Întrerupător în vid: dispozitiv și principiu de funcționare + nuanțe de selecție și conectare

Aparatul electric întrerupător în vid – este un dispozitiv destinat exploatării în cadrul rețelelor electrice de înaltă tensiune. Și-a primit numele de la particularitatea construcției – camera de vid, datorită căreia se realizează stingerea instantanee a arcului electric.

Aparatul este utilizat ca și comutatoare, menite să realizeze deconectarea echipamentului în caz de urgență sau în cadrul exploatării curente. Să analizăm mai detaliat ce reprezintă un comutator în vid și pentru ce este necesar.

Cum acționează comutatorul de înaltă tensiune în vid?

Baza funcționalității camerelor de vid, utilizate în construcția întrerupătoarelor, o constituie proprietățile fizice ale gazului aflat în stare rarefiată. În aceste condiții, proprietatea gazului, caracterizată ca rezistență electrică, se modifică semnificativ în sensul creșterii.

Acest efect al mediului de înaltă rarefiere (intervalul de la 10^-6 la 10^-8 N/cm²) este utilizat cu succes în construcțiile întrerupătoarelor, completate cu camere de vid cu gaz, prin care trec grupurile de contacte electrice.

Unul dintre modelele de întrerupător în vid – aparat care este utilizat la exploatarea rețelelor electrice de putere. Dispozitivul este considerat mai modern și mai fiabil în comparație cu dispozitivele similare, dar de alt tip de construcție

Curentul care trece prin grupurile de contacte (în momentul separării contactului) formează o descărcare electrică – un arc. Arderea arcului are loc datorită ionizării parțiale a vaporilor de metal, care se formează inevitabil din cauza temperaturii ridicate. Trecerea curentului între contacte prin plasma formată se menține până la momentul trecerii curentului la bara de zero.

De îndată ce are loc momentul trecerii prin „zero”, arcul electric se stinge. Timpul total al procesului nu depășește 7-10 microsecunde.

Construcția întrerupătoarelor în vid

Varietatea întrerupătoarelor în vid, ținând cont de construcția lor, este destul de mare. Prin urmare, este dificil de caracterizat aceste aparate în ansamblu. Între timp, indiferent de diferențele constructive, principiul de funcționare rămâne neschimbat.

Schema structurală a întrerupătorului de vid: 1 – borna superioară; 2 – cameră de vid; 3 – izolator polimeric; 4 – borna inferioară; 5 – contact cu bandă; 6 – arc de forță; 7 – tijă de tracțiune; 8 – arc de deconectare; 9 – pârghie de transmisie; 10 – arbore de acționare; 11 – declanșator; 12 – carcasă

Să examinăm, pentru o cunoaștere generală, întrerupătorul de vid tripolar, echipat cu acționare prin arc-motor. Acest aparat este proiectat pentru instalare interioară sau pentru instalare în aer liber. În orice caz, montajul său se efectuează în interiorul unor cutii metalice speciale de distribuție.

Aparatele pot fi utilizate în cele mai diverse domenii ale economiei naționale. Cu toate acestea, există unele limitări.

Astfel, întrerupătoarele de vid nu sunt destinate instalării și exploatării ulterioare în următoarele condiții:

• încăperi cu atmosferă periculoasă de incendiu și explozie;
• instalații care, prin construcție, prevăd comutații frecvente;
• instalații de tip mobil (portabil);
• sisteme energetice ale navelor maritime și fluviale.

Întrerupătoarelor de tip vid le sunt de obicei inerente două tipuri de execuție a construcției:

1. Pentru instalare staționară.
2. Pentru instalare cu cărucior de aparate.

Indiferent de execuție, zona carcasei aparatului conține trei poli, echipați cu camere de stingere a arcului.

În interiorul camerelor de vid funcționează contactoare mobile, acționate de mecanismul cu arc și motor. Carcasa aparatului este completată cu un panou frontal, unde sunt conținute elemente de indicare și dispozitive de comandă.

