उच्च वोल्टेज स्विच: वर्गीकरण, उपकरण, संचालन का सिद्धांत

स्विच के लिए आवश्यकताएं इस प्रकार हैं:

1) काम पर विश्वसनीयता और दूसरों के लिए सुरक्षा;

2) त्वरित प्रतिक्रिया - संभवतः कम शटडाउन समय;

3) रखरखाव में आसानी;

4) स्थापना में आसानी;

5) मूक संचालन;

6) अपेक्षाकृत कम लागत।

वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले सर्किट ब्रेकर सूचीबद्ध आवश्यकताओं को अधिक या कम सीमा तक पूरा करते हैं। सर्किट ब्रेकर डिज़ाइनर, हालांकि, उपरोक्त आवश्यकताओं के साथ सर्किट ब्रेकर विशेषताओं का बेहतर मिलान करने का प्रयास करते हैं।

तेल स्विच

दो प्रकार के तेल स्विच होते हैं - जलाशय और कम तेल। इन चाबियों में आर्क स्पेस विआयनीकरण के तरीके समान हैं। जमीन के आधार से और तेल की मात्रा में संपर्क प्रणाली के इन्सुलेशन में एकमात्र अंतर है।

कुछ समय पहले तक, निम्न प्रकार के टैंकों के लिए टैंक काम करते थे: VM-35, S-35, साथ ही 35 से 220 kV के वोल्टेज के साथ U सीरीज़ के स्विच। टैंक स्विच बाहरी माउंटिंग के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, वर्तमान में उत्पादन में नहीं हैं।

टैंक स्विच का मुख्य नुकसान: विस्फोट और आग; टैंक और इनलेट्स में तेल की स्थिति और स्तर की आवधिक निगरानी की आवश्यकता; बड़ी मात्रा में तेल, जो इसके प्रतिस्थापन के लिए समय के एक बड़े निवेश की ओर जाता है, तेल के बड़े भंडार की आवश्यकता होती है; इनडोर स्थापना के लिए उपयुक्त नहीं है।

कम तेल स्विच

लो-ऑयल स्विच (पॉट टाइप) का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है बंद और खुले स्विचगियर में सभी वोल्टेज। इन स्विचों में तेल मुख्य रूप से आर्किंग माध्यम के रूप में और केवल आंशिक रूप से खुले संपर्कों के बीच इन्सुलेशन के रूप में कार्य करता है।

एक दूसरे से जीवित भागों का अलगाव और जमीनी संरचनाओं से चीनी मिट्टी के बरतन या अन्य ठोस इन्सुलेट सामग्री के साथ किया जाता है। आंतरिक माउंटिंग के लिए स्विच के संपर्क एक स्टील टैंक (पॉट) में स्थित होते हैं, यही वजह है कि "पॉट टाइप" स्विच का नाम रखा जाता है।

वोल्टेज 35 केवी और उससे अधिक के लो-ऑयल सर्किट ब्रेकर में पोर्सिलेन बॉडी होती है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले 6-10 kV प्रकार (VMG-10, VMP-10) के पेंडेंट हैं। इन सर्किट ब्रेकरों में बॉडी को चीनी मिट्टी के इंसुलेटर पर तीन ध्रुवों के लिए एक सामान्य फ्रेम में तय किया जाता है। प्रत्येक खंभे में एक संपर्क विराम और एक चाप ढलान है।

लो-ऑयल स्विच की डिज़ाइन स्कीम 1 — मूवेबल कॉन्टैक्ट; 2 - चाप ढलान; 3 - निश्चित संपर्क; 4 - काम करने वाले संपर्क

