Conoscenze di base degli apparecchi di commutazione ad alta tensione

I quadri elettrici ad alta tensione sono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica per la ricezione e la distribuzione di energia elettrica. Parte delle apparecchiature o delle linee elettriche possono essere attivate o disattivate in base al funzionamento della rete elettrica, e la parte guasta può essere rapidamente isolata dalla rete in caso di guasto di un'apparecchiatura o di una linea, in modo da garantire il normale funzionamento della parte non guasta della rete elettrica, nonché la sicurezza delle apparecchiature e del personale addetto al funzionamento e alla manutenzione. Pertanto, i quadri elettrici ad alta tensione sono apparecchiature di distribuzione dell'energia elettrica di fondamentale importanza e il loro funzionamento sicuro e affidabile riveste grande importanza per il sistema elettrico.

1. Classificazione delle apparecchiature di commutazione ad alta tensione

Tipo di struttura:
Tipo corazzato Tutti i tipi sono isolati e messi a terra da piastre metalliche, come il tipo KYN e il tipo KGN.
Tipo di intervallo Tutti i tipi sono separati da una o più piastre non metalliche, come il tipo JYN
Il tipo a scatola ha un guscio metallico, ma il numero di scomparti è inferiore a quello del mercato blindato o del tipo a scomparti, come il tipo XGN
Posizionamento dell'interruttore automatico:
Tipo di pavimento Il carrello dell'interruttore automatico è atterrato e spinto nell'armadio
Il carrello a mano montato centralmente è installato al centro del quadro elettrico e il carico e lo scarico del carrello a mano richiedono un carrello di carico e scarico

carrello a mano montato centralmente

Carrello a mano da pavimento

Tipo di isolamento
quadri elettrici con involucro metallico isolato ad aria
Quadri elettrici in involucro metallico isolato con gas SF6 (armadio gonfiabile)

2. Struttura compositiva del quadro elettrico ad alta tensione KYN

Il quadro elettrico è composto da un corpo fisso e da parti estraibili (denominate carrello).

 

uno. Armadietto
L'involucro e i divisori del quadro elettrico sono realizzati in lamiera di acciaio zincato-alluminio. L'intero armadio presenta elevata precisione, resistenza alla corrosione e all'ossidazione, oltre a un'elevata resistenza meccanica e un aspetto gradevole. L'armadio adotta una struttura modulare e i componenti sono collegati tramite rivetti e bulloni ad alta resistenza. Pertanto, il quadro elettrico assemblato mantiene l'uniformità dimensionale.
Il quadro elettrico è suddiviso, tramite pareti divisorie, in locale carrelli, locale sbarre collettrici, locale cavi e locale strumenti a relè, e ogni unità è ben messa a terra.
Sala A-Bus
La sala sbarre collettrici è situata nella parte superiore del retro del quadro elettrico per l'installazione e la sistemazione delle sbarre collettrici trifase ad alta tensione in corrente alternata e per il collegamento con i contatti statici tramite le sbarre di derivazione. Tutte le sbarre collettrici sono sigillate con guaine isolanti in plastica. Quando la sbarra collettrice attraversa la parete divisoria del quadro elettrico, viene fissata con una boccola. In caso di arco elettrico interno, questa boccola limita la propagazione del guasto ai quadri adiacenti e garantisce la resistenza meccanica della sbarra.

 

