Вакуумен превключвател: устройство и принцип на работа + нюанси при избора и свързването

Електрическият уред вакуумен прекъсвач – това е устройство, предназначено за експлоатация в състава на електрически високоволтови мрежи. Името си получава от особеността на конструкцията – вакуумната камера, благодарение на която се постига мигновено гасене на електрическата дъга.

Уредът се използва като комутатор, предназначен да извършва изключване на оборудването при аварийни ситуации или в рамките на текущата експлоатация. Нека разгледаме по-подробно какво представлява вакуумният комутатор и за какво е необходим.

Как действа високоволтовият вакуумен комутатор?

Основата на функционалността на вакуумните камери, използвани в конструкцията на прекъсвачите, са физическите свойства на газа, намиращ се в разредено състояние. При такива условия свойството на газа, характеризирано като електрическа якост, значително се променя в посока на увеличение.

Този ефект на силно разредената среда (диапазон от 10^-6  до 10^-8 N/cm²) успешно се използва в конструкциите на прекъсвачите, допълнени с газови вакуумни камери, през които преминават електрическите контактни групи.

Един от моделите на вакуумния прекъсвач – уреда, който се използва при експлоатацията на силови електрически мрежи. Устройството се счита за по-модерно и надеждно в сравнение с аналогични устройства, но от друг тип изпълнение.

Токът, преминаващ през контактните групи (в момента на разединяване на контакта), формира електрически разряд – дъга. Горенето на дъгата става за сметка на частична йонизация на метални пари, които неизбежно се образуват от високата температура. Преминаването на тока между контактите през образуваната плазма се поддържа до момента на преминаване на тока към нулевата шина.

Щом настъпи моментът на преминаване през «нулата», електрическата дъга угасва. Времето на общия процес отнема не повече от 7-10 микросекунди.

Устройство на прекъсвачите с вакуумно изпълнение

Разнообразието от вакуумни прекъсвачи, предвид тяхното конструктивно изпълнение, е доста голямо. Затова е трудно да се даде характеристика на тези уреди като цяло. Междувременно, независимо от конструктивните различия, принципът на действие остава непроменен.

Структурна схема на ВВ: 1 – горен извод; 2 – вакуумна камера; 3 – полимерен изолатор; 4 – долен извод; 5 – лентов контакт; 6 – силова пружина; 7 – теглителен щок; 8 – пружина за изключване; 9 – лост за предаване; 10 – вал на задвижването; 11 – разединител; 12 – корпус

Разгледайте за общо запознаване триполюсен вакуумен прекъсвач, оборудван с пружинно-моторно задвижване. Този уред е предназначен за вътрешен монтаж или за монтаж на открито. Във всеки случай, монтажът му се извършва вътре в специални разпределителни метални кутии.

Уредите могат да се експлоатират в най-различни сфери на народното стопанство. Въпреки това има някои ограничения.

Така, вакуумните прекъсвачи не са предназначени за монтаж и последваща експлоатация при следните условия:

• помещения, където има пожаро- и взривоопасна атмосфера;
• инсталации, които конструктивно предвиждат честа комутация;
• инсталации от мобилен (подвижен) тип;
• енергийни системи на морски и речни кораби.

Обикновено вакуумните прекъсвачи имат два типа конструктивно изпълнение:

1. За стационарна инсталация.
2. За инсталация с апаратна количка.

Независимо от изпълнението, корпусът на уреда съдържа три полюса, оборудвани с дъгогасителни камери.

Вътре във вакуумните камери работят подвижни контактори, задвижвани от пружинно-моторен механизъм. Корпусът на уреда се допълва с преден панел, който съдържа елементи за индикация и управляващи устройства.

Външни главни елементи на прекъсвача: 1 – полюси на уреда; 2 – механизъм за блокиране на включването; 3 – отвор за повдигане; 4 – ръкохватка на механизъм, блокиращ външните вериги

Трите полюса на главната верига са изпълнени под форма на колони. Разположението на полюсите, като правило, е на задната част на шасито на пружинно-моторното задвижване. Всеки полюс е допълнен с камера за гасене на дъгата, която е заключена вътре в полимерния изолатор. С цел усилване на електрическата якост, корпусът на изолатора има ребриста форма.

Вътре във всяка вакуумна камера е монтирана контактна група от два елемента – подвижен и неподвижен. Елементът на подвижния контакт е свързан чрез теглителен изолатор с механизма за превключване. Следва връзка с долния контактен извод. А неподвижният контакт се свързва чрез конусно прилягане с горния контактен извод на уреда.

Как работи задвижването на прекъсвача?