उच्च रेटेड धाराओं में, एक जोड़ी संपर्कों (ऑपरेटिंग और आर्किंग संपर्कों के रूप में कार्य करना) के साथ काम करना मुश्किल होता है, इसलिए ऑपरेटिंग संपर्क ब्रेकर के बाहर प्रदान किए जाते हैं और आर्किंग संपर्क धातु टैंक में होते हैं। उच्च ब्रेकिंग करंट पर, प्रत्येक पोल के लिए दो आर्किंग ब्रेक होते हैं। इस योजना के अनुसार, MGG और MG श्रृंखला के स्विच 20 kV तक और उसके सहित वोल्टेज के लिए बनाए जाते हैं।बड़े बाहरी ऑपरेटिंग संपर्क 4 सर्किट ब्रेकर को उच्च रेटेड धाराओं (9500 ए तक) के लिए डिज़ाइन करने की अनुमति देते हैं। 35 केवी और उससे अधिक के वोल्टेज के लिए, स्विच बॉडी चीनी मिट्टी के बरतन से बना है, वीएमके श्रृंखला कम तेल वाला कॉलम स्विच है)। 35, 110 kV स्वचालित सर्किट ब्रेकरों में, प्रति पोल एक रुकावट प्रदान की जाती है, उच्च वोल्टेज पर - दो या अधिक रुकावटें।

लो-ऑयल स्विच के नुकसान: विस्फोट और आग का जोखिम, हालांकि टैंक स्विच की तुलना में बहुत कम; उच्च गति स्वचालित समापन को लागू करने में असमर्थता; चाप टैंकों में आवधिक नियंत्रण, टॉपिंग, अपेक्षाकृत लगातार तेल परिवर्तन की आवश्यकता; अंतर्निर्मित वर्तमान ट्रांसफार्मर स्थापित करने में कठिनाई; अपेक्षाकृत कम तोड़ने की क्षमता।

लो-ऑयल सर्किट ब्रेकर के आवेदन का क्षेत्र बिजली संयंत्रों और सबस्टेशन 6, 10, 20, 35 और 110 केवी के बंद स्विचगियर, पूर्ण स्विचगियर 6, 10 और 35 केवी और खुले स्विचगियर 35 और 110 केवी हैं।

अधिक विवरण के लिए यहां देखें: तेल स्विच के प्रकार

एयर स्विच

35 kV और उससे अधिक के वोल्टेज के लिए एयर सर्किट ब्रेकर बड़े शॉर्ट-सर्किट धाराओं को तोड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। जनरेटर के रूप में बिजली संयंत्रों में 15 kV के वोल्टेज पर हवा का उपयोग किया जाता है। उनके फायदे: त्वरित प्रतिक्रिया, उच्च तोड़ने की क्षमता, संपर्कों का नगण्य जलना, महंगी और अपर्याप्त विश्वसनीय झाड़ियों की कमी, अग्नि सुरक्षा, टैंक में तेल स्विच की तुलना में कम वजन। नुकसान: बोझिल वायु अर्थव्यवस्था की उपस्थिति, विस्फोट का खतरा, अंतर्निहित वर्तमान ट्रांसफार्मर की कमी, उपकरण और संचालन की जटिलता।

हवा के स्विच में, चाप को 2-4 एमपीए के दबाव में संपीड़ित हवा से बुझाया जाता है, और जीवित भागों का इन्सुलेशन और चाप बुझाने वाला उपकरण चीनी मिट्टी के बरतन या अन्य ठोस इन्सुलेट सामग्री से बनाया जाता है। एयर स्विच की डिज़ाइन योजनाएं अलग-अलग हैं और उनकी वोल्टेज रेटिंग पर निर्भर करती हैं, ऑफ पोजीशन में कॉन्टैक्ट्स के बीच इंसुलेटिंग गैप बनाने की विधि और आर्क एक्सटिंग डिवाइस को कंप्रेस्ड एयर सप्लाई करने की विधि।

उच्च रेटेड सर्किट ब्रेकरों में कम तेल एमजी और एमजीजी सर्किट ब्रेकरों के समान एक मुख्य और आर्किंग सर्किट होता है। स्विच की बंद स्थिति में वर्तमान का मुख्य भाग मुख्य संपर्क 4 से होकर गुजरता है, जो खुले स्थित हैं। जब स्विच को बंद कर दिया जाता है, तो पहले मुख्य संपर्क खुलते हैं, फिर सभी करंट कक्ष 2 में बंद चाप संपर्कों से होकर गुजरते हैं। जबकि ये संपर्क खुलते हैं, टैंक 1 से संपीड़ित हवा को कक्ष में डाला जाता है, एक शक्तिशाली विस्फोट होता है, बुझ जाता है चाप। ब्लोइंग अनुदैर्ध्य या अनुप्रस्थ हो सकती है।

