Nagyfeszültségű vákuum-megszakítók – Felépítés és működési elv

Az elektromos áramkörök kapcsolására tervezett modern nagyfeszültségű berendezések között különleges helyet foglalnak el a vákuum-megszakítók. Széles körben használják a 6-35 kV-os hálózatokban, és ritkábban a 110 vagy 220 kV-os hálózatokban.

Névleges megszakítóáramuk 20-40 kA, elektrodinamikai ellenállásuk pedig körülbelül 50 ÷ 100. Egy ilyen megszakító vagy meghibásodás teljes kioldási ideje körülbelül 45 milliszekundum.

Az áramkör minden fázisa megbízhatóan el van választva szigetelőkkel, és ugyanakkor az összes berendezés szerkezetileg egy közös meghajtóra van felszerelve. Az alállomási sínek a kapcsoló bemeneti kapcsaira, a kimeneti csatlakozás pedig a kimeneti kapcsokra csatlakoznak.

A tápérintkezők a vákuum-megszakítón belül működnek, amelyek egymáshoz vannak nyomva, hogy minimális érintkezési ellenállást és megbízható átvezetést biztosítsanak mind a terhelés, mind a vészáramok számára.

Az érintkezőrendszer felső része tartósan rögzített, az alsó rész pedig a hajtóerő hatására szigorúan tengelyirányban mozoghat.

A képen látható, hogy az érintkezőlemezek vákuumkamrában helyezkednek el, és az elektromágnesek rugók és tekercseinek feszítőereje által vezérelt rudak hajtják őket. Ez az egész szerkezet egy szigetelőrendszeren belül helyezkedik el, kizárva a szivárgó áramok előfordulását.

A vákuumkamra falai tisztított fémekből, ötvözetekből és speciális kerámiakompozíciókból készülnek, amelyek több évtizedre biztosítják a munkakörnyezet hermetikusságát. A levegő bejutásának kizárása érdekében a mozgatható érintkező mozgása során egy hüvelyes eszközt kell felszerelni.

Az egyenáramú elektromágnesek armatúrája elmozdulhat, hogy lezárja a tápérintkezőket, vagy megszakadjon a tekercsre adott feszültség polaritásának megváltozása miatt. A hajtószerkezetbe épített állandó körmágnes tartja a mozgó alkatrészt bármilyen működtetett helyzetben.

A rugók rendszere biztosítja az armatúra optimális mozgási sebességének megteremtését a kommutációk során, az érintkezési visszapattanások kizárását és a falszerkezet összeomlásának lehetőségét.

A kinematikai és elektromos áramkörök szinkronizáló tengellyel és további segédérintkezőkkel a kapcsolótest belsejében vannak összeszerelve, lehetővé téve a kapcsoló helyzetének figyelését és vezérlését bármilyen állapotban.

Időpont egyeztetés

Funkcionális feladatait tekintve a vákuummegszakító nem különbözik a nagyfeszültségű berendezések más analógjaitól. A következőket biztosítja:

1.A névleges elektromos teljesítmény megbízható átvezetése folyamatos működés közben;

2. a berendezés elektromos személyzet általi kézi vagy automatikus üzemmódban történő garantált átkapcsolásának lehetősége a működési kapcsolás során a munkakör konfigurációjának megváltoztatása érdekében;

3. a felmerülő balesetek automatikus megszüntetése a lehető legrövidebb időn belül.

A fő különbség a vákuum-megszakító között az elektromos ív kioltásának módja, amely akkor keletkezik, amikor az érintkezőket lekapcsolják. Ha analógjai környezetet teremtenek sűrített levegő, olaj vagy SF6 gáz számára, akkor itt a vákuum működik.

Az ívoltás elve az áramkörben

Mindkét érintkezőlemez vákuumkörnyezetben működik, amelyet úgy alakítanak ki, hogy az íves csúszdatartályból 10-6÷10-8 N/cm2-re szivattyúzzák a gázokat. Ez nagy dielektromos szilárdságot hoz létre, amelyet jobb dielektromos tulajdonságok jellemeznek.

