مروری بر توسعه و ویژگی های مدار شکن خلاء

[نگاهی اجمالی بر توسعه و ویژگی های قطع کننده مدار خلاء]: قطع کننده وکیوم به کلیدی اطلاق می شود که کنتاکت های آن در خلاء بسته و باز می شوند.کلیدهای مدار خلاء در ابتدا توسط انگلستان و ایالات متحده مورد مطالعه قرار گرفتند و سپس در ژاپن، آلمان، اتحاد جماهیر شوروی سابق و سایر کشورها توسعه یافتند.چین از سال 1959 شروع به مطالعه تئوری قطع کننده مدار خلاء کرد و در اوایل دهه 1970 به طور رسمی کلیدهای خلاء مختلف را تولید کرد.

کلید وکیوم به کلیدی اطلاق می شود که کنتاکت های آن در خلاء بسته و باز می شوند.

کلیدهای مدار خلاء در ابتدا توسط انگلستان و ایالات متحده مورد مطالعه قرار گرفتند و سپس در ژاپن، آلمان، اتحاد جماهیر شوروی سابق و سایر کشورها توسعه یافتند.چین در سال 1959 شروع به مطالعه تئوری کلیدهای خلاء کرد و در اوایل دهه 1970 به طور رسمی انواع مختلفی از کلیدهای مدار خلاء را تولید کرد.نوآوری و بهبود مستمر فناوری های ساخت مانند قطع کننده خلاء، مکانیسم عملکرد و سطح عایق باعث شده است که مدار شکن خلاء به سرعت توسعه یابد و یک سری دستاوردهای قابل توجه در تحقیقات ظرفیت بزرگ، کوچک سازی، هوشمندی و قابلیت اطمینان حاصل شده است.

با مزایای ویژگی های خاموش کننده قوس خوب، مناسب برای عملیات مکرر، عمر الکتریکی طولانی، قابلیت اطمینان عملیات بالا و دوره طولانی بدون تعمیر و نگهداری، قطع کننده های مدار خلاء به طور گسترده در تبدیل شبکه برق شهری و روستایی، صنایع شیمیایی، متالورژی، راه آهن استفاده شده است. برق، معدن و سایر صنایع در صنعت برق چین.این محصولات از چندین نوع ZN1-ZN5 در گذشته تا ده ها مدل و انواع در حال حاضر را شامل می شود.جریان نامی به 4000 آمپر می رسد، جریان قطع به 5OKA و حتی 63 کیلو آمپر می رسد و ولتاژ به 35 کیلو ولت می رسد.

توسعه و ویژگی های مدار شکن خلاء از چندین جنبه اصلی از جمله توسعه قطع کننده خلاء، توسعه مکانیسم عملکرد و توسعه ساختار عایق دیده می شود.

توسعه و ویژگی های قطع کننده های خلاء

2.1توسعه قطع کننده های خلاء

ایده استفاده از محیط خلاء برای خاموش کردن قوس در اواخر قرن نوزدهم مطرح شد و اولین قطع کننده خلاء در دهه 1920 ساخته شد.اما به دلیل محدودیت های تکنولوژی خلاء، مواد و سایر سطوح فنی، در آن زمان عملی نبود.از دهه 1950 با توسعه فناوری جدید، بسیاری از مشکلات در ساخت قطع کننده های خلاء حل شد و سوئیچ خلاء به تدریج به مرحله عملی رسید.در اواسط دهه 1950، شرکت جنرال الکتریک ایالات متحده دسته ای از کلیدهای مدار خلاء با جریان قطع نامی 12KA تولید کرد.متعاقبا، در اواخر دهه 1950، به دلیل توسعه قطع کننده های خلاء با تماس های میدان مغناطیسی عرضی، جریان شکست نامی به 3OKA افزایش یافت.پس از دهه 1970، شرکت الکتریک توشیبا ژاپن با موفقیت یک قطع کننده خلاء با کنتاکت های میدان مغناطیسی طولی ایجاد کرد که جریان شکست نامی را به بیش از 5OKA افزایش داد.در حال حاضر، قطع کننده های مدار خلاء به طور گسترده در سیستم های توزیع برق 1KV و 35kV مورد استفاده قرار گرفته اند و جریان قطع نامی می تواند به 5OKA-100KAo برسد.برخی از کشورها نیز قطع کننده های خلاء ۷۲ کیلوولت/۸۴ کیلوولت تولید کرده اند، اما تعداد آنها کم است.ژنراتور ولتاژ بالا DC