Locale del carrello B (interruttore automatico)
Nella sala interruttori è installata una guida specifica per consentire al carrello degli interruttori di scorrere e operare al suo interno. Il carrello può spostarsi tra la posizione di lavoro e la posizione di collaudo. Sulla parete posteriore della sala del carrello è installata una barriera (trappola) per il contatto statico. Quando il carrello si sposta dalla posizione di collaudo alla posizione di lavoro, la barriera si apre automaticamente e il carrello si muove nella direzione opposta per completare la carica, garantendo così che l'operatore non entri in contatto con il corpo sotto tensione.
Gli interruttori automatici possono essere suddivisi in base al mezzo di estinzione dell'arco:
• Interruttore automatico a olio. Si divide in interruttori automatici con più olio e interruttori automatici con meno olio. Sono tutti costituiti da contatti che si aprono e si collegano nell'olio, e l'olio per trasformatori viene utilizzato come mezzo di estinzione dell'arco.
• Interruttore automatico ad aria compressa. Un interruttore automatico che utilizza aria compressa ad alta pressione per estinguere l'arco elettrico.
• Interruttore automatico a SF6. Un interruttore automatico che utilizza il gas SF6 per estinguere l'arco elettrico.
• Interruttore automatico a vuoto. Un interruttore automatico in cui i contatti si aprono e si chiudono sotto vuoto e l'arco si estingue in condizioni di vuoto.
•Interruttore automatico a generazione di gas solido. Un interruttore automatico che utilizza materiali solidi generatori di gas per estinguere l'arco decomponendo il gas sotto l'azione dell'alta temperatura dell'arco.
• Interruttore automatico a soffiante magnetica. Un interruttore automatico in cui l'arco viene soffiato nella griglia di estinzione dell'arco da un campo magnetico presente nell'aria, in modo che si allunghi e si raffreddi per estinguere l'arco.

 

In base alle diverse forme di energia utilizzate dal meccanismo di azionamento, quest'ultimo può essere suddiviso nelle seguenti tipologie:
Meccanismo manuale (CS): si riferisce al meccanismo di azionamento che utilizza la forza umana per chiudere il freno.
2. Meccanismo elettromagnetico (CD): si riferisce al meccanismo di funzionamento che utilizza elettromagneti per la chiusura.
3. Meccanismo a molla (CT): si riferisce a un meccanismo di chiusura a molla che utilizza la forza umana o un motore per immagazzinare energia nella molla e ottenere la chiusura.
4. Meccanismo motore (CJ): si riferisce al meccanismo di azionamento che utilizza un motore per chiudere e aprire.
5. Meccanismo idraulico (CY): si riferisce al meccanismo di azionamento che utilizza olio ad alta pressione per spingere il pistone e ottenere l'apertura e la chiusura.
6. Meccanismo pneumatico (CQ): si riferisce al meccanismo di azionamento che utilizza aria compressa per spingere il pistone e ottenere l'apertura e la chiusura.
7. Meccanismo a magneti permanenti: utilizza magneti permanenti per mantenere la posizione dell'interruttore. Si tratta di un meccanismo di funzionamento elettromagnetico, con ritenzione a magneti permanenti e controllo elettronico.

Sala cavi C
Trasformatori di corrente, interruttori di messa a terra, scaricatori di sovratensione, cavi e altre apparecchiature ausiliarie possono essere installati nella sala cavi, e sul fondo è predisposta una piastra di alluminio fessurata e rimovibile per facilitare le operazioni di installazione in loco.

Sala strumenti del relè D
Il pannello della sala relè è dotato di dispositivi di protezione a microprocessore, maniglie di comando, piastre di pressione di protezione delle uscite, misuratori, indicatori di stato (o display di stato), ecc.; nella sala relè sono presenti morsettiere, interruttori di alimentazione CC del circuito di controllo della protezione a microprocessore e dispositivi di alimentazione CC di lavoro della protezione a microprocessore, interruttore di alimentazione di lavoro del motore di accumulo di energia (CC o CA) e apparecchiature secondarie con requisiti speciali.

Tre posizioni nel carrello di manovra del quadro elettrico

Posizione di lavoro: l'interruttore è collegato all'apparecchiatura primaria. Dopo la chiusura, la potenza viene trasmessa dalla sbarra alla linea di trasmissione attraverso l'interruttore.

Posizione di prova: la spina secondaria può essere inserita nella presa per ottenere l'alimentazione. L'interruttore automatico può essere chiuso, aperto e la spia corrispondente si accende; l'interruttore automatico non è collegato all'apparecchiatura primaria e può eseguire varie operazioni, ma non avrà alcun effetto sul lato del carico, quindi viene chiamata posizione di prova.

Posizione di manutenzione: non vi è contatto tra l'interruttore automatico e l'apparecchiatura primaria (bussola), l'alimentazione di esercizio è interrotta (la spina secondaria è stata scollegata) e l'interruttore automatico è in posizione di apertura.

dispositivo di interblocco per armadio elettrico

Il quadro elettrico è dotato di un affidabile dispositivo di interblocco che soddisfa i requisiti di cinque livelli di prevenzione e protegge efficacemente la sicurezza degli operatori e delle apparecchiature.

