Aukštos įtampos vakuuminiai grandinės pertraukikliai – konstrukcija ir veikimo principas

Tarp modernios aukštos įtampos įrangos, skirtos elektros grandinėms perjungti elektroje, ypatinga vieta skirta vakuuminiams grandinės pertraukikliams. Jie plačiai naudojami tinkluose nuo 6 iki 35 kV ir rečiau schemose nuo 110 ar 220 kV imtinai.

Jų vardinė pertraukimo srovė gali būti nuo 20 iki 40 kA, o elektrodinaminė varža apie 50 ÷ 100. Bendras tokio automatinio jungiklio išjungimo ar gedimo laikas yra apie 45 milisekundės.

Kiekviena grandinės fazė yra patikimai atskirta izoliatoriais ir tuo pačiu metu visa įranga yra struktūriškai surinkta ant vienos bendros pavaros. Pastotės šynos jungiamos prie jungiklio įvesties gnybtų, o išėjimo jungtis – prie išvesties gnybtų.

Vakuuminiame grandinės pertraukiklyje veikia maitinimo kontaktai, kurie yra suspausti, kad būtų užtikrinta minimali kontaktų varža ir patikimas apkrovos ir avarinių srovių praėjimas.

Viršutinė kontaktinės sistemos dalis yra nuolat fiksuota, o apatinė, veikiama varomosios jėgos, gali judėti griežtai ašine kryptimi.

Paveikslėlyje parodyta, kad kontaktinės plokštės yra vakuuminėje kameroje ir yra varomos strypais, kuriuos valdo elektromagnetų spyruoklių ir ritinių įtempimo jėgos. Visa ši konstrukcija yra izoliatorių sistemos viduje, išskyrus nuotėkio srovių atsiradimą.

Vakuuminės kameros sienelės pagamintos iš išgrynintų metalų, lydinių ir specialių keraminių kompozicijų, užtikrinančių darbo aplinkos hermetiškumą kelis dešimtmečius. Siekiant išvengti oro patekimo judamojo kontakto judesių metu, yra sumontuotas rankovių įtaisas.

Nuolatinės srovės elektromagneto armatūra gali pajudėti, kad uždarytų maitinimo kontaktus arba juos nutrūktų dėl ritėje tiekiamos įtampos poliškumo pasikeitimo. Pavaros konstrukcijoje įmontuotas nuolatinis apskritas magnetas išlaiko judančią dalį bet kurioje įjungtoje padėtyje.

Spyruoklių sistema užtikrina optimalių armatūros judėjimo greičių sukūrimą komutacijų metu, kontaktinio atšokimo pašalinimą ir įgriuvimo galimybę sienos konstrukcijoje.

Kinematinės ir elektros grandinės su sinchronizuojančiu velenu ir papildomais pagalbiniais kontaktais yra sumontuotos jungiklio korpuso viduje, suteikiančios galimybę stebėti ir valdyti jungiklio padėtį bet kokioje būsenoje.

Paskyrimas

Pagal savo funkcines užduotis vakuuminis pertraukiklis nesiskiria nuo kitų aukštos įtampos įrangos analogų. Suteikia:

1.Patikimas vardinės elektros galios perdavimas nuolatinio veikimo metu;

2. galimybė garantuotai elektriko personalo perjungti įrangą rankiniu arba automatiniu režimu operatyvinio perjungimo metu, siekiant pakeisti darbo grandinės konfigūraciją;

3. automatinis naujų avarijų pašalinimas per trumpiausią įmanomą laiką.

Pagrindinis skirtumas tarp vakuuminio grandinės pertraukiklio yra elektros lanko gesinimo būdas, atsirandantis, kai išjungimo metu atjungiami kontaktai. Jei jo analogai sukuria terpę suslėgtam orui, alyvai ar SF6 dujoms, tai čia veikia vakuumas.

Lanko gesinimo elektros grandinėje principas

Abi kontaktinės plokštės veikia vakuuminėje aplinkoje, susidarančioje pumpuojant dujas iš lankinio latako indo iki 10-6÷10-8 N/cm2. Tai sukuria didelį dielektrinį stiprumą, pasižymintį patobulintomis dielektrinėmis savybėmis.

