Vákuumkapcsoló: felépítés és működési elv + kiválasztási és csatlakoztatási részletek

A vákuum-megszakító elektromos készülék – olyan eszköz, amely nagyfeszültségű elektromos hálózatok részeként történő üzemeltetésre szolgál. Nevét a konstrukció sajátosságáról – a vákuumkamráról – kapta, amelynek köszönhetően az elektromos ív pillanatszerű oltása valósul meg.

A készüléket kapcsolóként használják, amelyek feladata a berendezés lekapcsolása vészhelyzetek esetén vagy a folyamatos üzemeltetés keretében. Nézzük meg részletesebben, hogy mit is képvisel a vákuumkapcsoló és mire való.

Hogyan működik a nagyfeszültségű vákuumkapcsoló?

A megszakítók szerkezetében alkalmazott vákuumkamrák működésének alapját a ritkított állapotban lévő gáz fizikai tulajdonságai képezik. Ilyen körülmények között a gáz elektromos szilárdságként jellemzett tulajdonsága jelentősen megnő.

A magas ritkítású közeg e hatását (10^-6 és 10^-8 N/cm² közötti tartományban) sikeresen alkalmazzák a megszakítók szerkezeteiben, amelyeket gázzal töltött vákuumkamrákkal egészítenek ki, amelyeken az elektromos érintkezőcsoportok áthaladnak.

A vákuum-megszakító egyik modellje – olyan készülék, amelyet erősáramú elektromos hálózatok üzemeltetése során használnak. Az eszköz modernebbnek és megbízhatóbbnak tekinthető a hasonló, de más kivitelű eszközökhöz képest.

Az érintkezőcsoportokon átfolyó áram (az érintkező szétválásának pillanatában) elektromos kisülést – ívet – hoz létre. Az ív égése a magas hőmérséklet hatására elkerülhetetlenül keletkező fémgőzök részleges ionizációja révén megy végbe. Az áram áthaladása az érintkezők között a kialakult plazmán keresztül addig tart, amíg az áram át nem lép a nulla sínre.

Amint eljön a nulla átlépésének pillanata, az elektromos ív kialszik. A teljes folyamat időtartama nem haladja meg a 7-10 mikroszekundumot.

A vákuumkivitelű megszakítók felépítése

A vákuum-megszakítók sokfélesége a konstrukciós kivitelüket tekintve meglehetősen nagy. Ezért nehéz ezeknek a készülékeknek egységes jellemzést adni. Mindazonáltal a szerkezeti különbségektől függetlenül a működési elv változatlan marad.

A VK szerkezeti ábrája: 1 – felső kivezetés; 2 – vákuumkamra; 3 – polimer szigetelő; 4 – alsó kivezetés; 5 – szalagérintkező; 6 – erőrugó; 7 – vonórúd; 8 – kioldórugó; 9 – átviteli kar; 10 – hajtás tengely; 11 – kioldó; 12 – ház

Általános tájékoztatásként tekintsük át a hárompólusú vákuumkapcsolót, amely rugós-motoros hajtással van felszerelve. Ez a készülék belső telepítésre vagy kültéri installációra készült. Minden esetben a szerelés speciális elosztó fémdobozok belsejében történik.

A készülékek a nemzetgazdaság legkülönbözőbb területein üzemeltethetők. Vannak azonban bizonyos korlátozások.

A vákuumkapcsolók nem alkalmasak telepítésre és későbbi üzemeltetésre a következő körülmények között:

• olyan helyiségekben, ahol tűz- és robbanásveszélyes légkör van;
• olyan berendezésekben, amelyek szerkezetileg gyakori kapcsolást igényelnek;
• mobil (mozgatható) típusú berendezések;
• tengeri és folyami hajók energiarendszerei.

A vákuum típusú kapcsolóknak általában kétféle kivitelezése van:

1. Állandó telepítéshez.
2. Hardverkocsival történő telepítéshez.

A kivitelezéstől függetlenül a készülék házrésze három, ívoltó kamrákkal felszerelt pólust tartalmaz.

