Вакуумен превключвател: устройство и принцип на работа + нюанси на избор и свързване

Електрическо устройство, вакуумен прекъсвач, е устройство, предназначено за работа като част от електрически мрежи за високо напрежение.Името си получи от конструктивна характеристика - вакуумна камера, благодарение на която се постига мигновено изгасване на електрическата дъга.

Устройството се използва като превключватели, предназначени за изключване на оборудване в случай на аварийни ситуации или като част от рутинна работа. Нека да разгледаме по-подробно какво представлява вакуумният комутатор и защо е необходим.

Как работи високоволтовият вакуумен превключвател?

Основата за функционалността на вакуумните камери, използвани при проектирането на превключватели, са физическите свойства на газа в разредено състояние. При такива условия свойството на газа, характеризиращо се като електрическа якост, се променя значително към увеличение.

Този ефект на силно разредена среда (диапазон от 10^-6 до 10^-8 N/см²) се използва успешно в конструкции на превключватели, допълнени с газови вакуумни камери, през които преминават електрически контактни групи.

Един от моделите на вакуумен прекъсвач е устройство, което се използва при работата на силови електрически мрежи. Устройството се счита за по-модерно и надеждно в сравнение с подобни устройства, но от различен тип.

Токът, протичащ през контактните групи (в момента, в който контактът е изключен), образува електрически разряд - дъга.Изгарянето на дъгата възниква поради частична йонизация на метални пари, неизбежно образувани от висока температура. Преминаването на ток между контактите през образуваната плазма се поддържа, докато токът премине към нулевата шина.

Веднага щом настъпи моментът на преход през „нула“, електрическата дъга изгасва. Целият процес отнема не повече от 7-10 микросекунди.

Проектиране на вакуумни превключватели

Разнообразието от вакуумни прекъсвачи, като се вземе предвид техният дизайн, е доста голямо. Поради това е трудно да се дадат характеристики на тези устройства като цяло. Междувременно, независимо от разликите в дизайна, принципът на работа остава непроменен.

Блокова схема на взривното вещество: 1 – горна клема; 2 – вакуумна камера; 3 – полимерен изолатор; 4 – долен изход; 5 – лентов контакт; 6 – силова пружина; 7 – теглителна щанга; 8 – задействаща пружина; 9 – скоростен лост; 10 – задвижващ вал; 11 – освобождаване; 12 - тяло

Нека да разгледаме за обща информация триполюсен вакуумен ключ, оборудван с пружинно задвижване. Това устройство е предназначено за вътрешен или външен монтаж. Във всеки случай инсталирането му се извършва в специални разпределителни метални кутии.

Устройствата могат да се използват в различни области на националната икономика. Има обаче някои ограничения.

По този начин вакуумните прекъсвачи не са предназначени за монтаж и последваща работа при следните условия:

• помещения, където има пожар или експлозивна атмосфера;
• инсталации, които са проектирани да осигуряват често превключване;
• инсталации от мобилен (мобилен) тип;
• енергийни системи на морски и речни плавателни съдове.

Вакуумните прекъсвачи обикновено имат два типа конструкция:

1. За постоянен монтаж.
2. За монтаж с железарска количка.

Независимо от дизайна, областта на тялото на устройството съдържа три полюса, оборудвани с дъгогасителни камери.

Във вакуумните камери има подвижни контактори, задвижвани от механизъм с пружинен двигател. Корпусът на устройството е допълнен от преден панел, който съдържа елементи на дисплея и устройства за управление.

Външни основни елементи на ключа: 1 – полюси на устройството; 2 – механизъм за заключване на активиране; 3 – прозорец за повдигане; 4 – механична дръжка, която блокира външни вериги

Трите полюса на главната верига са направени под формата на колони. Местоположението на полюсите обикновено е в задната част на шасито на пружинния двигател. Всеки стълб е оборудван с дъгогасителна камера, която е затворена вътре в полимерен изолатор. За да се подобри електрическата якост, тялото на изолатора има оребрена форма.

Във всяка вакуумна камера е монтирана контактна група от два елемента - подвижен и неподвижен. Подвижният контактен елемент е свързан към превключващия механизъм чрез теглителен изолатор. Следва връзката с долния контактен щифт. И фиксираният контакт е свързан чрез конусовидна връзка към горната контактна клема на устройството.

Как работи превключвателят?

Подвижните контакти на вакуумните камери са механично свързани с вала на пружинно-моторното задвижване. Благодарение на силовата пружина, която е предварително вдигната (настроена в състояние на напрежение), задвижването може лесно да се активира чрез просто натискане на контролен бутон или друг механизъм.

