KAPCSOLÓKÉSZÜLÉKEK

1. KAPCSOLÓKÉSZÜLÉKEK Megszakítók Készítette: Orbán Tamás

2. A megszakítók feladata és felosztása • Feladatuk a zárlati áramok és az üzemi áramok kapcsolása. • Felosztásuk több szempont alapján történhet: • Az ívoltás módja szerint megkülönböztetünk: • természetes oltású megszakítókat • mesterséges oltású megszakítókat: • mágneses fúvású légmegszakítókat; • olajmegszakítókat; • vízoltású megszakítókat (expanziós); • légnyomásos megszakítókat; • gáznyomásos megszakítókat; • vákuummegszakítókat • Működés szerint: • Önműködő gyors visszakapcsolásra nem alkalmas megszakító • Önműködő gyors visszakapcsolásra alkalmas

3. A megszakítókkal szemben támasztott követelmények: • a) A névleges üzemi és a megengedett túlterhelési áramot biztosan be és ki kell tudnia kapcsolni. • b) A bekapcsolás után a zárt érintkezőkön a terhelési áram káros melegedést nem okozhat. • c) Kikapcsolás után a nyitott érintkezők között tökéletes szigetelésnek kell maradnia a leválasztott rész felé. • d) A megszakítónak a beépítési helyen fellépő legnagyobb zárlati áramot biztosan és gyorsan kell megszakítania. A gyors működés a védett berendezés károsodását csökkenti, másrészt az együttműködő erőművek stabilitásának is feltétele. Igen gyors árammegszakítás esetén, ha az áram a természetes nullaátmenet előtt szakad meg, veszélyes túlfeszültség keletkezhet. • e) A kis kapacitív és induktív áramok kapcsolásakor is hibátlanul kell működnie. • f) Korszerű hálózati védelmek és automatikák működési feltételeit is biztosítani kell (pl. egyés háromfázisú visszakapcsolás). • g) A korszerű megszakítóknak ezeken felül még számos követelménynek is meg kell felelnie pl. nagy üzembiztonság, minimális és egyszerű karbantartási igény stb.

4. Ívoltás • A megszakító kikapcsolásakor villamos ív keletkezik, melyet igen gyorsan meg kell szüntetni. • Az ívoltáshoz csökkenteni kell az ívet fenntartó tényezők hatását, és egyidejűleg növelni kell az érintkezők közötti szigetelőanyag átütési szilárdságát. • Ívoltó tényezők: (azok a fizikai tényezők, amelyek az ív újragyulladását megakadályozzák, ill. az ív oltását biztosítják) • a) az érintkezők gyors széthúzása (nő az ívhossz, nagyobb ívfeszültség kell); • b) az érintkezők hűtése a termikus emisszió csökkentésére; • c) az ív oszlopának hűtése, mert így akadályozható a hő ionizáció; • d) az ív útjának kiöblítése (az ívoszlopban lévő töltéshordozók eltávolítása), de ez csak váltakozó áramnál lehetséges, az áram nulla átmeneténél; az ívoszlop villamos szilárdsága megnő; • e) az ív nyújtása- az érintkezők széthúzásával, vagy különféle ívoltó szerkezetekben, kamrákban; • f) az ív részekre bontása, s ezáltal az ívfeszültség növelése; • g) a nyomás növelése- csökkenti az ütközéses ionizációt, nagyobb lesz a szigetelőanyag villamos szilárdsága. Csökkenti az ív átmérőjét, így az ívellenállás és az ívfeszültség nő.