A vákuumkamrák belsejében mozgó érintkezők működnek, amelyeket rugós-motoros mechanizmus hoz mozgásba. A készülék házát előlapi panel egészíti ki, amelyen kijelző elemek és vezérlőberendezések találhatók.

A kapcsoló külső fő elemei: 1 – a készülék pólusai; 2 – bekapcsolás reteszelő mechanizmus; 3 – emelőablak; 4 – a külső áramköröket reteszelő mechanika fogantyúja

A főáramkör három pólusa oszlop formájú. A pólusok elhelyezkedése általában a rugós-motoros hajtás alvázának hátsó részén található. Minden pólus kiegészül egy ívoltó kamrával, amely polimer szigetelő belsejében van elzárva. Az elektromos szilárdság növelése érdekében a szigetelő háza bordázott alakú.

Minden vákuumkamra belsejében egy két elemből álló érintkezőcsoport van felszerelve – mozgó és rögzített. A mozgó érintkező eleme a vonószigetelőn keresztül kapcsolódik a kapcsoló mechanizmushoz. Ezután a kapcsolat az alsó érintkező kivezetéssel. A rögzített érintkező pedig kúpos illesztéssel csatlakozik a készülék felső érintkező kivezetéséhez.

Hogyan működik a megszakító hajtóműve?

A vákuumkamrák mozgó érintkezői mechanikus módon kapcsolódnak a rugós-motoros hajtás tengelyéhez. Az erőrugó segítségével, amely előfeszített (nyújtott állapotba van állítva), a hajtás könnyen működésbe hozható egy egyszerű vezérlőgomb megnyomásával vagy más mechanizmussal.

Vákuumkamra szerkezeti rajza: 1 – álló érintkező kapocsdoboz; 2 – álló érintkező; 3 – mozgó érintkező; 4 – fém árnyékoló; 5 – kerámia (polimer) szigetelő; 6 – harmónika; 7 – mozgó érintkező kapocsdoboz

A rugót (általában két rugót) lánchajtással feszítik fel. A berendezés normál üzemmódja a rugó felhúzását egy reduktorral felszerelt villanymotor segítségével írja elő. Emellett kézi felhúzókar is rendelkezésre áll, amelyet vészhelyzet vagy áramkimaradás esetén használnak.

A felhúzott rugót a kioldószerkezet rögzíti. Ez a szerkezet elektromágneses hajtáson vagy bekapcsológombon keresztül vezérelhető. Amint a bekapcsolási mód aktiválódik, a rögzítés megszűnik, a rugó feszítőereje működésbe hozza a bütykös mechanizmust. Az pedig a tengelyre hat, amely mechanikusan kapcsolódik a vákuumkamrák mozgó érintkezőinek kapcsolószerkezetéhez.

A vákuum-megszakító kikapcsolási művelete a „Kikapcsolva” mód aktiválásával történik – elektromágnessel vagy gombbal. A műveletsor gyakorlatilag megegyezik az első móddal. Itt is szerepet játszanak a kikapcsoló erőrugók, amelyek állapotát a kikapcsoló kioldószerkezet határozza meg.

Vezérlőpanel és jelzőelemek: 1 – „bekapcsolt” üzemmód; 2 – „kikapcsolt” üzemmód; 3 – rugó felhúzott állapota; 4 – rugó kioldott állapota

A készülék kezelésének kényelmét és működésének ellenőrzését a vezérlőpanel biztosítja. A panel előlapján a következő elemek találhatók: ciklusszámláló, a felhúzó rugó állapotának jelzője, a vákuum-megszakító állapotának jelzője.

A kihúzható szerkezetek jellemzői

A kihúzható kivitelű berendezések egy speciális műszerkocsira épülnek. E tartozék segítségével a megszakító behelyezhető a szekrénybe vagy kivehető onnan.

A műszerkocsi nemcsak a készülék szállítására szolgál, hanem a készülék teszt- vagy üzemmódba kapcsolásának vezérlőjeként is funkcionál, amint a megszakítót betolták a szekrénybe.