Подвижните контакти на вакуумните камери са механично свързани с вала на пружинно-моторното задвижване. Благодарение на силовата пружина, предварително взведена (поставена в състояние на разтягане), задвижването може лесно да се задейства чрез просто натискане на бутон за управление или друг механизъм.

Структурна схема на вакуумната камера: 1 – клемник на неподвижния контакт; 2 – неподвижен контакт; 3 – подвижен контакт; 4 – метален екран; 5 – керамичен (полимерен) изолатор; 6 – силфон; 7 – клемник на подвижния контакт

Пружината (обикновено две пружини) се задейства чрез верижна предавка. Нормалният режим на работа на оборудването предвижда задействане на пружината с помощта на електродвигател, оборудван с редуктор. Освен това има ръкохватка за ръчно задействане, която се използва в случай на аварии или загуба на захранване.

Задействаната пружина се фиксира от спусковия механизъм. Този механизъм се управлява чрез електромагнитно задвижване или чрез бутон за включване. Веднага щом се активира режимът на включване, фиксацията се освобождава, силата на разтягане на пружината задейства гърбичен механизъм. Той, от своя страна, въздейства върху вал, който е механично свързан с механизма за превключване на подвижните контакти на вакуумните камери.

Операцията за изключване на вакуумния превключвател се извършва чрез активиране на режим «Отключено» – с електромагнит или с бутон. Последователността на действията е практически аналогична на първия режим. Тук също са задействани силовите пружини за изключване, чието състояние се определя от спусковия механизъм за изключване.

Панел за управление и индикационни елементи: 1 – режим «включено»; 2 – режим «изключено»; 3 – задействано състояние на пружината; 4 – състояние на освободената пружина

Удобството на експлоатацията и контролът на работата на уреда се осигурява от панела за управление. Отпред на панела са разположени елементи: брояч на броя цикли, индикатор за състоянието на пружината за задействане, индикатор за състоянието на вакуумния превключвател.

Особености на изтегляемите конструкции

Апаратурата от изтеглящо изпълнение е сглобена на базата на специална апаратна количка. С помощта на този аксесоар превключвателят се вкарва вътре в шкафа или се извежда от него.

Апаратната количка действа не само като транспорт за уреда, но също така изпълнява функцията на контролер за включване на уреда в тестов режим или в работен режим, веднага щом превключвателят е прибран в шкафа.

Апаратна количка: 1 – ролка (4 бр.); 2 – основа; 3, А – подвижна основа; 4 – ръкохватка (2 бр.); 5 – гнездо за въртящ прът; 6 – планка за блокиране; 7 – фиксиращ елемент; 8 – конектор за вторична верига; 9 – механика за блокиране на уреда; 10 – блокиращи контакти; 11 – планка за фиксиране на винт; Б – неподвижна част

Вакуумният превключвател се закрепва директно към подвижната част на количката. Крепежът се осъществява с болтови съединения. Междувременно, апаратната количка има и неподвижна част, където е закрепено задвижването на подвижната част. Движението на подвижния модул спрямо неподвижния се осъществява посредством винта на ръкохватката за управление на количката.

Подвижна част – метална основа на четири колела, обработена с галванично покритие. Тук присъства външна механична блокировка (натискна планка) на заземителя, блокировка на винта на задвижването, блок-контакти, механизъм за блокиране на превключвателя и други елементи, които осигуряват движение или фиксация.

Монтаж и свързване на уреда

Преди да започнете да инсталирате вакуумния превключвател, е необходимо да извършите оглед на всички външно достъпни елементи, за да се уверите в липсата на повреди и дефекти. След това се извършва почистване на изолационните повърхности на полюсите с помощта на суха, безвлакнеста кърпа.

Не се допуска внедряване на оборудването в системата, ако по изолационните повърхности има откъртвания, пукнатини, деформирани участъци. Задължително подлежи на проверка схемата на вторичните вериги, както и свързването на корпусната шина.

Проверка на инсталираното устройство. Тук е важно внимателно да се провери всяка част, всеки елемент на крепежа. Високоволтовите апарати не прощават дори и най-малката грешка.

Преди монтажа, работоспособността на превключвателя трябва да се провери чрез ръчно включване (на празен ход без захранване) и да се уверите в правилното положение на индикаторите на контролния панел. След това трябва да се провери наличието на капаците на полюсите. Ако се използва апаратура с номинал 1600A и повече, защитните капаци трябва да се свалят преди монтажа.

Директно свързване към мрежата

Клемите на контактните накрайници на проводниците на силовите кабели трябва да се почистят преди присъединяването към изводите на превключвателя.

Процедурата на почистване се различава в зависимост от използвания материал на клемите:

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

Недопустимо е да се използват кабели, чието сребърно покритие на клемите е повредено на площ над 5%. В този случай повреденият елемент трябва да се замени. Повече подробности за клемите за свързване на проводници можете да прочетете в този материал.