खुली स्थिति में संपर्कों के बीच आवश्यक इन्सुलेशन गैप को पर्याप्त दूरी से संपर्कों को अलग करके आर्क च्यूट में बनाया जाता है। एक खुले विभाजक के साथ परियोजना के अनुसार बनाए गए स्विच 15 और 20 केवी के वोल्टेज और 20,000 ए (वीवीजी श्रृंखला) तक की धाराओं के लिए इनडोर स्थापना के लिए निर्मित होते हैं। इस प्रकार के स्विच के साथ, विभाजक 5 को डिस्कनेक्ट करने के बाद, कक्षों को संपीड़ित हवा की आपूर्ति बंद हो जाती है और आर्किंग संपर्क बंद हो जाते हैं।

वायु स्विच के निर्माण आरेख 1 — संपीड़ित हवा के लिए टैंक; 2 - चाप ढलान; 3 - शंटिंग रोकनेवाला; 4 — मुख्य संपर्क; 5 - विभाजक; 6 - 110 केवी के लिए कैपेसिटिव वोल्टेज डिवाइडर - प्रति चरण दो ब्रेक (डी)

वोल्टेज 35 kV (VV-35) के लिए ओपन इंस्टॉलेशन के लिए एयर सर्किट ब्रेकर्स में, प्रति चरण एक रुकावट होना पर्याप्त है।

110 kV और अधिक के वोल्टेज वाले स्विच में, चाप के बुझने के बाद, विभाजक 5 के संपर्क खुल जाते हैं और विभाजक कक्ष बंद स्थिति में हर समय संपीड़ित हवा से भरा रहता है। इस मामले में, आर्क च्यूट को संपीड़ित हवा की आपूर्ति नहीं की जाती है और इसमें संपर्क बंद हो जाते हैं।

500 kV तक के वोल्टेज के लिए VV श्रृंखला के सर्किट ब्रेकर इस डिज़ाइन योजना के अनुसार बनाए गए हैं। रेटेड वोल्टेज जितना अधिक होगा और सीमित शक्ति उतनी ही अधिक होगी, आर्क च्यूट और विभाजक में अधिक रुकावटें होनी चाहिए।

वीवीबी श्रृंखला के हवा से भरे सर्किट ब्रेकर चित्र, डी में डिजाइन योजना के अनुसार बनाए गए हैं। वीवीबी मॉड्यूल का वोल्टेज 2 एमपीए के आग बुझाने वाले कक्ष में संपीड़ित हवा के दबाव में 110 केवी है। VVBK सर्किट ब्रेकर मॉड्यूल (बड़ा मॉड्यूल) का रेटेड वोल्टेज 220 kV है और बुझाने वाले कक्ष में हवा का दबाव 4 MPa है। वीएनवी श्रृंखला के सर्किट ब्रेकरों की एक समान डिजाइन योजना है: 4 एमपीए के दबाव में 220 केवी के वोल्टेज वाला एक मॉड्यूल।

वीवीबी श्रृंखला के सर्किट ब्रेकरों के लिए, आर्क च्यूट (मॉड्यूल) की संख्या वोल्टेज (110 केवी - एक; 220 केवी - दो; 330 केवी - चार; 500 केवी - छह; 750 केवी - आठ) पर निर्भर करती है, और बड़े के लिए सर्किट ब्रेकर मॉड्यूल (VVBK, VNV), क्रमशः दो बार कम संख्या वाले मॉड्यूल।

सर्किट ब्रेकर SF6

SF6 गैस (SF6 - सल्फर हेक्साफ्लोराइड) एक अक्रिय गैस है जिसका घनत्व हवा के घनत्व से 5 गुना अधिक है। SF6 गैस की विद्युत शक्ति हवा की ताकत से 2-3 गुना अधिक है; 0.2 एमपीए के दबाव पर, एसएफ6 गैस की ढांकता हुआ ताकत पेट्रोलियम की तुलना में है।

