Vakuový vypínač: zařízení a princip činnosti + nuance výběru a připojení
Vakuový jistič elektrospotřebičů je zařízení určené pro provoz jako součást elektrických sítí vysokého napětí. Svůj název získal podle konstrukčního prvku – vakuové komory, díky které je dosaženo chvilkového uhašení elektrického oblouku.
Zařízení se používá jako spínače určené k odstavení zařízení v případě nouze nebo v rámci běžného provozu. Podívejme se blíže na to, co je vakuový spínač a k čemu slouží.
Jak funguje vysokonapěťový vakuový spínač?
Základem funkčnosti vakuových komor používaných při konstrukci jističů jsou fyzikální vlastnosti plynu ve vybitém stavu. Za takových podmínek se vlastnost plynu, charakterizovaná jako elektrická pevnost, výrazně mění ve směru nárůstu.
Tento efekt vysoce zředěného média (rozsah od 10 -6 do 10 -8 N/cm 2 ) je úspěšně využíván v konstrukcích jističů doplněných o plynové vakuové komory, kterými procházejí skupiny elektrických kontaktů.
Jedním z modelů vakuového vypínače je zařízení, které se používá při provozu silových elektrických sítí. Zařízení je považováno za modernější a spolehlivější ve srovnání s podobnými zařízeními, ale jiného typu provedení.
Proud procházející skupinami kontaktů (v okamžiku rozpojení kontaktu) tvoří elektrický výboj – oblouk. K hoření oblouku dochází v důsledku částečné ionizace kovových par, které se nevyhnutelně tvoří z vysokých teplot. Průchod proudu mezi kontakty vytvořeným plazmatem je udržován, dokud proud nepřejde na nulovou sběrnici.
Jakmile nastane okamžik přechodu přes „nulu“, elektrický oblouk zhasne. Celkový proces netrvá déle než 7-10 mikrosekund.
Zařízení pro vakuové vypínače
Rozmanitost vakuových vypínačů, s přihlédnutím k jejich konstrukci, je poměrně velká. Proto je obtížné charakterizovat tato zařízení jako celek. Mezitím, bez ohledu na konstrukční rozdíly, zůstává princip fungování nezměněn.
Strukturní schéma výbušnin: 1 – horní výstup; 2 – vakuová komora; 3 – polymerní izolátor; 4 – nižší výkon; 5 – páskový kontakt; 6 – silová pružina; 7 – tažná tyč; 8 – odpojit pružinu; 9 – páka převodovky; 10 – hnací hřídel; 11 – uvolnění; 12 – tělo
Zvažte obecné informace třípólový vakuový jistič, vybavené pružinovým motorovým pohonem. Tento spotřebič je určen pro vnitřní nebo venkovní instalaci. V každém případě se jeho instalace provádí uvnitř speciálních kovových rozvodných krabic.
Zařízení lze provozovat v různých sférách národního hospodářství. Existují však určitá omezení.
Vakuové vypínače tedy nejsou určeny k instalaci s následným provozem za následujících podmínek:
- prostory, kde je požár, výbušná atmosféra;
- instalace konstrukčně zajišťující časté spínání;
- instalace mobilního (mobilního) typu;
- energetické systémy námořních a říčních plavidel.
Vakuové jističe mají obvykle dva typy provedení:
- Pro pevnou instalaci.
- Pro instalaci pomocí hardwarového vozíku.
Bez ohledu na verzi obsahuje tělo zařízení tři tyče vybavené zhášecími komorami.
Uvnitř vakuových komor pracují pohyblivé stykače, které jsou poháněny mechanismem pružinového motoru. Tělo přístroje je doplněno předním panelem, který obsahuje zobrazovací prvky a ovládací zařízení.
Vnější hlavní prvky spínače: 1 – póly zařízení; 2 – blokovací mechanismus; 3 – okno pro zvedání; 4 – mechanika kliky, blokování vnějších obvodů
Tři póly hlavního okruhu jsou vyrobeny ve formě sloupků. Umístění pólů je obvykle na zadní straně podvozku pružinomotorového pohonu. Každý sloup je doplněn o zhášecí komoru, která je uzavřena v polymerovém izolátoru. Pro zvýšení elektrické pevnosti má tělo izolátoru žebrovaný tvar.