Műszerkocsi: 1 – görgő (4 db); 2 – alap; 3, A – mozgatható alap; 4 – fogantyú (2 db); 5 – hajtókart foglalat; 6 – reteszelő lemez; 7 – rögzítő elem; 8 – másodlagos áramkör csatlakozó; 9 – készülék reteszelő mechanikája; 10 – reteszelő érintkezők; 11 – csavar rögzítő lemez; Б – álló rész

A vákuum-megszakító közvetlenül a kocsi mozgó részéhez van rögzítve. A rögzítés csavarkötésekkel történik. A műszerkocsinak ugyanakkor van egy álló része is, amelyhez a mozgó rész hajtása van rögzítve. A mozgó modul az álló részhez képesti mozgását a kocsi vezérlőfogantyújának csavarja biztosítja.

Mozgó rész – négy keréken álló fém alap, galvanikus bevonattal kezelve. Itt található a földelő külső mechanikus reteszelése (nyomólemez), a hajtócsavar reteszelése, segédérintkezők, a kapcsoló reteszelő mechanizmusa és egyéb elemek, amelyek a mozgást vagy rögzítést biztosítják.

A készülék telepítése és csatlakoztatása

Mielőtt elkezdené a vákuum-megszakító telepítését, ellenőrizni kell az összes külsőleg hozzáférhető elemet, hogy megbizonyosodjon a sérülések és hibák hiányáról. Ezután tisztítsa meg a pólusok szigetelő felületeit száraz, szöszmentes ruhával.

Nem szabad a berendezést a rendszerbe telepíteni, ha a szigetelő felületeken repedések, törések, deformált területek vannak. Kötelező ellenőrizni a másodlagos áramkörök kapcsolási rajzát, valamint a házgyűjtősín csatlakoztatását.

A telepített készülék ellenőrzése. Itt fontos alaposan ellenőrizni minden alkatrészt, minden rögzítőelemet. A nagyfeszültségű készülékek nem bocsátják meg a legkisebb hibát sem.

Telepítés előtt a megszakító működőképességét kézi bekapcsolással (üresjáratban, tápfeszültség nélkül) kell ellenőrizni, és meg kell győződni a vezérlőpanel jelzőinek helyes állásáról. Ezután ellenőrizni kell a pólusfedelek meglétét. Ha a berendezés névleges árama 1600 A vagy annál nagyobb, a védőfedeleket a telepítés előtt el kell távolítani.

Közvetlen csatlakoztatás a hálózathoz

Az erősáramú kábelek vezetőinek érintkező végein lévő kapcsokat a megszakító kivezetéseihez való csatlakoztatás előtt meg kell tisztítani.

A tisztítási eljárás a kapcsok anyagától függően eltér:

• Rézből és alumíniumból készült, további bevonat nélküli kapcsok esetén a tisztítást M20 vagy annál finomabb szemcséjű csiszolópapírral kell végezni, majd a fémfelületet zsírtalanítani kell.
• Ha a réz vagy alumínium kapcsok ezüstréteggel vannak bevonva, akkor elegendő azokat szöszmentes ruhával megtisztítani.

Tilos olyan kábeleket használni, amelyek kapcsainak ezüstbevonata 5%-nál nagyobb felületen sérült. Ebben az esetben a sérült elemet ki kell cserélni. A vezetékek csatlakoztatásához használt kapcsokról további információ olvasható a ebben az anyagban.

A külső vezetékeket úgy kell a vákuum-megszakító kivezetéseihez csatlakoztatni, hogy a külső vezetékek oldaláról ne nehezedjen mechanikai erő a készülék kivezetéseire. A csatlakozásokat csavarkötéssel kell kialakítani, lapos rugalmas fém alátétek alkalmazásával.

Hogyan történik a földelés?

A helyhez kötött kivitelű készülékek csavarkötéssel (M12) csatlakoznak a "Földelés" jelöléssel ellátott ponton lévő földelő lemezhez.

A készülékkocsi és a megszakító alváz szerkezeti elemei, amelyeken keresztül a készülék földelése történik. Ezeket a pontokat általában a megfelelő jellel jelölik, amelyet az elem mellett helyeznek el.

A «Földelés» érintkezőpont területét az összekötés előtt zsírtalanítani kell. Földelő vezetőként megfelelő keresztmetszetű sín (PÉU), hajlékony vezeték vagy fonott kábel használandó. A vezetőnek az érintkezőfelületre történő helyezése előtt az érintkező felületét kenje be speciális kenőanyaggal (Ciatim-203).

