Zasnova in princip delovanja vakuumskih stikal

Za načrtovanje pip iz visokonapetostnih daljnovodov se tradicionalno uporabljajo posebne stikalne naprave. Njihovo skupno ime je vakuumski odklopnik, kar je razloženo z značilnostmi komore za gašenje obloka. S temi napravami se je mogoče podrobneje seznaniti šele po preučevanju ozadja njihovega videza.

Zgodovinsko ozadje

Vakuumski odklopniki so bili prvič omenjeni v zgodnjih 30-ih letih 20. stoletja, ko so se naprave uporabljale za odklop razmeroma nizkotokovnih tokokrogov, ki delujejo pri napetostih do 40 kV. Za pridobitev zanesljivih vakuumskih blažilnikov, ki lahko izklopijo znatne tokove v tokokrogih pri visokih potencialih, je bila potrebna cela vrsta študij. Med njihovim izvajanjem, približno do leta 1957, so bili procesi, opaženi med zgorevanjem visokonapetostnega obloka, v celoti preučeni in sistematizirani. Trajalo je še dve dolgi desetletji, da smo prešli od prototipov, izdelanih v posameznih izvodih, do množične proizvodnje sodobnih naprav.

Princip delovanja

Princip gašenja obloka temelji na dejstvu, znanem iz fizike, o visoki električni trdnosti in posebnih izolacijskih lastnostih umetno pridobljenega vakuuma. Ko se močnostni kontaktorji odprejo, se v komori, kjer so nameščeni, oblikuje električni oblok, ki ga podpirajo kovinski delci, ki izhlapevajo z njihove površine. Odsotnost pogojev za njegovo stabilizacijo preprečuje razvoj vrha procesa zaradi visokih dielektričnih lastnosti vakuumskega medija.

Zaradi velike dielektrične trdnosti vakuuma se trenutek ugasnitve obloka premakne na točko pred maksimumom njegovega razvoja. V elektrotehniki se ta pojav imenuje "tokovni izrez". Njegova prisotnost negativno vpliva na električna omrežja, saj so posledica tega procesa stikalne prenapetosti.

Značilnosti uporabe in delovanja

Po zasnovi je bila ta vrsta stikal v začetni fazi razvita kot naprava, namenjena vgradnji v stikalne omare (v kompleksnih napravah). Trenutno so nameščeni tudi v odprtih razdelilnih objektih (ODS). Sodobni vakuumski odklopnik je hitra stikalna naprava, zasnovana za dolgo življenjsko dobo v primerjavi s svojimi predhodniki, ki delujejo v naftnih in plinskih okoljih.

Večina sodobnih energetskih objektov je opustila zastarele izvedbe in končno prešla na nova stikala, ki so precej kompaktna in ne zahtevajo vzdrževanja. To je posledica naslednjih razlogov:

• vakuumska naprava je nezahtevna in ne zahteva rednega čiščenja kontaktov ali obnove okolja;
• pri delovanju oljne naprave polnilo nenehno pušča;
• Glede na podatkovni list življenjska doba vakuumskih naprav doseže 20 let, kar je veliko višje od istega kazalnika za druge vrste stikal.

Med delovanjem pogonski mehanizem pogosto odpove v najbolj neprimernem trenutku. Za vzdrževanje v delovnem stanju je naprava opremljena s posebno enoto za ročno polnjenje vzmeti. Obvezno imajo te naprave tudi tipko za zasilni izklop, ki omogoča onemogočanje mehanizma za blokado izvleka stikalnih modulov ob vklopljeni omarici. Ta točka zadeva varnost osebja, ki upravlja opremo, in zahteva posebno pozornost.

Značilnosti oblikovanja

Vsak model visokonapetostnega vakuumskega stikala ima individualne značilnosti, saj je namenjen za delovanje v omrežjih z različnimi električnimi parametri. Poleg tega proizvajalci nekoliko prilagodijo tudi dizajn izdelkov, ki jih proizvajajo. Vendar pa na splošno sestava komponent teh naprav ostaja nespremenjena. Glavni elementi:

• Ohišje iz trpežne kovine, znotraj katerega je nameščen pogon za vklop/izklop (lahko vzmetni ali drug tip).
• 3-polni tokovni zbiralnik, zasnovan za priključitev na 380-voltno omrežje in odklopljen, ko se stikalna naprava prestavi iz načina delovanja v položaj za izčrpavanje.
• Voziček za namestitev znotraj ohišja, ki se po svoji zasnovi razlikuje od drugih podobnih struktur.

