Vue d'ensemble du développement et des caractéristiques du disjoncteur à vide

[Aperçu du développement et des caractéristiques du disjoncteur à vide] : le disjoncteur à vide désigne le disjoncteur dont les contacts sont fermés et ouverts dans le vide.Les disjoncteurs à vide ont d'abord été étudiés par le Royaume-Uni et les États-Unis, puis développés au Japon, en Allemagne, dans l'ex-Union soviétique et dans d'autres pays.La Chine a commencé à étudier la théorie du disjoncteur à vide à partir de 1959 et a officiellement produit divers disjoncteurs à vide au début des années 1970.

Le disjoncteur à vide fait référence au disjoncteur dont les contacts sont fermés et ouverts dans le vide.

Les disjoncteurs à vide ont d'abord été étudiés par le Royaume-Uni et les États-Unis, puis développés au Japon, en Allemagne, dans l'ex-Union soviétique et dans d'autres pays.La Chine a commencé à étudier la théorie des disjoncteurs à vide en 1959 et a officiellement produit divers types de disjoncteurs à vide au début des années 1970.L'innovation et l'amélioration continues des technologies de fabrication telles que l'interrupteur à vide, le mécanisme de fonctionnement et le niveau d'isolation ont permis au disjoncteur à vide de se développer rapidement, et une série de réalisations importantes ont été réalisées dans la recherche de grande capacité, de miniaturisation, d'intelligence et de fiabilité.

Avec les avantages de bonnes caractéristiques d'extinction d'arc, adaptées à un fonctionnement fréquent, une longue durée de vie électrique, une fiabilité de fonctionnement élevée et une longue période sans entretien, les disjoncteurs à vide ont été largement utilisés dans la transformation du réseau électrique urbain et rural, l'industrie chimique, la métallurgie, le chemin de fer l'électrification, l'exploitation minière et d'autres industries dans l'industrie électrique de la Chine.Les produits vont de plusieurs variétés de ZN1-ZN5 dans le passé à des dizaines de modèles et de variétés maintenant.Le courant nominal atteint 4000A, le courant de coupure atteint 5OKA, voire 63kA, et la tension atteint 35kV.

Le développement et les caractéristiques du disjoncteur à vide seront vus sous plusieurs aspects principaux, y compris le développement de l'interrupteur à vide, le développement du mécanisme de fonctionnement et le développement de la structure d'isolation.

Développement et caractéristiques des ampoules à vide

2.1Développement d'ampoules sous vide

L'idée d'utiliser un milieu sous vide pour éteindre l'arc a été avancée à la fin du 19ème siècle, et le premier interrupteur sous vide a été fabriqué dans les années 1920.Cependant, en raison des limites de la technologie du vide, des matériaux et d'autres niveaux techniques, ce n'était pas pratique à l'époque.Depuis les années 1950, avec le développement de nouvelles technologies, de nombreux problèmes de fabrication d'interrupteurs à vide ont été résolus et l'interrupteur à vide a progressivement atteint le niveau pratique.Au milieu des années 1950, General Electric Company des États-Unis a produit un lot de disjoncteurs à vide avec un courant de coupure nominal de 12 KA.Par la suite, à la fin des années 1950, en raison du développement des interrupteurs à vide avec des contacts à champ magnétique transversal, le courant de coupure nominal a été porté à 3OKA.Après les années 1970, Toshiba Electric Company du Japon a développé avec succès une ampoule à vide avec des contacts de champ magnétique longitudinaux, ce qui a encore augmenté le courant de coupure nominal à plus de 5OKA.À l'heure actuelle, les disjoncteurs à vide ont été largement utilisés dans les systèmes de distribution d'énergie 1KV et 35kV, et le courant de coupure nominal peut atteindre 5OKA-100KAo.Certains pays ont également produit des interrupteurs sous vide 72kV/84kV, mais le nombre est faible.Générateur haute tension CC

Ces dernières années, la production de disjoncteurs à vide en Chine s'est également développée rapidement.À l'heure actuelle, la technologie des interrupteurs à vide domestiques est comparable à celle des produits étrangers.Il existe des interrupteurs à vide utilisant la technologie de champ magnétique vertical et horizontal et la technologie de contact d'allumage central.Les contacts en alliage Cu Cr ont réussi à déconnecter les interrupteurs sous vide 5OKA et 63kAo en Chine, qui ont atteint un niveau supérieur.Le disjoncteur à vide peut utiliser complètement les interrupteurs à vide domestiques.