A. La porta della sala strumenti è dotata di un pulsante di segnalazione o di un interruttore di trasferimento per impedire la chiusura e la divisione accidentale dell'interruttore automatico.

B, la mano dell'interruttore automatico si trova nella posizione di prova o di lavoro, l'interruttore automatico può essere azionato e, durante la chiusura dell'interruttore, la mano non può muoversi per evitare il carico dovuto alla spinta errata della maniglia.

C. Solo quando l'interruttore di terra è in posizione di apertura, il carrello dell'interruttore può essere spostato dalla posizione di prova/manutenzione alla posizione di lavoro. Solo quando il carrello dell'interruttore è in posizione di prova/manutenzione, l'interruttore di terra può essere azionato. In questo modo, si può evitare che l'interruttore di terra venga azionato per errore e che venga azionato per inattività.

D. Quando l'interruttore di terra è in posizione di apertura, lo sportello inferiore e lo sportello posteriore del quadro elettrico non possono essere aperti per evitare scariche elettriche accidentali.

E, interruttore automatico in posizione di prova o di lavoro, nessuna tensione di controllo, è possibile realizzare solo l'apertura manuale, non la chiusura.

F. Quando il dispositivo manuale dell'interruttore automatico è in posizione di lavoro, la spina secondaria è bloccata e non può essere estratta.

 

G, ogni corpo del mobile può realizzare l'interblocco elettrico.

H. Il collegamento tra la linea secondaria dell'apparecchiatura di commutazione e la linea secondaria del carrello dell'interruttore è realizzato tramite una spina secondaria manuale. Il contatto mobile della spina secondaria è collegato al carrello dell'interruttore tramite un tubo termoretraibile corrugato in nylon. Il carrello dell'interruttore, solo in posizione di prova o di disconnessione, può inserire e rimuovere la seconda spina; in posizione di lavoro, a causa dell'interblocco meccanico, la seconda spina è bloccata e non può essere rimossa.

3. Procedura operativa degli interruttori ad alta tensione

Sebbene la progettazione del quadro elettrico garantisca la corretta sequenza di funzionamento e l'interblocco delle parti, l'operatore deve comunque attenersi scrupolosamente alle procedure operative e ai requisiti correlati, evitando operazioni non necessarie e, soprattutto, non bloccandosi in operazioni senza un'adeguata analisi, altrimenti si rischia di danneggiare l'apparecchiatura o addirittura di provocare incidenti.

Procedura operativa di trasmissione degli interruttori ad alta tensione

(1) Chiudere tutte le ante dell'armadio e le piastre di tenuta posteriori e bloccarle.

(2) Inserire la maniglia di azionamento dell'interruttore di messa a terra nel foro esagonale sul lato inferiore destro dello sportello centrale, ruotarla in senso antiorario di circa 90° per portare l'interruttore di messa a terra in posizione di apertura, estrarre la maniglia di azionamento, la piastra di interblocco nel foro di azionamento tornerà automaticamente indietro, coprendo il foro di azionamento, e lo sportello posteriore dell'armadio degli interruttori verrà bloccato.

(3) Osservare se gli strumenti e i segnali dello sportello superiore dell'armadio sono normali. Se la spia di alimentazione del dispositivo di protezione del microcomputer è accesa, la spia della posizione di test manuale, la spia di apertura dell'interruttore automatico e la spia di accumulo di energia sono accese, se nessuno degli indicatori è acceso, aprire lo sportello dell'armadio e verificare che l'interruttore di alimentazione del bus sia chiuso; se è chiuso ma la spia è ancora spenta, è necessario controllare il circuito di controllo.