Uvnitř každé vakuové komory je namontována kontaktní skupina dvou prvků – pohyblivého a pevného. Pohyblivý kontaktní prvek je spojen se spínacím mechanismem přes trakční izolátor. Dále komunikace se spodním kontaktním výstupem. A pevný kontakt je připojen kónickým uložením k horní kontaktní svorce zařízení.
Jak funguje pohon jističe?
Pohyblivé kontakty vakuových komor jsou mechanicky spojeny s hřídelí pružinového pohonu. Díky silové pružině, předem nabité (nastavené do napjatého stavu), lze aktuátor snadno ovládat pouhým stisknutím ovládacího tlačítka nebo jiného mechanismu.
Konstrukční schéma vakuové komory: 1 – svorkovnice s pevným kontaktem; 2 – pevný kontakt; 3 – pohyblivý kontakt; 4 – kovová obrazovka; 5 – keramický (polymerový) izolant; 6 – měch; 7 – pohyblivá kontaktní svorkovnice
Pružina (obvykle dvě pružiny) je nabíjena pomocí řetězového pohonu. Normální režim provozu zařízení zajišťuje nabíjení pružiny pomocí elektromotoru vybaveného převodovkou. Zároveň je zde ruční natahovací rukojeť, která se používá v případě nehod nebo výpadku napájení.
Natažená pružina je fixována spouštěcím mechanismem. Tento mechanismus je ovládán pomocí elektromagnetického pohonu nebo pomocí tlačítka napájení. Jakmile je aktivován režim aktivace, aretace se uvolní, tažná síla pružiny pohání vačkový mechanismus. To zase působí na hřídel, která je mechanicky spojena s mechanismem spínání pohyblivých kontaktů vakuových komor.
Operace k otevření vakuového jističe se provádí aktivací režimu “Vypnuto” – elektromagnetem nebo tlačítkem. Posloupnost akcí je téměř podobná prvnímu režimu. Součástí jsou také vypínací pružiny, jejichž stav se nastavuje vypínací spouští.
Ovládací panel a prvky displeje: 1 – režim „zapnuto“; 2 – “deaktivovaný” režim; 3 – natažený stav pružiny; 4 – stav uvolněné pružiny
Ovládací panel poskytuje snadné použití a ovládání provozu zařízení. Na přední straně panelu jsou prvky: počítadlo počtu cyklů, indikátor stavu napínací pružiny, indikátor stavu vakuového vypínače.
Vlastnosti roll-out konstrukcí
Výsuvné zařízení je sestaveno na základě speciálního vozíku. Pomocí tohoto příslušenství se jistič zasouvá do skříně nebo ze skříně.
Vozík zařízení slouží nejen jako transport zařízení, ale také jako ovladač pro přepnutí zařízení do testovacího režimu nebo do provozního režimu, jakmile je spínač zatlačen do skříně.
Vozík na kování: 1 – válec (4 ks); 2 – základna; 3, A – pohyblivá základna; 4 – rukojeť (2 ks); 5 – objímka límce; 6 – závora zámku; 7 – upevňovací prvek; 8 – konektor pro sekundární okruh; 9 – mechanika blokování zařízení; 10 – blokování kontaktů; 11 – šroubová upevňovací lišta; B – pevná část
Podtlakový spínač je připevněn přímo k pohyblivé části vozíku. Upevnění se provádí šroubovými spoji. Mezitím má železářský vozík také pevnou část, kde je pevný pohon pohyblivé části. Pohyb pohyblivého modulu vůči pevnému se provádí šroubem ovládací rukojeti vozíku.
Pohyblivá část je kovová základna na čtyřech kolečkách, ošetřená pozinkovaným nátěrem. Zde se nachází vnější mechanické blokování (tlaková tyč) uzemňovače, zámek hnacího šroubu, pomocné kontakty, mechanismus zámku vypínače a další prvky zajišťující pohyb nebo fixaci.
Instalace a připojení zařízení
Před zahájením montáže vakuového vypínače je nutné zkontrolovat všechny zvenčí přístupné prvky, aby nedošlo k poškození nebo závadám. Poté se izolační plochy sloupů očistí suchým hadříkem, který nepouští vlákna.
Není dovoleno zavádět zařízení do systému, pokud jsou na izolačních plochách třísky, praskliny, deformovaná místa. Nezapomeňte zkontrolovat schéma sekundárních obvodů a také připojení sběrnice karoserie.