در سال های اخیر، تولید قطع کننده های مدار خلاء در چین نیز به سرعت توسعه یافته است.در حال حاضر فناوری قطع کننده های خلاء داخلی در حد محصولات خارجی است.قطع کننده های خلاء با استفاده از فناوری میدان مغناطیسی عمودی و افقی و فناوری تماس با جرقه مرکزی وجود دارد.کنتاکت های ساخته شده از مواد آلیاژ Cu Cr با موفقیت قطع کننده های خلاء 5OKA و 63kAo را در چین قطع کرده اند که به سطح بالاتری رسیده اند.کلید خلاء می تواند به طور کامل از قطع کننده های خلاء خانگی استفاده کند.

2.2ویژگی های قطع کننده خلاء

محفظه خاموش کننده قوس خلاء جزء کلیدی مدار شکن خلاء است.توسط شیشه یا سرامیک پشتیبانی و مهر و موم می شود.در داخل آن کنتاکت های پویا و استاتیک و پوشش های محافظ وجود دارد.فشار منفی در محفظه وجود دارد.درجه خلاء 133 × 10 نه 133 × LOJPa است تا از عملکرد خاموش کردن قوس و سطح عایق آن هنگام شکست اطمینان حاصل شود.هنگامی که درجه خلاء کاهش می یابد، عملکرد شکست آن به طور قابل توجهی کاهش می یابد.بنابراین، محفظه خاموش کننده قوس خلاء نباید تحت تأثیر هیچ نیروی خارجی قرار گیرد و نباید با دست برخورد یا سیلی خورد.در هنگام جابجایی و نگهداری نباید تحت فشار قرار گیرد.برای جلوگیری از آسیب دیدن محفظه خاموش کننده قوس خلاء در هنگام سقوط، گذاشتن چیزی روی کلید قطع کننده خلاء ممنوع است.قبل از تحویل، قطع کننده مدار خلاء باید تحت بازرسی موازی و مونتاژ دقیق قرار گیرد.در طول تعمیر و نگهداری، تمام پیچ های محفظه خاموش کننده قوس باید برای اطمینان از تنش یکنواخت بسته شوند.

قطع کننده مدار خلاء جریان را قطع می کند و قوس موجود در محفظه خاموش کننده قوس خلاء را خاموش می کند.با این حال، خود مدار شکن خلاء دستگاهی برای نظارت کیفی و کمی مشخصات درجه خلاء ندارد، بنابراین خطای کاهش درجه خلاء یک خطای پنهان است.در عین حال، کاهش درجه خلاء به طور جدی بر توانایی قطع کننده مدار خلاء برای قطع جریان بیش از حد تأثیر می گذارد و منجر به کاهش شدید عمر عملکرد قطع کننده مدار می شود که در صورت جدی بودن منجر به انفجار سوئیچ می شود.

به طور خلاصه، مشکل اصلی قطع کننده خلاء کاهش درجه خلاء است.دلایل اصلی کاهش خلاء به شرح زیر است.

(1) قطع کننده مدار خلاء یک جزء ظریف است.پس از خروج از کارخانه، کارخانه لوله های الکترونیکی ممکن است پس از بارها ضربه های حمل و نقل، ضربه های نصب، برخورد تصادفی و غیره نشت آب بندی شیشه یا سرامیک داشته باشد.

(2) در مواد یا فرآیند ساخت قطع کننده خلاء مشکلاتی وجود دارد و نقاط نشتی پس از چندین عملیات ظاهر می شوند.

(3) برای قطع کننده مدار خلاء نوع تقسیم، مانند مکانیسم عملیات الکترومغناطیسی، در هنگام کار، به دلیل فاصله زیاد اتصال عملیاتی، به طور مستقیم بر هماهنگ سازی، جهش، عبور بیش از حد و سایر ویژگی های سوئیچ برای سرعت بخشیدن به کاهش درجه خلاءژنراتور ولتاژ بالا DC

روش درمان برای کاهش درجه خلاء قطع کننده خلاء:

مرتباً قطع کننده خلاء را مشاهده کنید و مرتباً از تستر خلاء سوئیچ خلاء برای اندازه گیری درجه خلاء قطع کننده خلاء استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که درجه خلاء قطع کننده خلاء در محدوده مشخص شده است.هنگامی که درجه خلاء کاهش می یابد، قطع کننده خلاء باید جایگزین شود و تست های مشخصه مانند ضربه، هماهنگ سازی و پرش باید به خوبی انجام شود.

