Przełącznik próżniowy: urządzenie i zasada działania + niuanse wyboru i podłączenia

Urządzenie elektryczne, wyłącznik próżniowy, to urządzenie przeznaczone do pracy w elektrycznych sieciach wysokiego napięcia.Swoją nazwę wziął od cechy konstrukcyjnej - komory próżniowej, dzięki której osiąga się natychmiastowe wygaszenie łuku elektrycznego.

Urządzenie stosowane jest jako wyłączniki przeznaczone do wyłączania urządzeń w sytuacjach awaryjnych lub w ramach rutynowej pracy. Przyjrzyjmy się bliżej, czym jest komutator próżniowy i dlaczego jest potrzebny.

Jak działa wyłącznik próżniowy wysokiego napięcia?

Podstawą funkcjonalności komór próżniowych stosowanych w konstrukcji przełączników są właściwości fizyczne gazu w stanie rozładowanym. W takich warunkach właściwość gazu, charakteryzująca się wytrzymałością elektryczną, zmienia się znacząco w kierunku wzrostu.

Ten efekt wysoce rozrzedzonego środowiska (zakres od 10^-6 do 10^-8 N/cm²) jest z powodzeniem stosowany w konstrukcjach przełączników uzupełnionych gazowymi komorami próżniowymi, przez które przechodzą elektryczne grupy styków.

Jednym z modeli wyłącznika próżniowego jest urządzenie stosowane w eksploatacji sieci elektroenergetycznych. Urządzenie uważane jest za bardziej nowoczesne i niezawodne w porównaniu z podobnymi urządzeniami, ale innego typu.

Prąd przepływający przez grupy styków (w momencie rozłączenia styku) tworzy wyładowanie elektryczne - łuk.Spalanie łukowe następuje w wyniku częściowej jonizacji oparów metali, nieuchronnie powstających pod wpływem wysokiej temperatury. Przepływ prądu między stykami przez utworzoną plazmę utrzymuje się do momentu przejścia prądu do szyny zerowej.

Gdy tylko nadejdzie moment przejścia przez „zero”, łuk elektryczny gaśnie. Cały proces trwa nie dłużej niż 7-10 mikrosekund.

Projektowanie wyłączników próżniowych

Różnorodność wyłączników próżniowych, biorąc pod uwagę ich konstrukcję, jest dość duża. Trudno zatem podać charakterystykę tych urządzeń jako całości. Tymczasem, niezależnie od różnic konstrukcyjnych, zasada działania pozostaje niezmieniona.

Schemat blokowy materiału wybuchowego: 1 – końcówka górna; 2 – komora próżniowa; 3 – izolator polimerowy; 4 – dolna moc wyjściowa; 5 – styk listwowy; 6 – sprężyna napędowa; 7 – drążek trakcyjny; 8 – sprężyna wyzwalająca; 9 – dźwignia zmiany biegów; 10 – wał napędowy; 11 – zwolnienie; 12 - ciało

Rozważmy dla informacji ogólnych trójbiegunowy wyłącznik próżniowy, wyposażony w napęd silnikowo-sprężynowy. Urządzenie to przeznaczone jest do montażu wewnątrz lub na zewnątrz. W każdym razie jego montaż odbywa się w specjalnych metalowych skrzynkach rozdzielczych.

Urządzenia mogą znaleźć zastosowanie w różnorodnych obszarach gospodarki narodowej. Istnieją jednak pewne ograniczenia.

Tym samym wyłączniki próżniowe nie są przeznaczone do montażu i późniejszej eksploatacji w następujących warunkach:

• pomieszczenia, w których występuje atmosfera pożarowa lub wybuchowa;
• instalacje zaprojektowane w celu zapewnienia częstego przełączania;
• instalacje typu mobilnego (mobilnego);
• systemy energetyczne statków morskich i rzecznych.

Wyłączniki próżniowe mają zwykle dwa typy konstrukcji:

1. Do montażu na stałe.
2. Do instalacji z wózkiem sprzętowym.

Niezależnie od konstrukcji, w korpusie urządzenia znajdują się trzy słupy wyposażone w komory gaszące łuk.

