Schakelmateriaal gebruikt in elektrische stroomcircuit

Na het lezen van dit artikel leert u over de soorten en het onderhoud van schakelinrichtingen die worden gebruikt in het elektrische stroomcircuit.

Soorten schakelaars:

Schakelapparatuur speelt een belangrijke rol in het stroomcircuit.

Schakelmateriaal wordt gebruikt:

(1) om apparatuur te controleren door deze aan te sluiten op of los te koppelen van de voeding,

(2) om circuits en apparatuur te beschermen tegen fouten, met name overbelastingen en aardfouten, en

(3) Om delen van een elektrisch systeem te isoleren, wanneer de secties inactief zijn, als er werkzaamheden aan moeten worden uitgevoerd.

Drie soorten schakelaars worden gebruikt in stroomkringen. Ze worden aannemers, stroomonderbrekers, isolatoren genoemd, afhankelijk van de functie waarvoor ze zijn ontworpen.

1. Contactors:

Magneetschakelaars worden gebruikt voor het regelen van apparatuur, zoals elektromotoren. Wanneer een aannemer gesloten is, is het circuit dat de apparatuur levert voltooid, begint de stroom te stromen en werkt de apparatuur. Wanneer de schakelaar geopend is, is het circuit verbroken, stopt de stroom en loopt de apparatuur uit.

Normaal worden contactors bediend door afstandsbediening, dat wil zeggen, het contactmechanisme wordt geactiveerd door het anker van een solenoïde, de bedieningsspoel genoemd. Om de schakelaar te sluiten, wordt de bedieningsspoel bekrachtigd door een schakelaar of relais die het circuit erdoorheen voltooit.

De contactor wordt geopend door het bedrijfsspoelencircuit te verbreken, waardoor het contactmechanisme wordt vrijgegeven, waardoor de contacten kunnen openen en het stroomcircuit kunnen breken.

De meeste contactors, met name die welke worden gebruikt in in-bye-systemen, dat wil zeggen in gate-eindpanelen, worden bediend door laagspanningspilootcircuits. Het pilootcircuit wordt gebruikt om een ​​relais te sluiten dat op zijn beurt het circuit door de bedieningsspoel voltooit.

Een contactor is meestal uitgerust met apparaten die ervoor zorgen dat deze automatisch wordt geopend als er een aardfout optreedt of als het circuit overbelast is. Er wordt gezegd dat de schakelaar uitschakelt.

2. Stroomonderbrekers:

Stroomonderbrekers zijn ontworpen als distributieschakelaars. Ze worden gebruikt om de delen van het elektrische systeem aan te sluiten en de stroom uit te schakelen. Een stroomonderbreker wordt normaal met de hand bediend en wordt geopend of gesloten door middel van een hendel die buiten de behuizing is gemonteerd, hoewel stroomonderbrekers die worden gebruikt voor het starten van grotere hoogspanningsmotoren meestal zijn uitgerust met veerbediende elektromagnetische of motorisch bediende mechanismen.

Een stroomonderbreker is uitgerust met beveiligingssystemen, dwz een overbelastingsbeveiliging en een aardfoutbeveiliging die bij een storing automatisch uitschakelen.

Wanneer een sectie echter begint te werken, worden de stroomonderbrekers die die sectie besturen eerst gesloten; Het vermogen wordt dan verbonden met stroomrails in de magneetschakelaareenheid die de motoren afzonderlijk besturen. Wanneer de stroomonderbrekers gesloten zijn, is het circuit voorbereid voor de contactgevers om de motoren te starten en te stoppen zoals vereist.

Een stroomonderbreker kan nodig zijn om een ​​stroomkring te onderbreken waarin stroom vloeit. In een noodgeval kan een bediener de stroom in het circuit stoppen door de stroomonderbreker met de handgreep te openen. Als alternatief, als er een fout is, kan de stroomonderbreker trippen, terwijl de stroom vloeit.

Stroomonderbrekers zijn niet primair ontworpen om een ​​circuit te voltooien en apparatuur op te starten. Deze taak wordt normaal uitgevoerd door contactgevers. Desondanks kunnen hiervoor stroomonderbrekers worden gebruikt en deze worden soms gebruikt om motoren aan te sturen waarvoor stuurregeling nodig is.

3. Isolatoren:

Isolatoren worden geleverd als veiligheidsmaatregel. Ze worden gebruikt om een ​​circuit van de live rails te ontkoppelen wanneer er werkzaamheden aan het circuit moeten worden uitgevoerd en om ervoor te zorgen dat de stroom niet kan worden aanbevolen door onopzettelijk gebruik van het hoofdschakelapparaat.