(4) inserire il perno della manovella del carrello dell'interruttore e premerlo con forza, ruotare la manovella in senso orario, quadro elettrico da 6 kV circa 20 giri, bloccato nella manovella ovviamente accompagnato da un suono di "clic" quando si rimuove la manovella, carrello in posizione di lavoro in questo momento, una seconda spina è bloccata, fare un giro attraverso i proprietari della mano dell'interruttore, vedere il segnale correlato (in questo punto le luci di lavoro della posizione del carrello, allo stesso tempo, la luce di posizione di prova della mano è spenta), allo stesso tempo, si dovrebbe notare che quando la mano è in posizione di lavoro, la piastra di interblocco nel foro di operazione del coltello di terra è bloccata e non può essere premuta

(5) strumento operativo sulla porta, commutare l'alimentazione di commutazione dell'interruttore automatico, la spia rossa di chiusura dello strumento sulla porta si accende contemporaneamente, la luce del freno si spegne, controllare il dispositivo di visualizzazione elettrica, la posizione dei punti meccanici dell'interruttore automatico e altri segnali correlati, tutto è normale, 6 (operazione, interruttore, ci mostrerà la maniglia in senso orario fino alla posizione del pannello, la maniglia di azionamento dovrebbe ripristinarsi automaticamente nella posizione preimpostata dopo il rilascio).

(6) se l'interruttore automatico si apre automaticamente dopo la chiusura o si apre automaticamente durante il funzionamento, è necessario determinare la causa del guasto ed eliminare il guasto può essere ritrasmesso secondo la procedura di cui sopra.

4. Meccanismo di azionamento dell'interruttore automatico

1. meccanismo di funzionamento elettromagnetico

Il meccanismo di azionamento elettromagnetico è una tecnologia matura, derivata da un precedente tipo di meccanismo di azionamento degli interruttori automatici. La sua struttura è semplice, con circa 120 componenti meccanici. Utilizza la forza elettromagnetica prodotta dalla corrente nel nucleo dell'interruttore di azionamento della bobina di chiusura. Il meccanismo di collegamento di chiusura a impatto agisce sulla chiusura dell'interruttore. L'entità dell'energia di chiusura dipende completamente dall'entità della corrente di commutazione, pertanto è necessaria una corrente di chiusura elevata.

I vantaggi del meccanismo di azionamento elettromagnetico sono i seguenti:

La struttura è semplice, il lavoro è più affidabile, i requisiti di lavorazione non sono molto elevati, la produzione è facile, il costo di produzione è basso;

Consente il funzionamento tramite telecomando e la richiusura automatica;

Presenta buone caratteristiche in termini di velocità di apertura e chiusura.

Gli svantaggi del meccanismo di funzionamento elettromagnetico includono principalmente:

La corrente di chiusura è elevata e la potenza assorbita dalla bobina di chiusura è elevata, il che richiede un alimentatore CC ad alta potenza.

La corrente di chiusura è elevata e il contatto del relè e dell'interruttore ausiliario generico non è in grado di soddisfare i requisiti. È necessario installare un contattore CC speciale e il contatto CC con la bobina di soppressione dell'arco viene utilizzato per controllare la corrente di chiusura, in modo da controllare l'azione di apertura e chiusura della bobina;

La velocità di funzionamento del meccanismo di azionamento è bassa, la pressione del contatto è ridotta, è facile che si verifichi un salto del contatto, il tempo di chiusura è lungo e la variazione della tensione di alimentazione ha una grande influenza sulla velocità di chiusura;

Costo dei materiali, meccanismo ingombrante;

Il corpo e il meccanismo di azionamento dell'interruttore automatico di una sottostazione esterna sono generalmente assemblati insieme. Questo tipo di interruttore automatico integrato ha in genere solo la funzione di azionamento elettrico e manuale, e non ha la funzione manuale. Quando si verifica un guasto alla scatola del meccanismo di azionamento e l'interruttore automatico smette di funzionare, è necessario eseguire una procedura di interruzione di corrente.

2. Meccanismo di azionamento a molla

Il meccanismo di azionamento a molla è composto da quattro parti: accumulo di energia della molla, mantenimento della chiusura, mantenimento dell'apertura, apertura. Il numero di parti è elevato, circa 200. L'energia immagazzinata dall'allungamento e dalla contrazione della molla viene utilizzata per controllare l'apertura e la chiusura dell'interruttore. L'accumulo di energia della molla è realizzato tramite il meccanismo di decelerazione del motore di accumulo di energia, e l'azione di apertura e chiusura dell'interruttore è controllata dalla bobina di apertura e chiusura. Pertanto, l'energia necessaria per l'apertura e la chiusura dell'interruttore dipende dall'energia immagazzinata dalla molla e non è correlata all'intensità della forza elettromagnetica, e non richiede correnti di apertura e chiusura elevate.

