Visokonapetostni vakuumski odklopniki – zasnova in princip delovanja

Med sodobno visokonapetostno opremo, namenjeno preklapljanju električnih tokokrogov v elektriki, je posebno mesto dodeljeno vakuumskim odklopnikom. Široko se uporabljajo v omrežjih od 6 do 35 kV in manj pogosto v shemah od vključno 110 ali 220 kV.

Njihov nazivni izklopni tok je lahko od 20 do 40 kA, njihova elektrodinamična upornost pa okoli 50 ÷ 100. Skupni sprožilni čas takšnega odklopnika oziroma okvare je približno 45 milisekund.

Vsaka faza vezja je zanesljivo ločena z izolatorji, hkrati pa je vsa oprema strukturno sestavljena na enem skupnem pogonu. Zbirke transformatorske postaje so povezane z vhodnimi sponkami stikala, izhodna povezava pa z izhodnimi sponkami.

Napajalni kontakti delujejo znotraj vakuumskega odklopnika, ki so stisnjeni skupaj, da zagotovijo minimalen kontaktni upor in zanesljiv prehod bremenskega in zasilnega toka.

Zgornji del kontaktnega sistema je trajno fiksiran, spodnji del pa se lahko pod delovanjem pogonske sile premika strogo v aksialni smeri.

Slika prikazuje, da se kontaktne plošče nahajajo v vakuumski komori in jih poganjajo palice, ki jih nadzirajo natezne sile vzmeti in tuljav elektromagnetov. Celotna struktura se nahaja znotraj sistema izolatorjev, kar izključuje pojav tokov uhajanja.

Stene vakuumske komore so izdelane iz prečiščenih kovin, zlitin in posebnih keramičnih sestavkov, ki zagotavljajo hermetičnost delovnega okolja več desetletij. Da bi preprečili vdor zraka med premiki gibljivega kontakta, je nameščena rokavna naprava.

Armatura enosmernega elektromagneta se lahko premakne, da zapre močnostne kontakte ali jih prekine zaradi spremembe polarnosti napetosti, ki se uporablja za tuljavo. Trajni krožni magnet, vgrajen v pogonsko strukturo, drži gibljivi del v poljubnem aktiviranem položaju.

Sistem vzmeti zagotavlja ustvarjanje optimalnih hitrosti gibanja armature med komutacijami, izključitev kontaktnega odboja in možnosti zrušitev v konstrukciji stene.

Kinematična in električna vezja s sinhronizacijsko gredjo in dodatnimi pomožnimi kontakti so sestavljena v ohišju stikala, kar omogoča nadzor in nadzor položaja stikala v katerem koli stanju.

Sestanek

Po svojih funkcionalnih nalogah se vakuumski odklopnik ne razlikuje od drugih analogov visokonapetostne opreme. Prispeva:

1.Zanesljiv prehod nazivne električne moči med neprekinjenim delovanjem;

2. možnost zagotovljenega preklopa opreme s strani električnega osebja v ročnem ali avtomatskem načinu med obratovalnim preklopom za spremembo konfiguracije delovnega tokokroga;

3. samodejno odstranjevanje nastalih nesreč v najkrajšem možnem času.

Glavna razlika med vakuumskim odklopnikom je način gašenja električnega obloka, ki nastane, ko so kontakti odklopljeni med zaustavitvijo. Če njegovi analogi ustvarjajo okolje za stisnjen zrak, olje ali plin SF6, potem tukaj deluje vakuum.

Načelo gašenja obloka v močnostnem tokokrogu

Obe kontaktni plošči delujeta v vakuumskem okolju, ki nastane s črpanjem plinov iz posode obločnega žleba na 10-6÷10-8 N/cm2. To ustvarja visoko dielektrično trdnost, za katero so značilne izboljšane dielektrične lastnosti.

