Osnovno znanje visokonapetostnih stikalnih naprav

Visokonapetostne stikalne omarice se pogosto uporabljajo v sistemih za distribucijo električne energije za sprejem in distribucijo električne energije. Del energetske opreme ali vodov se lahko vklopi ali izklopi glede na delovanje električnega omrežja, okvarjeni del pa se lahko hitro odstrani iz električnega omrežja, ko energetska oprema ali vod odpove, da se zagotovi normalno delovanje brezhibnega dela električnega omrežja, pa tudi oprema ter varnost obratovalnega in vzdrževalnega osebja. Zato je visokonapetostna stikalna naprava zelo pomembna oprema za distribucijo električne energije, njeno varno in zanesljivo delovanje pa je zelo pomembno za elektroenergetski sistem.

1. Klasifikacija visokonapetostnih stikalnih naprav

Vrsta strukture:
Oklepni tip Vsi tipi so izolirani in ozemljeni s kovinskimi ploščami, kot sta tip KYN in tip KGN.
Intervalni tip Vse vrste so ločene z eno ali več nekovinskimi ploščami, kot je tip JYN
Škatlasti tip ima kovinsko lupino, vendar je število predelkov manjše kot pri oklepnem trgu ali tipu predelkov, kot je tip XGN
Namestitev odklopnika:
Talni tip Voziček z odklopnikom se je sam spustil in potisnil v omarico
Srednje nameščen ročni voziček je nameščen na sredini stikalne omarice, za nakladanje in razkladanje ročnega vozička pa je potreben nakladalni in razkladalni avtomobil.

Srednje nameščen ročni voziček

Talni ročni voziček

Vrsta izolacije
Zračno izolirana kovinska stikalna naprava
Kovinsko zaprta stikalna naprava, izolirana s plinom SF6 (napihljiva omarica)

2. Sestava visokonapetostne stikalne omare KYN

Stikalna omarica je sestavljena iz fiksnega ohišja omarice in izvlečnih delov (imenovanih ročni voziček)

 

ena. Kabinet
Ohišje in predelne stene stikalne naprave so izdelane iz aluminijasto-cinkove jeklene plošče. Celotna omarica ima visoko natančnost, odpornost proti koroziji in oksidaciji, hkrati pa ima tudi visoko mehansko trdnost in lep videz. Omarica ima sestavljeno konstrukcijo in je povezana z zakovicami in visokotrdnostnimi vijaki. Zato sestavljena stikalna naprava ohranja enakomernost dimenzij.
Stikalna omarica je s pregradami razdeljena na sobo z ročnimi vozički, sobo z vodili, sobo s kabli in sobo z relejskimi instrumenti, vsaka enota pa je dobro ozemljena.
Soba z avtobusom A
Prostor za zbiralke je razporejen na zgornjem delu zadnje strani stikalne omare za namestitev in razporeditev trifaznih visokonapetostnih AC zbiralk ter za povezavo s statičnimi kontakti prek odcepnih zbiralk. Vse zbiralke so plastično zatesnjene z izolacijskimi tulci. Ko zbiralka prehaja skozi pregrado stikalne omare, je pritrjena s skoznjo zbiralke. Če pride do notranjega loka okvare, lahko omeji širjenje nesreče na sosednje omare in zagotovi mehansko trdnost zbiralke.

 