3. توسعه مکانیزم عملیاتی

مکانیزم عملکرد یکی از جنبه های مهم برای ارزیابی عملکرد قطع کننده مدار خلاء است.دلیل اصلی که بر قابلیت اطمینان مدارشکن خلاء تأثیر می گذارد، ویژگی های مکانیکی مکانیسم عملکرد است.با توجه به توسعه مکانیزم عملیاتی، می توان آن را به دسته های زیر تقسیم کرد.ژنراتور ولتاژ بالا DC

3.1مکانیزم عملکرد دستی

مکانیسم عملیاتی متکی بر بسته شدن مستقیم، مکانیزم عملیاتی دستی نامیده می شود که عمدتاً برای عملکرد قطع کننده های مدار با سطح ولتاژ پایین و جریان قطع نامی پایین استفاده می شود.مکانیزم دستی به ندرت در بخش های برق در فضای باز به جز شرکت های صنعتی و معدنی استفاده شده است.مکانیسم عملکرد دستی ساختار ساده ای دارد، به تجهیزات کمکی پیچیده ای نیاز ندارد و این عیب را دارد که نمی تواند به طور خودکار باز شود و فقط می تواند به صورت محلی کار کند، که به اندازه کافی ایمن نیست.بنابراین مکانیسم عملکرد دستی تقریباً با مکانیزم عملکرد فنر با ذخیره انرژی دستی جایگزین شده است.

3.2مکانیسم عملکرد الکترومغناطیسی

مکانیسم عملیاتی که توسط نیروی الکترومغناطیسی بسته می شود مکانیسم عملیاتی الکترومغناطیسی d نامیده می شود.مکانیزم CD17 در هماهنگی با محصولات داخلی ZN28-12 توسعه یافته است.در ساختار نیز در جلو و پشت قطع کننده خلاء چیده شده است.

مزایای مکانیسم عملیات الکترومغناطیسی مکانیسم ساده، عملکرد قابل اعتماد و هزینه ساخت پایین است.معایب آن این است که توان مصرفی سیم پیچ بسته شدن بیش از حد زیاد است و نیاز به آماده سازی دارد [مروری اجمالی از توسعه و ویژگی های کلید شکن خلاء]: کلید خلاء به کلیدی اطلاق می شود که کنتاکت های آن بسته و باز می شود. در خلاءکلیدهای مدار خلاء در ابتدا توسط انگلستان و ایالات متحده مورد مطالعه قرار گرفتند و سپس در ژاپن، آلمان، اتحاد جماهیر شوروی سابق و سایر کشورها توسعه یافتند.چین از سال 1959 شروع به مطالعه تئوری قطع کننده مدار خلاء کرد و در اوایل دهه 1970 به طور رسمی کلیدهای خلاء مختلف را تولید کرد.

باتری های گران قیمت، جریان بسته شدن زیاد، ساختار حجیم، زمان کار طولانی و کاهش تدریجی سهم بازار.

3.3مکانیزم عملکرد فنر ژنراتور ولتاژ بالا DC

مکانیسم عملکرد فنر از فنر انرژی ذخیره شده به عنوان قدرت استفاده می کند تا سوئیچ عمل بسته شدن را متوجه شود.این می تواند توسط نیروی انسانی یا موتورهای AC و DC با قدرت کوچک هدایت شود، بنابراین قدرت بسته شدن اساساً تحت تأثیر عوامل خارجی (مانند ولتاژ منبع تغذیه، فشار هوای منبع هوا، فشار هیدرولیک منبع فشار هیدرولیک) قرار نمی گیرد، که نه تنها می تواند به سرعت بسته شدن بالا دست پیدا کنید، اما عملیات بسته شدن مکرر خودکار سریع را نیز درک کنید.علاوه بر این، در مقایسه با مکانیسم عملیاتی الکترومغناطیسی، مکانیسم عملکرد فنر دارای هزینه کم و قیمت پایین است.این متداول ترین مکانیسم عملکردی در مدار شکن خلاء است و سازندگان آن نیز بیشتر هستند که دائماً در حال بهبود هستند.مکانیسم های CT17 و CT19 معمولی هستند و ZN28-17، VS1 و VGl با آنها استفاده می شود.

