Vakuumsko stikalo: zgradba in princip delovanja + nianse pri izbiri in priključitvi

Vakuumski odklopnik – je naprava, namenjena delovanju v sestavi visokonapetostnih električnih omrežij. Ime je dobil po posebnosti konstrukcije – vakuumski komori, ki omogoča takojšnje gašenje električnega loka.

Naprava se uporablja kot stikalo, namenjeno izklopu opreme v primeru izrednih dogodkov ali med rednim obratovanjem. Podrobneje si oglejmo, kaj je vakuumsko stikalo in čemu je namenjeno.

Kako deluje visokonapetostni vakuumski stikalnik?

Osnova delovanja vakuumskih komor, ki se uporabljajo v konstrukciji odklopnikov, so fizikalne lastnosti plina v redčenem stanju. V teh pogojih se lastnost plina, imenovana električna trdnost, znatno poveča.

Ta učinek visoko redčenega okolja (območje od 10^-6 do 10^-8 N/cm²) se uspešno uporablja v konstrukcijah odklopnikov, dopolnjenih z vakuumskimi komorami, skozi katere potekajo električne kontaktne skupine.

Eden od modelov vakuumskega odklopnika – naprave, ki se uporablja pri obratovanju elektroenergetskih omrežij. Naprava velja za sodobnejšo in zanesljivejšo v primerjavi s podobnimi napravami drugega tipa izvedbe.

Tok, ki teče skozi kontaktne skupine (v trenutku ločitve kontakta), ustvari električni razelektritev – lok. Gorenje loka poteka zaradi delne ionizacije kovinskih hlapov, ki neizogibno nastanejo zaradi visoke temperature. Prehod toka med kontaktoma skozi nastalo plazmo se ohranja do trenutka, ko tok preide na ničelni vodnik.

Takoj ko nastopi trenutek prehoda skozi 'nič', električni lok ugasne. Čas celotnega postopka traja največ 7–10 mikrosekund.

Zgradba vakuumskih odklopnikov

Raznolikost vakuumskih odklopnikov glede na njihovo konstrukcijsko izvedbo je precej velika. Zato je težko podati celovito karakteristiko teh naprav. Kljub temu, ne glede na konstrukcijske razlike, načelo delovanja ostaja nespremenjeno.

Strukturna shema vakuumskega stikala: 1 – zgornji priključek; 2 – vakuumska komora; 3 – polimerni izolator; 4 – spodnji priključek; 5 – tračni kontakt; 6 – močnostna vzmet; 7 – vlečna palica; 8 – izklopna vzmet; 9 – prenosni vzvod; 10 – pogonska gred; 11 – sprožilnik; 12 – ohišje

Poglejmo za splošno seznanitev tripolno vakuumsko stikalo, opremljeno z vzmetno-motornim pogonom. Ta naprava je zasnovana za notranjo namestitev ali za namestitev na prostem. V vsakem primeru se njena montaža izvaja znotraj posebnih razdelilnih kovinskih omar.

Naprave se lahko uporabljajo na najrazličnejših področjih nacionalnega gospodarstva. Vendar pa obstajajo nekatere omejitve.

Tako vakuumska stikala niso namenjena za vgradnjo in uporabo v naslednjih pogojih:

• prostori, kjer je požarno in eksplozivno nevarna atmosfera;
• naprave, ki konstrukcijsko predvidevajo pogosto preklapljanje;
• naprave mobilnega (premičnega) tipa;
• energetski sistemi morskih in rečnih plovil.

Vakuumska stikala imata običajno dve vrsti konstrukcijske izvedbe:

1. Za stacionarno namestitev.
2. Za namestitev z aparatnim vozičkom.

Ne glede na izvedbo ohišje naprave vsebuje tri pole, opremljene s komorami za gašenje obloka.

Znotraj vakuumskih komor delujejo premični kontaktorji, ki jih poganja vzmetno-motorni mehanizem. Ohišje naprave je dopolnjeno s sprednjo ploščo, kjer so elementi za prikaz in krmilne naprave.