वायुमंडलीय दबाव पर SF6 गैस में, एक चाप को एक ऐसी धारा से बुझाया जा सकता है जो समान परिस्थितियों में हवा में बाधित धारा से 100 गुना अधिक है। चाप को बुझाने के लिए SF6 गैस की असाधारण क्षमता को इस तथ्य से समझाया गया है कि इसके अणु चाप स्तंभ के इलेक्ट्रॉनों को पकड़ते हैं और अपेक्षाकृत अचल नकारात्मक आयन बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के नुकसान से चाप अस्थिर हो जाता है और आसानी से बुझ जाता है। SF6 गैस के प्रवाह में, यानी गैस जेटिंग के दौरान, चाप स्तंभ से इलेक्ट्रॉनों का अवशोषण और भी अधिक तीव्र होता है।

SF6 सर्किट ब्रेकर ऑटो-न्यूमैटिक (ऑटो-कंप्रेसिंग) चाप बुझाने वाले उपकरणों का उपयोग करते हैं, जहां ट्रिपिंग के दौरान पिस्टन डिवाइस द्वारा गैस को संपीड़ित किया जाता है और आर्किंग क्षेत्र में निर्देशित किया जाता है। एसएफ 6 सर्किट ब्रेकर एक बंद प्रणाली है जिसमें बाहर कोई गैस उत्सर्जन नहीं होता है।

वर्तमान में, 0.15 - 0.6 एमपीए के दबाव में सभी वोल्टेज वर्गों (6-750 केवी) के लिए एसएफ 6 सर्किट ब्रेकर का उपयोग किया जाता है। उच्च वोल्टेज वर्गों वाले स्विच के लिए बढ़े हुए दबाव का उपयोग किया जाता है। निम्नलिखित विदेशी कंपनियों के SF6 सर्किट ब्रेकरों ने खुद को अच्छी तरह साबित किया है: ALSTOM; सीमेंस; मर्लिन गुएरिन और अन्य। PO «Uralelectrotyazmash» के आधुनिक SF6 सर्किट ब्रेकरों के उत्पादन में महारत हासिल है: VEB, VGB श्रृंखला के टैंक सर्किट ब्रेकर और VGT, VGU श्रृंखला के कॉलम स्विच।

उदाहरण के तौर पर, मर्लिन गेरिन द्वारा 6-10 केवी एलएफ सर्किट ब्रेकर के डिजाइन पर विचार करें।

बुनियादी सर्किट ब्रेकर मॉडल में निम्नलिखित तत्व होते हैं:

- सर्किट-ब्रेकर का शरीर, जिसमें सभी तीन ध्रुव स्थित हैं, एक "दबाव पोत" का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो कम अतिरिक्त दबाव (0.15 एमपीए या 1.5 एटीएम) पर एसएफ 6 गैस से भरा होता है;

- यांत्रिक ड्राइव प्रकार आरआई;

- मैनुअल स्प्रिंग लोडिंग हैंडल और स्प्रिंग और सर्किट ब्रेकर स्थिति संकेतक के साथ एक्ट्यूएटर फ्रंट पैनल;

- उच्च वोल्टेज बिजली की आपूर्ति के लिए संपर्क पैड;

- सेकेंडरी स्विचिंग सर्किट को जोड़ने के लिए मल्टी-पिन कनेक्टर।

वैक्यूम सर्किट तोड़ने वाले

निर्वात की ढांकता हुआ ताकत सर्किट ब्रेकर में इस्तेमाल होने वाले अन्य मीडिया की तुलना में काफी अधिक है। यह दबाव में कमी के साथ इलेक्ट्रॉनों, परमाणुओं, आयनों और अणुओं के औसत मुक्त पथ में वृद्धि से समझाया गया है। निर्वात में, कणों का माध्य मुक्त पथ निर्वात कक्ष के आयामों से अधिक होता है।