B-soba z ročnimi vozički (odklopnik)
V prostoru z odklopniki je nameščena posebna vodilna tirnica, po kateri voziček z odklopniki drsi in deluje v notranjosti. Ročni voziček se lahko premika med delovnim položajem in preskusnim položajem. Pregrada (pasti) statičnega kontakta je nameščena na zadnji steni prostora z ročnimi vozički. Ko se ročni voziček premakne iz preskusnega položaja v delovni položaj, se pregrada samodejno odpre in voziček se premakne v nasprotno smer, da se popolnoma spoji, s čimer se zagotovi, da se upravljavec ne dotakne naelektrenega telesa.
Odklopnike lahko razdelimo na sredstva za gašenje obloka:
• Oljni odklopnik. Delimo ga na odklopnike z več olji in odklopnike z manj olji. Vsi so kontakti, ki se odpirajo in povezujejo v olju, transformatorsko olje pa se uporablja kot gasilni medij za oblok.
• Odklopnik na stisnjen zrak. Odklopnik, ki za gašenje obloka uporablja stisnjen zrak pod visokim tlakom.
• Odklopnik SF6. Odklopnik, ki uporablja plin SF6 za gašenje obloka.
• Vakuumsko odklopnik. Odklopnik, pri katerem se kontakti odpirajo in zapirajo v vakuumu, oblok pa se ugasne v vakuumskih pogojih.
• Odklopnik na trdne snovi, ki ustvarjajo plin. Odklopnik, ki uporablja trdne materiale, ki ustvarjajo plin, za gašenje obloka z razgradnjo plina pod vplivom visoke temperature obloka.
• Magnetni odklopnik z ventilatorjem. Odklopnik, pri katerem magnetno polje v zraku vpihne oblok v mrežo za gašenje obloka, tako da se ta podaljša in ohladi, da ugasne oblok.

 

Glede na različne oblike energije, ki jih uporablja pogonski mehanizem, lahko pogonski mehanizem razdelimo na naslednje vrste:
Ročni mehanizem (RC): Nanaša se na operativni mehanizem, ki za zapiranje zavore uporablja človeško silo.
2. Elektromagnetni mehanizem (CD): se nanaša na mehanizem delovanja, ki za zapiranje uporablja elektromagnete.
3. Vzmetni mehanizem (CT): se nanaša na vzmetni zapiralni mehanizem, ki uporablja delovno silo ali motor za shranjevanje energije v vzmeti za dosego zapiranja.
4. Motorni mehanizem (CJ): nanaša se na pogonski mehanizem, ki uporablja motor za zapiranje in odpiranje.
5. Hidravlični mehanizem (CY): nanaša se na delovni mehanizem, ki uporablja visokotlačno olje za potiskanje bata za zapiranje in odpiranje.
6. Pnevmatski mehanizem (CQ): se nanaša na pogonski mehanizem, ki uporablja stisnjen zrak za potiskanje bata za zapiranje in odpiranje.
7. Mehanizem s trajnim magnetom: Uporablja trajne magnete za vzdrževanje položaja odklopnika. Gre za elektromagnetni mehanizem z zadrževanjem trajnih magnetov in elektronskim krmiljenjem.

C-kabelska soba
V kabelski sobi je mogoče namestiti tokovne transformatorje, ozemljitvena stikala, odvodnike strele (prenapetostne zaščite), kable in drugo pomožno opremo, na dnu pa je pripravljena razrezana in odstranljiva aluminijasta plošča, ki zagotavlja udobje gradnje na kraju samem.

Instrumentna soba D-releja
Plošča relejne sobe je opremljena z napravami za zaščito mikroračunalnika, upravljalnimi ročaji, zaščitnimi tlačnimi ploščami vtičnic, merilniki, indikatorji stanja (ali prikazovalniki stanja) itd.; v relejni sobi so priključni bloki, krmilna zanka za zaščito mikroračunalnika, stikala za enosmerni tok in zaščita mikroračunalnika, enosmerni napajalnik, stikalo za napajanje motorja za shranjevanje energije (enosmerni ali izmenični tok) in sekundarna oprema s posebnimi zahtevami.

Trije položaji v ročnem vozičku stikalne naprave

Delovni položaj: odklopnik je povezan s primarno opremo. Po vklopu se moč prenaša iz vodila v daljnovod preko odklopnika.

Preskusni položaj: Sekundarni vtič lahko vstavite v vtičnico za napajanje. Odklopnik je lahko zaprt, odprt, ustrezna indikatorska lučka sveti; Odklopnik nima povezave s primarno opremo in lahko izvaja različne operacije, vendar ne bo vplival na obremenitev, zato se imenuje preskusni položaj.

Vzdrževalni položaj: med odklopnikom in primarno opremo (vodilom) ni stika, napajanje je izgubljeno (sekundarni vtič je izklopljen) in odklopnik je v izklopljenem položaju.

Naprava za zaklepanje stikalne omare

Stikalna omarica ima zanesljivo zaklepno napravo, ki izpolnjuje zahteve petih preventiv in učinkovito ščiti varnost upravljavcev in opreme.