Zunanji glavni elementi stikala: 1 – poli naprave; 2 – mehanizem zaklepanja vklopa; 3 – okno za dvig; 4 – ročaj mehanizma, ki blokira zunanja vezja

Trije poli glavnega vezja so izvedeni v obliki stebrov. Poli so praviloma nameščeni na zadnjem delu šasije vzmetno-motornega pogona. Vsak pol je dopolnjen s komoro za gašenje obloka, ki je zaprta v polimernem izolatorju. Za povečanje električne trdnosti ima ohišje izolatorja rebrasto obliko.

Znotraj vsake vakuumske komore je nameščena kontaktna skupina dveh elementov – premičnega in nepremičnega. Element premičnega kontakta je preko vlečnega izolatorja povezan s preklopnim mehanizmom. Nato sledi povezava s spodnjim kontaktnim priključkom. Nepremični kontakt pa je preko stožčastega nasada povezan z zgornjim kontaktnim priključkom naprave.

Kako deluje pogon odklopnika?

Premični kontakti vakuumskih komor so mehansko povezani z gredjo vzmetno-motornega pogona. Zaradi močnostne vzmeti, ki je prednapeta (nameščena v stanju raztezanja), je pogon enostavno sprožiti s preprostim pritiskom na krmilni gumb ali drugim mehanizmom.

Strukturna shema vakuumske komore: 1 – priključek mirujočega kontakta; 2 – mirujoči kontakt; 3 – gibljivi kontakt; 4 – kovinski zaslon; 5 – keramični (polimerni) izolator; 6 – meh; 7 – priključek gibljivega kontakta

Vzmet (običajno dve vzmeti) se napne s pomočjo verižnega prenosa. Normalni način delovanja opreme predvideva napenjanje vzmeti z elektromotorjem, opremljenim z reduktorjem. Hkrati je na voljo ročica za ročno napenjanje, ki se uporablja v primeru nesreč ali izgube napajanja.

Napeta vzmet je fiksirana s sprožilnim mehanizmom. Ta mehanizem se upravlja prek elektromagnetnega pogona ali prek gumba za vklop. Takoj ko je aktiviran način vklopa, se fiksacija sprosti, sila raztezanja vzmeti sproži grebenski mehanizem. Ta nato deluje na gred, ki je mehansko povezana z mehanizmom za preklapljanje gibljivih kontaktov vakuumskih komor.

Operacija izklopa vakuumskega odklopnika se izvede z aktivacijo načina »Izklopljeno« – z elektromagnetom ali gumbom. Zaporedje dejanj je skoraj enako prvemu načinu. Tukaj so vključene tudi močne izklopne vzmeti, katerih stanje določa sprožilni mehanizem za izklop.

Upravljalna plošča in indikacijski elementi: 1 – način »vklopljeno«; 2 – način »izklopljeno«; 3 – napeto stanje vzmeti; 4 – sproščeno stanje vzmeti

Udobje uporabe in nadzor delovanja naprave zagotavlja upravljalna plošča. Na sprednji strani plošče se nahajajo elementi: števec števila ciklov, indikator stanja napenjalne vzmeti, indikator stanja vakuumskega odklopnika.

Značilnosti izvlečnih konstrukcij

Oprema izvlečne izvedbe je sestavljena na podlagi posebnega opremnega vozička. S tem pripomočkom se odklopnik vstavi v omaro ali iz nje izvleče.

Opremni voziček ne deluje le kot transport naprave, ampak tudi opravlja funkcijo krmilnika za vklop naprave v testni način ali delovni način, takoj ko je odklopnik pomaknjen v omaro.