Kontrola nainstalovaného zařízení. Zde je důležité pečlivě zkontrolovat každý detail, každý upevňovací prvek. Vysokonapěťová zařízení neodpustí ani sebemenší chybičku
Před instalací je třeba zkontrolovat funkčnost spínače ručním zapnutím (nečinnost bez napájení) a ujistit se, že kontrolky na ovládacím panelu jsou ve správné poloze. Poté je třeba zkontrolovat přítomnost krytů pólů. Pokud je použito zařízení s jmenovitým proudem 1600A a vyšším, musí být před instalací odstraněny ochranné kryty.
Připojení přímo k síti
Svorky hrotů kontaktů vodičů silových kabelů musí být před připojením ke svorkám spínače odizolovány.
Postup odizolování se liší v závislosti na použitém materiálu koncovky:
- U měděných a hliníkových svorek bez dodatečného nátěru se čištění provádí brusným papírem o zrnitosti M20 nebo nižší s následným odmaštěním kovového povrchu.
- Pokud jsou měděné nebo hliníkové koncovky pokryty vrstvou stříbra, stačí je očistit hadříkem, který nepouští vlákna.
Je nepřípustné používat kabely, jejichž stříbrný povlak svorek je poškozen v oblasti více než 5%. V tomto případě musí být poškozený prvek vyměněn. Více o svorkách pro připojení vodičů si můžete přečíst v tomto materiálu.
Externí vodiče se připojují ke svorkám vakuového jističe tak, aby ze strany vnějších vodičů nevznikaly na svorky přístroje mechanické síly. Spojení se provádí pomocí šroubového závěsu pomocí plochých elastických kovových podložek.
Jak se provádí uzemnění?
Pevně montovaná zařízení se připojují k místu “uzemnění” pomocí šroubového spojení (M12) přímo v místě označeném “Uzemnění”.
Konstrukční prvky hardwarového vozíku a šasi jističe, přes které je zařízení uzemněno. Tyto body jsou zpravidla označeny odpovídajícím znakem vedle prvku.
Oblast kontaktního bodu “Uzemnění” musí být před připojením odmaštěna. Zemnícím vodičem by měla být sběrnice dostatečného průřezu (Pravidla elektrické instalace), ohebný vodič nebo opletený vodič. Před položením vodiče na kontaktní podložku namažte kontaktní plochy speciálním mazivem (CIATIM-203).
Konstrukce výsuvného typu je uzemněna pomocí prvků kování. Uzemnění vakuového vypínače se provádí prostřednictvím konstrukce vozíku kování, pro který jsou také upevňovací prvky.
Uvedení zařízení do provozu
Zařízení je uvedeno do provozu po dodatečné kontrole instalovaného a připraveného zařízení. Kontroluje se zejména spolehlivost uzemnění, stav upevňovacích prvků montážních součástí a přístup chladicího média k potenciálně topným tělesům.
Povrchy proudovodných tyčí v kontaktu s lamelami skupin zásuvkových kontaktů je nutné ošetřit malým množstvím maziva CIATIM. Obecně je nutné v případě přejímacích zkoušek dodržet všechny postupy uvedené v PES a ujistit se, že velikost provozního napětí je v přípustných mezích.
Instalace vakuového spínače. Instalační práce provádí pouze kvalifikovaný personál. Stejné požadavky platí pro personál, který je vybrán k údržbě vysokonapěťových zařízení.
Vakuový jistič může obsluhovat personál oprávněný k servisu elektrických instalací pracujících při napětí nad 1000 voltů. Schválená přístupová skupina pro účastníky nesmí být nižší než třetí. Před zahájením práce se zařízením prochází personál technickým minimem, aby si prostudoval složitosti konkrétního modelu zařízení.
Jak vybrat vakuový jistič?
Zařízení je vybráno s ohledem na jeho nominální parametry, které jsou uvažovány relativně k parametrům aktuální sítě v místě instalace. Volba se provádí podle kritéria maximálního zatížení provozních režimů předpokládaných pro provozní podmínky.
Jmenovité napětí vakuového vypínače může být stejné (nebo zvýšené) ve vztahu ke jmenovitému napětí systému napájeného přes vypínač.
Parametr jmenovitého dlouhodobého proudu se volí vyšší než jmenovitá hodnota proudu napájené soustavy. Parametr jmenovitého vypínacího proudu se volí vyšší než maximální hodnota jmenovitého zkratového proudu (započítává se moment rozbíhavosti kontaktu).
