Vákuový vypínač: zariadenie a princíp práce + nuansy výberu a pripojenia

Elektrický prístroj vákuový vypínač – je zariadenie určené na prevádzku v rámci elektrických vysokonapäťových sietí. Svoj názov získal od konštrukčnej zvláštnosti – vákuovej komory, vďaka ktorej sa dosahuje okamžité hasenie elektrického oblúka.

Prístroj sa používa ako spínač určený na vypínanie zariadenia v prípade núdzových situácií alebo v rámci bežnej prevádzky. Poďme sa bližšie pozrieť na to, čo predstavuje vákuový spínač a na čo slúži.

Ako funguje vysokonapäťový vákuový spínač?

Základom funkčnosti vákuových komôr používaných v konštrukcii vypínačov sú fyzikálne vlastnosti plynu v zriedenom stave. Za týchto podmienok sa vlastnosť plynu, charakterizovaná ako elektrická pevnosť, výrazne mení smerom k zvýšeniu.

Tento efekt vysoko zriedeného prostredia (rozsah od 10^-6 do 10^-8 N/cm²) sa úspešne využíva v konštrukciách vypínačov doplnených plynovými vákuovými komorami, cez ktoré prechádzajú elektrické kontaktné skupiny.

Jeden z modelov vákuového vypínača – prístroja, ktorý sa používa pri prevádzke silových elektrických sietí. Zariadenie sa považuje za modernejšie a spoľahlivejšie v porovnaní s podobnými zariadeniami, ale iného typu prevedenia

Prúd prechádzajúci cez kontaktné skupiny (v momente rozpojenia kontaktu) vytvára elektrický výboj – oblúk. Horenie oblúka prebieha vďaka čiastočnej ionizácii kovových pár, ktoré nevyhnutne vznikajú pri vysokej teplote. Prechod prúdu medzi kontaktmi cez vytvorenú plazmu je udržiavaný až do okamihu prechodu prúdu na nulovú zbernicu.

Len čo nastane okamih prechodu cez „nulu“, elektrický oblúk zhasne. Celkový proces trvá maximálne 7–10 mikrosekúnd.

Zariadenie vákuových vypínačov

Rozmanitosť vákuových vypínačov, s ohľadom na ich konštrukčné prevedenie, je pomerne veľká. Preto je ťažké poskytnúť charakteristiku týchto prístrojov ako celku. Medzitým, bez ohľadu na konštrukčné rozdiely, princíp činnosti zostáva nezmenený.

Štrukturálna schéma VV: 1 – horný vývod; 2 – vákuová komora; 3 – polymérový izolátor; 4 – dolný vývod; 5 – pásový kontakt; 6 – silová pružina; 7 – ťahový piest; 8 – vypínacia pružina; 9 – páka prevodu; 10 – hriadeľ pohonu; 11 – spúšťač; 12 – kryt

Pre všeobecné oboznámenie si pozrime trojpólový vákuový vypínač, vybavený pružinovo-motorovým pohonom. Tento prístroj je určený na vnútornú inštaláciu alebo na inštaláciu pod holým nebom. V každom prípade sa jeho montáž vykonáva vnútri špeciálnych rozvádzacích kovových skríň.

Prístroje môžu byť prevádzkované v najrôznejších oblastiach národného hospodárstva. Existujú však určité obmedzenia.

Takže, vákuové vypínače nie sú určené na inštaláciu s následnou prevádzkou v nasledujúcich podmienkach:

• priestory, kde je požiarne a výbušné prostredie;
• zariadenia, ktoré konštrukčne predpokladajú časté spínanie;
• zariadenia mobilného (prenosného) typu;
• energetické systémy morských a riečnych plavidiel.

Vákuové vypínače majú zvyčajne dva typy konštrukčného prevedenia:

1. Pre stacionárnu inštaláciu.
2. Pre inštaláciu s aparátovým vozíkom.

Bez ohľadu na prevedenie, oblasť krytu prístroja obsahuje tri póly vybavené zhášacími komorami.

Vo vnútri vákuových komôr pracujú pohyblivé kontakty, poháňané pružinovo-motorovým mechanizmom. Kryt prístroja je doplnený predným panelom, na ktorom sú umiestnené indikačné prvky a ovládacie zariadenia.