2.2Caractéristiques de l'ampoule à vide

La chambre d'extinction d'arc sous vide est le composant clé du disjoncteur sous vide.Il est soutenu et scellé par du verre ou de la céramique.Il y a des contacts dynamiques et statiques et des couvercles de blindage à l'intérieur.Il y a une pression négative dans la chambre.Le degré de vide est de 133 × 10 Nine 133 × LOJPa, pour assurer ses performances d'extinction d'arc et son niveau d'isolation lors de la rupture.Lorsque le degré de vide diminue, ses performances de rupture seront considérablement réduites.Par conséquent, la chambre d'extinction d'arc sous vide ne doit pas être impactée par une force externe et ne doit pas être heurtée ou giflée par les mains.Il ne doit pas être sollicité pendant le déplacement et l'entretien.Il est interdit de poser quoi que ce soit sur le disjoncteur à vide pour éviter que la chambre d'extinction de l'arc sous vide ne soit endommagée lors d'une chute.Avant la livraison, le disjoncteur à vide doit subir une inspection et un assemblage de parallélisme stricts.Pendant l'entretien, tous les boulons de la chambre d'extinction d'arc doivent être fixés pour assurer une contrainte uniforme.

Le disjoncteur à vide interrompt le courant et éteint l'arc dans la chambre d'extinction d'arc à vide.Cependant, le disjoncteur à vide lui-même n'a pas de dispositif pour surveiller qualitativement et quantitativement les caractéristiques du degré de vide, de sorte que le défaut de réduction du degré de vide est un défaut caché.Dans le même temps, la réduction du degré de vide affectera sérieusement la capacité du disjoncteur à vide à couper la surintensité et entraînera une forte baisse de la durée de vie du disjoncteur, ce qui entraînera l'explosion de l'interrupteur lorsqu'elle est grave.

En résumé, le principal problème de l'ampoule à vide est que le degré de vide est réduit.Les principales raisons de la réduction du vide sont les suivantes.

(1) Le disjoncteur à vide est un composant délicat.Après avoir quitté l'usine, l'usine de tubes électroniques peut avoir des fuites de joints en verre ou en céramique après de nombreuses fois des chocs de transport, des chocs d'installation, des collisions accidentelles, etc.

(2) Il y a des problèmes dans le matériau ou le processus de fabrication de l'interrupteur à vide, et des points de fuite apparaissent après plusieurs opérations.

(3) Pour le disjoncteur à vide de type divisé, tel que le mécanisme de fonctionnement électromagnétique, lors du fonctionnement, en raison de la grande distance de la tringlerie de fonctionnement, cela affecte directement la synchronisation, le rebond, la surcourse et d'autres caractéristiques du commutateur pour accélérer le réduction du degré de vide.Générateur haute tension CC

Méthode de traitement pour diminuer le degré de vide de l'ampoule à vide :

Observez fréquemment l'interrupteur à vide et utilisez régulièrement le testeur de vide de l'interrupteur à vide pour mesurer le degré de vide de l'interrupteur à vide, afin de vous assurer que le degré de vide de l'interrupteur à vide se situe dans la plage spécifiée ;Lorsque le degré de vide diminue, l'interrupteur à vide doit être remplacé et les tests caractéristiques tels que la course, la synchronisation et le rebond doivent être bien effectués.

3. Développement du mécanisme de fonctionnement

Le mécanisme de fonctionnement est l'un des aspects importants pour évaluer les performances du disjoncteur à vide.La principale raison qui affecte la fiabilité du disjoncteur à vide est les caractéristiques mécaniques du mécanisme de fonctionnement.Selon le développement du mécanisme de fonctionnement, il peut être divisé dans les catégories suivantes.Générateur haute tension CC

3.1Mécanisme de fonctionnement manuel

Le mécanisme de commande reposant sur la fermeture directe est appelé mécanisme de commande manuel, qui est principalement utilisé pour faire fonctionner des disjoncteurs à faible niveau de tension et à faible courant de coupure nominal.Le mécanisme manuel a été rarement utilisé dans les services d'alimentation extérieurs, à l'exception des entreprises industrielles et minières.Le mécanisme de commande manuelle est de structure simple, ne nécessite pas d'équipement auxiliaire complexe et présente l'inconvénient qu'il ne peut pas se refermer automatiquement et ne peut être actionné que localement, ce qui n'est pas suffisamment sûr.Ainsi, la commande manuelle a quasiment été remplacée par la commande à ressort avec stockage manuel de l'énergie.

3.2Mécanisme de commande électromagnétique

Le mécanisme de fonctionnement qui est fermé par la force électromagnétique est appelé mécanisme de fonctionnement électromagnétique d.Le mécanisme CD17 est développé en coordination avec les produits domestiques ZN28-12.Dans sa structure, il est également disposé devant et derrière l'ampoule à vide.