1/4" गैप रिकवरी डाइइलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ 1600 A के बाद वैक्यूम और वायुमंडलीय दबाव में विभिन्न गैसों में करंट कट-ऑफ

इन शर्तों के तहत, कण-से-कण टकराव की तुलना में कक्ष की दीवारों पर कण प्रभाव बहुत अधिक बार होते हैं। आंकड़ा 3/8 « टंगस्टन के व्यास के साथ इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी पर वैक्यूम और हवा के ब्रेकडाउन वोल्टेज की निर्भरता को दर्शाता है। इतनी उच्च ढांकता हुआ ताकत के साथ, संपर्कों के बीच की दूरी बहुत कम (2 - 2.5 सेमी) हो सकती है, इसलिए कक्ष का आयाम भी अपेक्षाकृत छोटा हो सकता है ...

संपर्कों के बीच की खाई की विद्युत शक्ति को बहाल करने की प्रक्रिया जब चालू होती है तो गैसों की तुलना में वैक्यूम में बहुत तेजी से होती है। आधुनिक औद्योगिक चाप नलिकाओं में वैक्यूम (अवशिष्ट गैस दबाव) का स्तर आमतौर पर Pa होता है। गैसों की विद्युत शक्ति के सिद्धांत के अनुसार, वैक्यूम गैप के आवश्यक इन्सुलेट गुण भी निचले वैक्यूम स्तर (पा के क्रम के) पर प्राप्त किए जाते हैं, लेकिन वैक्यूम तकनीक के वर्तमान स्तर के लिए, निर्माण और रखरखाव निर्वात कक्ष के जीवन भर पा स्तर कोई समस्या नहीं है।यह संपूर्ण सेवा जीवन (20-30 वर्ष) के लिए विद्युत शक्ति के भंडार के साथ निर्वात कक्ष प्रदान करता है।

एक विशिष्ट वैक्यूम सर्किट ब्रेकर डिज़ाइन चित्र में दिखाया गया है।

वैक्यूम ब्रेकर का ब्लॉक आरेख

निर्वात कक्ष के डिजाइन में संपर्कों की एक जोड़ी (4; 5) होती है, जिनमें से एक जंगम (5) है, जो सिरेमिक या ग्लास इंसुलेटर (3; 7), ऊपरी और निचले धातु द्वारा वेल्डेड वैक्यूम-तंग खोल में संलग्न है। कवर (2; 8)) और मेटल शील्ड (6)। एक आस्तीन (9) के माध्यम से निश्चित संपर्क के सापेक्ष चल संपर्क की गति सुनिश्चित की जाती है। इसे मुख्य स्विच सर्किट से जोड़ने के लिए कैमरा केबल (1; 10) का उपयोग किया जाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि निर्वात कक्ष आवास के निर्माण के लिए केवल विशेष वैक्यूम-प्रतिरोधी धातुओं, भंग गैसों, तांबे और विशेष मिश्र धातुओं से शुद्ध, साथ ही विशेष सिरेमिक का उपयोग किया जाता है। निर्वात कक्ष के संपर्क धातु-सिरेमिक संरचना से बने होते हैं (एक नियम के रूप में, यह 50% -50% या 70% -30% के अनुपात में तांबा-क्रोमियम है), जो उच्च ब्रेकिंग क्षमता, पहनने के प्रतिरोध प्रदान करता है और संपर्क सतह पर वेल्डिंग बिंदुओं की उपस्थिति को रोकता है। बेलनाकार सिरेमिक इंसुलेटर, खुले संपर्कों पर एक वैक्यूम अंतराल के साथ, स्विच बंद होने पर कक्ष टर्मिनलों के बीच अलगाव प्रदान करते हैं।

Tavrida-electric ने चुंबकीय लॉक के साथ एक नया डिज़ाइन वैक्यूम सर्किट ब्रेकर जारी किया है। इसका डिज़ाइन ड्राइविंग इलेक्ट्रोमैग्नेट और ब्रेकर के प्रत्येक पोल में वैक्यूम ब्रेकर को संरेखित करने के सिद्धांत पर आधारित है।