Vonkajšie hlavné prvky vypínača: 1 – póly prístroja; 2 – blokovací mechanizmus zapnutia; 3 – okno na zdvih; 4 – rukoväť mechaniky blokujúcej vonkajšie obvody

Tri póly hlavného obvodu sú vyhotovené v tvare stĺpov. Umiestnenie pólov je spravidla na zadnej časti šasi pružinovo-motorového pohonu. Každý pól je doplnený zhášacou komorou oblúka, ktorá je uzavretá vo vnútri polymérového izolátora. Z dôvodu zvýšenia elektrickej pevnosti má kryt izolátora rebrovitý tvar.

Vo vnútri každej vákuovej komory je namontovaná kontaktná skupina z dvoch prvkov – pohyblivého a pevného. Prvok pohyblivého kontaktu je cez ťahový izolátor spojený s prepínacím mechanizmom. Ďalej je spojenie s dolným kontaktným vývodom. A pevný kontakt je cez kužeľové uloženie spojený s horným kontaktným vývodom prístroja.

Ako funguje pohon vypínača?

Pohyblivé kontakty vákuových komôr sú mechanicky spojené s hriadeľom pružinovo-motorového pohonu. Vďaka silovej pružine, ktorá je predbežne napnutá (uvedená do stavu natiahnutia), možno pohon ľahko uviesť do činnosti jednoduchým stlačením ovládacieho tlačidla alebo iným mechanizmom.

Štrukturálna schéma vákuovej komory: 1 – svorka pevného kontaktu; 2 – pevný kontakt; 3 – pohyblivý kontakt; 4 – kovová clona; 5 – keramický (polymérový) izolátor; 6 – mech; 7 – svorka pohyblivého kontaktu

Pružina (zvyčajne dve pružiny) sa napína prostredníctvom reťazového prevodu. Normálny režim prevádzky zariadenia predpokladá napnutie pružiny pomocou elektromotora vybaveného reduktorom. Zároveň je k dispozícii rukoväť ručného napínania, ktorá sa používa v prípade porúch alebo straty napájania.

Napnutá pružina je fixovaná spúšťovým mechanizmom. Tento mechanizmus je ovládaný elektromagnetickým pohonom alebo tlačidlom zapnutia. Len čo sa aktivuje režim zapnutia, fixácia sa uvoľní, sila ťahu pružiny uvedie do činnosti vačkový mechanizmus. Ten následne pôsobí na hriadeľ, ktorý je mechanicky spojený s mechanizmom prepínania pohyblivých kontaktov vákuových komôr.

Vypnutie vákuového vypínača sa vykonáva aktiváciou režimu „Vypnuté“ – elektromagnetom alebo tlačidlom. Postupnosť úkonov je prakticky analogická prvému režimu. Tu sú tiež zapojené silové pružiny vypnutia, ktorých stav nastavuje spúšťový mechanizmus vypnutia.

Ovládací panel a indikačné prvky: 1 – režim „zapnuté“; 2 – režim „vypnuté“; 3 – napnutý stav pružiny; 4 – stav uvoľnenej pružiny

Pohodlie obsluhy a kontrola činnosti prístroja je zabezpečená ovládacím panelom. Na prednej strane panela sa nachádzajú prvky: počítadlo počtu cyklov, indikátor stavu napínacej pružiny, indikátor stavu vákuového vypínača.

Vlastnosti výsuvných konštrukcií

Zariadenie výsuvného prevedenia je zostavené na základe špeciálneho prístrojového vozíka. Pomocou tohto príslušenstva sa vypínač zasúva dovnútra skrine alebo sa z nej vysúva.

Prístrojový vozík neslúži len ako dopravný prostriedok prístroja, ale tiež plní funkciu ovládača zapnutia prístroja do testovacieho režimu alebo do pracovného režimu, hneď ako je vypínač zasunutý do skrine.