Typový štítek je to první, na co se při výběru jističe díváte. Na základě hodnot parametrů je již možné určit, zda je zařízení vhodné pro konkrétní instalaci či nikoliv.
Z hlediska možných zkratových podmínek se volba provádí s ohledem na nejtěžší režimy.
Aperiodický člen je vypočítán s přihlédnutím k podmínkám zkratu s nulovým napětím v některém z fázových vedení. V tomto případě je třeba vzít v úvahu parametr aperiodického proudu nastavený výrobcem zařízení.
Závěry a užitečné video k tématu
Ještě více materiálu o zařízení, principu činnosti a podmínkách instalace vakuového jističe se můžete dozvědět z následujícího videa:
Vakuové jističe se liší od jiných typů zařízení v poměrně jednoduché a spolehlivé struktuře. Proto tento typ zařízení slouží dlouhou dobu bez jakýchkoliv stížností. Přirozený zdroj opotřebení je určen počtem operací rovnajícím se nejméně 20000 5. Při včasné údržbě se tento zdroj zvyšuje o 10–XNUMX %. Mezitím je údržba výbušnin omezena na malý počet lehkých operací.
Pokud při čtení informací vyvstanou otázky k tématu článku nebo existují cenné informace, které můžete sdílet s našimi čtenáři, zanechte prosím své komentáře, podělte se o své zkušenosti, položte otázky v bloku pod článkem.
Vysokonapěťové vakuové vypínače – zařízení a princip činnosti
Mezi moderními vysokonapěťovými zařízeními určenými pro spínání elektrických obvodů v energetice mají zvláštní místo vakuové vypínače. Jsou široce používány v sítích od 6 do 35 kV a méně často v obvodech 110 nebo 220 kV včetně.
Jejich jmenovitý vypínací proud může být od 20 do 40 kA a elektrodynamický odpor je asi 50÷100. Celková doba vypnutí takového zátěžového nebo poruchového spínače je asi 45 milisekund.
Každá fáze obvodu je spolehlivě oddělena izolátory a zároveň je všechna zařízení konstrukčně sestavena na jeden společný pohon. Sběrnice rozvodny jsou připojeny ke vstupním svorkám spínače a odchozí připojení – k výstupním.
Uvnitř vakuové zhášecí komory pracují silové kontakty, stlačené k sobě tak, aby byl zajištěn minimální přechodový odpor a spolehlivý průchod zátěžových i havarijních proudů.
Horní část kontaktního systému je trvale pevná a spodní část se pod působením hnací síly může pohybovat přísně v axiálním směru.
Na obrázku je vidět, že kontaktní desky jsou umístěny ve vakuové komoře a jsou poháněny tyčemi ovládanými tažnými silami pružin a cívek elektromagnetů. Celá konstrukce je umístěna uvnitř systému izolátorů, které vylučují výskyt svodových proudů.
Stěny vakuové komory jsou vyrobeny z ušlechtilých kovů, slitin a speciálních keramických kompozic, které zajišťují těsnost pracovního prostředí po několik desetiletí. Aby se zabránilo vniknutí vzduchu při pohybu pohyblivého kontaktu, je instalováno měchové zařízení.
Kotva stejnosměrného elektromagnetu je schopna se pohybovat, aby uzavřela silové kontakty nebo je přerušila v důsledku změny polarity napětí aplikovaného na vinutí. Permanentní kruhový magnet zabudovaný do konstrukce pohonu drží pohyblivou část v jakékoli aktivované poloze.
Pružinový systém zajišťuje vytvoření optimálních rychlostí pohybu kotvy při spínání, eliminaci odskoků kontaktů a možnosti poruch ve struktuře stěny.
Uvnitř skříně jističe je sestaven kinematický a elektrický obvod se synchronizační hřídelí a přídavnými pomocnými kontakty poskytující možnost sledování a ovládání polohy jističe v libovolném stavu.
Z hlediska funkčních úkolů se vakuový vypínač neliší od jiných analogů vysokonapěťových zařízení. Poskytuje:
1. spolehlivý průchod jmenovitého elektrického výkonu při dlouhodobém provozu;
2. možnost garantovaného spínání zařízení elektrotechnickým personálem v ručním nebo automatickém režimu při provozním spínání pro změnu konfigurace proudového obvodu;
3. automatické odstraňování vznikajících havárií v co nejkratším čase.
