Vacuostato: dispositivo e principio di funzionamento + sfumature di selezione e connessione
Un dispositivo elettrico, un interruttore automatico sotto vuoto, è un dispositivo destinato a funzionare come parte di reti elettriche ad alta tensione.Prende il nome da una caratteristica del design: una camera a vuoto, grazie alla quale si ottiene l'estinzione istantanea dell'arco elettrico.
I dispositivi vengono utilizzati come interruttori progettati per spegnere l'apparecchiatura in caso di situazioni di emergenza o come parte del funzionamento di routine. Diamo uno sguardo più da vicino a cos'è un commutatore a vuoto e perché è necessario.
Il contenuto dell'articolo:
Come funziona un vacuostato ad alta tensione?
La base per la funzionalità delle camere a vuoto utilizzate nella progettazione degli interruttori sono le proprietà fisiche del gas allo stato di scarico. In tali condizioni, la proprietà del gas, caratterizzata come resistenza elettrica, cambia significativamente verso un aumento.
Questo effetto di un ambiente altamente rarefatto (intervallo da 10-6 a 10-8 N/cm2) viene utilizzato con successo nella progettazione di interruttori integrati con camere a vuoto di gas attraverso le quali passano gruppi di contatti elettrici.
La corrente che scorre attraverso i gruppi di contatti (al momento il contatto è disconnesso) forma una scarica elettrica - un arco.La combustione dell'arco avviene a causa della ionizzazione parziale dei vapori metallici, inevitabilmente formati dall'alta temperatura. Il passaggio di corrente tra i contatti attraverso il plasma formato viene mantenuto finché la corrente non passa al bus zero.
Non appena arriva il momento della transizione attraverso lo “zero”, l’arco elettrico si spegne. Il processo complessivo non richiede più di 7-10 microsecondi.
Progettazione di vacuostati
La varietà di interruttori automatici in vuoto, tenendo conto del loro design, è piuttosto ampia. Pertanto, è difficile fornire le caratteristiche di questi dispositivi nel loro insieme. Nel frattempo, nonostante le differenze di progettazione, il principio di funzionamento rimane invariato.
Consideriamo per informazioni generali vacuostato tripolare, dotato di azionamento con motore a molla. Questo dispositivo è progettato per installazione interna o esterna. In ogni caso la sua installazione viene effettuata all'interno di apposite cassette metalliche di distribuzione.
I dispositivi possono essere utilizzati in una varietà di settori dell’economia nazionale. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni.
Pertanto, gli interruttori automatici in vuoto non sono destinati all'installazione e al successivo funzionamento nelle seguenti condizioni:
- locali in cui è presente incendio o atmosfera esplosiva;
- impianti progettati per garantire commutazioni frequenti;
- impianti di tipo mobile (mobile);
- sistemi energetici delle navi marittime e fluviali.
Gli interruttori automatici in vuoto hanno solitamente due tipi di design:
- Per installazione permanente.
- Per installazione con carrello hardware.
Indipendentemente dal design, l'area del corpo del dispositivo contiene tre poli dotati di camere di estinzione dell'arco.
All'interno delle camere a vuoto sono presenti contattori mobili azionati da un meccanismo a molla. Il corpo dell'apparecchio è completato da un pannello frontale, che contiene elementi di visualizzazione e dispositivi di controllo.
I tre poli del circuito principale sono realizzati sotto forma di colonne. La posizione dei poli è solitamente nella parte posteriore del telaio del motore a molla. Ogni polo è dotato di una camera di estinzione dell'arco racchiusa all'interno di un isolante polimerico. Per aumentare la resistenza elettrica, il corpo dell'isolante ha una forma nervata.
All'interno di ciascuna camera a vuoto è montato un gruppo di contatto composto da due elementi: mobile e fisso. L'elemento di contatto mobile è collegato al meccanismo di commutazione tramite un isolatore di trazione. La prossima è la connessione con il pin di contatto inferiore. E il contatto fisso è collegato tramite un accoppiamento conico al terminale di contatto superiore del dispositivo.
Come funziona l'azionamento dell'interruttore?
I contatti mobili delle camere a vuoto sono collegati meccanicamente all'albero del motore a molla. Grazie alla molla di potenza, che è prearmata (impostata sullo stato di tensione), l'azionamento può essere facilmente attivato semplicemente premendo un pulsante di controllo o un altro meccanismo.
La molla (solitamente due molle) viene caricata da una trasmissione a catena. La normale modalità operativa dell'apparecchiatura prevede la ricarica della molla mediante un motore elettrico dotato di riduttore. Allo stesso tempo, è presente una maniglia di armamento manuale, che viene utilizzata in caso di incidenti o perdita di potenza.