Isolatoren zijn normaal niet ontworpen om een ​​belastingscircuit te maken of te verbreken, en het kan zeer gevaarlijk zijn om sommige soorten isolatoren te openen terwijl de laadstroom door de contacten stroomt.

Sommige isolatoren kunnen echter worden gebruikt om het circuit te breken in een noodgeval wanneer de hoofdschakelaar niet opent. Deze staan ​​bekend als lastscheidende isolatoren, die functies van isolatoren en enkele functies van stroomonderbrekers combineren.

Veel isolatorschakelaars zijn ontworpen om te worden gebruikt als een middel om de geïsoleerde geleiders af te voeren; dergelijke isolatoren zijn voorzien van een positie om de geleiders rechtstreeks op de aarde aan te sluiten, die aardingsisolatoren worden genoemd. Andere soorten schakelaars worden gebruikt in stroomcircuits voor speciale doeleinden, bijv. Faseomkeerschakelaars voor het wijzigen van de draairichting van een wisselstroommotor.

Omkeerschakelaars, zoals isolatieschakelaars, zijn normaal niet bedoeld om te worden bediend terwijl de stroom vloeit, omdat het vanwege hun langzame en over het algemeen handmatige bediening een gevaarlijke oefening wordt. Daarom wordt geadviseerd de isolator te vergrendelen met een stroomonderbreker en een aardingsisolator.

Dat wil zeggen, bij het openen moet de stroomonderbreker "eerst openen, dan de isolator, en pas daarna moet de aardingsisolator worden gesloten. Bij het sluiten van het circuit gaat de aardingsisolator open, de isolator sluit en tenslotte sluit de stroomonderbreker.

Contacten:

Materiaal dat wordt gebruikt voor contacten:

De materialen die het meest worden gebruikt voor contacten in een stroomcircuit is koper, aangezien koper een zeer goede geleider van elektriciteit is en het oppervlak ervan tot een fijne glans kan worden gepolijst.

Over het algemeen is de soortelijke weerstand van gegloeid hoog geleidingsvermogen koper 0. 17241 ohm / sq. mm. per meter bij 20 ° C en materiaal met deze soortelijke weerstand wordt beschreven als een geleidbaarheid van 100 procent te hebben volgens de internationale gegloeide koperstandaard, kortweg IACS

In feite heeft alleen zilver met 106 procent IACS een grotere geleidbaarheid, maar de hoge prijs en andere factoren beperken het algemene gebruik ervan. Aan de andere kant, een goedkoper materiaal, aluminium kan niet worden gebruikt als contactmateriaal, aangezien de geleidbaarheid ervan slechts 62 procent is van de GBCS

Koper is echter een zacht metaal en koperen contactoppervlakken worden gewoonlijk beschadigd tijdens gebruik, in het bijzonder wanneer er frequent een AAN / UIT-werking is. Daarom worden koperen contactoppervlakken gevormd van hardere metalen zoals gesinterd zilver of wolfraam dat bestand is tegen beschadiging en slijtage.

Wanneer een speciaal metaal wordt gebruikt voor een werkelijk contactoppervlak, is het de gebruikelijke praktijk om het hoofdlichaam van het contact van koper te maken en het oppervlaktemateriaal daaraan te hechten.

Verschillende typen contactpersonen, elk met een andere sluitende actie, zijn in gebruik. Steekcontacten worden gebruikt voor alle midden- en laagspanningsschakelaars en stroomonderbrekers, en voor sommige hoogspanningsschakelaars. Glijdende contacten zullen te vinden zijn op de belangrijkste hoogspanningsdistributieschakelaars. Fig. 13.1. toont verschillende soorten contacten die over het algemeen in gebruik zijn.

Gebruik van contacten:

De essentiële onderdelen van een schakelaar zijn de contacten. Voor elke elektrische lijn die moet worden gemaakt of verbroken door de schakelaar, moeten er ten minste twee contacten zijn, dwz een vast contact en een bewegend contact. Het vaste contact wordt meestal op isolerend materiaal gemonteerd en via een massieve geleider verbonden met een uitgaande of een binnenkomende terminal.

Het bewegende contact wordt gedragen door een schakelmechanisme, dat het in contact kan brengen met het vaste contact om het circuit te maken, of het weg bewegen van het vaste contact om het circuit te verbreken. Het bewegende contact is verbonden met zijn terminal, hetzij door een deel van het schakelmechanisme, hetzij door een flexibele connector zoals een kopervlechtwerk.

Sommige soorten schakelapparatuur, met name die voor gebruik in hoogspanningscircuits, kunnen twee paar contacten in serie in elke lijn hebben.