Les avantages du mécanisme de fonctionnement électromagnétique sont un mécanisme simple, un fonctionnement fiable et un faible coût de fabrication.Les inconvénients sont que la puissance consommée par la bobine de fermeture est trop importante, et qu'elle doit être préparée [Aperçu du développement et des caractéristiques du disjoncteur à vide] : Le disjoncteur à vide désigne le disjoncteur dont les contacts sont fermés et ouverts sous vide.Les disjoncteurs à vide ont d'abord été étudiés par le Royaume-Uni et les États-Unis, puis développés au Japon, en Allemagne, dans l'ex-Union soviétique et dans d'autres pays.La Chine a commencé à étudier la théorie du disjoncteur à vide à partir de 1959 et a officiellement produit divers disjoncteurs à vide au début des années 1970.

Batteries coûteuses, grand courant de fermeture, structure volumineuse, longue durée de fonctionnement et part de marché progressivement réduite.

3.3Mécanisme de commande à ressort Générateur haute tension CC

Le mécanisme de fonctionnement à ressort utilise le ressort à énergie stockée comme puissance pour que l'interrupteur réalise l'action de fermeture.Il peut être entraîné par de la main-d'œuvre ou des moteurs à courant alternatif et à courant continu de petite puissance, de sorte que la puissance de fermeture n'est fondamentalement pas affectée par des facteurs externes (tels que la tension d'alimentation, la pression d'air de la source d'air, la pression hydraulique de la source de pression hydraulique), qui peuvent non seulement atteindre une vitesse de fermeture élevée, mais également réaliser une opération de fermeture répétée automatique rapide ;De plus, par rapport au mécanisme de fonctionnement électromagnétique, le mécanisme de fonctionnement à ressort a un faible coût et un prix bas.C'est le mécanisme de commande le plus couramment utilisé dans le disjoncteur à vide, et ses fabricants sont également plus nombreux, qui s'améliorent constamment.Les mécanismes CT17 et CT19 sont typiques, et ZN28-17, VS1 et VGl sont utilisés avec eux.

Généralement, le mécanisme de commande à ressort comporte des centaines de pièces et le mécanisme de transmission est relativement complexe, avec un taux de défaillance élevé, de nombreuses pièces mobiles et des exigences élevées en matière de processus de fabrication.De plus, la structure du mécanisme de commande à ressort est complexe et il existe de nombreuses surfaces de frottement coulissantes, et la plupart d'entre elles se trouvent dans des parties clés.Lors d'un fonctionnement à long terme, l'usure et la corrosion de ces pièces, ainsi que la perte et le durcissement des lubrifiants, entraîneront des erreurs de fonctionnement.Il y a principalement les lacunes suivantes.

(1) Le disjoncteur refuse de fonctionner, c'est-à-dire qu'il envoie un signal de fonctionnement au disjoncteur sans fermeture ni ouverture.

(2) L'interrupteur ne peut pas être fermé ou est déconnecté après la fermeture.

(3) En cas d'accident, l'action de protection du relais et le disjoncteur ne peuvent pas être déconnectés.

(4) Brûlez la bobine de fermeture.

Analyse des causes de défaillance du mécanisme de fonctionnement :

Le disjoncteur refuse de fonctionner, ce qui peut être causé par la perte de tension ou la sous-tension de la tension de fonctionnement, la déconnexion du circuit de fonctionnement, la déconnexion de la bobine de fermeture ou de la bobine d'ouverture et le mauvais contact des contacts de l'interrupteur auxiliaire sur le mécanisme.

L'interrupteur ne peut pas être fermé ou s'ouvre après la fermeture, ce qui peut être dû à une sous-tension de l'alimentation de fonctionnement, à une course de contact excessive du contact mobile du disjoncteur, à la déconnexion du contact de verrouillage de l'interrupteur auxiliaire et à une quantité trop faible de liaison entre le demi-arbre de la commande et le cliquet ;

Lors de l'accident, l'action de protection du relais et le disjoncteur n'ont pas pu être déconnectés.Il se peut qu'il y ait des corps étrangers dans le noyau de fer d'ouverture qui empêchaient le noyau de fer d'agir de manière flexible, le demi-arbre de déclenchement d'ouverture ne pouvait pas tourner de manière flexible et le circuit d'opération d'ouverture était déconnecté.

Les raisons possibles de la combustion de la bobine de fermeture sont les suivantes : le contacteur CC ne peut pas être déconnecté après la fermeture, l'interrupteur auxiliaire ne tourne pas en position d'ouverture après la fermeture et l'interrupteur auxiliaire est desserré.