A. Vrata instrumentne sobe so opremljena s sugestivnim gumbom ali preklopnim stikalom, ki preprečuje, da bi se odklopnik pomotoma zaprl in prekinil.

B, ko je roka odklopnika v testnem ali delovnem položaju, se odklopnik lahko upravlja, pri zapiranju odklopnika pa se roka ne more premikati, da se prepreči obremenitev napačnega ročaja avtomobila.

C. Samo ko je ozemljitveno stikalo v izklopljenem položaju, se lahko ročni voziček z odklopnikom premakne iz položaja za testiranje/vzdrževanje v delovni položaj. Samo ko je ročni voziček z odklopnikom v položaju za testiranje/vzdrževanje, se lahko ozemljitveno stikalo vklopi. Na ta način se prepreči nenamerni vklop ozemljitvenega stikala in prepreči časovni vklop ozemljitvenega stikala.

D. Ko je ozemljitveno stikalo v odprtem položaju, spodnjih vrat in zadnjih vrat stikalne omarice ni mogoče odpreti, da se prepreči nenamerni električni premor.

E, odklopnik je v testnem ali delovnem položaju, ni krmilne napetosti, odpiranje je mogoče le ročno, zapiranje pa ne.

F. Ko je ročni odklopnik v delovnem položaju, je sekundarni vtič zaklenjen in ga ni mogoče izvleči.

 

G, vsako ohišje omare lahko realizira električno blokado.

H. Povezava med sekundarno linijo stikalne opreme in sekundarno linijo ročnega vozička odklopnika se izvede z ročnim sekundarnim vtičem. Premični kontakt sekundarnega vtiča je povezan z ročnim vozičkom odklopnika preko najlonske valovite skrčljive cevi. Samo v testnem, odklopljenem položaju lahko voziček odklopnika vklopi in izklopi drugi vtič, medtem ko je voziček odklopnika v delovnem položaju zaradi mehanske blokade zaklenjen, drugega vtiča ni mogoče izklopiti.

3. Postopek delovanja visokonapetostne stikalne naprave

Čeprav je zasnova stikalne naprave zagotovila pravilno zaporedje delovanja stikalne naprave, morajo vsi deli, razen upravljavca, ki upravlja stikalno opremo, še vedno strogo upoštevati operativne postopke in s tem povezane zahteve. Delovanje ne sme biti neobvezno ali pa se ne sme zatakniti v delovanju brez predhodne analize, saj lahko to povzroči poškodbe opreme ali celo nesreče.

Postopek delovanja prenosa visokonapetostne stikalne naprave

(1) Zaprite vsa vrata omarice in zadnje tesnilne plošče ter jih zaklenite.

(2) Vstavite ročico ozemljitvenega stikala v šesterokotno odprtino na spodnji desni strani srednjih vrat, jo obrnite v nasprotni smeri urinega kazalca za približno 90°, da se ozemljitveno stikalo odpre, nato pa izvlecite ročico. Zaporna plošča na odprtini se bo samodejno vrnila nazaj, pokrila odprtino in zadnja vrata stikalne omarice se bodo zaklenila.

(3) Preverite, ali so instrumenti in signali na vratih zgornje omarice normalni. Normalno svetijo lučka za vklop mikroračunalniške zaščitne naprave, lučka položaja ročnega preizkusa, lučka indikatorja odklopa odklopnika in lučka indikatorja shranjevanja energije. Če noben indikator ne sveti, odprite vrata omarice in preverite, ali je stikalo za napajanje vodila zaprto. Če se je zaprlo, lučka indikatorja še vedno ne sveti, nato pa je treba preveriti krmilno zanko.

(4) Vstavite zatič ročice ročice odklopnika in ga močno pritisnite, nato ročico zavrtite v smeri urinega kazalca. 6 kV stikalna naprava se za približno 20 krogov zatakne v ročici, kar ob odstranitvi ročice očitno spremlja klik. Ročica je v tem trenutku v delovnem položaju, drugi vtič je zaklenjen. Preklopite skozi roko odklopnika in glejte ustrezni signal (v tem trenutku lučka delovnega položaja vozička ne sveti, hkrati pa lučka položaja za testiranje roke ne sveti). Hkrati je treba upoštevati, da je, ko je roka v delovnem položaju, zaporni mehanizem na odprtini za upravljanje noža zaklenjen in ga ni mogoče pritisniti.

