Katkaisija

Y-muotoiset katkaisijat suurjännitteelle ulkokytkimessä

Katkaisijat ovat katkaisijoita, jotka on suunniteltu suurten virtojen kytkemiseen. Toisin kuin kuormakytkimet , virrankatkaisijat voivat kytkeä paitsi tavalliset käyttövirrat ja matalat ylikuormitusvirrat myös kytkeä päälle suuret ylikuormitusvirrat ja oikosulkuvirrat ( vikavirtasuojakytkimet 800  kA asti ) . virrat tietyksi ajaksi ja sammuta ne turvallisesti vahingoittumatta. Katkaisijat ovat yksi- tai kolminapaisia.

Perusasiat

Kaavio: katkaisija 63 ampeeria
virtarajoituksella

Ylikuormitusvirta liittyy järjestelmän heikoimpaan linkkiin virrankatkaisijasta alavirtaan energian virtauksen suuntaan katsottuna. Tällaisten loppupään järjestelmien suojaamiseksi ylikuormituksesta tai oikosulusta johtuvilta vaurioilta virrankatkaisijan tulisi pystyä kytkemään nämä virrat verkon suojalaitteiden yhteydessä .

Virtavirran keskeytys johtaa ainakin lyhyeksi ajaksi jännitteen nousuun kunkin kytkimen kahden koskettimen välillä , koska etäisyys erotusprosessin aikana ei ole vielä riittävä eristykseen. Jos napojen välillä on kaasua, napojen välillä on vastaavasti suuri jännite-ero , se ionisoituu välähdyksellä ja muodostuu itsekestävä kaasupurkaus , jota kutsutaan sähkökaareksi .

Tämä plasma ei vain jatka sähkön johtamista , vaan myös vähentää komponentin käyttöikää; voimakkailla virroilla se voi jopa tuhota kytkimen. Toisin kuin erottimia , katkaisijat on suunniteltu siten, että kaaren, joka tapahtuu, kun kytkentäkontakteihin avataan sammuu nopeasti ja vahingoittamatta kytkimen, siten katkaisten virran virtauksen.

toiminta-alue

Katkaisijoiden käyttökohteita

Triviaalisen sovelluksen lisäksi yksinkertaisena kytkentäelementtinä virrankatkaisimia käytetään verkon suojauksena virheiden, kuten oikosulkujen tai maasulkujen, sattuessa . Katkaisijoita voidaan ohjata eri mekanismeilla, ja ne perustuvat ensisijaisesti kytkettävään tehoon. Taajuusmuuttajat ovat manuaalisia ja ns. Voimansiirrot ovat asemia, joita ei käytetä ihmisen voimalla. On olemassa seuraavat virtalähteet:

  • Magneettiset asemat
  • Moottorikäytöt
  • Kevät ajaa
  • Pneumaattiset käyttölaitteet.

Voimansiirtolaitteiden erityinen etu on kytkimen kauko-ohjaus.

Pienjännitesovellukset

Ryhmiä on neljä:

  • Ilmavirtakatkaisin (ACB)
  • Valetut kotelon katkaisijat (MCCB)
  • Kuormanvaihtokytkimet (LBS), versiot sulakkeilla tai ilman
  • Pienkatkaisin (MCB)

Pienjännitekatkaisijat ovat sähkömagneettisia katkaisijoita. Heidän toimintatapansa on periaatteessa sama kuin pienikokoisten katkaisijoiden . Ne on yleensä varustettu lämpö- ja magneettivapautuksella, ja siten niillä on samat rakenneosat kuin pienoiskatkaisimilla. Ne on kuitenkin suunniteltu suuremmille nimellisvirroille, ja katkaisijoiden päästöt, toisin kuin pienoiskatkaisijat, voidaan asettaa erikseen.

Pienjännitealueella kytkimiä käytetään myös moottorinsuojakytkiminä .