De twee vaste contacten zijn elk verbonden met een aansluiting terwijl de twee bewegende contacten met elkaar zijn verbonden. Wanneer de schakelaar echter is gesloten, overbruggen de bewegende contacten de vaste contacten en voltooien zo het huidige pad. Deze opstelling overwint de moeilijkheid van het verschaffen van een flexibele geleider voor een zware stroom, en verbreekt ook het circuit op twee plaatsen tegelijkertijd, waardoor wordt geholpen boogvorming te verminderen.

Sommige schakelaars die worden gebruikt voor circuits met een lagere spanning, hebben ook een enkel bewegend contact dat twee vaste contacten overbrugt. Schakelaars die zijn ontworpen voor het dragen van een zware stroom hebben in het algemeen twee of meer stellen contacten parallel in elke lijn, en aldus wordt het totale contactgebied in elke lijn vergroot.

Een schakelaar die het circuit isoleert dat het bestuurt, heeft een actieve en een dode zijde. De dode kant is de geïsoleerde zijde van de voorraad, dat wil zeggen de uitgaande terminal; en de livezijde is die waarop de voeding is aangesloten, dat wil zeggen de binnenkomende terminals. De livezijde van een schakelaar kan echter alleen worden uitgeschakeld door een schakelaar verder terug in het distributiesysteem te openen.

Zo kan de spanningzijde, dwz de rails van een gate-end-schakelaar, alleen worden geïsoleerd en dood worden gemaakt door de juiste sectieschakelaar te openen. De livezijde van een schakelaar mag nooit worden blootgesteld, tenzij de isolatieschakelaar bekend staat als open en correcte stappen zijn ondernomen om te voorkomen dat de schakelaar per ongeluk kan worden gesloten. Dit kan gedaan worden door de hele schakelaar op UIT te zetten.

De kwestie van "levende kant" en "dode kant" ontstaat alleen als de schakelaar open is.

Houd er rekening mee dat wanneer de schakelaar gesloten is, het stroompad door de schakelaarcontacten zo laag mogelijk moet zijn. Als de contactweerstand hoog is, kan het apparaat niet zijn volledige stroomvereisten uit de voeding halen, zodat het mogelijk niet efficiënt werkt. Een hoge contactweerstand oververhit ook de contacten zelf.

In een uiterst ernstig geval kan langdurige oververhitting ertoe leiden dat de contacten samensmelten waardoor de schakelaar het circuit kan breken als dit vereist is. Een schakelaar moet in staat zijn om, althans voor een korte tijd, een veel zwaardere stroom te nemen dan normaal wordt verwacht, zonder ernstige oververhitting.

Een zware stroomstoot zou door de contacten kunnen vloeien vanwege een kortsluiting of een aardingsfout. Contactweerstand wordt bepaald door het contactgebied, de kwaliteit van de contactvlakken, de contactdruk en de netheid van de contacten. Daarom zou een ingenieur in de mijne regelmatig aandacht moeten schenken aan deze vier belangrijke factoren die verantwoordelijk zijn voor de toename en afname van de contactweerstand.

Laten we deze vier factoren kort samenvatten:

(a) Contactgebied:

In elk contact is het gebied van een contact dat deel van elk paringoppervlak dat feitelijk het andere aanraakt. Fig. 13.3 illustreert de casus. Net als een geleider, om een ​​bepaalde nominale stroom efficiënt te kunnen dragen, moet deze een minimale dwarsdoorsnede hebben, dus een paar contacten moet een minimaal contactoppervlak behouden om de vereiste stroom te kunnen dragen.

Het contactgebied wordt voornamelijk bepaald door de grootte en vorm van de contacten. Het contactgebied kan echter worden verminderd door beschadiging van de contactoppervlakken, zoals putjes. Daarom moeten contacten zonder pit altijd worden vermeden, omdat de kwaliteit van de contactoppervlakken van vitaal belang is voor de contactweerstand.

Geen oppervlakken zijn echter absoluut glad als ze onder een microscoop worden bekeken. Als je het onder een microscoop bekijkt, kan zelfs een zeer gepolijst metaaloppervlak ongelijk zijn, met hoge vlekken. Het daadwerkelijke contactoppervlak tussen de oppervlakken is daarom kleiner dan bij normaal visueel onderzoek.

Als de oppervlakken relatief ruw zijn, is het werkelijke contactoppervlak veel minder dan het lijkt te zijn en zijn de contacten daarom minder efficiënt. Fig 13.2 illustreert beschadigde contacten.