به طور کلی، مکانیسم عملکرد فنر دارای صدها قطعه است و مکانیسم انتقال نسبتاً پیچیده است، با نرخ شکست بالا، بسیاری از قطعات متحرک و الزامات فرآیند تولید بالا.علاوه بر این، ساختار مکانیزم عملکرد فنر پیچیده است و سطوح اصطکاکی کشویی زیادی وجود دارد و بیشتر آنها در قسمت های کلیدی قرار دارند.در طول کارکرد طولانی مدت، سایش و خوردگی این قطعات و همچنین از بین رفتن و پخت روانکارها منجر به خطاهای عملیاتی می شود.عمدتاً کاستی های زیر وجود دارد.

(1) قطع کننده مدار از کار کردن امتناع می ورزد، یعنی سیگنال عملیاتی را بدون بسته شدن یا باز شدن به مدار شکن می فرستد.

(2) سوئیچ نمی تواند بسته شود یا پس از بسته شدن قطع می شود.

(3) در صورت تصادف، عمل حفاظت رله و قطع کننده مدار نمی توانند قطع شوند.

(4) سیم پیچ بسته شدن را بسوزانید.

تجزیه و تحلیل علت شکست مکانیسم عملکرد:

قطع کننده مدار از کار کردن خودداری می کند که ممکن است به دلیل از دست دادن ولتاژ یا ولتاژ کم ولتاژ کارکرد، قطع شدن مدار کارکرد، قطع شدن سیم پیچ بسته شدن یا سیم پیچ باز و تماس ضعیف کنتاکت های کلید کمکی باشد. روی مکانیسم

کلید را نمی توان بسته کرد یا بعد از بسته شدن باز می شود، که ممکن است ناشی از کمبود ولتاژ منبع تغذیه عامل، حرکت بیش از حد تماس کنتاکت متحرک کلید مدار، قطع کنتاکت قفل کننده کلید کمکی و مقدار بسیار کم باشد. اتصال بین نیم شفت مکانیسم عامل و پنجه؛

در طول حادثه، عمل حفاظت رله و قطع کننده مدار نمی تواند قطع شود.ممکن است مواد خارجی در هسته آهنی بازشو وجود داشته باشد که از انعطاف پذیری هسته آهنی جلوگیری می کند، نیم شفت بازکن نمی تواند به طور انعطاف پذیر بچرخد و مدار عملیات باز شدن قطع شده است.

دلایل احتمالی سوختن سیم پیچ بسته شدن عبارتند از: کنتاکتور DC پس از بسته شدن قابل جدا شدن نیست، کلید کمکی پس از بسته شدن به حالت باز نمی گردد و کلید کمکی شل است.

3.4مکانیسم آهنربای دائمی

مکانیسم آهنربای دائمی از یک اصل کار جدید برای ترکیب ارگانیک مکانیسم الکترومغناطیسی با آهنربای دائمی استفاده می کند و از عوامل نامطلوب ناشی از اصابت مکانیکی در موقعیت بسته شدن و باز شدن و سیستم قفل جلوگیری می کند.نیروی نگهدارنده تولید شده توسط آهنربای دائمی می تواند مدارشکن خلاء را در موقعیت های بسته شدن و باز شدن در مواقعی که به انرژی مکانیکی نیاز است نگه دارد.مجهز به یک سیستم کنترل برای تحقق تمام عملکردهای مورد نیاز مدارشکن خلاء است.به طور عمده می توان آن را به دو نوع تقسیم کرد: محرک مغناطیسی دائمی یکنواخت و محرک مغناطیسی دائمی دو پایدار.اصل کار محرک مغناطیسی دائمی دوپایا این است که باز و بسته شدن محرک به نیروی مغناطیسی دائمی بستگی دارد.اصل کار مکانیزم عملکرد آهنربای دائم یکنواخت این است که به سرعت با کمک فنر ذخیره انرژی باز شود و موقعیت باز نگه داشته شود.فقط بستن می تواند نیروی مغناطیسی دائمی را حفظ کند.محصول اصلی Trede Electric محرک آهنربای دائم یکنواخت است و شرکت های داخلی عمدتاً محرک آهنربای دائم دوپایه را توسعه می دهند.