Prístrojový vozík: 1 – valček (4 ks); 2 – základňa; 3, A – pohyblivá základňa; 4 – rukoväť (2 ks); 5 – lôžko kľučky; 6 – blokovacia lišta; 7 – fixačný prvok; 8 – konektor pre sekundárny obvod; 9 – mechanika blokovania prístroja; 10 – blokovacie kontakty; 11 – fixačná lišta skrutky; B – nepohyblivá časť

Vákuový vypínač je upevnený priamo k pohyblivej časti vozíka. Upevnenie sa vykonáva skrutkovými spojmi. Medzitým má prístrojový vozík ešte aj nepohyblivú časť, kde je upevnený pohon pohyblivej časti. Pohyb pohyblivého modulu voči nepohyblivému sa vykonáva pomocou skrutky rukoväte ovládania vozíka.

Pohyblivá časť – kovová základňa na štyroch kolesách, ošetrená galvanickým povlakom. Nachádza sa tu vonkajšia mechanická blokáda (prítlačná lišta) uzemňovača, blokáda skrutky pohonu, blokovacie kontakty, mechanizmus blokácie vypínača a ďalšie prvky, ktoré zabezpečujú pohyb alebo fixáciu.

Inštalácia a pripojenie prístroja

Predtým, než začnete inštalovať vákuový vypínač, je potrebné skontrolovať všetky externe prístupné prvky, aby ste sa uistili, že nie sú poškodené alebo chybné. Potom sa vyčistia izolačné povrchy pólov suchou handričkou nepúšťajúcou vlákna.

Nevkladajte zariadenie do systému, ak sú na izolačných povrchoch prítomné úlomky, trhliny, deformované oblasti. Povinne treba skontrolovať schému sekundárnych obvodov, ako aj pripojenie skriňovej zbernice.

Kontrola nainštalovaného prístroja. Tu je dôležité dôkladne skontrolovať každú súčiastku, každý upevňovací prvok. Vysokonapäťové zariadenia neodpúšťajú ani najmenšiu chybu.

Pred inštaláciou je potrebné overiť funkčnosť vypínača ručným zapnutím (naprázdno bez napájania) a skontrolovať správnosť polohy indikátorov ovládacieho panela. Potom treba skontrolovať prítomnosť krytov pólov. Ak sa používa zariadenie na menovitý prúd 1600 A a viac, ochranné kryty je potrebné pred montážou odstrániť.

Pripojenie priamo do siete

Svorky kontaktných koncoviek vodičov silových káblov je potrebné pred pripojením k vývodom vypínača očistiť.

Postup čistenia sa líši v závislosti od použitého materiálu svoriek:

• Pre medené a hliníkové svorky bez dodatočného povlaku sa čistenie vykonáva brúsnym papierom zrnitosťou M20 alebo nižšou, s následným odmasterním povrchu kovu.
• Ak sú medené alebo hliníkové svorky pokryté vrstvou striebra, stačí ich očistiť handričkou nepúšťajúcou vlákna.

Je neprípustné používať káble, ktorých strieborný povlak svoriek je poškodený na ploche viac ako 5 %. V takom prípade treba poškodený prvok vymeniť. Viac informácií o svorkách na pripojenie vodičov nájdete v tomto materiáli.

Vonkajšie vodiče sú privádzané k vývodom vákuového vypínača tak, aby na vývody prístroja nepôsobili mechanické sily zo strany vonkajších vodičov. Spojenia sa vykonávajú pomocou skrutkového spoja s použitím plochých pružných kovových podložiek.

Ako sa vykonáva uzemnenie?

Prístroje stacionárneho prevedenia sa pripájajú k „zemniacej“ plošinke pomocou skrutkového spoja (M12) priamo v bode označenom značkou „Uzemnenie“.

Prvky konštrukcie aparátneho vozíka a šasi vypínača, cez ktoré sa vykonáva uzemnenie zariadenia. Spravidla sú tieto body označené príslušnou značkou umiestnenou vedľa prvku.

Oblasť kontaktného bodu «Uzemnenie» pred spojením je potrebné odmastiť. Ako uzemňovací vodič treba zvoliť prípojnicu dostatočného prierezu (Pravidlá pre elektrické inštalácie), flexibilný vodič alebo vodič spletený do zväzku. Pred priložením vodiča na kontaktnú plochu povrchy kontaktu natrieť špeciálnym mazivom (CIATIM-203).