Opremni voziček: 1 – valj (4 kos.); 2 – podstavek; 3, A – premični podstavek; 4 – ročica (2 kos.); 5 – vtičnica za vrtalnik; 6 – zaklepna ploščica; 7 – fiksirni element; 8 – priključek za sekundarni tokokrog; 9 – mehanizem zaklepanja naprave; 10 – zaklepni kontakti; 11 – ploščica za fiksacijo vijaka; B – mirujoči del

Vakuumski odklopnik je pritrjen neposredno na premični del vozička. Pritrditev se izvede z vijačnimi spoji. Medtem ima opremni voziček tudi mirujoči del, kjer je pritrjen pogon premičnega dela. Premikanje premičnega modula glede na mirujočega se izvaja s pomočjo vijaka ročice za upravljanje vozička.

Premični del – kovinska osnova na štirih kolesih, obdelana z galvansko prevleko. Tukaj je zunanja mehanska blokada (pritiskalna plošča) ozemljitvenika, blokada pogonskega vijaka, pomožni kontakti, mehanizem za blokado odklopnika in drugi elementi, ki omogočajo premikanje ali fiksiranje.

Namestitev in priključitev naprave

Preden začnete nameščati vakuumski odklopnik, morate pregledati vse navzven dostopne elemente, da se prepričate o odsotnosti poškodb in napak. Nato očistite izolacijske površine polov s suho krpo brez vlaken.

Vgradnja opreme v sistem ni dovoljena, če so na izolacijskih površinah prisotni odlomki, razpoke, deformirana področja. Obvezno morate preveriti shemo sekundarnih tokokrogov ter priključitev ohišnega vodila.

Preverjanje nameščene naprave. Tukaj je pomembno natančno preveriti vsak detajl, vsak pritrdilni element. Visokonapetostni aparati ne odpustijo niti najmanjše napake.

Pred namestitvijo morate delovanje odklopnika preveriti z ročnim vklopom (v prazno, brez napajanja) in se prepričati o pravilnosti položaja indikatorjev na upravljalni plošči. Nato preverite prisotnost pokrovov polov. Če se uporablja oprema za nazivni tok 1600 A in več, je treba zaščitne pokrove pred montažo odstraniti.

Priključitev neposredno v omrežje

Sponke kontaktnih končnikov vodnikov močnostnih kablov morate pred priključitvijo na priključke odklopnika očistiti.

Postopek čiščenja se razlikuje glede na uporabljeni material sponk:

• Za bakrene in aluminijaste sponke brez dodatne prevleke se čiščenje izvede z brusnim papirjem zrnatosti M20 ali nižje, z naknadnim razmaščevanjem kovinske površine.
• Če so bakrene ali aluminijaste sponke prevlečene s plastjo srebra, jih zadostuje očistiti s krpo brez vlaken.

Ni dovoljeno uporabljati kablov, katerih srebrna prevleka sponk je poškodovana na površini več kot 5%. V tem primeru je treba poškodovani element zamenjati. Več o sponkah za povezovanje žic lahko preberete v tem materialu.

Zunanji vodniki se pripeljejo do priključkov vakuumskega odklopnika tako, da ne nastajajo mehanske sile na priključke naprave s strani zunanjih vodnikov. Povezave se izvedejo s sornim spojem z uporabo ploščatih elastičnih kovinskih podložk.

Kako se izvede ozemljitev?

Naprave stacionarne izvedbe se povežejo z ozemljitveno ploščo s sornim spojem (M12) neposredno na mestu, označenem z oznako »Ozemljitev«.

Elementi konstrukcije aparatnega vozička in šasije odklopnika, preko katerih se izvaja ozemljitev naprave. Praviloma so te točke označene z ustreznim znakom, nameščenim poleg elementa.

Območje kontaktne točke »Ozemljitev« je pred povezovanjem treba razmastiti. Kot ozemljitveni vodnik je treba izbrati zbiralko zadostnega prereza (Pravila za električne inštalacije), gibljivi vodnik ali vodnik, spleten v snop. Pred namestitvijo vodnika na kontaktno ploščico površino kontakta namažite s posebno mastjo (CIATIM-203).