Wewnątrz komór próżniowych znajdują się ruchome styczniki napędzane mechanizmem sprężynowo-silnikowym. Korpus urządzenia uzupełnia panel przedni, na którym znajdują się elementy wyświetlające i urządzenia sterujące.

Zewnętrzne elementy główne wyłącznika: 1 – bieguny urządzenia; 2 – mechanizm blokujący aktywację; 3 – okno do podnoszenia; 4 – klamka mechaniczna blokująca obwody zewnętrzne

Trzy bieguny obwodu głównego wykonane są w formie kolumn. Bieguny znajdują się zwykle z tyłu podwozia napędu silnika sprężynowego. Każdy biegun wyposażony jest w komorę gaszenia łuku, która jest zamknięta wewnątrz polimerowego izolatora. Aby zwiększyć wytrzymałość elektryczną, korpus izolatora ma żebrowany kształt.

Wewnątrz każdej komory próżniowej zamontowany jest zespół styków składający się z dwóch elementów – ruchomego i nieruchomego. Ruchomy element stykowy jest połączony z mechanizmem przełączającym poprzez izolator trakcyjny. Następne jest połączenie z dolnym stykiem. Stały styk jest podłączony poprzez stożkowe dopasowanie do górnego zacisku stykowego urządzenia.

Jak działa napęd przełącznika?

Ruchome styki komór próżniowych są mechanicznie połączone z wałem napędu silnikowo-sprężynowego. Dzięki sprężynie napędowej, która jest wstępnie napięta (ustawiona w stan naprężenia), napęd można łatwo uruchomić poprzez proste naciśnięcie przycisku sterującego lub innego mechanizmu.

Schemat blokowy komory próżniowej: 1 – listwa zaciskowa ze stykami stałymi; 2 – styk stały; 3 – kontakt ruchomy; 4 – metalowy ekran; 5 – izolator ceramiczny (polimerowy); 6 – miechy; 7 – ruchoma listwa stykowa

Sprężyna (zwykle dwie sprężyny) jest napinana za pomocą napędu łańcuchowego. Normalny tryb pracy urządzenia polega na naciągnięciu sprężyny za pomocą silnika elektrycznego wyposażonego w skrzynię biegów. Jednocześnie znajduje się tu ręczny uchwyt napinający, który wykorzystuje się w razie wypadku lub utraty mocy.

Naciągnięta sprężyna jest mocowana za pomocą mechanizmu spustowego. Sterowanie tym mechanizmem odbywa się za pomocą napędu elektromagnetycznego lub przycisku zasilania. Gdy tylko tryb aktywacji zostanie aktywowany, blokada zostaje zwolniona, siła rozciągająca sprężyny aktywuje mechanizm krzywkowy. To z kolei działa na wał, który jest mechanicznie połączony z mechanizmem przełączającym ruchomych styków komór próżniowych.

Operację wyłączenia wyłącznika próżniowego wykonuje się poprzez załączenie trybu „Off” – elektromagnesem lub przyciskiem. Sekwencja działań jest prawie taka sama jak w pierwszym trybie. W grę wchodzą także sprężyny wyzwalające, których stan ustalany jest przez spust wyzwalający.

Panel sterowania i elementy sygnalizacyjne: 1 – tryb „włączony”; 2 – tryb „wyłączony”; 3 – stan naprężenia sprężyny; 4 - stan zwolnionej sprężyny

Wygodę obsługi i kontrolę pracy urządzenia zapewnia panel sterujący. Wzdłuż frontu panelu znajdują się elementy: licznik cykli, wskaźnik stanu sprężyny ładującej oraz wskaźnik stanu wyłącznika podciśnieniowego.

Cechy konstrukcji wysuwnych

Montaż sprzętu wysuwnego odbywa się w oparciu o specjalny wózek sprzętowy. Za pomocą tego akcesorium przełącznik można włożyć do lub z szafki.

Wózek sprzętowy pełni nie tylko funkcję transportową urządzenia, ale pełni także funkcję sterownika, który po wsunięciu wyłącznika do szafy przełącza urządzenie w tryb testowy lub w tryb pracy.