Pradėjus judėti nuo kontaktų pavaros, tarp jų atsiranda tarpas, kuriame iš karto yra vakuumas. Jo viduje prasideda įkaitusio metalo išgarinimo iš kontaktinių trinkelių procesas. Apkrovos srovė ir toliau teka per šias poras. Tai inicijuoja papildomų elektros išlydžių susidarymą, vakuuminėje aplinkoje sukuriantį lanką, kuris toliau vystosi dėl metalo garų išgaravimo ir išsiskyrimo.

Veikiant pritaikytam potencialų skirtumui, susidarę jonai juda tam tikra kryptimi, sukurdami plazmą.

Jo aplinkoje tęsiasi elektros srovės tekėjimas, toliau vyksta jonizacija.

Kadangi jungiklis veikia kintamąja srove, jo kryptis per kiekvieną pusę ciklo pasikeičia.Kai sinusinė banga kerta nulį, srovės nėra. Dėl to lankas staigiai užgęsta ir nutrūksta, o atstumti metalo jonai nustoja atskirti ir per 7-10 mikrosekundžių visiškai nusėda ant artimiausių kontaktinių paviršių ar kitų lanko gesinimo kameros dalių.

Šiuo metu tarpo tarp maitinimo kontaktų, užpildyto vakuumu, dielektrinis stipris atkuriamas beveik iš karto, o tai užtikrina galutinį apkrovos srovės išjungimą. Kitą sinusinės bangos pusę ciklo elektros lankas nebegali atsirasti.

Taigi, norint nutraukti elektros lanko veikimą vakuuminėje aplinkoje, atidarius galios kontaktus, pakanka, kad kintamoji srovė pakeistų savo kryptį.

Įvairių modelių technologinės charakteristikos

Vakuuminiai automatiniai jungikliai skirti nuolatiniam darbui lauke arba uždarose konstrukcijose. Išoriniai montavimo mazgai gaminami su tvirtais stulpeliais su silikonine izoliacija, o vidaus darbams naudojami epoksidiniai mišiniai.

Vakuuminės kameros gamykloje gaminamos mobilios, optimaliai sukonfigūruotos montavimui suformuotame korpuse. Jų viduje jau yra maitinimo kontaktai, pagaminti iš specialių rūšių legiruotų lydinių. Dėl taikomo veikimo ir konstrukcijos principo jie užtikrina minkštą elektros lanko gesinimą, pašalina viršįtampio galimybę grandinėje.

Universali elektromagnetinė pavara naudojama visose vakuuminių grandinės pertraukiklių konstrukcijose. Dėl galingų magnetų energijos jis palaiko maitinimo kontaktus uždarytus arba išjungtus.

Kontaktų sistemos perjungimas ir fiksavimas atliekamas pagal „magnetinio skląsčio“ padėtį, kuri perjungia magnetų grandinę, kad vėl būtų prijungta arba atjungta mobilioji armatūra. Įmontuoti spyruokliniai elementai leidžia rankiniu būdu perjungti elektriką.

Norėdami valdyti vakuuminio pertraukiklio, tipinių relių grandinių ar elektroninės įrangos veikimą, mikroprocesorių blokai, kuris gali būti tiesiai pavaros korpuse arba pagamintas iš nuotolinių įrenginių atskirose spintelėse, blokuose ar plokštėse.

Vakuuminių grandinės pertraukiklių privalumai ir trūkumai

Privalumai:

• santykinis dizaino paprastumas;

• sumažintas elektros suvartojimas jungiklių gamybai;

• patogumas taisant, kurį sudaro galimybė pakeisti sulaužytą lanko lataką;

• jungiklio galimybė veikti bet kokia erdvės orientacija;

• didelis patikimumas;

• padidėjęs atsparumas perjungimo apkrovoms;

• riboti dydžiai;

• atsparumas ugniai ir sprogimui;

• tylus veikimas perjungiant;

• didelis ekologiškumas, išskyrus atmosferos taršą.

Dizaino trūkumai yra šie:

• santykinai mažos leistinos vardinių ir avarinių režimų srovės;

• perjungimo viršįtampių atsiradimas per mažų indukcinių srovių pertrūkius;

• sumažintas lankinio įrenginio išteklius trumpojo jungimo srovių pašalinimo požiūriu.