5. Megszakítók működtető szerkezetei • A megszakító működtető szerkezetének alapfeladata a megszakító mozgó érintkezőjének a kellő sebességű be-, illetőleg kikapcsolása, de úgy hogy az az út végén a nagy sebesség ellenére se ütközzön fel túl erősen, ne okozzon mechanikai deformálódást. • A működtető szerkezet lehet: • kézi hajtású • gépi hajtású • A kézi hajtás lehet az energiát szolgáltató személy működésétől • függő • Függő kézi hajtás pl. a szakaszolók bekapcsolására szolgáló rudazatos emeltyűs hajtás, ahol a kés zárási sebessége a működtető kar mozgásától függ. Ez a működtetési mód a megszakítóknál nem kielégítő az esetleges zárlatra való rákapcsolás, illetőleg a kikapcsolásnál az ív oltásához szükséges gyors érintkező mozgási igény miatt. • független. • Független kézi hajtás esetén a kézi működtető kar (emelő kar, vagy forgató kar) egy rugót feszít meg és az érintkezőket a rugó működteti. • A működés bekövetkezhet • a rugó bizonyos feszítettség állapotának elérése után, külön beavatkozás nélkül, • vagy úgy hogy a rugó teljes megfeszített állapotában reteszelt helyzetbe kerül és csak a reteszelés feloldása után működteti a megszakító érintkezőit. Ez a rugóerő tárolós hajtás.

6. A rugóerőtárolós hajtás „be-ki” kapcsolási művelet végzésére alkalmas elvi működését az ábra mutatja. A kézi forgattyúval áttételen keresztül felhúzott bekapcsoló rugó megfeszített állapotban van. A beoldó kilincs mechanikus vagy elektromágneses elmozdítása után a bekapcsoló rugó bekapcsolja a megszakítót, és közben felhúzza a (az ábrán összenyomja) a kikapcsoló rugót. A kikapcsoló kilincs mechanikus, vagy elektromágneses elmozdítása után a kikapcsoló rugó kikapcsolja a megszakítót.

7. A gyors visszakapcsolási „ki-be-ki” működtetés elvégzésére alkalmas rugóerőtárolós hajtás elvi működési vázlatát látjuk az ábrán. A megszakító kikapcsolt helyzetben van. A „be”-oldó kilincs elmozdításakor a megszakítót e rugó bekapcsolja és a mozgó érintkező beakad a (13) kioldó kilincsbe. Ezután a motor a rugót ismét teljesen megfeszíti (az ábrán összenyomja). A (13) kioldó kilincs elmozdításakor a rugó kikapcsolja a megszakítót. Ezután a „be”-oldó kilincset a mechanizmus önmaga, vagy a megszakítóhoz tartozó automatika elmozdítja: bekövetkezik a bekapcsolás és ezután – ha a védelem ismét zárlatot érzékel – a (13) kikapcsoló kilincs elmozdításával létrejön a kikapcsolás.

8. Kisfeszültségű megszakítók

13. A forgalomban B, C, D betűvel megkülönböztetett jelleggörbével rendelkező kismegszakítók kaphatók.

14. Nagyteljesítményű megszakítók • A kisfeszültségű nagyteljesítményű megszakítók jelentős része légmegszakító. Ezek már fő- és segédérintkezőkkel, valamint oltókamrával rendelkeznek. Megszakításkor először a főérintkező nyílik ki – gyakorlatilag árammegszakítás nélkül. Ezután nyílik az ívhúzó résszel is ellátott segédérintkező, amelyen létrejött ívet az áramút megszakítóban való kialakulása folytán előálló dinamikus erőhatás az oltókamrába tereli, ahol az kialszik.

15. Gyorslégmegszakítók • A gyorsan működő megszakítók először az egyenáramú áramkörök megszakítására terjedtek el. Minél rövidebb ugyanis a működési idő, annál kisebb áramértéken kezdődik a megszakítás. Az egyenáramú zárlati áramkörök időállandója 7-15x10-3 s közötti értékű, ami azt jelenti, hogy az állandósult érték 63%-át ennyi idő alatt éri el a zárlati áram. Tehát, ha a zárlati áramot hatásosan akarjuk korlátozni, úgy a fenti időnél lényegesen rövidebb működési idő szükséges. • Ennek elérésére • csökkenteni kell a kioldási késést, tehát • gyorsítani kell a kioldó működését, gyorsítani kell az érintkezők szétválását, • az ívet nagy sebességgel el kell távolítani az érintkezőkről és meg kell nyújtani úgy, hogy az oltáshoz szükséges ívfeszültséget minél hamarabb elérjük., • Az első két feltétel teljesítésében segít az áramútnak a megszakítóban való helyes kialakítása, a zárlati áram dinamikus erőhatása nyissa az egyébként nyíló érintkezőket. A harmadik feltétel kielégítéséhez hatásos oltókamrán kívül igen erős járulékos mágneses ívfúvás alkalmazása is szükséges.