Z začetkom gibanja od pogona kontaktov se med njimi pojavi vrzel, ki takoj vsebuje vakuum. V njem se začne proces izhlapevanja segrete kovine iz kontaktnih ploščic. Tok bremena še naprej teče skozi te pare. Sproži nastanek dodatnih električnih razelektritev, ki ustvarja oblok v vakuumskem okolju, ki se še naprej razvija zaradi izhlapevanja in sproščanja kovinskih hlapov.

Pod vplivom uporabljene potencialne razlike se nastali ioni premikajo v določeni smeri in ustvarjajo plazmo.

V njegovem okolju se tok električnega toka nadaljuje, pride do nadaljnje ionizacije.

Ker stikalo deluje na izmenični tok, se njegova smer med vsakim pol ciklom obrne.Ko sinusni val prečka ničlo, toka ni. Zaradi tega se oblok nenadoma ugasne in prekine, zavrnjeni kovinski ioni pa se prenehajo ločevati in se v 7-10 mikrosekundah popolnoma usedejo na najbližje kontaktne površine ali druge dele komore za gašenje obloka.

Na tej točki se dielektrična trdnost reže med močnostnimi kontakti, napolnjena z vakuumom, skoraj takoj obnovi, kar zagotavlja končno zaustavitev bremenskega toka. V naslednjem polciklu sinusnega vala se električni oblok ne more več pojaviti.

Tako je za prekinitev delovanja električnega obloka v vakuumskem okolju, ko se napajalni kontakti odprejo, dovolj, da izmenični tok spremeni svojo smer.

Tehnološke značilnosti različnih modelov

Vakuumski odklopniki so zasnovani za neprekinjeno delovanje na prostem ali v zaprtih objektih. Zunanje montažne enote so izdelane s trdnimi stebri, izdelanimi s silikonsko izolacijo, za notranja dela pa se uporabljajo lite epoksidne mase.

Vakuumske komore so tovarniško izdelane mobilne, optimalno pripravljene za vgradnjo v oblikovano ohišje. V njih so že nameščeni napajalni kontakti iz posebnih vrst legiranih zlitin. Zahvaljujoč uporabljenemu principu delovanja in oblikovanja zagotavljajo mehko gašenje električnega obloka, izključujejo možnost prenapetosti v tokokrogu.

Univerzalni elektromagnetni aktuator se uporablja v vseh izvedbah vakuumskih odklopnikov. Ohranja napajalne kontakte v zaprtem ali izklopljenem stanju zaradi energije močnih magnetov.

Preklapljanje in fiksiranje kontaktnega sistema se izvede s položajem «magnetnega zapaha», ki preklopi verigo magnetov za ponovno povezavo ali odklop mobilne armature. Vgrajeni vzmetni elementi omogočajo ročno preklapljanje s strani elektrotehničnega osebja.

Za krmiljenje delovanja vakuumskega prekinjevalca se uporabljajo tipična relejna vezja ali elektronska, mikroprocesorske enote, ki se lahko nahajajo neposredno v ohišju pogona ali iz oddaljenih naprav v ločenih omarah, blokih ali panelih.

Prednosti in slabosti vakuumskih odklopnikov

Prednosti vključujejo:

• relativna preprostost oblikovanja;

• zmanjšana poraba električne energije za izdelavo stikal;

• udobje pri popravilu, ki je sestavljeno iz možnosti zamenjave bloka zlomljenega obločnega žleba;

• sposobnost stikala za delovanje v kateri koli orientaciji v prostoru;

• visoka zanesljivost;

• povečana odpornost na preklopne obremenitve;

• omejene velikosti;

• odpornost proti ognju in eksploziji;

• tiho delovanje pri preklopu;

• visoka prijaznost do okolja, razen za onesnaženje ozračja.

Slabosti zasnove so:

• relativno nizki dovoljeni tokovi nominalnih in zasilnih načinov;

• pojav preklopnih sunkov med prekinitvami nizkih induktivnih tokov;

• zmanjšan vir obločne naprave v smislu odprave tokov kratkega stika.