Električni del izdelka ima posebne predelne stene, ki ločujejo fazne odseke drug od drugega. Ima tudi zapleteno strukturo in vsebuje številne elemente, opisane v potnem listu.

Vrste vakuumskih odklopnikov

Izdelki so običajno razvrščeni glede na razred potenciala, ki ga zamenjajo.

Med raznolikostjo izstopajo naslednje vrste:

• Naprave za delo z napetostmi 6-10 kV.
• Naprave za preklapljanje višjih stopenj - do 35 kV.
• Naprave, zasnovane za ultra visoke napetosti 110-220 kV.

Drugi "delovni" kriterij za razvrščanje stikal je moč, ki jo lahko prenesejo na breme. Po tem parametru se njihova delitev izvaja podobno kot razvrstitev samega potrošnika.

Prednosti in slabosti

Prednosti naprav vključujejo:

• majhne dimenzije;
• možnost hitre zamenjave posameznih odsekov;
• brezšumnost in neodvisnost od orientacije v prostoru;
• zdravstvena varnost operativnega osebja.

Ne zahtevajo dopolnjevanja zaščitnega okolja in so zelo zanesljivi. Toda ti izdelki niso brez težav, značilnih za številne električne naprave. Slabosti vakuumskih odklopnikov vključujejo:

• omejeni delovni tokovi;
• "nagnjenost" k prenapetosti;
• majhen preklopni vir.

Kljub obstoječim pomanjkljivostim so te naprave trdno zasedle svoje mesto na seznamu najsodobnejše stikalne opreme za eksplozive.

Značilnosti izbire in namestitve

Pri izbiri stikala se upoštevajo naslednje pomembne točke:

• zaščitne lastnosti naprave morajo ustrezati parametrom omrežja, v katerem se namerava uporabljati;
• stikalo je izbrano glede na najtežji način delovanja;
• nazivni tok in napetost morata presegati ustrezne parametre za zaščiteno omrežje;
• izklopni tok ne sme preseči vrednosti, ki jo zagotavlja proizvajalec.

Pred namestitvijo vakuumskega odklopnika morate natančno pregledati mesto namestitve in se prepričati, da ni poškodb ali okvar. Nato boste morali očistiti izolirane površine drogov s suho krpo.

V sistem, katerega izolacijske površine imajo odrezke, razpoke ali močno deformirana območja, ni dovoljeno vgraditi nove opreme.

Shema sekundarnega tokokroga z naknadno povezavo ozemljitvenega vodila je predmet obveznega preverjanja. Vakuumsko stikalo je pritrjeno neposredno na gibljivi del vozička s pomočjo posebnih vijačnih elementov.

Najpogostejši modeli

Med najpogostejšimi modeli vakuumskih komor so naslednji:

• VVE-M-10–20.
• VVE-M-10–40.
• VVTE-M-10–20.

Skoraj vsi vzorci izdelkov s tega seznama so nadaljnji razvoj starih oljnih stikal in lahko delujejo v tokokrogih AC in DC. Namestitev, kasnejša konfiguracija in zagon visokonapetostnih vakuumskih naprav so delovno intenzivni postopki, ki določajo njihovo nadaljnjo funkcionalnost. Zato so naštete operacije zaupane le strokovnjakom z ustreznimi kvalifikacijami.

Pri namestitvi naprave je treba upoštevati zaporedje namestitvenih operacij. Skladnost s to zahtevo je osnova za varnost obratovalnega osebja ali električarjev, pooblaščenih za delo z visokonapetostno opremo.

Izdelki, ki spadajo v kategorijo vakuumskih odklopnikov, zahtevajo strokovno izbiro in oceno, saj je njihovo delovanje povezano z visokimi napetostmi.