Wózek na sprzęt: 1 – rolkowy (4 szt.); 2 – podstawa; 3, A – podstawa ruchoma; 4 – uchwyt (2 szt.); 5 – gniazdo gałki; 6 – listwa blokująca; 7 – element mocujący; 8 – złącze obwodu wtórnego; 9 – mechanika blokowania urządzenia; 10 – blokowanie kontaktów; 11 – śruba mocująca listwę; B – część stała

Przełącznik podciśnienia mocowany jest bezpośrednio do ruchomej części wózka. Mocowanie odbywa się za pomocą połączeń śrubowych. Tymczasem wózek na sprzęt ma również część stacjonarną, w której zamocowany jest napęd części ruchomej. Ruch modułu ruchomego względem modułu stacjonarnego odbywa się za pomocą śruby uchwytu sterującego wózkiem.

Częścią ruchomą jest metalowa podstawa na czterech kołach, pokryta powłoką galwaniczną. Istnieje zewnętrzna blokada mechaniczna (pręt dociskowy) elektrody uziemiającej, blokada śruby napędowej, styki blokowe, mechanizm blokujący przełącznik i inne elementy zapewniające ruch lub unieruchomienie.

Instalacja i podłączenie urządzenia

Przed przystąpieniem do montażu wyłącznika próżniowego należy sprawdzić wszystkie elementy dostępne z zewnątrz pod kątem uszkodzeń i usterek. Następnie powierzchnie izolacyjne słupów czyści się suchą, niestrzępiącą się szmatką.

Niedopuszczalne jest wprowadzanie sprzętu do systemu, jeśli na powierzchniach izolacyjnych występują odpryski, pęknięcia lub zdeformowane obszary. Należy sprawdzić obwód obwodów wtórnych, a także połączenie szyny podwozia.

Sprawdzanie zainstalowanego urządzenia. Ważne jest tutaj, aby dokładnie sprawdzić każdy szczegół, każdy element złączny. Urządzenia wysokiego napięcia nie wybaczają nawet najmniejszego błędu

Przed montażem należy sprawdzić działanie wyłącznika poprzez ręczne załączenie (bezczynność bez zasilania) i upewnić się, że wskaźniki na panelu sterowania znajdują się w prawidłowej pozycji. Następnie należy sprawdzić obecność osłon słupów. Jeśli używany jest sprzęt o prądzie znamionowym 1600 A i wyższym, przed instalacją należy zdjąć osłony zabezpieczające.

Połącz się bezpośrednio z siecią

Zaciski końcówek stykowych przewodów kabla zasilającego należy oczyścić przed podłączeniem do zacisków przełącznika.

Procedura usuwania izolacji różni się w zależności od użytego materiału końcówki:

• W przypadku końcówek miedzianych i aluminiowych bez dodatkowej powłoki czyszczenie przeprowadza się papierem ściernym o uziarnieniu M20 lub mniejszym, a następnie odtłuszcza się powierzchnię metalu.
• Jeśli zaciski są wykonane z miedzi lub aluminium pokryte warstwą srebra, można je po prostu wyczyścić niestrzępiącą się szmatką.

Niedopuszczalne jest stosowanie kabli, których srebrna powłoka na zaciskach jest uszkodzona na powierzchni większej niż 5%. W takim przypadku uszkodzony element należy wymienić. Więcej informacji na temat zacisków do podłączenia przewodów można znaleźć w ten materiał.

Przewody zewnętrzne podłącza się do zacisków wyłącznika próżniowego w taki sposób, aby na zaciskach urządzenia nie powstawały siły mechaniczne od przewodów zewnętrznych. Połączenia wykonuje się za pomocą złącza śrubowego z użyciem płaskich elastycznych podkładek metalowych.

Jak odbywa się uziemienie?

Urządzenia stacjonarne podłącza się do platformy „uziemiącej” za pomocą połączenia śrubowego (M12) bezpośrednio w punkcie oznaczonym „Uziemienie”.

Elementy konstrukcyjne wózka sprzętowego i obudowy wyłącznika, poprzez które urządzenie jest uziemione. Z reguły punkty te są oznaczone odpowiednim znakiem obok elementu

Przed podłączeniem należy odtłuścić obszar styku „Uziemienia”. Przewodem uziemiającym powinna być szyna o wystarczającym przekroju (Przepisy instalacji elektrycznej), przewód giętki lub przewód w oplocie. Przed umieszczeniem przewodu na podkładce stykowej należy nasmarować powierzchnie stykowe specjalnym smarem (CIATIM-203).