Ei-säädettävä katkaisijat laukaisuominaisuuksiin K ja Z standardin EN 60947-2 (VDE 0660-101) käytetään käytännössä kuten pienoiskoossa katkaisijat ja kutsutaan myös sellaisenaan.

  • Pienjännitekatkaisijan rakenne

  • Laukaisuominaisuudet

  • Esimerkki katkaisijan asetusvaihtoehdoista

Keskijännite

Katkaisijan ohjausyksikkö 20 kV: lle

Katkaisijat toimivat keskijännitetasolla suojalaitteina, jotka voivat myös erottaa oikosulut verkosta vikatilanteessa. Käynnistää, jos virhe (off-komento) tapahtuu vetää magneetit , jotka vapauttavat lukitusmekanismit, jotka vapauttavat mekaanisen energian läsnä muistiin (pneumaattinen paineakun, jousiakku ). Tämä tarkoittaa, että kosketuskappaleita (koskettimia) siirretään suurelta nopeudelta toisistaan ​​tai kohti toisiaan. Vaihdon jälkeen z. B. kääritään uudelleen jousiakun sähkömoottorilla.

Katkaisijoiden, kuten kytkinerottimien, tehtävänä on vaihtaa esineitä, kuten generaattoreita , muuntajia , kiskojen kytkemistä sekä kaapeleita ja ilmajohtoja.

Katkaisijoihin verrattuna katkaisijat pystyvät vaihtamaan turvallisesti myös vikatilanteissa (esim. Oikosulku).

Valokaaren sammuminen

Leikattu malli öljykatkaisimelle 110 kV: lle. Kosketintapin ja valokaaren keskellä

Tehdään ero tyyppi pylväskatkaisijat :

  • Katkaisija nollapisteen peruutuksella
  • Katkaisija oikosulkuvirran rajoituksella.

Poistaa ns nolla-sammuttaja nollanylityksessä , että AC -Schaltlichtbogen. Katkaisimissa, joissa on oikosulkuvirran rajoitus, ylijännitesuojavirta on rajoitettu pienempään eteenpäin suuntautuvaan virtaan. Kosketinkappaleiden nopea avaaminen saavutetaan matalajännitealueella kytkinlukon kautta . Kaari sammutetaan deionikammiossa . On myös muita sammutusmekanismeja, kuten B. pudotusankkuri tai laukaisu kahden rinnakkaisen virtaa johtavan kosketuskappaleen voimalla

Sammutusaine

SF 6 -katkaisijoiden rivi ulkokytkimessä
Vanhemmat kattilan öljykytkimet ulkokeskuksessa (valokuva vuodelta 1942)

Suurjännitealueella toimivien katkaisijoiden tapauksessa - nämä kytkimet kuuluvat suurjännitekytkimien ryhmään - erilaisia ​​sammutusaineita voidaan käyttää kytkennässä tapahtuvan valokaaren sammuttamiseen. Seuraavia sammutusaineita käytetään erityyppisissä suurjännitekatkaisimissa.

ilmaa

Vapaa suihkukytkin

Paineilma puristetaan paineeseen 30 bar paineilman tuotanto-, varastointi- ja jakelujärjestelmän avulla ja varmistaa kytkentäprosessin aikana, että kaaret puhalletaan sopivien suuttimien kautta. Ilma puhdistettiin, puristettiin ja kuivattiin näillä käsittelyjärjestelmillä.

Ulkotekniikassa ulkoilmaa käytetään vielä nykyään sen eristämiseen ja sammutusaineena. Verrattuna inertillä kaasulla eristettyihin katkaisimiin tämä johtaa suurempaan tilantarpeeseen, koska ilman sammutuskyky on pienempi.