Az érintkezők meghajtásától való mozgás megindulásával rés jelenik meg közöttük, amely azonnal vákuumot tartalmaz. Belül kezdődik a felmelegített fém elpárolgása az érintkezőbetétekről. A terhelési áram továbbra is átfolyik ezeken a párokon. Beindítja további elektromos kisülések képződését, vákuum környezetben ívet hozva létre, amely a fémgőzök párolgása és felszabadulása miatt tovább fejlődik.

Az alkalmazott potenciálkülönbség hatására a képződött ionok egy bizonyos irányba mozognak, plazmát hozva létre.

Környezetében az elektromos áram áramlása folytatódik, további ionizáció következik be.

Mivel a kapcsoló váltakozó árammal működik, iránya minden félciklus alatt megfordul.Amikor a szinusz hullám átlépi a nullát, nincs áram. Emiatt az ív hirtelen kialszik és megszakad, a kilökődött fémionok szétválása megszűnik és 7-10 mikroszekundum alatt teljesen leülepednek az ívoltó kamra legközelebbi érintkezési felületein vagy egyéb részein.

Ekkor szinte azonnal helyreáll a vákuummal feltöltött teljesítményérintkezők közötti rés dielektromos szilárdsága, ami biztosítja a terhelőáram végső leállását. A szinuszhullám következő félciklusában az elektromos ív már nem léphet fel.

Így a vákuumkörnyezetben az elektromos ív hatásának megszakításához a teljesítményérintkezők kinyitásakor elegendő, ha a váltakozó áram irányát megváltoztatja.

Különböző modellek technológiai jellemzői

A vákuummegszakítókat kültéren vagy zárt szerkezetekben történő folyamatos működésre tervezték. A külső szerelési egységek szilikon szigetelésű tömör oszlopokkal készülnek, belső munkákhoz öntött epoxi keverékeket használnak.

A vákuumkamrák gyárilag mobilak, öntött házba történő beépítéshez optimálisan beállítva. A speciális típusú ötvözött ötvözetekből készült teljesítményérintkezőket már elhelyezték bennük. Az alkalmazott működési elvnek és kialakításnak köszönhetően biztosítják az elektromos ív lágy kioltását, kizárják a túlfeszültség lehetőségét az áramkörben.

Univerzális elektromágneses működtetőelemet használnak minden vákuummegszakító-konstrukcióban. Az erős mágnesek energiája miatt zárt vagy kikapcsolt állapotban tartja a tápérintkezőket.

Az érintkezőrendszer kapcsolása és rögzítése a „mágneses retesz” helyzetével történik, amely átkapcsolja a mágnesláncot a mobil armatúra vissza- vagy leválasztására. A beépített rugóelemek lehetővé teszik az elektromos személyzet kézi kapcsolását.

A vákuum-megszakító, a tipikus relé áramkörök vagy az elektronika működésének vezérléséhez, mikroprocesszoros egységek, amely közvetlenül a meghajtóházban helyezhető el, vagy távoli eszközökből külön szekrényekben, blokkokban vagy panelekben készülhet.

A vákuum-megszakítók előnyei és hátrányai

Az előnyök közé tartozik:

• a tervezés viszonylagos egyszerűsége;

• csökkentett villamosenergia-fogyasztás a kapcsolók gyártásához;

• kényelem a javításban, amely magában foglalja a törött íves csúszda blokkcseréjének lehetőségét;

• a kapcsoló képessége, hogy bármilyen irányban működjön a térben;

• magas megbízhatóság;

• fokozott ellenállás a kapcsolási terhelésekkel szemben;

• korlátozott méretek;

• tűz- és robbanásállóság;

• csendes működés kapcsoláskor;

• magas környezetbarát, kivéve a légköri szennyezést.

A tervezés hátrányai a következők:

• a névleges és vészüzemmódok viszonylag alacsony megengedett áramai;

• kapcsolási túlfeszültségek előfordulása alacsony induktív áramok megszakítása során;

• az íveszköz csökkentett erőforrása a rövidzárlati áramok kiküszöbölése szempontjából.