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.

Vysokonapěťový vakuový vypínač 110 kV

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.

Celkový pohled na vakuový vypínač

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.

Konstrukce vakuového vypínače

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;

READ
Jak rychle a efektivně vyčistit koberec doma?

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.

Jak se zháší oblouk ve vakuovém vypínači

V jeho prostředí pokračuje tok elektrického proudu, probíhá další ionizace.

Vývoj ionizace, tvorba plazmatu

Různé fáze tvorby plazmy

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.

Procesy konečného zhášení 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.

READ
Proč potřebujete elektrický rytec?

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.

Řídicí jednotka vakuového vypínače

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!