Eristyskaasu SF 6

Rikkiheksafluoridikaasua ( SF 6 ) käytetään virrankatkaisintekniikassa eristyskaasuna sammuttamaan kaaria, joka tapahtuu, kun katkaisija kytketään. Se soveltuu tähän korkean sähkölujuuden ja korkean lämmönjohtavuuden ansiosta. Lisäksi palavan valokaaren dissosiaation jälkeen sillä on hyvä rekombinaatiokyky. Tällä tavoin kytkentäradalla olevat vapaat latauskantajat eliminoidaan nopeasti ja jännityksen kovettuminen tapahtuu nopeammin. SF 6: ta käytetään mäntäkytkimien suuriin murtokapasiteetteihin, kun taas itsepuhalluskytkimiä käytetään keskiraskaisiin kapasiteetteihin . SF 6 on tehokkain tunnettu kasvihuonekaasu .

öljy

Vuoteen 1940 asti öljyä käytettiin yhden tyyppisessä öljykytkimessä, kattilan öljykytkimessä. Vuodesta 1975 öljykytkimet on korvattu ja korvataan tehokkaammilla ja tehokkaammilla SF6-katkaisimilla. Vuodesta 2010 lähtien matalaöljykatkaisijoita löytyy edelleen suurjänniteverkoista.

Öljynvaihtimien tapauksessa kaaren korkea lämpötila hajottaa osan kaarikammioissa olevasta öljystä kaasuksi. Kaasun paine luo öljyvirran, joka sammuttaa kaaren. Pienillä kytkentätehoilla pienempää öljyvirtausta tuki pumppausvaikutus. Tämän tyyppinen kytkin voi esimerkiksi B. kytke 4 kA: n virta 240 kV: n jännitteellä. Pienemmillä kytkentäjännitteillä kytkentävirrat ovat huomattavasti suurempia.

tyhjiö

Alipainekytkinten tapauksessa koskettimet ovat tyhjiössä sähkökaaren välttämiseksi. Nämä kytkimet ovat edullisia keskijännitekojeistoihin, joiden jännite on enintään noin 40 kV.

Vaihtoperiaatteet

Yksittäisten katkaisijoiden kytkentäperiaatteet eroavat olennaisesti niiden suunnittelusta. Kapseloidut ja kapseloimattomat virrankatkaisijat, joita on usein saatavana paneeleina yhdessä muiden suurjännitelaitteiden, kuten työmaadoituksen ja eristimien, jännite- ja virtamuuntajien, taajuusmuuttajien, oikosulkusuojattujen, suurten nopeuksien maadoituselektrodien ja kiskojen syöttölaitteiden kanssa , ovat nyt saatavilla. Seuraavassa selitetään kuitenkin vain varsinaisen katkaisijan eristys- ja sammutusväliaine, koska tämä väliaine voi vaihdella kentän sisällä, jota kutsutaan usein puhekielessä katkaisijaksi.

Kennojen vaihtaminen 20 kV: iin sähköasemassa

Kapseloimattomat kytkimet

Kapseloimattomat kytkimet ovat katkaisijoita, joita ei ole suojattu ympäröivältä ilmalta. Ne voivat sijaita ulkona tai ohjauskaapeissa. Suojauksen puute tarkoittaa, että ainoa sammutusaine, jota täällä voidaan käyttää, on ilma.

Ilmaeristetyt kytkimet

Ilmaeristetyt kytkimet (englanniksi: Air Insulated Switchgear , lyhyt AIS ) ovat katkaisijoita, jotka sammuttavat kaaren koskettimien kytkentäliikkeen pituuden vuoksi. Nämä kytkentäliikkeet riippuvat jännitetasosta, jossa kytkintä käytetään. Sisätiloissa käytetään yleensä AIS-nimellisjännitettä 20 kV asti. Suurempi jännite tasot kytkeytyvät kapseloidun katkaisijat tai ulkona kytkimiä.