(5) Z instrumentom za upravljanje na vratih vklopite stikalo za preklop električnega tokokroga, hkrati pa na vratih prižge rdeča indikatorska lučka za zapiranje instrumenta in zelena zavorna lučka. Preverite električni prikazovalnik, lokacijo mehanskih točk stikala in druge povezane signale. Vse deluje normalno. 6 (delovanje, stikalo, ročica se po sprostitvi samodejno vrne v prednastavljeni položaj).

(6) Če se odklopnik samodejno odpre po vklopu ali se samodejno odpre med delovanjem, je treba ugotoviti vzrok napake in jo odpraviti, da se napaka lahko ponovno prenese v skladu z zgornjim postopkom.

4. Mehanizem delovanja odklopnika

1, elektromagnetni mehanizem delovanja

Elektromagnetni pogonski mehanizem je zrela tehnologija, ki uporablja prejšnjo vrsto pogonskega mehanizma odklopnika, njegova struktura je preprosta, mehanskih komponent je približno 120, uporablja elektromagnetno silo, ki jo proizvaja tok v jedru zapiralne tuljave, mehanizem za zapiranje udarne povezave pa zapira, velikost njegove zapiralne energije pa je popolnoma odvisna od velikosti preklopnega toka, zato je potreben velik zapiralni tok.

Prednosti elektromagnetnega pogonskega mehanizma so naslednje:

Struktura je preprosta, delo je bolj zanesljivo, zahteve glede obdelave niso zelo visoke, izdelava je enostavna, proizvodni stroški pa nizki;

Lahko uresniči delovanje daljinskega upravljalnika in samodejno ponovno vklopi;

Ima dobre lastnosti hitrosti zapiranja in odpiranja.

Slabosti elektromagnetnega mehanizma delovanja vključujejo predvsem:

Zapiralni tok je velik in moč, ki jo porabi zapiralna tuljava, je velika, kar zahteva visokozmogljiv enosmerni napajalnik.

Zapiralni tok je velik in splošno pomožno stikalo in relejski kontakt ne moreta izpolniti zahtev. Opremljen mora biti poseben enosmerni kontaktor, kontakt enosmernega kontakta z dušilno tuljavo pa se uporablja za krmiljenje zapiralnega toka, da se krmili delovanje zapiralne in odpiralne tuljave;

Hitrost delovanja pogonskega mehanizma je nizka, pritisk na kontakt je majhen, kontakt lahko zlahka preskoči, čas zapiranja je dolg, sprememba napajalne napetosti pa močno vpliva na hitrost zapiranja.

Stroški materialov, zajeten mehanizem;

Ohišje in pogonski mehanizem zunanjega odklopnika podstanice sta običajno sestavljena skupaj. Ta vrsta integriranega odklopnika ima običajno le funkcijo električnih, električnih in ročnih točk, nima pa ročne funkcije. Ko škatla pogonskega mehanizma odpove in odklopnik zavrne električno delovanje, je potrebna obdelava zatemnitve.

2, vzmetni mehanizem delovanja

Vzmetni mehanizem je sestavljen iz štirih delov: shranjevanje energije vzmeti, vzdrževanje zapiranja, vzdrževanje odpiranja, odpiranje. Število delov je večje, približno 200, pri čemer se energija, shranjena z raztezanjem in krčenjem vzmeti mehanizma, uporablja za krmiljenje zapiranja in odpiranja odklopnika. Shranjevanje energije vzmeti se doseže z delovanjem mehanizma za zaviranje motorja za shranjevanje energije, zapiranje in odpiranje odklopnika pa krmili zapiralna in odpiralna tuljava. Zato je energija zapiranja in odpiranja odklopnika odvisna od energije, shranjene v vzmeti, in nima nobene zveze z velikostjo elektromagnetne sile ter ne potrebuje prevelikega zapiralnega in odpiralnega toka.

