Vakuumafbryder: opbygning og funktionsprincip + nuancer ved valg og tilslutning

Den elektriske vakuumafbryder – er en enhed designet til brug i højspændingsnet. Den har fået sit navn fra konstruktionens særegne træk – vakuumkammeret, som giver øjeblikkelig slukning af den elektriske lysbue.

Apparatet bruges som kontakter til at afbryde udstyr i nødstilfælde eller under normal drift. Lad os se nærmere på, hvad en vakuumkontakt er, og hvad den bruges til.

Hvordan fungerer en højspændings-vakuumafbryder?

Grundlaget for funktionaliteten af vakuumkamre, der anvendes i afbryderkonstruktioner, er de fysiske egenskaber af gas i en fortyndet tilstand. Under sådanne forhold ændrer gassens egenskab, kendt som elektrisk styrke, sig markant i retning af en stigning.

Denne effekt af et stærkt fortyndet medium (område fra 10^-6 til 10^-8 N/cm²) anvendes med succes i afbryderkonstruktioner, der er udstyret med gasvakuumkamre, hvorigennem elektriske kontaktgrupper passerer.

En af modellerne af vakuumafbryderen – et apparat, der bruges ved drift af kraftige elektriske net. Enheden anses for at være mere moderne og pålidelig sammenlignet med lignende enheder, men af en anden konstruktionstype.

Strømmen, der passerer gennem kontaktgrupperne (i det øjeblik kontakten åbnes), danner en elektrisk udladning – en lysbue. Lysbuens brænding sker ved delvis ionisering af metaldampe, der uundgåeligt dannes af den høje temperatur. Strømmen mellem kontakterne gennem den dannede plasma opretholdes indtil strømmen når nulpunktet.

Så snart tidspunktet for passage gennem 'nul' indtræffer, slukkes lysbuen. Den samlede proces varer højst 7-10 mikrosekunder.

Konstruktion af vakuumafbrydere

Variationen af vakuumafbrydere, i betragtning af deres konstruktionsmæssige udformning, er ret stor. Derfor er det svært at karakterisere disse enheder som helhed. Men uanset konstruktionsforskellene forbliver driftsprincippet uændret.

Strukturskema for VV: 1 – øvre udgang; 2 – vakuumkammer; 3 – polymerisolator; 4 – nedre udgang; 5 – båndkontakt; 6 – kraftfjeder; 7 – trækstang; 8 – udløserfjeder; 9 – overføringshåndtag; 10 – drivaksel; 11 – udløser; 12 – hus

Lad os til almindelig orientering se på en trepolet vakuumafbryder, udstyret med et fjeder-motordrev. Denne enhed er beregnet til indendørs installation eller til udendørs installation. Under alle omstændigheder udføres monteringen indvendigt i specielle metal fordelingsbokse.

Enhederne kan anvendes i mange forskellige sektorer af den nationale økonomi. Der er dog visse begrænsninger.

Således er vakuumafbrydere ikke beregnet til installation og efterfølgende drift under følgende forhold:

• lokaler med brand- eller eksplosiv atmosfære;
• installationer, der konstruktionsmæssigt forudsætter hyppig kobling;
• installationer af mobil (flytbar) type;
• energisystemer på havgående og flodgående fartøjer.

Vakuumafbrydere har typisk to konstruktionstyper:

1. Til stationær installation.
2. Til installation med apparatvogn.

Uanset udførelse indeholder enhedens kabinetområde tre poler udstyret med lysbueslukningskamre.

Inde i vakuumkamrene arbejder bevægelige kontakter, der aktiveres af en fjeder-motormekanisme. Enhedens kabinet er suppleret med et frontpanel, der indeholder indikatorer og styreenheder.

Eksterne hovedelementer på afbryderen: 1 – enhedens poler; 2 – tændingsspærremekanisme; 3 – løftevindue; 4 – håndtag til mekanik, der blokerer eksterne kredsløb

De tre poler i hovedkredsløbet er udført som søjler. Polerne er normalt placeret bag på chassiset af fjeder-motordrevet. Hver pol er suppleret med et lysbueslukningskammer, der er indesluttet inde i en polymerisolator. For at øge den elektriske styrke har isolatorkroppen en ribbet form.

Inde i hvert vakuumkammer er der monteret en kontaktgruppe med to elementer – et bevægeligt og et fast. Det bevægelige kontaktelement er forbundet via en trækisolator til koblingsmekanismen. Derefter forbindelse til den nedre kontaktudgang. Og den faste kontakt er forbundet via en konisk pasning til enhedens øvre kontaktudgang.

Hvordan fungerer afbryderens drivmekanisme?

De bevægelige kontakter i vakuumkamrene er mekanisk forbundet med akslen på fjeder-motordrevet. Takket være en kraftfjeder, der er forspændt (indstillet til en strakt tilstand), kan drevet let aktiveres ved et simpelt tryk på en betjeningsknap eller en anden mekanisme.