La molla armata è fissata dal meccanismo di innesco. Questo meccanismo è controllato tramite un azionamento elettromagnetico o tramite un pulsante di accensione. Non appena viene attivata la modalità di attivazione, il bloccaggio viene rilasciato, la forza di trazione della molla attiva il meccanismo a camma. Questo, a sua volta, agisce sull'albero, che è collegato meccanicamente al meccanismo di commutazione dei contatti mobili delle camere a vuoto.
L'operazione per spegnere l'interruttore sottovuoto viene eseguita attivando la modalità "Off" - con un elettromagnete o un pulsante. La sequenza di azioni è quasi la stessa della prima modalità. Qui sono coinvolte anche le molle di sgancio, il cui stato viene impostato dal grilletto di sgancio.
La comodità di funzionamento e il controllo del funzionamento del dispositivo sono forniti dal pannello di controllo. Lungo il frontale del pannello sono presenti gli elementi: un contacicli, un indicatore dello stato della molla di carica e un indicatore dello stato del vacuostato.
Caratteristiche delle strutture estraibili
L'attrezzatura estraibile viene assemblata sulla base di un carrello speciale per attrezzature. Utilizzando questo accessorio, l'interruttore viene inserito o estratto dal mobile.
Il carrello per l'hardware non funge solo da trasporto per il dispositivo, ma funge anche da controller per commutare il dispositivo in modalità test o in modalità operativa non appena l'interruttore viene inserito nell'armadio.
Il vacuostato è fissato direttamente alla parte mobile del carrello. Il fissaggio viene effettuato mediante connessioni bullonate. Nel frattempo, il carrello portaferramenta ha anche una parte fissa, dove è fissata l'azionamento della parte mobile. Il movimento del modulo mobile rispetto a quello fisso viene effettuato dalla vite della maniglia di comando del carrello.
La parte mobile è una base metallica su quattro ruote, trattata con rivestimento galvanico. È presente un bloccaggio meccanico esterno (barra di pressione) dell'elettrodo di terra, un bloccaggio della vite di azionamento, contatti di blocco, un meccanismo di bloccaggio dell'interruttore e altri elementi che garantiscono il movimento o il fissaggio.
Installazione e collegamento del dispositivo
Prima di iniziare l'installazione di un interruttore in vuoto è necessario ispezionare tutti gli elementi accessibili dall'esterno per assicurarsi che non siano presenti danni o difetti. Successivamente si puliscono le superfici isolanti dei poli con un panno asciutto e privo di pelucchi.
Non è consentito introdurre apparecchiature nell'impianto se sulle superfici isolanti sono presenti scheggiature, crepe o zone deformate. È necessario verificare il circuito dei circuiti secondari, nonché il collegamento del bus del telaio.
Prima dell'installazione, è necessario verificare la funzionalità dell'interruttore accendendolo manualmente (inattivo senza alimentazione) e assicurarsi che gli indicatori del pannello di controllo siano nella posizione corretta. Successivamente è necessario verificare la presenza dei copripali. Se si utilizzano apparecchiature da 1600 A e superiori, i coperchi di protezione devono essere rimossi prima dell'installazione.
Connettiti direttamente alla rete
I terminali delle punte di contatto dei conduttori del cavo di alimentazione devono essere puliti prima del collegamento ai terminali dell'interruttore.
La procedura di spelatura varia a seconda del materiale del terminale utilizzato:
- Per i terminali in rame e alluminio senza rivestimento aggiuntivo, la pulizia viene eseguita con carta vetrata di grana M20 o inferiore, seguita da sgrassaggio della superficie metallica.
- Se i terminali sono in rame o alluminio rivestiti con uno strato d'argento, possono essere puliti semplicemente con un panno privo di pelucchi.
Non è consentito utilizzare cavi il cui rivestimento argentato sui terminali sia danneggiato su un'area superiore al 5%. In questo caso l'elemento danneggiato dovrà essere sostituito. Ulteriori informazioni sui terminali per il collegamento dei cavi sono disponibili in questo materiale.
I conduttori esterni sono collegati ai terminali del vacuostato in modo tale che sui terminali dell'apparecchio non vengano generate forze meccaniche dai conduttori esterni. I collegamenti vengono realizzati mediante accoppiamento a bullone mediante rondelle metalliche piatte elastiche.
Come viene effettuata la messa a terra?
I dispositivi fissi vengono collegati alla piattaforma “terra” tramite un collegamento bullonato (M12) direttamente nel punto contrassegnato con “Messa a terra”.