स्विच निम्न क्रम में बंद होता है।

प्रारंभिक अवस्था में, निर्वात अवरोधक कक्ष के संपर्क पुल इन्सुलेटर 5 के माध्यम से उन पर बंद वसंत 7 की कार्रवाई के कारण खुले होते हैं। जब विद्युत चुंबक के कुंडल 9 पर सकारात्मक ध्रुवीयता का वोल्टेज लगाया जाता है, तो चुंबकीय प्रवाह चुंबकीय प्रणाली के अंतराल में जम जाता है।

उस समय जब चुंबकीय प्रवाह द्वारा बनाए गए आर्मेचर का कंप्रेसिव बल स्टॉप स्प्रिंग 7 के बल से अधिक हो जाता है, इलेक्ट्रोमैग्नेट का आर्मेचर 11, ट्रैक्शन इंसुलेटर 5 और वैक्यूम चेंबर के मूवेबल कॉन्टैक्ट 3 के साथ मिलकर चलना शुरू कर देता है। ऊपर, रोकने के लिए वसंत को संपीड़ित करना। इस मामले में, वाइंडिंग में एक मोटर-ईएमएफ होता है, जो वर्तमान में और वृद्धि को रोकता है और इसे कुछ हद तक कम भी करता है।

गति की प्रक्रिया में, आर्मेचर लगभग 1 m / s की गति प्राप्त करता है, जो चालू होने पर प्रारंभिक क्षति से बचता है और VDK संपर्कों के बाउंसिंग को समाप्त करता है। जब निर्वात कक्ष संपर्क बंद हो जाते हैं, तो चुंबकीय प्रणाली में 2 मिमी का एक अतिरिक्त संपीड़न अंतराल रहता है। आर्मेचर की गति तेजी से गिरती है, क्योंकि इसे संपर्क 6 के अतिरिक्त प्रीलोड के वसंत बल को भी पार करना पड़ता है। हालांकि, चुंबकीय प्रवाह और जड़ता द्वारा बनाए गए बल के प्रभाव में, आर्मेचर 11 ऊपर की ओर बढ़ना जारी रखता है, स्टॉप 7 के लिए स्प्रिंग को कंप्रेस करना और कॉन्टैक्ट 6 को प्रीलोड करने के लिए एक अतिरिक्त स्प्रिंग।

चुंबकीय प्रणाली को बंद करने के क्षण में, आर्मेचर ड्राइव 8 के ऊपरी आवरण से संपर्क करता है और रुक जाता है। समापन प्रक्रिया के बाद, ड्राइव कॉइल में करंट बंद हो जाता है। द्वारा निर्मित अवशिष्ट प्रेरण के कारण स्विच बंद स्थिति में रहता है अंगूठी स्थायी चुंबक 10, जो अतिरिक्त करंट आपूर्ति के बिना आर्मेचर 11 को ऊपरी कवर 8 तक खींचने की स्थिति में रखता है।

स्विच खोलने के लिए, कॉइल टर्मिनलों पर एक नकारात्मक वोल्टेज लगाया जाना चाहिए।

वर्तमान में, 6-36 kV के वोल्टेज वाले विद्युत नेटवर्क के लिए वैक्यूम सर्किट ब्रेकर प्रमुख उपकरण बन गए हैं। इस प्रकार, यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका में निर्मित उपकरणों की कुल संख्या में वैक्यूम सर्किट ब्रेकरों की हिस्सेदारी जापान में 70% - 100% तक पहुंच जाती है। रूस में, हाल के वर्षों में, इस शेयर में लगातार ऊपर की ओर रुझान रहा है, और 1997 में यह 50% के निशान को पार कर गया। विस्फोटकों के मुख्य लाभ (तेल और गैस स्विच की तुलना में) जो उनके बाजार हिस्सेदारी के विकास को निर्धारित करते हैं:

- उच्च विश्वसनीयता;

- कम रखरखाव लागत।
यह सभी देखें: उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर - संचालन का डिजाइन और सिद्धांत