Strukturdiagram af vakuumkammer: 1 – fast kontakts klemme; 2 – fast kontakt; 3 – bevægelig kontakt; 4 – metalskærm; 5 – keramisk (polymer) isolator; 6 – bælge; 7 – bevægelig kontakts klemme

Fjederen (normalt to fjedre) spændes via en kædetransmission. Normal driftsform for udstyret indebærer spænding af fjederen ved hjælp af en elektromotor med reduktionsgear. Der findes dog et håndspændingshåndtag, som bruges i tilfælde af havari eller strømsvigt.

Den spændte fjeder fastholdes af en udløsermekanisme. Denne mekanisme styres via et elektromagnetisk drev eller via en tændknap. Så snart tændmodus aktiveres, frigøres fastholdelsen, og fjederens trækkraft aktiverer en knastmekanisme. Denne påvirker igen en aksel, som er mekanisk forbundet med omskiftningsmekanismen for de bevægelige kontakter i vakuumkamrene.

Frakoblingsoperationen af vakuumafbryderen udføres ved aktivering af tilstanden 'Frakoblet' – via elektromagnet eller knap. Handlingsforløbet er stort set identisk med den første tilstand. Her er også kraftfjedre til frakobling involveret, hvis tilstand bestemmes af frakoblingens udløsermekanisme.

Betjeningspanel og indikatorer: 1 – tilstanden 'tændt'; 2 – tilstanden 'slukket'; 3 – fjederens spændte tilstand; 4 – fjederens frigjorte tilstand

Betjeningspanelet sikrer brugervenlighed og kontrol af apparatets funktion. På panelets forside er anbragt: en cyklustæller, en indikator for spændefjederens tilstand, en indikator for vakuumafbryderens tilstand.

Funktioner ved udtrækkelige konstruktioner

Udtræksudstyr er samlet på basis af en specialbygget apparatvogn. Ved hjælp af dette tilbehør føres afbryderen ind i skabet eller ud af det.

Apparatvognen fungerer ikke kun som transport for apparatet, men også som en controller, der aktiverer apparatet i testmodus eller driftsmodus, så snart afbryderen er skubbet ind i skabet.

Apparatvogn: 1 – rulle (4 stk.); 2 – base; 3, A – bevægelig base; 4 – håndtag (2 stk.); 5 – håndsvingets sokkel; 6 – låseskinne; 7 – fikseringsenhed; 8 – stik til sekundærkreds; 9 – apparatets låsemekanik; 10 – låsekontakter; 11 – skruefikserskinne; B – fast del

Vakuumafbryderen fastgøres direkte til vognens bevægelige del. Fastgørelse sker med bolte. Apparatvognen har imidlertid også en fast del, hvor den bevægelige dels drev er monteret. Bevægelsen af den bevægelige modul i forhold til den faste udføres via skruen på vognens styrehåndtag.

Den bevægelige del – en metalbase på fire hjul, behandlet med galvanisk belægning. Her er der en ekstern mekanisk lås (trykplade) til jordforbindelse, låsning af drivskrue, hjælpekontakter, mekanisme til låsning af afbryderen og andre elementer, der sikrer bevægelse eller fastholdelse.

Installation og tilslutning af apparatet

Før du begynder at installere vakuumafbryderen, skal du inspicere alle udvendigt tilgængelige elementer for at sikre, at der ikke er skader eller defekter. Derefter renses polernes isoleringsflader med en tør, fnugfri klud.

Det er ikke tilladt at indføre udstyret i systemet, hvis der er afslag, revner eller deformerede områder på isoleringsfladerne. Det er obligatorisk at kontrollere diagrammet for sekundære kredsløb samt tilslutningen af kabinetsskinnen.

Kontrol af det installerede apparat. Her er det vigtigt at kontrollere hver enkelt del, hvert monteringselement omhyggeligt. Højspændingsapparater tilgiver ikke engang den mindste fejl.

Før installation skal afbryderens funktion kontrolleres ved manuel tænding (tomgang uden strøm), og indikatorernes position på kontrolpanelet skal bekræftes. Derefter skal du kontrollere, at polernes dæksler er til stede. Hvis der anvendes udstyr til nominel 1600A og derover, skal beskyttelsesdækslerne fjernes før montering.

Tilslutning direkte til nettet

Klemmerne på kontaktenderne af strømkablernes ledere skal afrenses før tilslutning til afbryderens udgange.

Afrensningsproceduren varierer afhængigt af det anvendte klemme-materiale:

• For kobber- og aluminiumsklemmer uden yderligere belægning udføres afrensning med sandpapir af kornstørrelse M20 eller lavere, efterfulgt af affedtning af metaloverfladen.
• Hvis klemmerne er kobber eller aluminium belagt med et lag sølv, er det tilstrækkeligt at rengøre dem med en fnugfri klud.