Блокова схема на вакуумна камера: 1 – неподвижен контактен клеморед; 2 – неподвижен контакт; 3 – подвижен контакт; 4 – метален екран; 5 – керамичен (полимерен) изолатор; 6 – маншон; 7 – подвижна контактна клема

Пружината (обикновено две пружини) се зарежда от верижно задвижване. Нормалният режим на работа на оборудването включва зареждане на пружината с помощта на електрически мотор, оборудван с скоростна кутия. В същото време има ръкохватка за ръчно взвеждане, която се използва в случай на авария или загуба на мощност.

Вдигнатата пружина се фиксира от спусъка. Този механизъм се управлява чрез електромагнитно задвижване или чрез бутон за захранване. Веднага щом режимът на активиране се активира, заключването се освобождава, силата на опън на пружината активира гърбичния механизъм. Това от своя страна въздейства върху вала, който е механично свързан с превключващия механизъм на подвижните контакти на вакуумните камери.

Операцията по изключване на вакуумния прекъсвач се извършва чрез активиране на режим "Изключено" - с електромагнит или бутон. Последователността от действия е почти същата като в първия режим. Тук участват и задвижващи пружини, чието състояние се задава от тригера за задействане.

Елементи за управление и индикация: 1 – режим “включено”; 2 – режим “изключено”; 3 – взведено състояние на пружината; 4 - състояние на освободена пружина

Удобството на работа и контрол на работата на устройството се осигурява от контролния панел. В предната част на панела има елементи: брояч на цикли, индикатор за състоянието на пружината за зареждане и индикатор за състоянието на вакуумния превключвател.

Характеристики на подвижните конструкции

Изтегляемото оборудване се сглобява на базата на специална количка за оборудване. С помощта на този аксесоар превключвателят се поставя в или извън шкафа.

Хардуерната количка действа не само като транспорт за устройството, но също така действа и като контролер за превключване на устройството в тестов режим или в работен режим веднага щом превключвателят бъде натиснат в шкафа.

Обковна количка: 1 – ролка (4 бр.); 2 – основа; 3, А – подвижна основа; 4 – дръжка (2 бр.); 5 – гнездо за копче; 6 – блокираща лента; 7 – фиксиращ елемент; 8 – конектор за вторичната верига; 9 – механика на заключване на устройството; 10 – блокиращи контакти; 11 – винтова фиксираща щанга; B – неподвижна част

Вакуумният превключвател е прикрепен директно към движещата се част на количката. Закрепването се извършва с помощта на болтови връзки. Междувременно хардуерната количка има и неподвижна част, където задвижването на движещата се част е фиксирано. Движението на подвижния модул спрямо неподвижния се осъществява от винта на ръкохватката за управление на количката.

Движещата се част е метална основа на четири колела, обработена с галванично покритие. Има външно механично заключване (натискаща лента) на заземителния електрод, ключалка на задвижващ винт, блокови контакти, механизъм за заключване на превключвателя и други елементи, които осигуряват движение или фиксиране.

Монтаж и свързване на устройството

Преди да започнете да монтирате вакуумен прекъсвач, е необходимо да проверите всички външни достъпни елементи, за да се уверите, че няма повреди или дефекти. След това изолационните повърхности на стълбовете се почистват със суха кърпа без мъх.

Не е разрешено въвеждането на оборудване в системата, ако има чипове, пукнатини или деформирани участъци върху изолационните повърхности. Трябва да се провери веригата на вторичните вериги, както и връзката на шината на шасито.

Проверка на инсталираното устройство. Тук е важно внимателно да проверите всеки детайл, всеки крепежен елемент. Високоволтовите уреди не прощават и най-малката грешка

Преди монтаж функционалността на превключвателя трябва да се провери чрез ръчно включване (без захранване) и да се уверите, че индикаторите на контролния панел са в правилна позиция. След това трябва да проверите наличието на капаци на стълбовете. Ако се използва оборудване с номинален ток 1600A и по-висок, защитните капаци трябва да бъдат отстранени преди монтажа.

Свържете се директно към мрежата

Клемите на контактните накрайници на проводниците на захранващия кабел трябва да бъдат почистени преди свързване към клемите на превключвателя.

Процедурата за оголване се различава в зависимост от използвания материал на терминала:

• За медни и алуминиеви клеми без допълнително покритие, почистването се извършва с шкурка M20 или по-ниска, последвано от обезмасляване на металната повърхност.
• Ако медните или алуминиевите клеми са покрити със слой сребро, достатъчно е да ги почистите с кърпа без мъх.

