Vysokonapäťové vákuové ističe – konštrukcia a princíp činnosti

Medzi modernými vysokonapäťovými zariadeniami určenými na spínanie elektrických obvodov v elektrine je osobitné miesto pridelené vákuovým ističom. Sú široko používané v sieťach od 6 do 35 kV a menej často v schémach od 110 alebo 220 kV vrátane.

Ich menovitý vypínací prúd môže byť od 20 do 40 kA a ich elektrodynamický odpor je asi 50 ÷ 100. Celková doba vypnutia takéhoto ističa alebo poruchy je asi 45 milisekúnd.

Každá fáza okruhu je spoľahlivo oddelená izolátormi a zároveň sú všetky zariadenia konštrukčne zostavené na jednom spoločnom pohone. Prípojnice rozvodne sú pripojené na vstupné svorky spínača a výstupné pripojenie na výstupné svorky.

Vnútri vákuového ističa fungujú silové kontakty, ktoré sú stlačené k sebe, aby poskytli minimálny prechodový odpor a spoľahlivý prechod záťažových aj núdzových prúdov.

Horná časť kontaktného systému je trvalo upevnená a spodná časť sa pri pôsobení hnacej sily môže pohybovať striktne v axiálnom smere.

Obrázok ukazuje, že kontaktné dosky sú umiestnené vo vákuovej komore a sú poháňané tyčami ovládanými ťažnými silami pružín a cievok elektromagnetov. Celá táto konštrukcia je umiestnená vo vnútri systému izolátorov, s vylúčením výskytu zvodových prúdov.

Steny vákuovej komory sú vyrobené z čistených kovov, zliatin a špeciálnych keramických kompozícií, ktoré zaisťujú hermetickosť pracovného prostredia na niekoľko desaťročí. Aby sa vylúčilo prenikanie vzduchu počas pohybov pohyblivého kontaktu, je nainštalované objímkové zariadenie.

Kotva jednosmerného elektromagnetu sa môže pohybovať, aby uzavrela napájacie kontakty alebo ich prerušila v dôsledku zmeny polarity napätia aplikovaného na cievku. Permanentný kruhový magnet zabudovaný do konštrukcie pohonu drží pohyblivú časť v akejkoľvek aktivovanej polohe.

Systém pružín zaisťuje vytvorenie optimálnych rýchlostí pohybu kotvy pri komutáciách, vylúčenie kontaktného odskoku a možnosti kolapsov v konštrukcii steny.

Kinematické a elektrické obvody so synchronizačným hriadeľom a prídavnými pomocnými kontaktmi sú namontované vo vnútri telesa spínača, čo umožňuje monitorovať a ovládať polohu spínača v akomkoľvek stave.

Vymenovanie

Z hľadiska funkčných úloh sa vákuový istič nelíši od iných analógov vysokonapäťových zariadení. Poskytuje:

1.Spoľahlivý prechod menovitého elektrického výkonu počas nepretržitej prevádzky;

2. možnosť garantovaného prepínania zariadení elektrotechnickým personálom v manuálnom alebo automatickom režime pri prevádzkovom prepínaní na zmenu konfigurácie pracovného okruhu;

3. automatické odstraňovanie vznikajúcich havárií v čo najkratšom čase.

Hlavným rozdielom medzi vákuovým ističom je spôsob hasenia elektrického oblúka, ku ktorému dochádza pri odpojení kontaktov počas vypnutia. Ak jeho analógy vytvárajú prostredie pre stlačený vzduch, olej alebo plyn SF6, potom tu funguje vákuum.

Princíp zhášania oblúka v silovom obvode

Obidve kontaktné dosky pracujú vo vákuovom prostredí tvorenom čerpaním plynov z nádoby zhášacej komory na 10-6÷10-8 N / cm2. To vytvára vysokú dielektrickú pevnosť charakterizovanú zlepšenými dielektrickými vlastnosťami.