Kytkin ulkona

Ulkokytkimet erottavat jännitteisen johdon siirtämällä kahta kosketinta toisistaan. Etäisyys on suunniteltu siten, että kaaren plasmakanava hajoaa jopa korkeassa kosteudessa. Tämä voi tarkoittaa, että jännitetasosta riippuen tämä eristävä etäisyys voi olla useita metrejä. Siksi nämä järjestelmät ovat enimmäkseen ulkona ("ulkona").

Kapseloidut kytkimet

Krümmelin ydinvoimalan paineistettu kaasueristetty generaattorikatkaisin avattiin huoltotarkoituksia varten

Koteloidut kytkimet ovat virrankatkaisijoita, jotka on suojattu ympäristöltä putki-, kotelo- ja kotelojärjestelmällä. Tämä suojaus mahdollistaa myös muun aineen kuin ympäröivän ilman käytön kaaren sammuttamiseen.

Painekaasukytkin / 2-kammion kytkin

Tässä ilmaa käytetään kaaren sammutusaineena. Ilmaa käytetään yleensä myös kytkimen käyttämiseen. Se kytketään päälle tai pois päältä korkealla paineella. Koskettimien kytkentäaika on erittäin lyhyt korkean paineen vuoksi. Sammuttaessa on myös se, että tuloksena olevaa kaarta vetää ilmavirta pituuteensa, kunnes se katkeaa (koska tämän pituinen jännite ei riitä kaaren olemassaoloon). Nämä kytkimet olivat suositeltavia, kun ne oli kytkettävä päälle tai pois päältä usein. Painekaasukytkimiä on tuskin käytetty useiden vuosikymmenien ajan korkean melutason vuoksi. Ne on suurelta osin korvattu itsepuhaltavilla kytkimillä tai virtauskytkimillä - enimmäkseen SF 6 -kaasulla.

Puhalla männän kytkin

Puhallusmännän periaatteen mukaisesti kehitetyissä kytkimissä sammutusyksikkö koostuu kiinteästä koskettimesta ja liikkuvasta puhallussylinterikontaktista. Sammutusliikkeen aikana puhallussylinterin tilavuus pienenee tasaisesti ja siten suljetun kaasun paine kasvaa, kunnes kiinteä ja liikkuva kosketin irtoavat. Koskettimien erottaminen muodostaa valokaaren, mikä johtaa kaasun paineen nousuun edelleen. Kaasun pääpuristus tapahtuu kuitenkin kytkinkäytöllä. Jos paine on riittävän korkea, puristettu kaasu voi virrata ulos ja kuluttaa virtausliikkeen kautta energiaa valokaaresta ja lopulta puhaltaa sen pois. Kahden koskettimen muodostuminen suutinkoskettimina johtaa optimaalisiin virtaus- ja sammutusominaisuuksiin.

Automaattinen puhalluskytkin

Vaadittava sammutuspaine itsepuhaltavalle kytkimelle syntyy sammutuksen aikana, kuten puhaltavan männän kytkimessä. Kaaren energiaa käytetään kuitenkin intensiivisesti ns. Lämmitystilavuudessa eristekaasun paineen lisäämiseksi. Tämän seurauksena itsepuhallettavan kytkimen taajuusmuuttajan on käytettävä energiaa vain kytkimen kytkentäliikkeeseen ja vain merkityksetöntä eristävän ja sammuttavan kaasun puristamiseen. Tämä johtaa noin 80 prosentin energiansäästöön, mikä tarkoittaa, että taajuusmuuttaja voidaan suunnitella myös pienellä tavalla. Esimerkkejä tämän tyyppisistä katkaisijoista ovat kaasulla eristetyt kytkinlaitteet , joita on saatavana moduulimuodossa paneeleina.