16. Nagyfeszültségű megszakítók vasúti megszakító kültéri megszakító vákum megszakító kültéri vákum megszakító

17. Légnyomásos megszakító • Oltóközegük nagynyomású levegő. Hátránya, hogy a sűrített levegőhöz kompresszorra és megfelelő cső-vezetékhálózatra (vagy megszakítónkét külön kompresszorra) van szükség. A megszakító elvi felépítése az ábrán látható. Kikapcsoláskor az ív oltását és az érintkezők mozgatását, nyitott helyzetben a villamos szilárdságot a nagynyomású levegő biztosítja, a bekapcsolást rugók végzik.

18. Kisolajterű (olajszegény) megszakítók • Szigetelő- és oltóközegük az olaj. Az oltókamrában keletkező ív olajgőzt ill, bomlási gázt fejleszt, ami nagy nyomást és erőteljes olajáramlást létesít. A nyomás az ívet összeszorítja, a gőzfejlődés energiát von el, az olaj áramlása az érintkezőket hűti és az ívcsatornát kiöblíti. Az érintkezők szétválása után az áram nullaátmenetét követően az újragyulladást a keletkezett gáz nagy nyomása akadályozza meg. A megszakítási teljesítmény az oltókamrában megengedhető nyomás függvénye. • Az ívközegbe fújt gázt vagy gőzt általában még irányítják is, e szerint megkülönböztetünk hosszanti-, kereszt- és vegyes fúvású rendszert.

19. EIB licence alapján gyártott • Középfeszültségen (6-35 kV) igen elterjedt. Oltókamrája vegyes felépítésű, mely lehetővé teszi a kis- és a nagyáramú villamos ívek üzembiztos oltását. A nagyáramú villamos ívek oltása az oltókamra felső terében lévő keresztsugaras kamrában történik, míg a kisáramú ívek oltása az alsó részen lévő hosszsugaras oltókamrában. Három különálló pólusból, és a hármat közösen vezérlő mechanizmusból áll. Belsőtéri kivitelű, de alkalmazható kültéri tokozott berendezésekben is.

20. OTKF típusú egykamrás megszakító • A közép-és a nagyfeszültségű (120 kV-os) hálózatokon alkalmazzák. Kisolajterű, hosszsugaras oltókamrájú. Szabadtéri kivitelben készítik. Egy- és háromfázisú gyors visszakapcsolásra alkalmas. Megszakításkor káros túlfeszültséget nem okoz. A hajtás és a megszakító mechanikai kapcsolatban vannak. Bekapcsolás közben felhúzza a megszakítóban lévő kikapcsoló rugókat. A bekapcsolást és a bekapcsolt helyzet reteszelését a hajtás végzi, a kikapcsoláskor viszont csak kioldja a megszakítóban levő kikapcsoló rugók kilincsművét. A ki- és bekapcsolás a hajtásban levő "ki" és "be" tekercse működtetésével indul meg.

21. OR típusú egységkamrás megszakító • Kifejlesztését a zárlati teljesítmények növekedése és a hálózatok feszültségszintjének emelkedése tette szükségessé. Egy egységkamra 72,5 kV-on 3000 MVA lekapcsolására alkalmas. A 120 kV-os hálózatokon ebből kettőt sorba kötve megfelelő névleges feszültségű, és 6000 MVA megszakítási teljesítményű megszakítót lehet kialakítani. Nagyobb feszültségeken való alkalmazása is lehetséges, ha több egységkamrát építenek sorba és több tartószigetelőre helyezik. A tartószigetelővel összeszerelt egységkamrás elem (két egységkamra) neve: oszlop.

