểm phía dưới. Đồng-bismuth, đồng-chì và đồng-crom là một số hợp kim được sử dụng làm vật liệu tiếp xúc.

Đầu dưới của cầu dao được cố định vào cơ cấu vận hành bằng lò xo hoặc điện từ để các hộp xếp kim loại bên trong buồng ngắt chân không có thể di chuyển lên và xuống trong quá trình đóng và mở tương ứng.

Việc hiểu rõ hồ quang VCB là rất cần thiết để hiểu được nguyên lý làm việc của máy cắt chân không. Ở nơi khácbộ ngắt mạchhồ quang được hình thành do sự ion hóa các hạt trong môi trường giữa các tiếp điểm. Nhưng hồ quang chân không được hình thành bằng cách làm bay hơi vật liệu bề mặt của nó và tiếp tục bay hơi cho đến khi dòng điện tiếp theo bằng 0.

Tại thời điểm dòng điện bằng 0, hồ quang bị dập tắt và hơi kim loại tiếp xúc lại ngưng tụ trên bề mặt tiếp xúc. Do độ bền điện môi cao của chân không, hồ quang chân không có thể bị dập tắt trong khe hở tiếp xúc rất nhỏ.

Dòng điện phải bị ngắt ở thời điểm dòng điện bằng 0; mặt khác, quá độ điện áp cao sẽ được tạo ra do sự cắt dòng điện. Do đó, để ngắt hồ quang thành công, nó phải ổn định trước thời điểm dòng điện bằng 0.

Độ ổn định của hồ quang phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu tiếp xúc. Như vậy quá trình dập hồ quang trong VCB có liên quan đến vật liệu, hình dạng của các tiếp điểm và phương pháp sử dụng để ngưng tụ hơi kim loại. Bề mặt tiếp xúc được thiết kế sao cho chân hồ quang tiếp tục chuyển động sao cho nhiệt độ tại một điểm trên tiếp điểm không đạt được giá trị quá cao.

Ứng dụng

Bộ ngắt mạch chân không, máy cắt nổ không khí và máy cắt chứa đầy dầu đều hoạt động rất tốt trong đường dây truyền tải vì các hệ thống điện này không thường xuyên bị ngắt. Ngoài ra, ba loại máy cắt này yêu cầu bảo trì tối thiểu khi sử dụng trong các ứng dụng đường dây truyền tải. Tuy nhiên, cầu dao chân không hoạt động tốt hơn hai loại cầu dao còn lại trong việc xử lý các xung điện và đột biến đường dây. Ngoài ra, máy cắt chân không hoạt động tốt hơn nhiều trong các ứng dụng điện áp cao yêu cầu kết nối và ngắt kết nối hệ thống điện thường xuyên.

Bộ ngắt mạchlà những thành phần điện thiết yếu vì chúng giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ và sự tăng vọt điện năng lên các thiết bị điện.