Als de contacten echter al enige tijd in gebruik zijn, zijn beide oppervlakken versleten. De versleten contacten zullen nog steeds ongelijk zijn, maar omdat de contacten elkaar voortdurend raken op dezelfde plaatsen, is er een tendens dat de pasvlakken samen slijten, zodat hun feitelijke contactoppervlak toeneemt.

Hoge plekken op één contactoppervlak hebben bijvoorbeeld de neiging om holtes in het andere oppervlak te evenaren. Maar tenzij dit op uniforme wijze gebeurt, neemt het contactgebied in de praktijk niet toe. Hoewel het theoretisch, maar praktisch gezien, theoretisch kan worden verklaard, is gebleken dat contacten die eenmaal zijn geërodeerd geleidelijk meer beschadigd raken.

Daarom, als de contacten in een normale toestand werken, neemt de efficiëntie van de contacten snel toe na gebruik, maar na verschillende foutenvrijheid door de contacten, worden ze ongelijk geërodeerd waardoor er gaten ontstaan ​​in plaats van een groter gebied.

Daarom, zoals eerder uitgelegd, wanneer vonken optreden of overmatige hitte wordt gegenereerd, mogen de contacten niet in gebruik worden gehouden, anders zullen deze oververhit raken en de andere onderdelen en ook de isolatie in het systeem beschadigen.

(b) contactdruk:

Contactdruk is het meest belangrijk voor een efficiënte werking van de contacten in elke schakelaar. Hoe glad de contactvlakken ook zijn, als ze elkaar licht raken, raken alleen de hoge punten van de contactoppervlakken elkaar, zodat het werkelijke contactoppervlak vrij klein is en dus overmatige hitte veroorzaakt.

In de praktijk echter worden contacten onder druk samengehouden, zodat de hoge punten van elk oppervlak de neiging hebben om in elkaar te grijpen met de holten van het andere oppervlak. Het feitelijke contactoppervlak, onder druk, is sterk toegenomen. De contactdruk wordt meestal gehandhaafd door veren, zoals de spiraalveer, de bladveer, de opgerolde veer, wat ook nuttig is in een bepaalde behoefte.

De vereiste aandrukkracht is afhankelijk van het ontwerp van de schakelaar en de vereiste druk. Bij kleinere schakelaars en contactors zijn de contacten zelf echter gemaakt van verend materiaal, of zijn ze gemaakt van een zodanige vorm dat veerkracht kan worden bereikt om de vereiste contactdruk te geven.

Maar in het geval van schakelaars van isolatoren, of schakelaars met een hogere classificatie, bijvoorbeeld boven 50A, moet een afzonderlijke veeropstelling worden gegeven. Hieronder wordt een lijst gegeven voor de geschatte contactdruk in Kg / M ² van verschillende nominale stroomwaarden bij middenspanning.

(c) Reinheid van contacten:

Contactoppervlakken zijn het meest efficiënt wanneer ze helder en schoon zijn. Een film op de contactoppervlakken die bijvoorbeeld door oxidatie kan worden veroorzaakt, heeft de neiging de contactweerstand te vergroten door een dunne isolatielaag tussen de bijpassende oppervlakken in te brengen.

Andere vormen van vuil, zoals stof of gruis, kunnen, naast hun eigen isolerende werking, de contactweerstand verder beïnvloeden door te voorkomen dat de contactoppervlakken goed in elkaar liggen. Dit wordt uitgelegd in Fig. 13.4.

De meeste contacten zijn echter ontworpen om zelfreinigend te zijn. De mescontacten van isolatoren en wigcontacten zoals weergegeven in Fig. 13.2. van hoogspanningsschakelaars, hebben een voor de hand liggende glijdende actie die hen helpt om ze vrij van film en vuil te houden.

Daarom zijn de meeste contactopstellingen ontworpen om te sluiten met een veeg- en rolactie als de contactdruk wordt afgedwongen. De veeg- of rolactie is voldoende om het contactgebied schoon te houden in normale bedrijfstoestand, als het schoonvegen en rollen goed is ontworpen.

Arc Control:

Op een moment dat een stroomcircuit een zware stroom voert, dat wil zeggen wanneer een transportmotorcircuit wordt verbroken, heeft de hoge inductantie van het circuit de neiging om de stroomstroom te bestendigen. Terwijl de contacten scheiden, wordt een boog getrokken. Terwijl de boog aanhoudt, stroomt er stroom in het circuit.

Het is mogelijk dat een apparaat blijft werken vanuit de stroom die wordt toegevoerd via een boog, en, als de boog die wordt getrokken wanneer de afzonderlijke contacten niet snel zijn gedoofd, de besturing van het circuit zou verloren gaan. Boogregeling is ook belangrijk omdat vonkontlading tussen contacten snel de contactvlakken wegbrandt.