I vantaggi del meccanismo di azionamento a molla sono i seguenti:

La corrente di apertura e chiusura non è elevata, quindi non è necessario un alimentatore ad alta potenza.

Può essere utilizzato per l'accumulo remoto di energia elettrica, l'apertura e la chiusura elettrica, nonché per l'accumulo locale di energia manuale, l'apertura e la chiusura manuale. Pertanto, può essere utilizzato anche per l'apertura e la chiusura manuale quando l'alimentazione di funzionamento viene a mancare o il meccanismo di azionamento non funziona. Velocità di apertura e chiusura rapida, non influenzata dalle variazioni di tensione di alimentazione, e può richiudersi automaticamente in modo rapido;

Il motore ad accumulo di energia ha una bassa potenza e può essere utilizzato sia in corrente alternata che in corrente continua.

Il meccanismo di azionamento a molla può realizzare il trasferimento di energia per ottenere la migliore corrispondenza e rendere comuni tutte le specifiche degli interruttori automatici di corrente di interruzione con un unico tipo di meccanismo di azionamento, scegliendo diverse molle di accumulo di energia, con un ottimo rapporto costo-efficacia.

I principali svantaggi del meccanismo di funzionamento a molla sono:

La struttura è complessa, il processo di produzione è complesso, la precisione di lavorazione è elevata, il costo di produzione è relativamente alto;

Elevata forza operativa, elevati requisiti in termini di resistenza dei componenti;

Si verificano facilmente guasti meccanici che possono impedire il movimento del meccanismo di azionamento, bruciare la bobina di chiusura o l'interruttore di fine corsa;

Si verifica un fenomeno di falso salto, a volte il falso salto dopo l'apertura non è in posizione, non è possibile giudicarne la posizione combinata;

Le caratteristiche della velocità di apertura sono scarse.

3. Meccanismo di funzionamento a magnete permanente

Il meccanismo di azionamento a magnete permanente adotta un nuovo principio di funzionamento e una nuova struttura, composta da un magnete permanente, una bobina di chiusura e una bobina di interruzione/frenata, eliminando il meccanismo di azionamento a molla del meccanismo di azionamento elettromagnetico e il movimento, biella, dispositivo di bloccaggio, struttura semplice, pochissime parti, circa 50, la parte mobile principale è solo una in funzione, ha un'affidabilità molto elevata. Utilizza un magnete permanente per mantenere la posizione dell'interruttore. È un meccanismo di azionamento a funzionamento elettromagnetico, mantenimento a magnete permanente e controllo elettronico.

Principio di funzionamento del meccanismo a magneti permanenti: Dopo che la corrente elettrica della bobina di chiusura si propaga nella parte superiore del circuito magnetico di generazione e magneti permanenti in direzione opposta al flusso magnetico, la forza magnetica prodotta dalla sovrapposizione dei due campi magnetici fa sì che il nucleo dinamico si muova verso il basso. Dopo circa metà del percorso, a causa della diminuzione dell'intercapedine d'aria magnetica nella parte inferiore, le linee di campo magnetico dei magneti permanenti si spostano verso il basso, nella stessa direzione del campo magnetico della bobina di chiusura, in modo che la velocità del nucleo di ferro si muova verso il basso. A questo punto, la corrente di chiusura scompare. Il magnete permanente utilizza il canale a bassa magnetoimpedenza fornito dai nuclei di ferro mobili e statici per mantenere il nucleo di ferro mobile nella posizione stabile di chiusura. Quando la corrente della bobina di frenatura viene prodotta nella parte inferiore del circuito magnetico e del magnete permanente in direzione opposta al flusso magnetico, la forza magnetica prodotta dalla sovrapposizione dei due campi magnetici fa muovere il nucleo dinamico verso l'alto, dopo che il movimento ha raggiunto circa metà della corsa, a causa della diminuzione del traferro superiore del circuito magnetico, la linea di forza magnetica del magnete permanente viene trasferita verso l'alto, il campo magnetico della bobina di frenatura con il campo magnetico del magnete permanente nella stessa direzione, in modo che la velocità del movimento verso l'alto del nucleo di ferro mobile raggiunga infine la posizione frazionaria, quando la corrente di gate scompare, il magnete permanente utilizza il canale a bassa magnetoimpedenza fornito dai nuclei di ferro mobili e statici per mantenere il nucleo di ferro mobile nello stato stabile di apertura.