Prednosti vzmetnega pogonskega mehanizma so naslednje:

Zapiralni in odpiralni tok ni velik, ne potrebuje visokozmogljivega napajalnika;

Uporablja se lahko za daljinsko shranjevanje električne energije, električno zapiranje in odpiranje, pa tudi za lokalno ročno shranjevanje energije, ročno zapiranje in odpiranje. Zato se lahko uporablja tudi za ročno zapiranje in odpiranje, ko izgine napajanje ali ko pogonski mehanizem noče delovati. Hitra hitrost zapiranja in odpiranja, na katero ne vpliva sprememba napajalne napetosti, in omogoča hitro samodejno ponovno zapiranje;

Motor za shranjevanje energije ima nizko moč in se lahko uporablja tako za izmenični kot za enosmerni tok.

Vzmetni pogonski mehanizem lahko zagotovi prenos energije za doseganje najboljšega ujemanja in omogoča, da se vse vrste specifikacij odklopnikov prekinitvenega toka združijo v eno vrsto pogonskega mehanizma, izbira različnih vzmeti za shranjevanje energije pa je stroškovno učinkovita.

Glavne pomanjkljivosti vzmetnega pogonskega mehanizma so:

Struktura je kompleksna, proizvodni proces je kompleksen, natančnost obdelave je visoka, proizvodni stroški pa so relativno visoki;

Velika operativna sila, visoke zahteve glede trdnosti komponent;

Enostavna mehanska okvara, ki povzroči, da se mehanizem delovanja zavrne premikati, zažge zapiralno tuljavo ali potovalno stikalo;

Obstaja pojav lažnega skoka, včasih lažni skok po odprtju ni na svojem mestu, ne moremo presoditi njegovega skupnega položaja;

Karakteristike hitrosti odpiranja so slabe.

3, mehanizem delovanja s trajnim magnetom

Trajni magnetni pogonski mehanizem uporablja princip delovanja in strukturo novega pogonskega mehanizma, sestavljen je iz trajnega magneta, zapiralne tuljave in zavorne tuljave, vzmetnega pogonskega mehanizma elektromagnetnega pogonskega mehanizma in gibanja, ojnice in zaklepne naprave. Preprosta struktura, zelo malo delov, približno 50, glavni gibljivi deli so samo eden, kar zagotavlja zelo visoko zanesljivost. Za držanje odklopnika uporablja trajnega magneta. Gre za pogonski mehanizem z elektromagnetnim delovanjem, držanjem s trajnim magnetom in elektronskim krmiljenjem.

Načelo delovanja mehanizma delovanja permanentnega magneta: Po zaprtju tuljave se električni tok vzpostavi na vrhu generatorja in magnetnega vezja permanentnega magneta v nasprotni smeri magnetnega pretoka. Magnetna sila, ki nastane zaradi superpozicije dveh magnetnih polj, povzroči dinamično premikanje jedra navzdol. Po približno polovici poti se zračna reža spodnjega dela magneta zmanjša, linije magnetnega polja permanentnega magneta pa se premaknejo v spodnji del, v isto smer kot magnetno polje zapiranja tuljave s poljem permanentnega magneta, tako da se hitrost premikanja železnega jedra navzdol zmanjša. V tem času zapiralni tok izgine. Permanentni magnet uporablja kanal z nizko magnetno impedanco, ki ga zagotavljata gibljiva in statična železna jedra, da ohranja gibljivo železno jedro v stabilnem položaju zaprtja. Ko se zavorna tuljava prekine, se na dnu magnetnega vezja ustvari elektrika, ki se odpira v nasprotni smeri magnetnega toka permanentnega magneta. Magnetna sila, ki nastane zaradi superpozicije dveh magnetnih polj, povzroči dinamično gibanje jedra navzgor. Po približno polovici poti se zaradi zmanjšanja zgornje zračne reže magnetnega vezja z zgornjo zračno režo magnetnega vezja jedro dinamično premakne navzgor, kar povzroči, da se magnetno polje zavorne tuljave in permanentnega magneta premakneta v isto smer, tako da se hitrost gibljejočega se železnega jedra giblje navzgor. Končno doseže delni položaj. Ko tok skozi vrata izgine, permanentni magnet uporabi kanal z nizko magnetno impedanco, ki ga zagotavljata gibljiva in statična železna jedra, da ohranja gibljivo železno jedro v stabilnem stanju odprtine.