De contactvlakken raken kuiltjesig en de contactweerstand neemt toe. Daarom worden de contacten nutteloos en moeten ze worden vervangen. Maar als de boog wordt geregeld, kunnen de contacten worden bewaard voor voortijdige schade.

Omdat het over het algemeen niet mogelijk is om te voorkomen dat een boog wordt getrokken op het moment dat de contacten deel uitmaken, is een belangrijke factor bij het ontwerp van schakelapparatuur de efficiëntie waarmee de boog wordt afgeleid van de hoofdcontacten en onderdrukt. Soms is het raadzaam om boogcontacten of vonkuiteinden te gebruiken om de intensiteit van de boog van de hoofdcontacten om te leiden.

Vonkcontacten worden hoofdzakelijk gebruikt met kontaktcontacten. Ze bestaan ​​uit kleine hulpcontacten die zijn bevestigd aan hoofdcontacten en zo zijn gerangschikt dat ze het circuit onderbreken nadat de hoofdcontacten zijn gescheiden. In feite, op een moment dat de hoofdcontacten breken, verschaffen de boogcontacten nog steeds een stroompad zodat er geen boog uit de hoofdcontacten wordt getrokken.

Vlak na een moment breken de boogcontacten en wordt de boog ertussen getrokken. Als zodanig worden de hoofdcontacten daarom niet beïnvloed door de boog, hoewel de boogcontacten worden beschadigd als gevolg van het effect van boogvorming. Maar de belangrijkste contacten blijven onaangetast.

De boogcontacten zijn echter zo ontworpen dat ze gemakkelijk kunnen worden vernieuwd en moeten worden vernieuwd / vervangen voordat hun contactweerstand groter wordt dan die van de boogopening, anders zouden ze een boog tussen de hoofdcontacten niet voorkomen.

Soms worden booguiteinden gebruikt in stootcontacten in plaats van de boogcontacten. In dit geval vormen booguiteinden geen enkel deel van het contactgebied. De boog wordt namelijk tussen de hoofdcontacten uitgetrokken, maar de booguiteinden vormen een brandpunt voor de boog, zodat deze onmiddellijk naar deze boog wordt overgebracht.

Onderdrukking van Arc:

1. Arc-onderdrukking in Oil Break Switchgear (OCB):

Laten we nu eens kijken hoe boogonderdrukking optreedt in oliebrekerenschakelaars (OCB). Wanneer een circuit wordt verbroken door contacten onder olie en een boog wordt uitgetrokken, breekt de door de boog gegenereerde warmte onmiddellijk af en verdampt de omringende oliegas, en wordt een groot deel van waterstof afgegeven in het pad van de boog.

Deze gassen nemen veel meer ruimte in dan de olie waaruit ze zijn gevormd, zodat ze olie van de contacten afduwen. Omdat de gassen ook veel lichter zijn dan de olie, hebben ze de neiging om te stijgen, zodat onmiddellijk nadat de olie uit de contacten is weggedrukt, er meer olie overheen wordt getrokken. De productie van gas door de vonkvorming zorgt daarom voor een aanzienlijke verstoring van de olie.

De turbulentie in de olie koelt af en verspreidt de boog. De contacten, meestal in deze OCB's, zijn ingesloten in een doos of pot met zeer beperkte uitgangen. De uitlaten zijn zo ingericht dat, wanneer gas wordt gevormd door een boog, een hoge druk wordt opgebouwd in de pot en wanneer olie door de uitlaten wordt geperst, wordt een stroom olie over de boog getrokken.

Uit figuur 13.5 zien we het gedeelte van een typisch gesloten doos opgebouwd uit vezelig isolatiemateriaal. Nu leggen we uit hoe de boogonderdrukking plaatsvindt wanneer een pin- en buscontact wordt verbroken.

Wanneer de contacten zijn gemaakt, worden de uitgangen van de pot effectief geblokkeerd door de bewegende contacten. Wanneer het contact breekt, wordt een boog getrokken waardoor een deel van de olie vergast wordt zoals weergegeven in Fig. 13.5. Omdat olie niet onmiddellijk uit de pot kan ontsnappen, wordt er een hoge druk opgebouwd in de pot waardoor gassen olie afdrijven zoals weergegeven in (afb. 13.5b).

Wanneer het bewegende contact door de pot wordt teruggetrokken tot het punt waar de eerste uitlaat wordt geopend, ontsnapt olie in een gewelddadige stroom, waarbij de boog tegen de zijkant van de pot wordt gedreven. Naarmate de tweede en derde uitlaten zichtbaar worden, wordt de boog meer verzwakt.