Konštrukcia výsuvného typu sa uzemňuje pomocou prvkov aparátneho vozíka. Uzemnenie vákuového vypínača sa uskutočňuje cez konštrukciu aparátneho vozíka, na čo slúžia aj upevňovacie prvky.

Uvedenie zariadenia do prevádzky

Spustenie zariadenia do prevádzky sa vykonáva po dodatočnej kontrole nainštalovaného a pripraveného zariadenia. Konkrétne sa kontroluje spoľahlivosť uzemnenia, stav upevnenia montážnych komponentov, prístup chladiaceho média k potenciálne sa zahrievajúcim prvkom.

Povrchy prúdovodných tyčí, ktoré sú v kontakte s lamelami zásuvkových kontaktných skupín, je potrebné ošetriť malým množstvom maziva CIATIM. Celkovo je potrebné vykonať všetky postupy stanovené Pravidlami pre elektrické inštalácie pre prípad preberacích skúšok a uistiť sa, že veľkosť operačného napätia je v rámci prípustných limitov.

Inštalácia vákuového vypínača. Montážne práce vykonáva len kvalifikovaný personál. Rovnaké požiadavky sa kladú na personál, ktorý je vybraný na obsluhu vysokonapäťového zariadenia.

Obsluhovať vákuový vypínač smie personál, ktorý má povolenie na obsluhu elektrických inštalácií fungujúcich pod napätím nad 1000 voltov. Schválená skupina prístupu pre obsluhujúce osoby musí byť najmenej tretia. Pred začatím práce so zariadením personál absolvuje technické minimum s cieľom naučiť sa podrobnosti konkrétneho modelu zariadenia.

Ako vybrať vákuový vypínač?

Zariadenie sa vyberá s ohľadom na jeho menovité parametre, ktoré sa posudzujú voči parametrom aktuálnej siete v mieste inštalácie. Výber sa robí podľa kritéria maximálne zaťažených pracovných režimov predpokladaných pre podmienky prevádzky.

Menovité napätie vákuového vypínača môže byť rovnaké (alebo vyššie) v porovnaní s menovitým napätím systému napájaného cez vypínač.

Parameter menovitého trvalého prúdu sa volí vyšší ako menovitá hodnota prúdu napájanej sústavy. Parameter menovitého vypínacieho prúdu sa volí vyšší ako maximálna hodnota výpočtového prúdu skratu (zohľadňuje sa okamih rozchodu kontaktov).

Tabuľka s technickými charakteristikami – prvá vec, na ktorú sa pri výbere vypínača upriamuje pozornosť. Na základe hodnôt parametrov už možno určiť, či prístroj vyhovuje konkrétnej inštalácii alebo nie.

Z hľadiska možných podmienok skratu sa výber robí s ohľadom na najťažšie režimy.

Aperiodická zložka veličiny sa vypočíta s ohľadom na podmienky skratu s nulovým napätím v ktorejkoľvek z fázových liniek. Pritom treba zohľadniť parameter aperiodického prúdu stanovený výrobcom zariadenia.

Závery a užitočné video k téme

Ešte viac materiálov o zariadení, princípe práce a podmienkach montáže vákuového vypínača sa dozviete z nasledujúceho videa:

Vákuové vypínače sa od ostatných druhov zariadení líšia relatívne jednoduchou a spoľahlivou štruktúrou. Preto tento druh zariadenia slúži dlhú dobu bez zvláštnych výhrad. Životnosť prirodzeného opotrebenia je určená počtom operácií, ktorý je najmenej 20 000. Pri včasnom vykonávaní technickej údržby sa táto životnosť zvyšuje o 5-10 %. Medzitým sa technická údržba VV obmedzuje na malý počet ľahkých operácií.

Ak sa pri oboznámení sa s informáciami vyskytnú otázky k téme článku alebo máte cenné informácie, ktoré sa chcete podeliť s našimi čitateľmi, prosím, zanechajte svoje komentáre, podeľte sa o skúsenosti, pýtajte sa v bloku pod článkom.