Prednosti mehanizma delovanja s permanentnim magnetom so naslednje:

Uporabite bistabilni mehanizem z dvojno tuljavo. Mehanizem delovanja s trajnim magnetom za zapiranje konic, zapiralna tuljava, ki se ujema s trajnim magnetom, bolje rešuje problem konic pri preklopu na visoko energijsko moč, saj trajni magnet z magnetno energijo omogoča uporabo kot zapiralna operacija, konice za zagotavljanje energije za zapiralno tuljavo pa se lahko zmanjšajo, zato ne potrebujete preveč toka za zapiranje konic.

Z gibanjem gibljivega železnega jedra navzgor in navzdol, skozi vrtljivo roko, izolacijska palica DELUJE na dinamični stik vakuumske obločne komore odklopnika, izvaja odklopne točke ali delovanje, nadomešča tradicionalni način mehanskega zaklepanja, mehanska struktura je močno poenostavljena, zmanjšana je poraba materiala, nižji stroški, zmanjšane so točke napak, močno se izboljša zanesljivost mehanskega delovanja, doseže se brezplačno vzdrževanje in prihranijo stroški vzdrževanja.

Trajna magnetna sila pogonskega mehanizma s trajnim magnetom skoraj ne izgine, njegova življenjska doba pa je do 100.000-krat daljša. Elektromagnetna sila se uporablja za odpiranje in zapiranje, trajna magnetna sila pa za vzdrževanje bistabilnega položaja, kar poenostavi prenosni mehanizem ter zmanjša porabo energije in hrup pogonskega mehanizma. Življenjska doba pogonskega mehanizma s trajnim magnetom je več kot 3-krat daljša od življenjske dobe elektromagnetnega pogonskega mehanizma in vzmetnega pogonskega mehanizma.

Kot pomožno stikalo uporabite brezkontaktno, brez gibljivih komponent, brez obrabe, brez odboja elektronsko bližinsko stikalo, brez težav s slabim stikom, zanesljivo delovanje, delovanje ni odvisno od zunanjega okolja, dolga življenjska doba, visoka zanesljivost, za rešitev problema odboja stikov.

Uporabite tehnologijo sinhronega stikala za prehod skozi ničlo. Dinamični in statični stik odklopnika pod nadzorom elektronskega krmilnega sistema omogoča spreminjanje valovne oblike napetosti sistema na vsaki ravni. V valovni obliki toka skozi ničlo pri prelomu je vhodni tok in amplituda prenapetosti majhna, kar zmanjšuje vpliv na delovanje omrežja in opreme. Elektromagnetni pogonski mehanizem in delovanje vzmetnega pogonskega mehanizma sta naključna in lahko povzročita visok vhodni tok in amplitudo prenapetosti, kar močno vpliva na električna omrežja in opremo.

Mehanizem s trajnim magnetom lahko izvaja lokalno/daljinsko odpiranje in zapiranje, prav tako pa lahko izvaja funkcijo zaščitnega zapiranja in ponovnega zapiranja ter se lahko ročno odpira. Ker je potrebna moč delovanja majhna, se za neposredno preklapljanje napajanja uporabljajo kondenzatorji, čas polnjenja kondenzatorja je kratek, polnilni tok je majhen, odpornost na udarce pa je visoka, po izpadu električne energije pa je odklopnik še vedno vklopljen in izklopljen.

Glavne pomanjkljivosti mehanizma delovanja s permanentnim magnetom so:

Ni mogoče ročno zapreti, med delovanjem napajalnika je izginil, kondenzator je izpraznjen, če kondenzatorja ni mogoče napolniti, ga ni mogoče zapreti;

Ročno odpiranje, začetna hitrost odpiranja mora biti dovolj velika, zato je potrebna velika sila, sicer ga ni mogoče upravljati;

Kakovost kondenzatorjev za shranjevanje energije je neenakomerna in jo je težko zagotoviti;

Težko je doseči idealno karakteristiko hitrosti odpiranja;

Težko je povečati izhodno moč odpiranja mehanizma s trajnim magnetom.