Elementele principale externe ale întrerupătorului: 1 – polii aparatului; 2 – mecanism de blocare a închiderii; 3 – fereastră pentru ridicare; 4 – mâner al mecanismului care blochează circuitele externe

Cei trei poli ai circuitului principal sunt executați sub formă de coloane. Amplasarea polilor este, de regulă, pe partea din spate a șasiului acționării cu arc și motor. Fiecare pol este completat cu o cameră de stingere a arcului, care este închisă în interiorul izolatorului polimeric. Pentru a spori rezistența electrică, carcasa izolatorului are o formă cu nervuri.

În interiorul fiecărei camere de vid este montat un grup de contact format din două elemente – mobil și fix. Elementul de contact mobil este legat prin izolatorul de tracțiune de mecanismul de comutare. Apoi, legătura cu borna de contact inferioară. Iar contactul fix se conectează prin intermediul unei ajustări conice la borna de contact superioară a aparatului.

Cum funcționează acționarea întrerupătorului?

Contactele mobile ale camerelor de vid sunt conectate mecanic la arborele acționării cu arc și motor. Datorită arcului de forță, preîncărcat (setat în stare de întindere), acționarea poate fi ușor pusă în funcțiune printr-o simplă apăsare a butonului de comandă sau printr-un alt mecanism.

Diagrama structurală a camerei de vid: 1 – clema contactului fix; 2 – contact fix; 3 – contact mobil; 4 – ecran metalic; 5 – izolator ceramic (polimeric); 6 – burduf; 7 – clema contactului mobil

Arcul (de obicei două arcuri) se armează prin intermediul unei transmisii cu lanț. Modul normal de funcționare a echipamentului prevede armarea arcului cu ajutorul unui motor electric prevăzut cu reductor. Totodată, există un mâner de armare manuală, care se utilizează în caz de avarii sau pierdere a alimentării.

Arcul armat este fixat de mecanismul de declanșare. Acest mecanism este acționat printr-o comandă electromagnetică sau printr-un buton de pornire. De îndată ce modul de pornire este activat, fixarea este eliberată, iar forța de întindere a arcului acționează mecanismul cu came. Acesta, la rândul său, acționează asupra arborelui care este conectat mecanic la mecanismul de comutare a contactelor mobile ale camerelor de vid.

Operația de deconectare a întreruptorului de vid se realizează prin activarea modului „Deconectat” – prin electromagnet sau buton. Succesiunea acțiunilor este practic similară cu primul mod. Aici sunt implicate, de asemenea, arcurile de deconectare puternice, a căror stare este stabilită de mecanismul de declanșare a deconectării.

Panoul de comandă și elementele de indicație: 1 – modul „pornit”; 2 – modul „oprit”; 3 – starea armată a arcului; 4 – starea arcului eliberat

Confortul în exploatare și controlul funcționării aparatului sunt asigurate de panoul de comandă. Pe fața panoului sunt amplasate elementele: contorul numărului de cicluri, indicatorul stării arcului de armare, indicatorul stării întreruptorului de vid.

Particularitățile construcțiilor de tip extraibil

Aparatul de execuție de tip extras este asamblat pe baza unui cărucior special de aparatură. Cu ajutorul acestui accesoriu, întreruptorul este introdus în interiorul dulapului sau scos din acesta.

Căruciorul de aparatură acționează nu numai ca transport al aparatului, dar îndeplinește și funcția de controler de conectare a aparatului în modul de test sau în modul de lucru, de îndată ce întreruptorul este introdus în dulap.

