Високонапонски вакуумски прекидачи — дизајн и принцип рада

Међу савременом високонапонском опремом дизајнираном за пребацивање електричних кола у електричну енергију, посебно место је додељено вакуумским прекидачима. Они се широко користе у мрежама од 6 до 35 кВ и ређе у шемама од 110 или 220 кВ укључујући.

Њихова називна струја прекидања може бити од 20 до 40 кА, а електродинамички отпор је око 50 ÷ 100. Укупно време искључења таквог прекидача или квара је око 45 милисекунди.

Свака фаза кола је поуздано одвојена изолаторима и истовремено је сва опрема структурно састављена на једном заједничком погону. Сабирнице трафостанице су повезане на улазне стезаљке прекидача, а излазни прикључак на излазне стезаљке.

Контакти за напајање функционишу унутар вакуумског прекидача који су притиснути заједно да обезбеде минимални отпор контакта и поуздан пролаз и оптерећења и струја у случају нужде.

Горњи део контактног система је трајно фиксиран, а доњи део под дејством погонске силе може да се креће стриктно у аксијалном правцу.

На слици се види да се контактне плоче налазе у вакуумској комори и покрећу их шипке које контролишу силе затезања опруга и калемова електромагнета. Цела ова конструкција се налази унутар система изолатора, искључујући појаву струја цурења.

Зидови вакуум коморе су направљени од пречишћених метала, легура и специјалних керамичких композиција које обезбеђују херметичност радног окружења неколико деценија. Да би се искључио улазак ваздуха током кретања покретног контакта, уграђен је чаура.

Арматура једносмерног електромагнета може да се помери да затвори контакте за напајање или да их прекине услед промене поларитета напона примењеног на калем. Стални кружни магнет уграђен у погонску структуру држи покретни део у било ком активираном положају.

Систем опруга обезбеђује стварање оптималних брзина кретања арматуре током комутација, искључење контактног одскока и могућност урушавања у конструкцији зида.

Кинематичка и електрична кола са осовином за синхронизацију и додатним помоћним контактима су састављена унутар тела прекидача, пружајући могућност праћења и контроле положаја прекидача у било ком стању.

Именовање

По својим функционалним задацима, вакуумски прекидач се не разликује од других аналога високонапонске опреме. Пружа:

1.Поуздан пролаз називне електричне снаге током континуираног рада;

2. могућност гарантованог пребацивања опреме од стране електричног особља у ручном или аутоматском режиму током оперативног пребацивања ради промене конфигурације радног кола;

3. аутоматско отклањање насталих незгода у најкраћем могућем року.

Главна разлика између вакуумског прекидача је начин гашења електричног лука који се јавља када су контакти искључени током искључивања. Ако његови аналози стварају окружење за компримовани ваздух, уље или СФ6 гас, онда овде функционише вакуум.

Принцип гашења лука у струјном колу

Обе контактне плоче раде у вакуумском окружењу које се формира пумпањем гасова из посуде са лучним жлебом до 10-6÷10-8 Н / цм2. Ово ствара високу диелектричну чврстоћу коју карактеришу побољшана диелектрична својства.

Са почетком кретања са погона контаката, између њих се појављује јаз, који одмах садржи вакуум. Унутар њега почиње процес испаравања загрејаног метала са контактних подлога. Струја оптерећења наставља да тече кроз ове парове. Покреће формирање додатних електричних пражњења, стварајући лук у вакуумском окружењу, који наставља да се развија услед испаравања и ослобађања металних пара.

Под дејством примењене потенцијалне разлике, формирани јони се крећу у одређеном правцу, стварајући плазму.

У његовом окружењу се наставља ток електричне струје, долази до даље јонизације.

Пошто прекидач ради на наизменичну струју, његов смер током сваког полуциклуса је обрнут.Када синусни талас пређе нулу, нема струје. Због тога се лук нагло гаси и прекида, а одбачени метални јони престају да се одвајају и за 7-10 микросекунди потпуно се таложе на најближим контактним површинама или другим деловима коморе за гашење лука.

У овом тренутку, диелектрична чврстоћа јаза између енергетских контаката, испуњених вакуумом, се обнавља скоро одмах, што обезбеђује коначно гашење струје оптерећења. У следећем полуциклусу синусног таласа, електрични лук се више не може појавити.

Дакле, да би се прекинуло дејство електричног лука у вакуумском окружењу, када су контакти за напајање отворени, довољно је да наизменична струја промени свој правац.

Технолошке карактеристике различитих модела

Вакумски прекидачи су дизајнирани за континуирани рад на отвореном или у затвореним структурама. Спољашње монтажне јединице се израђују са чврстим стубовима од силиконске изолације, а за унутрашње радове се користе ливене епоксидне масе.

Вакуумске коморе се производе у фабрици као покретне, оптимално постављене за уградњу у ливено кућиште. Унутар њих су већ постављени контакти за напајање од специјалних врста легираних легура. Они, захваљујући примењеном принципу рада и дизајна, обезбеђују меко гашење електричног лука, искључују могућност пренапона у колу.

Универзални електромагнетни актуатор се користи у свим дизајнима вакуумских прекидача. Он држи контакте за напајање у затвореном или искљученом стању због енергије снажних магнета.

Пребацивање и фиксирање контактног система се врши положајем «магнетне браве», која пребацује ланац магнета да поново повеже или искључи мобилну арматуру. Уграђени опружни елементи омогућавају ручно пребацивање од стране електричног особља.

За контролу рада вакуумског прекидача, типичних релејних кола или електронских, микропроцесорске јединице, који се може налазити директно у кућишту погона или направљен од удаљених уређаја у засебним ормарима, блоковима или панелима.

Предности и мане вакуумских прекидача

Предности укључују:

• релативна једноставност дизајна;

• смањена потрошња електричне енергије за производњу прекидача;

• погодност у поправци, која се састоји у могућности замене блока сломљеног лучног отвора;

• способност прекидача да ради у било којој оријентацији у простору;

• висока поузданост;

• повећана отпорност на преклопна оптерећења;

• ограничене величине;

• отпорност на ватру и експлозију;

• тих рад приликом пребацивања;

• висока еколошка прихватљивост, осим атмосферског загађења.

Недостаци дизајна су:

• релативно ниске дозвољене струје називних и хитних режима;

• појава прекидачких пренапона током прекида ниских индуктивних струја;

• смањен ресурс лучног уређаја у смислу отклањања струја кратког споја.