Análisis breve del interruptor de vacío
Los interruptores automáticos de vacío se utilizan en China desde hace casi 30 años. El desarrollo de los interruptores de desconexión de alta tensión presenta dos importantes avances tecnológicos. El primero se produjo en la década de 1970, con la aparición de la primera generación de interruptores automáticos de vacío en China. Estos utilizan una estructura de contacto de ranura espiral de Arquímedes, cuyos materiales son cobre-bismuto-plata y cobre-bismuto-aluminio. Debido a las limitaciones de las propiedades de este material, su capacidad de corte solo alcanza los 20 kA. Otro momento fue a principios de la década de 1980, cuando se realizaron ranuras en los contactos en forma de copa para generar un campo magnético transversal al romperse, permitiendo que el arco eléctrico gire sobre los contactos, reduciendo su desgaste y aumentando su vida útil. Simultáneamente, se desarrollaron materiales de cobre-bismuto-antimonio, cobre-bismuto-aluminio y cobre-cromo para los materiales de contacto, lo que supuso un gran avance en la vida útil eléctrica y mecánica de los interruptores automáticos. A mediados y finales de la década de 1980, la fábrica de interruptores de Beijing introdujo el Siemens 3AF alemán, la fábrica eléctrica de Guangzhou Nanyang introdujo el Toshiba VK10J japonés, el EIB VB5 belga y el ABB VD4, etc., que estaban representados por ranuras cortadas en los contactos de disco en forma de copa para generar un campo magnético longitudinal al romperse, haciendo que el arco se difunda y minimizando el quemado. Los materiales de contacto están hechos de nuevos materiales de cobre-cromo (CuCr), que tienen un valor de corte muy bajo, generalmente solo 3 ~ 5 A. Por lo tanto, la sobretensión de operación puede limitarse en el circuito inductivo, y la ruptura pesada de la carga capacitiva es casi inexistente, y la tensión soportada a frecuencia industrial después del arco básicamente no se reduce, lo que supera los tres defectos principales de los interruptores de vacío en la década de 1970 y principios de la década de 1980: ① La tensión soportada a frecuencia industrial es particularmente baja después de que se rompe el arco de falla; ② La ruptura pesada a menudo ocurre al romper la carga capacitiva; ③ La sobretensión de operación es particularmente alta en el circuito inductivo. Esto ha desatado una fiebre de interruptores de vacío en China. Actualmente, existen más de 350 fabricantes que producen interruptores automáticos de vacío, con más de 50 tipos, lo que puede considerarse pionero en el mundo.
1. Tipos y diferencias de los interruptores automáticos de vacío nacionales en la actualidad
1.1. Tipos
Los interruptores automáticos de vacío que se producen actualmente en China se pueden dividir en tres categorías:
El primer tipo es de estructura dividida, diseñado a partir del interruptor automático de bajo nivel de aceite SN10 original. Se utiliza principalmente para la transformación de interruptores automáticos de bajo nivel de aceite antiguos y también se instala en interruptores automáticos nuevos, como los ZN7-10X, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A, etc. El segundo tipo es una estructura de parcheo con mecanismos de modelo independientes, que se compone de CD10, CD17, CT8, CT17, CT19 y otros mecanismos e interruptor de vacío y eje, resorte, etc. para formar un disyuntor, como ZN7-10, ZN13-10X, ZN19-10X, ZN28-10A, etc. -10, ZN19-10, ZN28-10, etc.; El tercer tipo es una estructura integral, que se caracteriza por la ausencia de mecanismos independientes y la baja pérdida de transmisión de los disyuntores de vacío. Este tipo de interruptor se basa principalmente en tecnología importada, como el interruptor de vacío ZN12-10, un interruptor de vacío Siemens 3AF fabricado por Beijing Switch Factory; el interruptor de vacío ZN18-10, un interruptor de vacío Toshiba VK10J fabricado por Guangzhou Nanyang Electric Factory; el interruptor de vacío VD4 de Xiamen ABB Switch Co., Ltd.; el interruptor de vacío de imán permanente VM1; y el interruptor de vacío VS1 diseñado por Senyuan Company.
1.2 Diferencia entre el tercer tipo y los tipos primero y segundo de interruptores de vacío
1) El interruptor de circuito de estructura integral generalmente consiste en un sistema de transmisión de cuatro enlaces; mientras que la estructura dividida y la estructura de parches consisten en dos sistemas de transmisión de cuatro enlaces o en un sistema de transmisión de cinco enlaces y uno de cuatro enlaces.
2) La carrera de compresión de contacto del interruptor de circuito de estructura integral generalmente es de 3 a 4 mm. Mientras que la carrera de compresión de contacto del interruptor automático de estructura dividida y estructura de parche es generalmente de 6 a 10 mm.
3) El interruptor automático de estructura integral se diseña según los requisitos generales del interruptor automático en el circuito de control; mientras que los interruptores automáticos de estructura dividida y estructura de parche se diseñan por imitación (el interruptor automático imita al SN10-10) y provisional (el interruptor automático y el mecanismo de operación se combinan).
