Spínacie prístroje

 

Spínacie prístroje sú určené na vypínanie a zapínanie silnoprúdového obvodu. Prostredníctvom nich je možné meniť konfiguráciu prenosových a distribučných sústav a spínať napájané elektrické spotrebiče a elektrické zariadenia.

Medzi spínacie prístroje patria:

  • vypínač,
  • odpájač,
  • odpínač,
  • poistka,
  • uzemňovač,
  • skratovač...
Parametre spínacích prístrojov

Spínacie prístroje sú charakterizované nasledovnými hodnotami:

  • menovité napätie UN (kV) – rovné najvyššiemu napätiu sústavy,
  • menovitý prúd IN (A) – zodpovedá maximálnemu prevádzkovému zaťaženiu. Menovitým prúdom sa nesmú časti prístroja zohriať nad dovolenú hranicu.
  • menovitá frekvencia fN (Hz),
  • menovité zotavené napätie UC (V) – napätie, ktoré sa objaví na kontaktoch vypínača po prerušení prúdu. Je definované prekmitom, strmosťou a rezonančnou frekvenciou. – prekmit zotaveného napätia p (kV) – maximálna hodnota UC, – strmosť zotaveného napätia S (kV/μs) – nárast zotaveného napätia, – rezonančná frekvencia fr – frekvencia zotaveného napätia.
  • menovitý skratový vypínací prúd Ivyp (kA) – je to prúd, ktorý udáva výrobca a prístroj je ho za predpísaných podmienok (zotavené napätie, účinník, spínacie poradie...) schopný bez poškodenia vypnúť:
    (kA; kA),
    kde I''k je počiatočný rázový súmerný skratový prúd pri najnepriaznivejších podmienkach,
  • menovitý vypínací prúd d odpínača – je prúd odpínača, ktorý udáva výrobca a prístroj je ho za predpísaných podmienok (zotavené napätie, účinník, spínacie poradie...) schopný bez poškodenia vypnúť. U odpínačov sa udáva vypínací prúd pre prevažne činnú záťaž (cos φ = 0,7), pre kapacitnú a pre induktívnu záťaž,
  • menovitý zapínací prúd Iz – prúd, ktorý spínací prístroj bez poškodenia zapne. Prichádza do úvahy pri zapínaní do skratu, ktorého minimálna hodnota je
    Spínací prístroj vyhovuje, ak je splnená podmienka
    (kA; kA),
    kde je celkový nárazový skratový prúd,
  • jednosmerná zložka skratového prúdu IJS (%) – veľkosť jednosmernej zložky skratového prúdu, pri ktorej vypínač spoľahlivo rozpojí obvod. Udáva sa v percentách vypínacieho skratového prúdu,
  • dynamický prúd IDYN – maximálna vrcholová hodnota prúdu, ktorú prístroj znesie bez poškodenia vplyvom elektromagnetických síl. Prístroj vyhovuje, ak:
    (kA; kA),
  • menovitý krátkodobý výdržný prúd IK – prúd, ktorý prístroj krátkodobo znesie bez poškodenia alebo prehriatia sa. Zvyčajne sa udávajú hodnoty pre skrat trvajúci 1 a 3 s,
  • vypínací čas tVYP – čas od impulzu vypnutia až do prerušenia prúdu,
  • zapínací čas tZAP – čas od impulzu zapnutia až po zopnutie kontaktu,
  • čas trvania oblúku tOBL – čas od vzniku oblúku až po jeho uhasenie,
  • menovitá postupnosť funkcií

    kde je
    O – vypnutie (OPEN, VYP),
    CO – jedno zapnutie (CLOSE, ZAP), po ktorom bez prerušenia nasleduje jedno vypnutie (OPEN),
    t1, t2 – menovité časy medzi CO.
  • menovitá postupnosť funkcií pre cyklus opätovaného zapínania

    kde je
    O – vypnutie (OPEN),
    CO – jedno zapnutie (CLOSE), po ktorom bez prerušenia nasleduje jedno vypnutie (OPEN),
    t1, t3 – čas medzi CO pri cykle OZ.
  • počet zopnutí skratového prúdu,
  • počet rozopnutí skratového prúdu,
  • počet zopnutí/rozopnutí menovitého prúdu,
  • mechanicky prípustný počet zopnutí,
  • dovolené mechanické namáhanie – statickými a dynamickými silami vo vodičoch,
  • vypínacia charakteristika – grafická závislosť vypínacej doby od prúdového zaťaženia.
Vypínače