Външните проводници се подвеждат към изводите на вакуумния превключвател по такъв начин, че да не се създават механични усилия върху изводите на устройството от страна на външните проводници. Свързванията се извършват чрез болтова връзка с използване на плоски еластични метални шайби.

Как се извършва заземяването?

Устройствата със стационарно изпълнение се свързват към „заземяващата“ площадка чрез болтово съединение (M12) директно в точката, обозначена с маркировка „Заземяване“.

Елементи от конструкцията на апаратната количка и шасито на превключвателя, чрез които се изпълнява заземяването на устройството. Като правило, тези точки се отбелязват със съответния знак, нанесен до елемента.

Зоната на контактната точка «Заземяване» преди свързване трябва да се обезмазни. За заземяващ проводник трябва да се избере шина с достатъчно сечение (Правила за устройство на електроуредбите), гъвкав проводник или проводник, сплетен на сноп. Преди полагането на проводника върху контактната площадка, повърхностите на контакта да се смажат със специална смазка (ЦИАТИМ-203).

Конструкцията от изтеглящ тип се заземява с помощта на елементи на апаратната количка. Заземяването на вакуумния прекъсвач се осъществява чрез конструкцията на апаратната количка, за което също има елементи за закрепване.

Въвеждане на устройството в експлоатация

Пускането на устройството в експлоатация се извършва след допълнителна проверка на инсталираното и подготвеното оборудване. По-специално се проверява надеждността на заземяването, състоянието на закрепването на монтажните компоненти, достъпът на охлаждащата среда до потенциално нагряващите се елементи.

Повърхностите на тоководещите пръти, които контактуват с ламелите на розетъчните контактни групи, трябва да се обработят с малък обем смазка ЦИАТИМ. Като цяло е необходимо да се изпълнят всички процедури, предвидени от ПУЕ за случая на приемателни изпитвания, и да се уверите, че стойността на оперативното напрежение е в допустимите граници.

Инсталиране на вакуумния прекъсвач. Монтажните работи се извършват само от квалифициран персонал. Същите изисквания се предявяват към персонала, който се подбира за обслужване на високоволтово оборудване.

Да управлява вакуумния прекъсвач се допуска персонал, който има разрешение за обслужване на електрически уредби, функциониращи под напрежение над 1000 волта. Утвърдената група за достъп за обслужващите лица трябва да бъде не по-ниска от трета. Преди започване на работа с оборудването, персоналът преминава технически минимум с цел изучаване на тънкостите на конкретния модел оборудване.

Как да изберем вакуумен прекъсвач?

Уредът се избира, като се вземат предвид неговите номинални параметри, които се разглеждат спрямо параметрите на действащата мрежа на мястото на инсталиране. Изборът се прави по критерия на максимално натоварените работни режими, предполагани за условията на експлоатация.

Номиналното напрежение на вакуумния прекъсвач се допуска равно (или увеличено) спрямо номиналното напрежение на системата, захранвана чрез прекъсвача.

Параметърът на номиналния дълговременен ток се избира над номиналната стойност на тока на захранваната система. Параметърът на номиналния ток на прекъсване се избира над максималната стойност на изчислителния ток на КЗ (отчита се моментът на разминаване на контактите).

Табличката с техническа характеристика – първото, на което се обръща внимание при избора на прекъсвач. Въз основа на стойностите на параметрите вече може да се определи дали уредът подхожда за конкретната инсталация или не.

От гледна точка на възможните условия на КЗ, изборът се прави, като се вземат предвид най-тежките режими.

Апериодичната съставна величина се изчислява с оглед на условията на късо съединение с нулево напрежение във всяка от фазовите линии. При това трябва да се вземе предвид параметърът на апериодичния ток, зададен от производителя на оборудването.

Изводи и полезно видео по темата

Още повече материал за устройството, принципа на работа и условията на монтаж на вакуумния прекъсвач можете да научите от следния видеоклип:

Вакуумните прекъсвачи се отличават от другите видове устройства с относително проста и надеждна структура. Поради това този вид оборудване служи дълго време без особени забележки. Ресурсът на естественото износване се определя от броя на операциите, равен на не по-малко от 20 000. При условие че своевременно се извършва техническо обслужване, този ресурс се увеличава с 5-10%. Междувременно техническото обслужване на ВВ се ограничава до малък брой лесни операции.

Ако при запознаване с информацията са възникнали въпроси по темата на статията или имате ценна информация, която можете да споделите с нашите читатели, моля, оставете своите коментари, споделете опит, задавайте въпроси в блока под статията.