Wersja wysuwna jest uziemiana za pomocą elementów wózka sprzętowego. Uziemienie wyłącznika próżniowego odbywa się poprzez konstrukcję wózka sprzętowego, do którego znajdują się również elementy mocujące.

Uruchomienie urządzenia

Urządzenie zostaje oddane do użytku po dodatkowym sprawdzeniu zainstalowanego i przygotowanego sprzętu. W szczególności sprawdzana jest niezawodność uziemienia, stan zamocowania elementów zestawu oraz dostęp czynnika chłodzącego do potencjalnie grzejnych elementów.

Powierzchnie prętów przewodzących prąd stykające się z blaszkami grup stykowych rozet należy pokryć niewielką ilością smaru CIATIM. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku testów odbiorczych konieczne jest przeprowadzenie wszystkich procedur przewidzianych przez PES i zapewnienie, że napięcie robocze odpowiada dopuszczalnym wartościom granicznym.

Montaż wyłącznika próżniowego. Prace instalacyjne mogą być wykonywane wyłącznie przez wykwalifikowany personel. Te same wymagania dotyczą personelu wyznaczonego do obsługi urządzeń wysokiego napięcia.

Personel posiadający uprawnienia do serwisowania instalacji elektrycznych pracujących pod napięciem powyżej 1000 V może obsługiwać wyłącznik próżniowy. Zatwierdzona grupa dostępu dla personelu serwisowego nie może być niższa niż trzecia. Przed rozpoczęciem pracy ze sprzętem personel przechodzi minimum techniczne, aby przestudiować zawiłości konkretnego modelu sprzętu.

Jak wybrać wyłącznik próżniowy?

Urządzenie dobiera się biorąc pod uwagę jego parametry nominalne, które uwzględnia się w odniesieniu do parametrów istniejącej sieci w miejscu instalacji. Wyboru dokonuje się według kryterium maksymalnie obciążonych trybów pracy przewidywanych dla warunków pracy.

Napięcie znamionowe wyłącznika próżniowego może być równe (lub zwiększone) w stosunku do napięcia znamionowego układu zasilanego przez wyłącznik.

Parametr znamionowego prądu długotrwałego jest wybierany wyżej niż prąd znamionowy zasilanego układu. Parametr znamionowego prądu odcięcia dobierany jest powyżej wartości maksymalnej prąd znamionowy Zwarcie (uwzględnia się moment rozbieżności styków).

Tabliczka danych technicznych jest pierwszą rzeczą, na którą zwracasz uwagę przy wyborze przełącznika. Na podstawie wartości parametrów można już określić, czy urządzenie nadaje się do konkretnej instalacji, czy nie

Z punktu widzenia możliwych warunków zwarciowych, wyboru dokonuje się biorąc pod uwagę najsurowsze warunki.

Wartość składowej aperiodycznej oblicza się biorąc pod uwagę warunki zwarcia przy zerowym napięciu w którejkolwiek z linii fazowych. Należy w tym przypadku uwzględnić parametr prądu aperiodycznego ustawiony przez producenta sprzętu.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jeszcze więcej materiałów na temat konstrukcji, zasady działania i warunków instalacji wyłącznika próżniowego można dowiedzieć się z następującego filmu:

Przełączniki próżniowe różnią się od innych typów urządzeń stosunkowo prostą i niezawodną konstrukcją. Dlatego tego typu sprzęt służy przez długi czas bez żadnych reklamacji. Naturalną trwałość zużycia określa się liczbą operacji równą co najmniej 20 000. Pod warunkiem terminowej konserwacji żywotność ta wzrasta o 5-10%.Tymczasem konserwacja materiałów wybuchowych ogranicza się do niewielkiej liczby lekkich operacji.

Jeśli w trakcie czytania informacji masz pytania dotyczące tematu artykułu lub posiadasz cenne informacje, którymi możesz podzielić się z naszymi czytelnikami, prosimy o pozostawienie komentarza, podzielenie się swoimi doświadczeniami i zadawanie pytań w bloku pod artykułem.