Slúžia na zapínanie a vypínanie prúdových obvodov v zaťaženom stave. V prípade poruchy vypínajú aj preťaženia a skraty. Vypínač musí byť schopný (pokiaľ sú dodržané podmienky stanovené výrobcom) vypnúť až do svojho menovitého vypínacieho prúdu všetky skratové prúdy s akoukoľvek striedavou zložkou a s akýmkoľvek podielom jednosmernej zložky, ak neprekročí maximálnu hodnotu striedavej zložky.

Vákuový vypínač typu VD4 od firmy ABB

Popis typov vypínačov

Vypínače môžeme rozdeliť podľa spôsobu vytvárania dielektrickej pevnosti medzi kontaktmi na novšie technológie a staršie, ktoré sa v súčasnej dobe takmer nepoužívajú, ale z historického hľadiska je užitočné ich pripomenúť. Sú to najmä vypínače:

  • Plynotvorné s tuhým hasivom, ktoré vplyvom elektrického oblúka vytvára plyn pôsobiaci ako zhášacie médium (plyn vytesňuje vzduch potrebný pre horenie oblúka).
  • Olejové, kde systém kontaktov je ponorený v oleji, ktorý zháša elektrický oblúk. Nevýhoda je veľké množstvo oleja a jeho horľavosť.
  • Expanzné, kde zhášacie médium je voda s prímesou proti zamrznutiu. Elektrický oblúk vytvorí vodnú paru, ktorá expanduje. Svojím prúdením a prítomnosťou v zhášacom prostredí spôsobuje ochladenie a uhasenie oblúka. Nevýhoda je zvyšková vodivosť expanzínu, a preto musel byť vypínač doplnený vlastným odpájačom.

Medzi novšie technológie patria nasledujúce vypínače:

  • Máloolejové pracujú na podobnom princípe ako expanzné, ale nemajú zvyškovú vodivosť, olej tvorí len zhášacie médium a je ho menej ako pri olejovom. Pohon je ručný, elektromotorický alebo pneumatický.
  • Tlakovzdušný vypínač používa na uhasenie oblúka a na ovládanie pohybu kontaktov stlačený vzduch s tlakom 1 – 2,5 MPa. U tlakovzdušných vypínačov sa k zhášaniu elektrického oblúka používa stlačený vzduch, ktorý sa vháňa do priestoru medzi kontaktmi.
  • Vypínače s elektronegatívnymi plynmi sú vypínače, u ktorých sa oblúk zháša v prostredí elektronegatívneho plynu (freón, hexafluorid síry - SF6). SF6 má pri atmosférickom tlaku 3 krát väčšiu prieraznú pevnosť ako vzduch (vzduch má prieraznú pevnosť 3 kV/mm), pri tlaku 0,2 MPa má SF6 prieraznú pevnosť oleja.
  • Vákuový vypínač má dobrú vypínaciu schopnosť a malé rozmery vďaka veľmi jednoduchému kontaktovému systému s malým zdvihom, ktoré nevyžadujú údržbu. Oblúk sa vytvára len zo splynovania kontaktného materiálu. Vákuový vypínač vypína v prvej nule prúdu. Vákuový vypínač je vhodný k vypínaniu striedavých prúdov, nie je vhodný pre jednosmerný prúd.