So začiatkom pohybu z pohonu kontaktov sa medzi nimi objaví medzera, ktorá okamžite obsahuje vákuum. Vo vnútri sa začína proces odparovania zahriateho kovu z kontaktných podložiek. Záťažový prúd naďalej preteká týmito pármi. Iniciuje tvorbu dodatočných elektrických výbojov, vytvárajúcich oblúk vo vákuovom prostredí, ktorý sa naďalej vyvíja v dôsledku vyparovania a uvoľňovania kovových pár.

Pôsobením aplikovaného rozdielu potenciálov sa vytvorené ióny pohybujú v určitom smere a vytvárajú plazmu.

V jeho prostredí tok elektrického prúdu pokračuje, dochádza k ďalšej ionizácii.

Pretože spínač funguje na striedavý prúd, jeho smer sa počas každého polcyklu obráti.Keď sínusová vlna prekročí nulu, neexistuje žiadny prúd. Vďaka tomu je oblúk náhle zhasnutý a prerušený a vyradené kovové ióny sa prestanú oddeľovať a za 7-10 mikrosekúnd sa úplne usadia na najbližších kontaktných plochách alebo iných častiach zhášacej komory.

V tomto bode sa takmer okamžite obnoví dielektrická pevnosť medzery medzi silovými kontaktmi, vyplnená vákuom, čo zaisťuje konečné vypnutie záťažového prúdu. V ďalšom polcykle sínusoidy už nemôže vzniknúť elektrický oblúk.

Na ukončenie pôsobenia elektrického oblúka vo vákuovom prostredí teda pri otvorení silových kontaktov stačí, aby striedavý prúd zmenil svoj smer.

Technologické vlastnosti rôznych modelov

Vákuové ističe sú určené na nepretržitú prevádzku vonku alebo v uzavretých konštrukciách. Vonkajšie montážne jednotky sú vyrobené z pevných stĺpikov vyrobených so silikónovou izoláciou a pre vnútorné práce sa používajú liate epoxidové zmesi.

Vákuové komory sú vo výrobnom závode vyrábané mobilné, optimálne nastavené na inštaláciu do lisovaného krytu. V ich vnútri sú už umiestnené silové kontakty zo špeciálnych typov legovaných zliatin. Vďaka aplikovanému princípu činnosti a konštrukcie poskytujú mäkké zhášanie elektrického oblúka, vylučujú možnosť prepätia v obvode.

Vo všetkých prevedeniach vákuových ističov sa používa univerzálny elektromagnetický pohon. Udržuje napájacie kontakty v zatvorenom alebo vypnutom stave vďaka energii silných magnetov.

Spínanie a upevnenie kontaktného systému sa vykonáva polohou «magnetickej západky», ktorá prepína reťaz magnetov na opätovné pripojenie alebo odpojenie pohyblivej kotvy. Zabudované pružinové prvky umožňujú manuálne spínanie elektrotechnickým personálom.

Na ovládanie činnosti vákuového prerušovača, typických reléových obvodov alebo elektroniky, mikroprocesorové jednotky, ktoré môžu byť umiestnené priamo v kryte pohonu alebo vyrobené zo vzdialených zariadení v samostatných skriniach, blokoch alebo paneloch.

Výhody a nevýhody vákuových ističov

Medzi výhody patrí:

• relatívna jednoduchosť dizajnu;

• znížená spotreba elektrickej energie na výrobu spínačov;

• pohodlie pri oprave, ktorá spočíva v možnosti výmeny bloku zlomeného oblúkového žľabu;

• schopnosť prepínača pracovať v akejkoľvek orientácii v priestore;

• vysoká spoľahlivosť;

• zvýšená odolnosť voči prepínaniu záťaží;

• obmedzené veľkosti;

• odolnosť proti ohňu a výbuchu;

• tichý chod pri prepínaní;

• vysoká šetrnosť k životnému prostrediu, s výnimkou znečistenia ovzdušia.

Nevýhody dizajnu sú:

• relatívne nízke prípustné prúdy nominálnych a núdzových režimov;

• výskyt spínacích prepätí pri prerušení nízkych indukčných prúdov;

• znížený zdroj oblúkového zariadenia z hľadiska eliminácie skratových prúdov.