2 Diseño optimizado de interruptores automáticos de vacío
2.1 Gestión de la fiabilidad de los interruptores automáticos
La fiabilidad de los interruptores automáticos de vacío es de vital importancia para los usuarios. Desde su creación, su vida útil mecánica se ha incrementado de 2 a 10 veces en comparación con la de los interruptores automáticos tradicionales. En los últimos años
Existen productos con capacidades de 20.000 y 30.000 veces. Siemens cuenta con productos con capacidades de 60.000 y 120.000 veces. 000 veces de interruptores automáticos de vacío de larga duración, lo que se debe principalmente a las características incomparables de los arcos de baja tensión en estado de vacío y a su mayor vida útil. Por lo tanto, la vida útil mecánica y la fiabilidad del mecanismo de operación que lo acompaña se convierten en un aspecto fundamental. La fiabilidad de un producto se garantiza principalmente por la calidad de fabricación y la calidad del diseño. La primera exige que el fabricante cuente con un estricto sistema de garantía de calidad, que abarca la gestión, la calidad y la formación del personal, la adopción de nuevos equipos y otros factores. Por lo tanto, en China, donde la calidad del personal es baja, el sentido de la responsabilidad es bajo, la gestión es relativamente anticuada y los equipos están obsoletos, no es realista confiar demasiado en la fiabilidad del producto. La fiabilidad del producto recae sobre los hombros del diseñador. Un diseño de producto de alta confiabilidad debe tener una estructura simple, es decir, utilizar menos piezas para lograr las funciones necesarias. Además, el diseño optimizado del producto debe ser de producción en masa, lo que favorece la mejora de la calidad y la reducción de los costos de producción. Todos los interruptores automáticos de vacío extranjeros implementan este principio, y la confiabilidad se puede mejorar desde dos puntos de vista.
2.1.1 Diseño simplificado del sistema de bielas
Como se explicó anteriormente, los interruptores automáticos de vacío nacionales generalmente utilizan el mecanismo de operación del interruptor de bajo nivel de aceite original CD10 y CT8, y sus versiones mejoradas CD17, CT17 y CT19. Todos son sistemas de estructura de cinco enlaces, y su diseño está diseñado para cumplir con la función de disparo libre, aunque su estructura es compleja. Algunas bielas de límite son frágiles. Por ejemplo, la biela de zona muerta del CD10, la estructura de semieje del CD17 y los diversos semiejes y placas de pandeo de los CT17 y CT19. El "disparo libre" se propuso con base en ciertos antecedentes técnicos. No solo no puede realizar operaciones de apertura normales, sino que también puede causar accidentes que afecten la seguridad personal de los operadores. En los mecanismos electromagnéticos, la alimentación de CC se controla mediante el antiguo contactor de CC CZO-40C, y su tiempo de apertura (el tiempo transcurrido desde que se corta la alimentación de la bobina de control hasta que se separan los contactos principales) es de aproximadamente 150 a 200 ms. Si no hay función de disparo libre, el interruptor automático equipado con el mecanismo electromagnético no puede realizar operaciones de apertura normales. Incluso con el contactor de CC CZO-40D, diseñado específicamente para interruptores automáticos (el tiempo de acción es de aproximadamente 70 ms), al cerrar o abrir el interruptor sin aceite, el núcleo de hierro de cierre de alta calidad no se reinicia a tiempo, lo que bloquea el recorrido de la varilla conductora, reduce la velocidad de apertura del interruptor y afecta la capacidad de corte. Los interruptores automáticos de vacío no presentan estos problemas. El desarrollo tecnológico ha hecho inevitable la eliminación de ciertas restricciones. La norma GB1984 y las condiciones técnicas de ordenación del Ministerio de Energía Eléctrica han eliminado las restricciones para los mecanismos electromagnéticos con interruptores de vacío de disparo libre. Por lo tanto, el nuevo diseño del CD17 conserva la función de disparo libre, lo que demuestra que el diseño no fue lo suficientemente abierto. El disparo libre de los mecanismos de resorte CT17 y CT19 es superfluo, lo que genera una complejidad innecesaria en la estructura y reduce la fiabilidad. También existen informes en países extranjeros (como Japón y Alemania) que indican que el dispositivo de disparo libre se ha eliminado para mejorar la fiabilidad.
2.1.2 Diseño integrado
La idea de utilizar una unidad de interruptor de vacío con un mecanismo de operación independiente (electromagnético o de resorte) para formar un interruptor automático es un concepto heredado del interruptor sin aceite. Este método perjudica el rendimiento mecánico y eléctrico de los interruptores automáticos de vacío. Los modelos CD10, CD17, CT8, CT17 y CT19, independientemente de su diseño, están compuestos por un sistema de cinco enlaces. Su eje de salida no es el eje principal del interruptor, y este y el eje principal del interruptor deben formar otro conjunto de cuatro enlaces para transmitir la fuerza de cierre, lo que hace que la estructura sea compleja y las pérdidas de transmisión elevadas. Por el contrario, el interruptor integrado (como ZN12, ZN18, VD4, VM1, VS1, entre los que ZN12, ZN18, VD4, VS1 son accionados por resorte; VM1 es accionado por fuerza magnética permanente) está compuesto por un conjunto de cuatro enlaces, uno de los cuales es el eje principal del interruptor. Presenta una estructura simple, bajas pérdidas de transmisión y una fiabilidad considerablemente mejorada. Por lo tanto, este tipo de interruptor de vacío debe desarrollarse con ahínco.
2.2 Manejo adecuado del proceso de apertura del interruptor
El proceso de apertura del interruptor de vacío no es tan sencillo como se cree. Cómo manejar estos procesos es un