Zásadním rozdílem mezi vakuovým vypínačem je způsob zhášení elektrického oblouku, ke kterému dochází při rozpojení kontaktů během vypnutí. Pokud k tomu jeho protějšky vytvoří prostředí stlačeného vzduchu, oleje nebo SFXNUMX, pak zde funguje vakuum.
Princip zhášení oblouku v silovém obvodu
Obě kontaktní desky pracují ve vakuovém prostředí tvořeném čerpáním plynů z nádoby zhášecí komory až do 10 -6 ÷10 -8 N/cm2. To vytváří vysokou elektrickou pevnost, která se vyznačuje zlepšenými dielektrickými vlastnostmi.
Se začátkem pohybu kontaktního pohonu k odpojení se mezi nimi objeví mezera, která okamžitě obsahuje vakuum. Uvnitř začíná proces odpařování zahřátého kovu kontaktních podložek. Těmito páry dále protéká zátěžový proud. Iniciuje vznik dalších elektrických výbojů, které ve vakuovém prostředí vytvářejí oblouk, který se dále vyvíjí v důsledku odpařování a odlučování kovových par.
Působením aplikovaného rozdílu potenciálu se vytvořené ionty pohybují v určitém směru a vytvářejí plazma.
V jeho prostředí pokračuje tok elektrického proudu, probíhá další ionizace.
Vzhledem k tomu, že spínač pracuje se střídavým elektrickým proudem, jeho směr se během každého půlcyklu obrátí. Když sinusoida prochází nulou, neprotéká žádný proud. Díky tomu oblouk náhle zhasne a přeruší se a vyřazené kovové ionty přestanou být emitovány a během 7÷10 mikrosekund se zcela usadí na nejbližších kontaktních plochách nebo jiných částech zhášecí komory.
V tomto okamžiku se téměř okamžitě obnoví elektrická pevnost mezery mezi silovými kontakty naplněné vakuem, což zajišťuje konečné odpojení zátěžového proudu. V dalším půlcyklu sinusoidy již nemůže dojít k elektrickému oblouku.
K zastavení působení elektrického oblouku ve vakuovém prostředí tedy při rozepnutí silových kontaktů stačí, aby střídavý proud změnil svůj směr.
Technologické vlastnosti různých modelů
Návrhy vakuových vypínačů jsou vytvořeny pro dlouhodobý provoz na volném prostranství nebo v uzavřených konstrukcích. Zařízení pro venkovní instalaci jsou vyrobena z masivních odlitků vyrobených s izolací z organokřemičitých materiálů, pro vnitřní provoz jsou použity lité epoxidové směsi.
Vakuové komory jsou z výroby odnímatelné, optimálně konfigurované pro instalaci do lisovaného pouzdra. Uvnitř jsou již umístěny silové kontakty ze speciálních druhů legovaných slitin. Díky použitému principu činnosti a konstrukce zajišťují měkké zhášení elektrického oblouku, vylučují možnost přepětí v obvodu.
Univerzální elektromagnetický pohon se používá ve všech provedeních vakuových vypínačů. Udržuje silové kontakty v sepnutém nebo rozpojeném stavu díky energii silných magnetů.
Spínání a fixace kontaktního systému se provádí polohou „magnetické západky“, která spíná obvod magnetu pro opětovné připojení nebo vypnutí pohyblivé kotvy. Vestavěné pružinové prvky umožňují ruční spínání elektrotechnickým personálem.
Pro ovládání činnosti vakuového vypínače se používají standardní reléové obvody nebo elektronické, mikroprocesorové jednotky, které mohou být umístěny přímo v pouzdře pohonu nebo vyrobené vzdálenými zařízeními v samostatných skříních, blocích nebo panelech.
Výhody a nevýhody vakuových vypínačů
Mezi výhody patří:
relativní jednoduchost designu;
snížená spotřeba energie pro spínací operace;
snadná oprava, která spočívá v možnosti výměny bloku vadné zhášecí komory;
schopnost spínače pracovat v jakékoli orientaci v prostoru;
zvýšená odolnost vůči spínací zátěži;
odolnost proti ohni a výbuchům;
tichý chod při přepínání;
vysoká šetrnost k životnímu prostředí, s výjimkou znečištění ovzduší.
Nevýhody návrhů jsou:
relativně nízké přípustné proudy jmenovitých a nouzových režimů;
výskyt spínacích rázů při výpadcích nízkého indukčního proudu;
snížený zdroj zhášecího zařízení oblouku ve vztahu k eliminaci zkratových proudů.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