A kihúzható típusú szerkezet földelése a készülékkocsi elemein keresztül történik. A vákuummegszakító földelése a készülékkocsi szerkezetén keresztül valósul meg, ehhez rögzítőelemek is rendelkezésre állnak.

A készülék üzembe helyezése

A készülék üzembe helyezése a telepített és előkészített berendezés további ellenőrzése után történik. Különösen ellenőrizni kell a földelés megbízhatóságát, az összeszerelt alkatrészek rögzítésének állapotát, valamint a hűtőközeg hozzáférését a potenciálisan melegedő elemekhez.

Az aljzatos érintkezőcsoportok lamelláival érintkező áramvezető rudak felületeit kis mennyiségű Ciatim kenőanyaggal kell kezelni. Összességében el kell végezni a PÉU által az átvételi vizsgálatok esetére előírt összes eljárást, és meg kell győződni arról, hogy az üzemi feszültség nagysága megfelel a megengedett határértékeknek.

A vákuummegszakító telepítése. A szerelési munkákat csak képzett személyzet végezheti. Ugyanezek a követelmények vonatkoznak a nagyfeszültségű berendezések karbantartására kiválasztott személyzetre is.

A vákuummegszakítót csak az a személyzet kezelheti, amely rendelkezik az 1000 volton felüli feszültség alatt működő elektromos berendezések karbantartására vonatkozó engedéllyel. A karbantartó személyek jóváhagyott belépési szintje nem lehet alacsonyabb a harmadiknál. A berendezéssel végzett munka megkezdése előtt a személyzet műszaki képzésen vesz részt az adott modell részleteinek tanulmányozása céljából.

Hogyan válasszunk vákuum-megszakítót?

A készüléket a névleges paraméterei alapján választják ki, amelyeket a telepítés helyén lévő működő hálózat paramétereihez viszonyítanak. A választás a várható üzemi körülményekre feltételezett legnagyobb terhelésű üzemmódok kritériuma szerint történik.

A vákuummegszakító névleges feszültsége lehet egyenlő (vagy nagyobb) a megszakítón keresztül táplált rendszer névleges feszültségéhez képest.

A névleges tartós áram paraméterét a táplált rendszer névleges áramértéke fölé választják. A névleges leválasztó áram paraméterét a rövidzárlati számított áram maximális értéke fölé választják (figyelembe véve az érintkezők szétválásának pillanatát).

A műszaki jellemzők táblája az első dolog, amire figyelni kell a kapcsoló kiválasztásakor. A paraméterek értékei alapján már meg lehet határozni, hogy a készülék alkalmas-e az adott beépítésre vagy sem.

A lehetséges rövidzárlati körülmények szempontjából a kiválasztás a legsúlyosabb üzemmódok figyelembevételével történik.

Az aperiodikus összetevő nagyságát a fázisvezetékek bármelyikében fellépő nulla feszültségű zárlati körülmények figyelembevételével számítják ki. Emellett figyelembe kell venni a berendezés gyártója által megadott aperiodikus áram paraméterét.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A vákuumkapcsoló felépítéséről, működési elvéről és beépítési feltételeiről további információkat találhat a következő videóban:

A vákuumkapcsolók más típusú berendezésektől viszonylag egyszerű és megbízható szerkezetükkel különböznek. Ezért ez a berendezéstípus hosszú ideig üzemeltethető különösebb kifogás nélkül. A természetes kopás élettartamát a műveletek száma határozza meg, ami legalább 20 000. Időben elvégzett karbantartás esetén ez az élettartam 5-10%-kal növekszik. Eközben a vákuumkapcsoló karbantartása néhány könnyű műveletre korlátozódik.

Ha az információ megismerése során kérdései merülnek fel a cikk témájával kapcsolatban, vagy olyan értékes információval rendelkezik, amelyet megoszthat olvasóinkkal, kérjük, hagyja meg megjegyzéseit, ossza meg tapasztalatait, tegye fel kérdéseit a cikk alatti blokkban.