Det er ikke tilladt at bruge kabler, hvis sølvbelægning på klemmerne er beskadiget på mere end 5% af arealet. I dette tilfælde skal den beskadigede del udskiftes. Mere om klemmer til tilslutning af ledninger kan læses i dette materiale.

De eksterne ledere føres til vakuumafbryderens udgange på en sådan måde, at der ikke opstår mekaniske kræfter på apparatets udgange fra de eksterne ledere. Forbindelserne udføres med boltforbindelser ved hjælp af flade, elastiske metalskiver.

Hvordan foretages jordforbindelse?

Stationære apparater tilsluttes jordpladen via en boltforbindelse (M12) direkte ved det punkt, der er markeret med 'Jordforbindelse'.

De konstruktionselementer på apparatvognen og afbryderchassiset, som enhedens jordforbindelse udføres gennem. Som regel er disse punkter markeret med et tilsvarende symbol påført ved siden af elementet.

Før samlingen skal du affedte kontaktpunktets område "Jordforbindelse". Som jordledning skal du vælge en skinne med tilstrækkeligt tværsnit (Regler for elektriske installationer), en fleksibel ledning eller en flettet ledning. Før ledningen lægges på kontaktfladen, skal du smøre kontaktfladen med en speciel fedt (Tsiatim-203).

Udkørselstypen jordforbindes ved hjælp af apparatvognens elementer. Jordforbindelsen af vakuumafbryderen sker gennem apparatvognens konstruktion, og der er også fastgørelseselementer til dette formål.

Idriftsættelse af enheden

Idrifttagning af enheden sker efter en yderligere kontrol af det installerede og forberedte udstyr. Der kontrolleres især jordforbindelsens pålidelighed, tilstanden af samlekomponenternes fastgørelse, kølemediets adgang til potentielt varmeafgivende elementer.

Du skal behandle overfladerne på strømførende stænger, som er i kontakt med lamellerne i stikkontaktgrupperne, med en lille mængde Tsiatim-fedt. Generelt skal du udføre alle procedurer, der er foreskrevet i PUE ved overtagelsesprøvning, og sikre, at driftsspændingens størrelse er inden for de tilladte grænser.

Installation af vakuumafbryderen. Monteringsarbejde må kun udføres af kvalificeret personale. De samme krav gælder for personale, der vælges til vedligeholdelse af højspændingsudstyr.

Betjening af vakuumafbryderen må kun udføres af personale med tilladelse til at betjene elektriske installationer, der fungerer under spænding over 1000 volt. Den godkendte tilladelsesgruppe for vedligeholdelsespersonale skal være mindst tredje. Før arbejdet påbegyndes med udstyret, gennemgår personalet et teknisk minimum for at lære detaljerne i den specifikke udstyrsmodel.

Hvordan vælger man en vakuumafbryder?

Du vælger apparatet under hensyntagen til dets nominelle parametre, som vurderes i forhold til parametrene for det aktuelle net på installationsstedet. Valget foretages efter kriteriet for de mest belastede driftsformer, der forventes under driftsforhold.

Vakuumafbryderens nominelle spænding må være lig med (eller højere end) den nominelle spænding i det system, der forsynes via afbryderen.

Den nominelle langtidsstrøm vælges højere end den nominelle strøm i det forsynede system. Den nominelle afbryderstrøm vælges højere end maksimumsværdien af den beregnede strøm ved kortslutning (der tages hensyn til kontaktsepareringstidspunktet).

Typeskiltet med tekniske specifikationer er det første, man lægger mærke til ved valg af afbryder. Ud fra parameterverdierne kan man allerede afgøre, om enheden er egnet til den specifikke installation eller ej.

Med hensyn til mulige kortslutningsforhold foretages valget under hensyntagen til de mest alvorlige driftsformer.

Den aperiodiske komponent beregnes under hensyntagen til kortslutningsforhold med nulspænding i en af faseledningerne. Man skal tage højde for den aperiodiske strømparameter, som er fastsat af udstyrsfabrikanten.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Du kan lære mere om konstruktion, arbejdsprincip og installationsbetingelser for vakuumafbryderen i følgende video:

Vakuumafbrydere adskiller sig fra andre typer enheder ved en relativt enkel og pålidelig struktur. Derfor holder denne type udstyr længe uden særlige problemer. Den naturlige slidstyrke bestemmes af antallet af operationer, der er mindst 20.000. Hvis der foretages rettidig vedligeholdelse, øges denne levetid med 5-10%. Vedligeholdelsen af VV (vakuumafbryderen) er dog begrænset til et lille antal enkle operationer.

Hvis du har spørgsmål til artiklen, mens du læser, eller har værdifuld information, som du kan dele med vores læsere, så efterlad gerne dine kommentarer, del dine erfaringer, stil spørgsmål i blokken under artiklen.