Virtauskytkin

Virtauskytkimiä tarjotaan kaikille vaihtojännitteille (tällä hetkellä enintään 765 kV, pian jopa 1100 kV) erittäin suurjänniteverkossa . Tyypilliset suurimmat sallitut katkaisuvirrat ovat välillä 25–63 kA, erikoistapauksissa myös 80 kA ja enemmän. Rikkiheksafluoridikaasua (SF 6 ) on jo jonkin aikaa käytetty yhä enemmän öljyn sijasta .

kirjallisuus

  • Taistelija, Stefan; Kopatsch, Gerald (Toimittaja): Switchgear Manual.12. Painos, Cornelsen, Berliini 2011, ISBN 978-3-06-450726-5 ( online )

Yksittäiset todisteet

  1. ↑ a b Adolf J.Schwab: Sähköenergiajärjestelmien tuottaminen, kuljettaminen, siirto ja jakelu. 3. tarkistettu painos, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-Dartredt-London-New York 2012, ISBN 978-3-642-21957-3 .
  2. ↑ a b c Wilfried Knies, Klaus Schierack: Sähköjärjestelmätekniikka; Voimalaitokset, verkot, kytkinlaitteet, suojalaitteet. 5. painos, Hanser Fachbuchverlag. 2006 ISBN 978-3-446-40574-5 .
  3. ↑ Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Sähkötekniikan asiantuntijakoulutus teollisuuselektroniikassa. 1. painos. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 1998, ISBN 3-14-221730-4 .
  4. ↑ b c d Theodor Schmelcher: Pienjännitekytkinlaitteet manuaalinen, hankesuunnittelu tietoa vaihteiden kytkin- ja jakokeskuksille. 1. painos, Siemens Aktiengesellschaft (Abt. Verlag), Berliini ja München, 1982, ISBN 3-8009-1358-5 .
  5. ↑ Pienjännitekytkentätekniikan perusteet. Siemens AG, 2008, s. 336 , näytetty 1. maaliskuuta, 2014 (luku valintakriteerit pienjännitekojeiden , taulukko jakauma sulakkeet ja katkaisijat . Erilaisia Siemens katkaisijat ja symbolit niiden ominaiskäyrien. Kun 3WN, esimerkiksi, virrasta riippuva viivästetty (a) ja hetkellinen sähkömagneettisen oikosulun vapautusominaisuus (t) säädettävissä (katso myös ylikuormareleellä sivulla 333).
  6. ↑ a b c d Hans-Günter Boy, Uwe Dunkhase: Sähköasennustekniikan maisterintutkinto. 12. painos, Vogel Buchverlag, Oldenburg ja Würzburg, 2007, ISBN 978-3-8343-3079-6 .
  7. B a b Réne Flosdorff, Günther Hilgarth: Sähköenergian jakelu. 4. painos, Verlag BG Teubner, 1982, ISBN 3-519-36411-5 .
  8. ^ Klaus Tkotz, Peter Bastian, Horst Bumiller: Sähkötekniikka. 27. tarkistettu ja laajennettu painos, Verlag Europa-Lehrmittel Nourney Vollmer GmbH & Co. KG, Haan Gruiten 2009, ISBN 978-3-8085-3188-4 .
  9. ^ A. Senner: Sähkötekniikka. 4. painos. Verlag Europa-Lehrmittel, 1965.
  10. ^ Günter Springer: Sähkötekniikka. 18. painos, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9 .
  11. ↑ paineistettu kytkin, ABB Management AG, Baden, Aargau, CH, asiakirjan tunnus DE4427163A1 8. helmikuuta 1996 Online ( katsottu 4. kesäkuuta 2012).
  12. ↑ Sähköinen painekaasukytkin, Mitsubishi Denki KK, Tokio / Tokio, JP, asiakirjan tunnus DE2811509C3 24. kesäkuuta 1993 verkossa ( luettu 4. kesäkuuta 2012).
  13. ^ Puhallinmännäkytkin Eurooppapatenttihakemus EP 0 039 096 A2 Online (käytetty 4. kesäkuuta 2012).
  14. ↑ Itsetäyttyvä kytkin Eurooppalainen patenttihakemus nro EP 2 299 464 A1 Online (katsottu 4. kesäkuuta 2012).