Căruciorul de aparatură: 1 – rolă (4 buc.); 2 – bază; 3, A – bază mobilă; 4 – mâner (2 buc.); 5 – priză pentru manetă; 6 – bară de blocare; 7 – element de fixare; 8 – conector pentru circuit secundar; 9 – mecanism de blocare a aparatului; 10 – contacte de blocare; 11 – bară de fixare a șurubului; B – parte fixă

Întreruptorul de vid se fixează direct pe partea mobilă a căruciorului. Fixarea se realizează prin îmbinări cu șuruburi. Între timp, căruciorul de aparatură are și o parte fixă, pe care este fixată acționarea părții mobile. Mișcarea modulului mobil față de cel fix se realizează prin intermediul șurubului mânerului de comandă a căruciorului.

Partea mobilă – o bază metalică pe patru roți, tratată prin galvanizare. Aici se află o blocare mecanică externă (plăcuță de presare) a împământătorului, blocarea șurubului de acționare, contacte auxiliare, mecanismul de blocare a întreruptorului și alte elemente care asigură mișcarea sau fixarea.

Instalarea și conectarea aparatului

Înainte de a începe instalarea întreruptorului în vid, este necesar să inspectați toate elementele accesibile extern, pentru a vă asigura că nu există deteriorări sau defecte. Apoi se curăță suprafețele izolante ale polilor cu o cârpă uscată fără scame.

Nu se permite integrarea echipamentului în sistem dacă pe suprafețele izolante există ciobituri, fisuri, zone deformate. Schema circuitelor secundare, precum și conexiunea barei de legare la carcasă, trebuie verificate obligatoriu.

Verificarea aparatului instalat. Aici este important să verificați cu atenție fiecare piesă, fiecare element de fixare. Aparatele de înaltă tensiune nu iartă nici cea mai mică greșeală.

Înainte de instalare, funcționalitatea întreruptorului trebuie verificată prin acționare manuală (în gol, fără alimentare) și să vă asigurați de poziția corectă a indicatoarelor panoului de comandă. Apoi, trebuie verificată prezența capacelor polilor. Dacă se utilizează echipament pentru curent nominal de 1600A și mai mare, capacele de protecție trebuie îndepărtate înainte de montaj.

Conectarea direct la rețea

Bornele vârfurilor de contact ale conductorilor cablurilor de putere trebuie curățate înainte de a fi conectate la bornele întreruptorului.

Procedura de curățare diferă în funcție de materialul bornelor utilizate:

• Pentru bornele din cupru și aluminiu fără acoperire suplimentară, curățarea se face cu hârtie abrazivă cu granulația M20 sau mai fină, urmată de degresarea suprafeței metalice.
• Dacă bornele din cupru sau aluminiu sunt acoperite cu un strat de argint, este suficient să le curățați cu o cârpă fără scame.

Nu este permisă utilizarea cablurilor la care stratul de argint al bornelor este deteriorat pe o suprafață mai mare de 5%. În acest caz, elementul deteriorat trebuie înlocuit. Mai multe detalii despre bornele pentru conectarea firelor puteți citi în acest material.

Conductorii exteriori se aduc la bornele întreruptorului în vid astfel încât să nu se creeze eforturi mecanice asupra bornelor aparatului din partea conductorilor exteriori. Conexiunile se realizează prin intermediul unei îmbinări cu șuruburi, folosind șaibe metalice elastice plate.

Cum se realizează legarea la pământ?

Aparatele de execuție staționară se conectează la platforma de „pământ” printr-o îmbinare cu șurub (M12) direct în punctul marcat cu inscripția „Împământare”.

Elementele de construcție ale căruciorului aparatului și șasiului întrerupătorului prin care se realizează împământarea dispozitivului. De regulă, aceste puncte sunt marcate cu simbolul corespunzător, aplicat lângă element.

Suprafața punctului de contact „Împământare” trebuie degresată înainte de conectare. Conductorul de împământare trebuie să fie o bară de secțiune suficientă (conform Regulilor de instalații electrice - PUE), un cablu flexibil sau un conductor torsadat. Înainte de aplicarea conductorului pe suprafața de contact, lubrifiați suprafețele de contact cu un lubrifiant special (CIATIM-203).