ساختار محرک آهنربای دائم دوپایا متفاوت است، اما تنها دو نوع اصل وجود دارد: نوع سیم پیچ دوتایی (نوع متقارن) و نوع سیم پیچ تک (نوع نامتقارن).این دو ساختار در زیر به اختصار معرفی می شوند.

(1) مکانیسم آهنربای دائمی دو سیم پیچ

مکانیسم آهنربای دائمی دو سیم پیچ به این صورت مشخص می شود: استفاده از آهنربای دائمی برای نگه داشتن مدارشکن خلاء به ترتیب در موقعیت های حد باز و بسته شدن، استفاده از سیم پیچ تحریک برای فشار دادن هسته آهنی مکانیزم از موقعیت باز شدن به موقعیت بسته شدن و استفاده از یک سیم پیچ تحریک دیگر برای فشار دادن هسته آهنی مکانیسم از موقعیت بسته شدن به موقعیت باز شدن.به عنوان مثال، مکانیسم سوئیچ VMl ABB این ساختار را اتخاذ می کند.

(2) مکانیسم آهنربای دائمی تک سیم پیچ

مکانیسم آهنربای دائمی تک سیم پیچ نیز از آهنرباهای دائمی برای نگه داشتن مدار شکن خلاء در موقعیت های محدود باز و بسته شدن استفاده می کند، اما یک سیم پیچ هیجان انگیز برای باز و بسته شدن استفاده می شود.همچنین دو سیم پیچ تحریک برای باز و بسته شدن وجود دارد، اما دو سیم پیچ در یک طرف قرار دارند و جهت جریان سیم پیچ موازی مخالف است.اصل آن مانند مکانیزم تک سیم پیچ آهنربای دائمی است.انرژی بسته شدن عمدتا از سیم پیچ تحریک و انرژی باز شدن عمدتا از فنر باز می آید.به عنوان مثال، مدار شکن خلاء نصب شده در ستون GVR که توسط شرکت Whipp&Bourne در بریتانیا راه اندازی شد، از این مکانیسم استفاده می کند.

با توجه به ویژگی های فوق مکانیسم آهنربای دائمی، مزایا و معایب آن را می توان خلاصه کرد.مزایا این است که ساختار نسبتاً ساده است، در مقایسه با مکانیسم فنر، اجزای آن حدود 60٪ کاهش می یابد.با اجزای کمتر، میزان شکست نیز کاهش می یابد، بنابراین قابلیت اطمینان بالا است.عمر طولانی مکانیزم؛اندازه کوچک و وزن سبک.نقطه ضعف این است که از نظر ویژگی های باز شدن، به دلیل اینکه هسته آهنی متحرک در حرکت باز شدن شرکت می کند، اینرسی حرکتی سیستم متحرک هنگام باز شدن به طور قابل توجهی افزایش می یابد که برای بهبود سرعت باز شدن صلب بسیار نامطلوب است.به دلیل قدرت عملیاتی بالا، ظرفیت خازن محدود می شود.

4. توسعه ساختار عایق

با توجه به آمار و تجزیه و تحلیل انواع حوادث در بهره برداری از کلیدهای فشار قوی در سیستم برق کشور بر اساس داده های تاریخی مربوطه، عدم افتتاح حساب 22.67 درصد را به خود اختصاص داده است.امتناع از همکاری 6.48 درصد بوده است.شکستن و ایجاد تصادفات 9.07 درصد را به خود اختصاص داده است.تصادفات عایق 35.47 درصد است.تصادف نادرست 7.02 درصد را به خود اختصاص داده است.تصادفات بسته شدن رودخانه 7.95 درصد است.نیروی خارجی و سایر حوادث 11.439 ناخالص را به خود اختصاص داده اند که از این میان حوادث عایق و حوادث رد جداسازی برجسته ترین بوده و حدود 60 درصد از کل تصادفات را تشکیل می دهد.بنابراین، ساختار عایق نیز یک نقطه کلیدی مدار شکن خلاء است.با توجه به تغییرات و توسعه عایق ستون فاز، اساساً می توان آن را به سه نسل تقسیم کرد: عایق هوا، عایق کامپوزیت و عایق ستون مهر و موم جامد.