Bežné hodnoty vákuových vypínačov pre 22 kV vedenia (uvedené hodnoty parametrov sú orientačné, pre rôznych výrobcov sa môžu líšiť):
UN = 25 kV
IN = 630 ÷ 2500 A
fN = 50 Hz
UC = 41 kV , záleží od UN, zvyčajne UC = 1,7×UN
S = 0,34 ÷ 0,57 kV/μs
IVYP = 12 ÷ 25 kA
IZ = 25 ÷ 62,5 kA, väčšinou platí IZ = 2,5× IVYP
IDYN = 25 ÷ 62,5 kA, väčšinou platí IDYN = IZ
IKt=1s = 16 ÷ 25 kA, zvyčajne rovný IVYP
IKt=3s = 16 ÷ 25 kA, zvyčajne rovný IVYP
tVYP = 40 ÷ 60 ms
tZAP = 30 ÷ 60 ms
tOBL ≤ 20 ms
menovitá postupnosť funkcií t1 = 3 min , t2 = 3 min
menovitá postupnosť funkcií pri OZ: t1 = 0,3 s; t2 = 15 s
počet zopnutí/rozopnutí menovitého prúdu: 10000 ÷ 30000
počet rozopnutí skratového prúdu: cca 100
počet zopnutí skratového prúdu: cca 100
mechanicky prípustný počet zopnutí: 30 000

Odpájače

Odpájače sa používajú v rozvodných zariadeniach na bezpečné a viditeľné odpojenie odbočky, čo je potrebné najmä pri opravách, údržbárskych prácach na vypínačoch alebo pri výmene zariadenia. Viditeľnosť odpojovanej dráhy nie je potrebná, ak je nahradená spoľahlivou signalizáciou stavu, napr. pri zapuzdrených rozvodniach. Odpájače môžu spínať obvody pod napätím, nesmie sa však nimi zapínať ani vypínať záťaž okrem malých indukčných a kapacitných prúdov a transformátorov naprázdno. Pohon odpájačov môže byť tlakovzdušný, elektrický alebo ručný.

Odpájač FTr 6400 od firmy Dribo

Podľa účelu ich delíme na:

  • prípojnicové, ktoré zaisťujú viditeľné odpojenie odbočky od systému prípojníc.
  • vývodové, ktoré zaisťujú viditeľné odpojenie vedenia, či už káblového alebo vzdušného, od vypínača odbočky. Môžu byť vybavené uzemňovačmi (uzemňovacie nože), s ktorými je možné uzemniť hlavné nože odpájača, a tak spolu s ním aj určitú časť rozvodného zariadenia. Musia byť blokované tak, aby ich nebolo možné zapnúť, keď sú zapnuté kontakty hlavných nožov a naopak.

Podľa konštrukčného usporiadania sú odpájače:

  • Nožové, ktoré sa skladajú zo základného rámu, na ktorom sú umiestnené podperné izolátory. Podperné izolátory sú umiestnené v dvoch radoch. Na troch spodných izolátoroch sú upevnené ložiská s pohyblivými nožmi a na protiľahlých troch izolátoroch sú pevne uložené perové kontakty..
  • Rotačné, u nich má každý pól dva otočné izolátory nesúce spínacie zariadenie, ktoré sa pohybuje v rovine rovnobežnej so základným rámom.
  • Pantografické , u ktorých sa kontakty pohybujú vo zvislej rovine.
  • Sklápacie, u ktorých sa spínacia pohyblivá časť sklápa v rovine pólov okolo čapu v ložisku na jednom izolátore.

Bežné hodnoty odpájačov pre 22 kV vedenia (uvedené hodnoty parametrov sú orientačné, pre rôznych výrobcov sa môžu líšiť):
UN = 25 kV
IN = 400 ÷ 1250 A
fN= 50 Hz
IKt=1s = 16 ÷ 20 kA
IKt=3s = 16 ÷ 20 kA
IDYN = 40 ÷ 50 kA
tZAP/VYP = 3 ÷ 20s , záleží od použitého pohonu
menovitý počet operácií: cca 3 000 CO