I vantaggi del meccanismo di funzionamento a magneti permanenti sono i seguenti:

Adotta un meccanismo bistabile a doppia bobina. Il meccanismo di funzionamento a magnete permanente della bobina di chiusura, un magnete permanente per accoppiarsi alla bobina di chiusura dei punti, risolve meglio il problema dei punti quando si passa ad alta potenza, poiché il magnete permanente con energia magnetica può essere utilizzato come operazione di chiusura, i punti forniscono energia alla bobina di chiusura può essere ridotto quindi non è necessaria una corrente di operazione di chiusura dei punti eccessiva.

Grazie al movimento alternato del nucleo di ferro mobile, attraverso il braccio rotante, l'asta isolante agisce sul contatto dinamico della camera di interruzione sottovuoto dell'interruttore, realizzando o eseguendo i punti di interruzione del circuito, sostituendo il tradizionale metodo di bloccaggio meccanico. La struttura meccanica è notevolmente semplificata, si riducono i materiali, i costi, si riducono i punti di guasto e si migliora notevolmente l'affidabilità dell'azione meccanica, consentendo una manutenzione gratuita e un risparmio sui costi di manutenzione.

La forza magnetica permanente del meccanismo di azionamento a magneti permanenti non si esaurisce quasi mai e la sua durata utile raggiunge le 100.000 operazioni. La forza elettromagnetica viene utilizzata per l'apertura e la chiusura, mentre la forza magnetica permanente viene impiegata per il mantenimento della posizione bistabile, semplificando il meccanismo di trasmissione e riducendo il consumo energetico e la rumorosità del meccanismo di azionamento. La durata utile del meccanismo di azionamento a magneti permanenti è oltre 3 volte superiore a quella del meccanismo di azionamento elettromagnetico e del meccanismo di azionamento a molla.

Adotta un interruttore di prossimità elettronico senza contatto, privo di componenti mobili, usura e rimbalzo, come interruttore ausiliario. Non presenta problemi di cattivo contatto, garantisce un funzionamento affidabile, non è influenzato dall'ambiente esterno, ha una lunga durata e un'elevata affidabilità, risolvendo il problema del rimbalzo dei contatti.

Adotta la tecnologia di commutazione sincrona a passaggio per lo zero. Il contatto dinamico e statico dell'interruttore è controllato dal sistema di controllo elettronico, che può modificare la forma d'onda della tensione di sistema a ogni livello. Quando la forma d'onda della corrente passa per lo zero al momento dell'interruzione, la corrente di spunto e l'ampiezza della sovratensione sono ridotte, riducendo l'impatto sulla rete e sul funzionamento delle apparecchiature. Inoltre, il meccanismo di azionamento elettromagnetico e il funzionamento del meccanismo di azionamento a molla sono casuali, il che può generare un'elevata corrente di spunto e un'ampiezza di sovratensione, con un impatto significativo sulle reti elettriche e sulle apparecchiature.

Il meccanismo di azionamento a magneti permanenti consente l'apertura e la chiusura in loco/a distanza, nonché la funzione di chiusura e richiusura di protezione, e può essere aperto manualmente. Poiché la potenza richiesta per il funzionamento è ridotta, l'utilizzo di condensatori per l'alimentazione diretta a commutazione garantisce tempi di carica brevi, correnti di carica ridotte e un'elevata resistenza agli urti; inoltre, dopo un'interruzione di corrente, l'interruttore può continuare a funzionare sia in accensione che in spegnimento.

I principali svantaggi del meccanismo di funzionamento a magneti permanenti sono:

Non è possibile chiudere manualmente, durante il funzionamento l'alimentazione è scomparsa, la carica del condensatore si è esaurita, se il condensatore non può essere caricato, non è possibile chiudere l'operazione;

Apertura manuale, la velocità di apertura iniziale deve essere sufficientemente elevata, quindi è necessaria molta forza, altrimenti non è possibile azionarla;

La qualità dei condensatori per l'accumulo di energia è disomogenea e difficile da garantire;

È difficile ottenere la caratteristica di velocità di apertura ideale;

È difficile aumentare la potenza di apertura del meccanismo di azionamento a magneti permanenti.