Figuur 13.5c toont het koelende effect van de oliestromen en het verstorende effect van de boog die de binnenranden van ventilatiegaten raakt waardoor de boog zeer snel wordt gedoofd, en dit wordt getoond in figuur 13.5.d.

Het is belangrijk om te onthouden dat een wisselstroomboog meestal gedoofd is aan het einde van een halve cyclus, op het moment dat er weinig stroom vloeit en de boog daarom zwak is. Een efficiënte enturbulator zal na ongeveer drie halve cycli een boog doven, wat betekent dat in minder dan 1 / 25e van een seconde nadat de contacten zijn verbroken, de boog zal worden gedoofd.

2. Arc-onderdrukking in luchtstroomonderbreker (ACB):

Wanneer een boog plaatsvindt binnen een magnetisch veld, heeft de boog de neiging weg te worden getrokken van de punten waartussen hij is geraakt. Een situatie die erg lijkt op die die aanleiding geeft tot het motorprincipe wordt gecreëerd, behalve dat de stroom niet in een vaste geleider stroomt. De boog wordt verzwakt en wordt gemakkelijker verbroken en gedoofd.

De boogdovingsinrichting in een ACB bestaat uit een magnetische uitblaasspiraal, in serie verbonden met de te onderbreken schakeling, en een boogvormige stortkoker, die een doosvormige omhulling is die een aantal koelvinnen bevat die haaks op de pad van de boog.

Deze vinnen kunnen ofwel zijn gemaakt van isolatiemateriaal, waarbij ze fungeren als boogsplitsers, of ze kunnen zijn gemaakt van geleidende materialen, waarbij ze een de-ionenraster vormen dat de boog doorbreekt door de stroom van het hoofdboogpad af te leiden.

Telkens wanneer het circuit wordt bekrachtigd, wordt de magnetische blow-out-spoel die in het hoofdcircuit is ook bekrachtigd. Wanneer de contacten breken en een boog wordt getrokken, stroomt er nog steeds stroom in het circuit, zodat de uitgeblazen spoel nog steeds wordt bekrachtigd.

Het veld van de blow-out-spoel trekt de boog in de booggoot waar deze wordt opgebroken en gedoofd. De onderdrukking van de boog wordt geholpen door het koeleffect van convectiestromen die in de lucht zijn opgesteld.

Als de boog dooft, stopt de stroomstoot en wordt de uitgeblazen spoel stroomloos. De hele operatie wordt schematisch uitgelegd in Fig. 13.6. Omdat de sterkte van het uitgeblazen magnetische veld afhangt van de stroom in de uitgeblazen spoel, is het uitblaaseffect veel sterker wanneer een zware stroom wordt onderbroken, dat wil zeggen in het geval van kortsluitstroom die in het circuit stroomt .

Binnen de limieten van de schakelaar is boogonderdrukking dus even effectief bij zware stromen als bij normale belastingsstromen. In sommige hoogspanningsonderbrekers zijn luchtonderbrekers (Air Blast-schakelinrichtingen) voorzien van een persluchtsysteem om boogvorming te onderdrukken. Op het moment dat de contacten uiteenvallen, leidt een straal lucht die naar hen wordt gericht af en koelt de boog.

3. SF ₆ Arc-suppressie:

Hoewel SF _6- boogonderdrukker nu in India wordt vervaardigd, wordt SF6-gas geïmporteerd. Daarom moet een beetje van hun werking bekend zijn aan een elektrotechnisch ingenieur in de mijnen. De stroomonderbreker is ingesloten in een volledig drukbestendige behuizing onderverdeeld in drie compartimenten met buisvormige stalen wanden, zodat elke fase afzonderlijk op de aarde wordt gescreend.

Elk compartiment bevat contacten van het pen- en contactdoostype met een zuiger die is ingericht om een ​​straal van SF6-gas over de boog te richten wanneer het bewegende contact uit de vaste groep wordt teruggetrokken en aldus snelle booguitdoving bevordert.

In feite heeft SF6-gas bij een druk van 45-50 psi een diëlektrische sterkte die vergelijkbaar is met die van isolerende olie en boogdovende eigenschappen die bijna 100 keer beter zijn dan lucht. In feite blijkt de diëlektrische sterkte van SF6-gas bij atmosferische druk bij benadering 2, 3 maal die van lucht te zijn. Bovendien heeft het geen enkele chemische reactie met structurele materialen. Het ontbindt ook niet tot 600 ° C.