23. SF6 szigetelésű megszakítók • A tiszta SF6 színtelen, szagtalan, nem mérgező és nem gyúlékony gáz. 1500C-ig kémiailag közömbös. A levegő hiánya következtében az érintkezők nem oxidálódnak. A megszakítás gyors, az érintkezők fogyása kicsi. A gáz villamos szilárdsága 1,5-3 bar nyomáson kb. az olaj villamos szilárdságával egyezik meg E=120 kV/cm. • A gázáramlás előállításának módjától függően egy- és kétnyomásos megszakítókat különböztethetünk meg. A kétnyomásos megszakítóknál két, különböző nyomású SF6-gázt hasznának. A kisnyomású gáztartályban több oltókamra egységet helyeznek el. A nagynyomású tárolótartályból mechanikailag működtetett szelepeken keresztül jut a gázáram az oltótérbe kikapcsoláskor. Záráskor nincs gázáramlás. A nagynyomású gáz lecsapódásának megelőzésére 10 °C alatt a tartályt fűteni kell. A működtetés földpotenciálon lévő légnyomásos hajtással történik.

24. Egynyomásos (dugattyús) megszakítóknál a megszakítóban lévő gáz nyomása a beállítástól függően 3...6 bar. A gázáramlást a mozgóérintkezővel kapcsolódó dugattyú komprimáló hatása fejti ki. Az egynyomású kifejezés arra vonatkozik, hogy a megszakító üzeme során (a kapcsolás kivételével) a gáznyomás mindenütt egyforma. Ez idő alatt a gáz csak szigetelőanyag szerepet tölt be. A nyitási művelet során az érintkezővel kapcsolódó dugattyú a hengerben lévő gázt összenyomja, amely a fúvókán keresztül ömlik az oltótérbe. Az ív rendszerint a fúvóka tengelyében ég, így a gázáramlás az oltást hatásosan elősegíti.

25. Vákuummegszakítók • A vákuum a kapcsolókészülékek számára kiváló szigetelő és ívoltó közeg. Minimális az ionizálható gázmolekulák száma. Erősáramú technikában a vákuum-ívoltókamrák nyomása 10-2…10-6 Pa. Nehéz megvalósítani a szükséges vákuumot, mert az anyagok felületén molekula vastagságú gázréteg található. • Vákuumban az ív fenntartásához rendelkezésre álló közeg: • a katódfoltból közvetlenül elpárolgó fém • a teljes érintkező felületről elpárolgó fém • a vákuumban levő szilárd anyagok felületén megkötött molekuláris gázréteg. • A nagy villamos szilárdságú vákuum és a rendkívül kicsi elektródatávolság miatt gyors deionizáció ideális kapcsolószerkezet kialakítását teszi lehetővé. Az érintkezők távolítása, nyitása csekély, pl. 11…15 kV-os kamránál 8-12 mm. A kedvező ívoltási tulajdonság miatt kis áramnál áramlevágás következhet be, ezért az érintkezők anyagába alacsony olvadáspontú ötvözőket visznek (réz-bizmut, réz-króm).

26. A vákuummegszakítók villamos élettartama minden más megszakítónál jóval nagyobb. A nagyfeszültségű vákuummegszakítók külsőleg az egységkamrás megszakítókhoz hasonlítanak. A megszakítótérben sorbakötve megfelelő számú vákuumkamra van, amelyeket közösen működtetnek légnyomásos hajtással. Ívmozgás az érintkező felületén Különösen alkalmas a névleges zárlati vagy kisebb áramok sokszori kapcsolására, mert villamos élettartamuk minden más megszakítónál jóval jobb. Jellegzetességük, hogy az oltókamrát nem kell, de nem is lehet karbantartani (cserélni kell). A hajtás mágneses vagy rugóerőtárolós. Tokozott berendezésekben alkalmazható az igen kis mérete miatt.

27. A vákuumtérben levő megszakító érintkezőkben az áramutakat úgy alakítják ki, hogy a keletkező ívre jelentékeny mágneses erő hasson. Ezt az érintkezők behasításával érik el. A mágneses erők hatására az ív az érintkező homlokán körbe fut, így talppontja nem tud egy helyben állva maradni és mély krátereket égetni az érintkező felületén.