L'area del punto di contatto “Messa a terra” deve essere sgrassata prima del collegamento. Il conduttore di terra deve essere un bus di sezione sufficiente (Norme di installazione elettrica), un filo flessibile o un conduttore intrecciato. Prima di posizionare il conduttore sul cuscinetto di contatto, lubrificare le superfici di contatto con un lubrificante speciale (CIATIM-203).
La versione estraibile viene messa a terra utilizzando gli elementi del carrello dell'attrezzatura. La messa a terra dell'interruttore in vuoto viene effettuata attraverso la struttura del carrello portaferramenta, per il quale sono presenti anche gli elementi di fissaggio.
Messa in funzione del dispositivo
Il dispositivo viene messo in funzione dopo un ulteriore controllo dell'attrezzatura installata e preparata. In particolare vengono controllati l'affidabilità della messa a terra, lo stato di fissaggio dei componenti dell'assieme e l'accesso del mezzo di raffreddamento a elementi potenzialmente riscaldanti.
Le superfici delle aste portanti a contatto con le lamelle dei gruppi contatti rosetta devono essere trattate con una piccola quantità di lubrificante CIATIM. In generale è necessario effettuare tutte le procedure previste dal PES in caso di prove di collaudo e accertarsi che la tensione di esercizio corrisponda ai limiti ammessi.
Il personale autorizzato alla manutenzione di impianti elettrici funzionanti a tensioni superiori a 1000 volt è autorizzato a utilizzare l'interruttore sottovuoto. Il gruppo di accesso approvato per il personale di servizio non deve essere inferiore al terzo. Prima di iniziare a lavorare con l'attrezzatura, il personale viene sottoposto a un minimo tecnico per studiare le complessità di uno specifico modello di attrezzatura.
Come scegliere un interruttore automatico in vuoto?
Il dispositivo viene selezionato tenendo conto dei suoi parametri nominali, che sono considerati in relazione ai parametri della rete esistente nel luogo di installazione. La scelta viene effettuata secondo il criterio delle modalità operative di carico massimo previste per le condizioni operative.
La tensione nominale dell'interruttore in vuoto può essere uguale (o maggiore) rispetto alla tensione nominale del sistema alimentato tramite l'interruttore.
Il parametro della corrente nominale a lungo termine è selezionato su un valore superiore alla corrente nominale del sistema fornito. Il parametro della corrente di interruzione nominale è selezionato al di sopra del valore massimo corrente nominale Cortocircuito (viene preso in considerazione il momento della divergenza dei contatti).
Dal punto di vista delle possibili condizioni di cortocircuito, la scelta viene effettuata tenendo conto delle condizioni più gravose.
Il valore della componente aperiodica viene calcolato tenendo conto delle condizioni di cortocircuito con tensione nulla in una qualsiasi delle linee di fase. In questo caso è necessario tenere conto del parametro di corrente aperiodica impostato dal produttore dell'apparecchiatura.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Puoi imparare ancora più materiale sulla progettazione, sul principio di funzionamento e sulle condizioni di installazione di un interruttore automatico in vuoto dal seguente video:
I vacuostati si differenziano dagli altri tipi di dispositivi per la loro struttura relativamente semplice e affidabile. Pertanto, questo tipo di attrezzatura funziona a lungo senza lamentele. La naturale durata di usura è determinata dal numero di interventi pari ad almeno 20.000, a condizione che la manutenzione venga eseguita in modo tempestivo, tale durata aumenta del 5-10%.Nel frattempo, la manutenzione degli esplosivi è limitata a un numero limitato di operazioni leggere.
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Puoi scoprire più in dettaglio perché è necessaria tale messa a terra dell'interruttore?
Buon pomeriggio, Artem. Lo scopo principale di tale messa a terra è garantire la sicurezza del lavoro.
La prima immagine è un frammento di uno schema di un quadro esterno. Ciò che sembra essere mostrato (le lettere non sono chiare) è un interruttore automatico sotto vuoto e trasformatori di corrente. Questi ultimi sono tecnologicamente legati agli esplosivi. Tali aree del quadro devono essere "recintate" con lame di messa a terra fisse, che garantiscono la sicurezza del lavoro del personale addetto alla riparazione, alla manutenzione di esplosivi, trasformatori e altri elementi della sezione del circuito. Questi interruttori di messa a terra sono regolati dalla clausola 4.2.28. PUE. Screenshot allegato.
La seconda immagine è un frammento di un quadro completo da 10 kV chiuso. Lo scopo di questi coltelli è simile. Durante l'esecuzione del lavoro, il personale utilizza sezionatori per isolare l'area di lavoro (interrompe l'alimentazione da tutti i lati di possibile alimentazione di tensione errata) e utilizza coltelli di messa a terra per collegare l'attrezzatura rimossa per la riparazione alla "terra".