Bij hogere temperaturen wordt het geleidelijk SF ₄ en SF ₂ maar deze combineren weer om SF ₆ te vormen. Het is een feit dat als gevolg van het effect van een boog, het gas ontleedt in SF ₄ en SF ₂ en wat metaalfluoride, dat zelf ook een goede diëlektrische sterkte heeft, en daarom zien we dat boogvorming in de kamer van SF ₆ in geen manier vermindert de diëlektrische sterkte van het gas.

In Fig. 13.7 kunnen we een schets voor een SF6-boogonderdrukkingsapparaat zien. Wanneer het bewegende contact (7) wordt teruggetrokken uit het vaste contact (8) door de werking van de lekkage van het mechanisme, wordt een boog getrokken tussen de vaste en bewegende contacten.

Terwijl het bewegende contact omhoog beweegt, wordt gas gecomprimeerd tussen het bovenste oppervlak van de bewegende zuiger (4) en de bovenkant van de vaste cilinder (2). Dit gas wordt langs het holle midden van de zuiger (4) in de ringvormige ruimte tussen het bewegende contact (7) en de isolerende buis (6) en vervolgens axiaal langs het boogpad gedwongen waar het de boog dooft.

Het stroompad loopt van de vaste cilinder (2) via de doorvoercontacten (5) naar het bewegende contact (7), van het bewegende contact naar de vaste contacten (8) en vervolgens naar de contacthouder. De vaste cilinder (2) en de vaste contacthouder zijn respectievelijk verbonden met de bovenste en onderste busstelen.

Er is echter een drukschakelaarrelais op de tank gemonteerd om de schakelaar buiten werking te stellen als overmatig drukverlies wordt gedetecteerd. Er zijn kleppen gemonteerd op de behuizing voor het laden van SF _6- gas en voor het periodiek testen van de gasdruk met een drukmeter van het type, en ook voor het afnemen van periodieke gasmonsters om de diëlektrische sterkte te controleren.

4. Arc-onderdrukking in vacuümonderbreker:

De vacuümonderbreker is een enkelpolige, afgedichte schakelaar waarin de contacten onder een hoog vacuüm zijn ingesloten. Drie van dergelijke eenheden worden samen bediend om een ​​driefasige contactor of stroomonderbreker te vormen, zoals vereist kan zijn.

Door een efficiënt en geschikt ontwerp kan de metaaldamp uit de boog snel weg diffunderen en worden afgezet op het oppervlak van de omringende structuur, wat een zeer efficiënte boogcontrole oplevert, en de eenheid in staat stellen met hoge capaciteiten te werken met een contactscheiding van slechts ongeveer 2, 5 mm (0, 100 inch)

Een vacuümonderbreker tot 33 KV wordt nu in India vervaardigd. Maar in het VK en de VS zijn de onderbrekers van het vacuümcircuit tot wel 300 KV met succes ontwikkeld en zijn ze al in gebruik. Vanwege hun uitstekende verdienste, en gebruik bij superhoogspanning evenals bescheiden onderhoud, moeten deze in India worden ontwikkeld.

Maar helaas, vanwege een gebrek aan gedegen technische knowhow en goed onderzoek en ontwikkeling door de Indiase fabrikanten, moeten deze nog worden ontwikkeld om te voldoen aan de internationale kwaliteitsstandaard.

Overbelastingsbeveiliging:

In elk elektrisch systeem is overbelasting bijna een regelmatig verschijnsel. Om zodoende de apparatuur te beschermen tegen de nadelige gevolgen van overbelasting, is een beveiligingssysteem ontworpen. Er ontstaat een overbelasting wanneer de normale bedrijfsstroom wordt overschreden voorbij de toegestane limiet. Dit kan worden veroorzaakt door verschillende redenen, zoals het afslaan van een motor, kortsluiting tussen twee van de voedingskabels, enkele fasering enz.

Het effect van een overbelasting is oververhitting van de kabels en apparatuur waardoor het stroomt. Wanneer de overbelasting ernstig is, bestaat het gevaar van zware schade als gevolg van een spoeling, waardoor zelfs brand ontstaat door het verbranden van isolatiemateriaal of andere materialen die in contact komen met de hete geleiders. Overbelasting kan ook de apparatuur zelf beschadigen als deze na verloop van tijd niet goed wordt beschermd.

Er zijn veel soorten apparaten voor overbelastingsbeveiliging. Een gebruikelijke beveiliging tegen overbelasting is de zekering. Bepaalde elektrische apparaten in de mijnen worden beschermd door zekeringen. De zekeringen die voor deze doeleinden worden gebruikt, bestaan ​​uit een smeltbaar element dat zorgvuldig in een glazen patroon wordt bewaard. Zekeringen die mogelijk circuits moeten breken met zware stromen, moeten echter een hoog uitschakelvermogen hebben.