Konstrukcija izvlečnega tipa se ozemlji s pomočjo elementov aparatnega vozička. Ozemljitev vakuumskega odklopnika se izvaja preko konstrukcije aparatnega vozička, za kar so prav tako na voljo pritrdilni elementi.

Zagon naprave

Zagon naprave v obratovanje se izvede po dodatnem preverjanju nameščene in pripravljene opreme. Zlasti se preveri zanesljivost ozemljitve, stanje pritrdilnih delov montažnih komponent, dostop hladilnega medija do potencialno ogrevajočih se elementov.

Površine tokovodnih palic, ki so v stiku z lamelami vtičnih kontaktnih skupin, je treba obdelati z majhno količino masti CIATIM. V celoti je treba izvesti vse postopke, ki jih določa PEU (Pravila za električne inštalacije) za primer prevzemno-predajnih preizkusov, in se prepričati o skladnosti velikosti operativne napetosti z dovoljenimi mejami.

Namestitev vakuumskega odklopnika. Montažna dela izvaja samo kvalificirano osebje. Enake zahteve veljajo za osebje, ki je izbrano za vzdrževanje visokonapetostne opreme.

Vakuumski odklopnik sme upravljati osebje, ki ima dovoljenje za vzdrževanje električnih inštalacij, ki delujejo pod napetostjo nad 1000 voltov. Odobrena skupina dovoljenja za vzdrževalce mora biti najmanj tretja. Pred začetkom dela z opremo osebje opravi tehnični minimum z namenom spoznavanja podrobnosti določenega modela opreme.

Kako izbrati vakuumski odklopnik?

Napravo izberemo ob upoštevanju njenih nazivnih parametrov, ki se obravnavajo glede na parametre obstoječega omrežja na mestu namestitve. Izbira se opravi po kriteriju maksimalno obremenjenih načinov delovanja, ki so predvideni za pogoje obratovanja.

Nazivna napetost vakuumskega odklopnika je lahko enaka (ali večja) glede na nazivno napetost sistema, ki se napaja preko odklopnika.

Parameter nazivnega dolgotrajnega toka izberemo višji od nazivne vrednosti toka napajanega sistema. Parameter nazivnega izklopnega toka izberemo višji od maksimalne vrednosti izračunanega toka kratkega stika (upošteva se trenutek razhajanja kontaktov).

Tablica s tehničnimi podatki je prva stvar, na katero se pri izbiri odklopnika posvetimo. Na podlagi vrednosti parametrov lahko že ugotovimo, ali je naprava primerna za določeno vgradnjo ali ne.

Z vidika možnih pogojev kratkega stika se izbira izvede ob upoštevanju najtežjih režimov.

Aperiodična komponenta se izračuna ob upoštevanju pogojev kratkega stika z ničelno napetostjo v kateri koli od faznih linij. Pri tem je treba upoštevati parameter aperiodičnega toka, ki ga je določil proizvajalec opreme.

Zaključki in koristen video na to temo

Več informacij o zgradbi, načelu delovanja in pogojih namestitve vakuumskega odklopnika lahko izveste iz naslednjega videoposnetka:

Vakuumski odklopniki se od drugih vrst naprav razlikujejo po relativno preprosti in zanesljivi strukturi. Zato ta vrsta opreme dolgo časa deluje brez posebnih težav. Vir naravne obrabe je določen s številom operacij, ki znaša najmanj 20.000. Ob pravočasnem izvajanju vzdrževanja se ta vir poveča za 5–10 %. Medtem se vzdrževanje vakuumskega odklopnika omejuje na majhno število lahkih operacij.

Če se ob seznanitvi z informacijami pojavijo vprašanja o temi članka ali imate dragocene informacije, ki jih lahko delite z našimi bralci, prosimo, pustite svoje komentarje, delite izkušnje in postavite vprašanja v okencu pod člankom.