Недопустимо е използването на кабели, чието сребърно покритие на клемите е повредено на площ над 5%. В този случай повреденият елемент трябва да бъде заменен. Повече информация за клемите за свързване на проводници можете да намерите в този материал.

Външните проводници са свързани към клемите на вакуумния превключвател по такъв начин, че върху клемите на устройството да не се създават механични сили от външните проводници. Връзките се осъществяват чрез болтово съединение с плоски еластични метални шайби.

Как се извършва заземяването?

Стационарните устройства се свързват към „земната“ платформа с помощта на болтова връзка (M12) директно в точката, отбелязана с „Заземяване“.

Структурни елементи на количката за оборудване и шасито на превключвателя, чрез които устройството е заземено. По правило тези точки са маркирани със съответния знак до елемента

Зоната на контактната точка „Заземяване“ трябва да бъде обезмаслена преди свързване. Заземителният проводник трябва да бъде шина с достатъчно напречно сечение (Правила за електрическа инсталация), гъвкав проводник или плетен проводник. Преди да поставите проводника върху контактната площадка, смажете контактните повърхности със специална смазка (CIATIM-203).

Дизайнът на изтеглящия се тип е заземен с помощта на елементите на количката за оборудване. Заземяването на вакуумния прекъсвач се осъществява чрез конструкцията на хардуерната количка, за която има и крепежни елементи.

Въвеждане на устройството в експлоатация

Устройството се пуска в експлоатация след допълнителна проверка на монтираното и подготвено оборудване. По-специално се проверява надеждността на заземяването, състоянието на закрепване на компонентите на монтажа и достъпа на охлаждащата среда до потенциално нагревателни елементи.

Повърхностите на тоководещите пръти, контактуващи с ламелите на контактните групи на розетката, трябва да се третират с малко количество смазка CIATIM. Като цяло е необходимо да се извършат всички процедури, предвидени от PES в случай на тестове за приемане и да се гарантира, че работното напрежение съответства на допустимите граници.

Монтаж на вакуумен прекъсвач. Монтажните работи се извършват само от квалифициран персонал. Същите изисквания важат и за персонала, избран да обслужва високоволтово оборудване.

Персонал, който има разрешение да обслужва електрически инсталации, работещи при напрежение над 1000 волта, има право да работи с вакуумния прекъсвач. Одобрената група за достъп на обслужващия персонал трябва да бъде не по-ниска от трета. Преди да започне работа с оборудването, персоналът преминава технически минимум, за да проучи тънкостите на конкретен модел оборудване.

Как да изберем вакуумен прекъсвач?

Устройството се избира, като се вземат предвид неговите номинални параметри, които се разглеждат във връзка с параметрите на съществуващата мрежа на мястото на инсталиране. Изборът се извършва по критерия за максимално натоварените режими на работа, очаквани за условията на работа.

Допуска се номиналното напрежение на вакуумния прекъсвач да бъде равно (или увеличено) по отношение на номиналното напрежение на системата, захранвана през прекъсвача.

Параметърът на номиналния дългосрочен ток е избран по-висок от номиналния ток на захранваната система. Параметърът на номиналния ток на прекъсване е избран над максималната стойност номинален ток Късо съединение (отчита се моментът на разминаване на контакта).

Табелката с техническите характеристики е първото нещо, на което обръщате внимание при избора на превключвател. Въз основа на стойностите на параметрите вече можете да определите дали устройството е подходящо за конкретна инсталация или не

От гледна точка на възможни условия на късо съединение, изборът се прави, като се вземат предвид най-тежките условия.

Стойността на апериодичния компонент се изчислява, като се вземат предвид условията на късо съединение с нулево напрежение във всяка от фазовите линии. В този случай трябва да се вземе предвид параметърът на апериодичния ток, зададен от производителя на оборудването.

Изводи и полезно видео по темата

Можете да научите още повече информация за устройството, принципа на работа и условията за инсталиране на вакуумен прекъсвач от следното видео:

Вакуумните превключватели се различават от другите видове устройства по своята относително проста и надеждна структура. Поради това този тип оборудване служи дълго време без никакви оплаквания. Естественият живот на износване се определя от броя на операциите, равен на най-малко 20 000. При условие, че поддръжката се извършва своевременно, този живот се увеличава с 5-10%.Междувременно експлозивната поддръжка е ограничена до малък брой леки операции.

Ако, докато четете информацията, имате въпроси относно темата на статията или имате ценна информация, която можете да споделите с нашите читатели, моля, оставете вашите коментари, споделете своя опит и задайте въпроси в блока под статията.