3.4Mécanisme à aimant permanent

Le mécanisme à aimant permanent utilise un nouveau principe de fonctionnement pour combiner organiquement le mécanisme électromagnétique avec l'aimant permanent, en évitant les facteurs défavorables causés par le déclenchement mécanique en position de fermeture et d'ouverture et le système de verrouillage.La force de maintien générée par l'aimant permanent peut maintenir le disjoncteur à vide dans les positions de fermeture et d'ouverture lorsqu'une énergie mécanique est requise.Il est équipé d'un système de contrôle pour réaliser toutes les fonctions requises par le disjoncteur à vide.Il peut être principalement divisé en deux types : actionneur magnétique permanent monostable et actionneur magnétique permanent bistable.Le principe de fonctionnement de l'actionneur magnétique permanent bistable est que l'ouverture et la fermeture de l'actionneur dépendent de la force magnétique permanente ;Le principe de fonctionnement du mécanisme de commande à aimant permanent monostable est de s'ouvrir rapidement à l'aide du ressort de stockage d'énergie et de maintenir la position d'ouverture.Seule la fermeture peut conserver la force magnétique permanente.Le produit principal de Trede Electric est l'actionneur à aimant permanent monostable, et les entreprises nationales développent principalement l'actionneur à aimant permanent bistable.

La structure de l'actionneur à aimant permanent bistable varie, mais il n'existe que deux types de principes : le type à double bobine (type symétrique) et le type à simple bobine (type asymétrique).Ces deux structures sont brièvement présentées ci-dessous.

(1) Mécanisme à aimant permanent à double bobine

Le mécanisme à aimant permanent à double bobine est caractérisé par : l'utilisation d'un aimant permanent pour maintenir le disjoncteur à vide aux positions de fin de course d'ouverture et de fermeture respectivement, l'utilisation d'une bobine d'excitation pour pousser le noyau de fer du mécanisme de la position d'ouverture à la position de fermeture, et l'utilisation une autre bobine d'excitation pour pousser le noyau de fer du mécanisme de la position de fermeture à la position d'ouverture.Par exemple, le mécanisme de commutation VMl d'ABB adopte cette structure.

(2) Mécanisme à aimant permanent à bobine unique

Le mécanisme à aimant permanent à bobine unique utilise également des aimants permanents pour maintenir le disjoncteur à vide aux positions limites d'ouverture et de fermeture, mais une bobine d'excitation est utilisée pour l'ouverture et la fermeture.Il existe également deux bobines d'excitation pour l'ouverture et la fermeture, mais les deux bobines sont du même côté et le sens d'écoulement de la bobine parallèle est opposé.Son principe est le même que celui du mécanisme à aimant permanent à simple bobinage.L'énergie de fermeture provient principalement de la bobine d'excitation et l'énergie d'ouverture provient principalement du ressort d'ouverture.Par exemple, le disjoncteur à vide monté sur colonne GVR lancé par Whipp&Bourne Company au Royaume-Uni adopte ce mécanisme.

Selon les caractéristiques ci-dessus du mécanisme à aimant permanent, ses avantages et ses inconvénients peuvent être résumés.Les avantages sont que la structure est relativement simple, par rapport au mécanisme à ressort, ses composants sont réduits d'environ 60%;Avec moins de composants, le taux de défaillance sera également réduit, de sorte que la fiabilité est élevée ;Longue durée de vie du mécanisme ;Petite taille et poids léger.L'inconvénient est qu'en termes de caractéristiques d'ouverture, du fait que le noyau de fer mobile participe au mouvement d'ouverture, l'inertie de mouvement du système mobile augmente significativement lors de l'ouverture, ce qui est très défavorable pour améliorer la vitesse d'ouverture rigide ;En raison de la puissance de fonctionnement élevée, elle est limitée par la capacité du condensateur.

4. Développement de la structure d'isolation

Selon les statistiques et l'analyse des types d'accidents dans le fonctionnement des disjoncteurs à haute tension du système électrique national sur la base de données historiques pertinentes, le défaut d'ouverture représente 22,67 % ;Le refus de coopérer représentait 6,48 % ;Les accidents par effraction représentent 9,07 % ;Les accidents d'isolement représentent 35,47 % ;Les accidents de mauvaise opération représentaient 7,02 % ;Les accidents de fermeture de rivière représentent 7,95 % ;Les accidents de force externe et autres ont représenté 11 439 accidents bruts, dont les accidents d'isolation et les accidents de rejet de séparation étaient les plus importants, représentant environ 60% de tous les accidents.Par conséquent, la structure d'isolation est également un point clé du disjoncteur à vide.Selon les changements et le développement de l'isolation des colonnes de phase, celle-ci peut être essentiellement divisée en trois générations : isolation par air, isolation composite et isolation solide des poteaux scellés.