Construcția de tip retractabil se împământează prin intermediul elementelor căruciorului aparatului. Împământarea întrerupătorului cu vid se realizează prin construcția căruciorului aparatului, pentru care există de asemenea elemente de fixare.

Punerea în funcțiune a dispozitivului

Punerea în funcțiune a dispozitivului se realizează după o verificare suplimentară a echipamentului instalat și pregătit. În special, se verifică fiabilitatea împământării, starea fixărilor componentelor asamblate, accesul mediului de răcire la elementele care se pot încălzi.

Suprafețele barelor conductoare care vin în contact cu lamelele grupurilor de contacte tip priză trebuie tratate cu o cantitate mică de lubrifiant CIATIM. În general, trebuie executate toate procedurile prevăzute de PUE pentru cazul testelor de recepție și predare și trebuie verificată conformitatea tensiunii de operare cu limitele admisibile.

Instalarea întrerupătorului cu vid. Lucrările de montaj sunt efectuate numai de personal calificat. Aceleași cerințe se aplică personalului desemnat pentru întreținerea echipamentelor de înaltă tensiune.

Întrerupătorul cu vid poate fi operat de personal care deține autorizație pentru întreținerea instalațiilor electrice care funcționează sub tensiune mai mare de 1000 de volți. Grupul de autorizare aprobat pentru personalul de întreținere trebuie să fie cel puțin al treilea. Înainte de începerea lucrului cu echipamentul, personalul urmează un minim tehnic pentru a studia particularitățile modelului specific de echipament.

Cum să alegeți un întrerupător în vid?

Dispozitivul se alege ținând cont de parametrii săi nominali, care sunt evaluați în raport cu parametrii rețelei existente la locul de instalare. Alegerea se face conform criteriului regimurilor de funcționare cu sarcină maximă, prevăzute pentru condițiile de exploatare.

Tensiunea nominală a întrerupătorului cu vid este permisă a fi egală (sau majorată) față de tensiunea nominală a sistemului alimentat prin întrerupător.

Parametrul curentului nominal de durată se alege mai mare decât valoarea nominală a curentului sistemului alimentat. Parametrul curentului nominal de întrerupere se alege mai mare decât valoarea maximă a curentului de scurtcircuit calculat (se ia în considerare momentul separării contactelor).

Plăcuța cu caracteristicile tehnice – primul lucru la care se acordă atenție la alegerea unui întrerupător. Pe baza valorilor parametrilor, se poate determina dacă aparatul este potrivit sau nu pentru o anumită instalație.

Din punct de vedere al posibilelor condiții de scurtcircuit (SC), alegerea se face ținând cont de cele mai severe regimuri.

Componenta aperiodică se calculează ținând cont de condițiile de SC cu tensiune zero în oricare dintre liniile de fază. Trebuie avut în vedere parametrul curentului aperiodic, stabilit de producătorul echipamentului.

Concluzii și material video util pe această temă

Puteți afla și mai multe informații despre construcția, principiul de funcționare și condițiile de montare a întrerupătorului în vid din următorul videoclip:

Întrerupătoarele în vid se deosebesc de alte tipuri de dispozitive printr-o structură relativ simplă și fiabilă. De aceea, acest tip de echipament funcționează o perioadă lungă de timp fără probleme deosebite. Durata de viață naturală este determinată de un număr de operații de cel puțin 20.000. Cu condiția efectuării la timp a întreținerii tehnice, această durată de viață crește cu 5-10%. Între timp, întreținerea tehnică a întrerupătoarelor în vid se limitează la un număr mic de operații ușoare.

Dacă în timpul lecturării informațiilor au apărut întrebări legate de subiectul articolului sau aveți informații valoroase pe care doriți să le împărtășiți cu cititorii noștri, vă rugăm să lăsați comentarii, să împărtășiți experiența dumneavoastră și să adresați întrebări în secțiunea de sub articol.