Dergelijke lonten (HRC-zekeringen) hebben een speciaal type kwartsvulling die reageert met het smeltbare element op het moment van uitbranden en een plug vormen van isolerende verbinding die boogvorming voorkomt tussen de uiteinden van de gesprongen lont. Fig. 13.8. licht de constructie van HRC-lont toe. In hoofdstuk 21 wordt uitvoeriger gediscussieerd over de HRC-zekering.

Maar een lont voldoet niet aan de operationele behoeften in een ondergronds stroomcircuit, waar een meer gecontroleerde reactie vereist is. Het is vaak nodig om een ​​circuit snel opnieuw te maken nadat een korte overbelasting het heeft onderbroken en dit kon niet worden gedaan als er een zekering was aangebracht, omdat de schakelaarbehuizing dan zou moeten worden geopend om in een nieuwe te passen.

De overbelastingsbeveiligingssystemen voor een stroomcircuit moeten een onderscheid maken tussen een stroomstoot die kan optreden wanneer een inductiemotor wordt opgestart en een meer aanhoudende overbelasting die het gevolg is van een fout in het circuit.

De vereiste kenmerken worden verkregen door een overbelastingsrelais, met een streepje, in elke leiding van de voeding aan te sluiten, waardoor de schakelaar of stroomonderbreker uitschakelt in het geval van overbelasting zoals weergegeven in Fig. 13.9. Elk relais en dashpot bestaat uit een spoel, in serie met een van de voedingslijnen, die een plunjer bedient.

De spoelplunjer is verbonden met een zuiger die is ondergedompeld in een met olie gevulde cilinder, die de beweging ervan weerstaat. Elke relaisplunjer is gekoppeld aan een gemeenschappelijke uitschakelstang, zodat wanneer een plunger wordt ingetrokken, deze uit het circuit schuift.

Wanneer echter een stroom onder het nominale maximum door de relaisspoel vloeit, is de gecreëerde elektromagnetische kracht onvoldoende om de weerstand van de zuiger te overwinnen zodat de schakelaar gesloten blijft. In het geval van een kleine overbelasting is de elektromagnetische kracht net voldoende om de mechanische weerstand van de zuiger te overwinnen; en de zuiger beweegt langzaam tegen de olieaanslag.

Als de overbelasting slechts van korte duur is, zal de zuiger stoppen voordat de schakelaar is geopend, en de werking van het circuit zal ongestoord zijn als de lichte overbelasting wordt gehandhaafd, maar de zuiger zal uiteindelijk het einde van zijn verplaatsing bereiken en de trip uitschakelen schakelaar. Maar in het geval van een ernstige overbelasting, zal de elektromagnetische kracht groter zijn en zal de zuiger sneller bewegen na een korte tijd.

Thermische overbelastingsbeveiliging:

De andere vorm van overbelastingsbeveiliging maakt gebruik van een bimetalen element. Een bimetalen element is een strip die bestaat uit twee metalen die aan elkaar zijn gebonden. Wanneer het element wordt verwarmd, zetten de twee metalen met verschillende snelheden uit, zodat het element hecht.

De beveiligingseenheid is zo ontworpen dat het bimetalen element wordt verwarmd door de stroom die in de hoogspanningslijn stroomt, ofwel wordt het element zelf in serie verbonden met de vermogenslijn of wordt het geregeld door een verwarmingswikkeling.

Als er een overbelastingsstroom in de leiding stroomt, wordt het bimetaalelement meer dan normaal verwarmd en buigt het uit tot voorbij zijn normale positie. Deze extra beweging wordt gebruikt om een ​​uitschakelinrichting voor het hoofdcircuit te bedienen. Fig. 13.10 verklaart het principe van thermische overbelasting.

In feite heeft de thermische overbelastingsinrichting een soortgelijke tijdkarakteristiek als de dashpot-inrichting omdat, in het geval van een lichte overbelasting, ergens zal verstrijken voordat het bimetaalelement is verwarmd tot de temperatuur die nodig is om het circuit uit te schakelen. Als de overbelasting echter ernstig is, zal de temperatuurstijging in het bi-metaalelement snel zijn en zal deze snel de schakelaar uitschakelen.

Als een starter is ontworpen om een ​​zware stroom te dragen, zijn de overbelastingsrelais of bimetaalelementen mogelijk niet rechtstreeks aangesloten op de voedingslijnen. Huidige transformatoren worden aangesloten op de voedingslijnen en hun secundaire uitgangen worden gebruikt om relais met dashpots of bimetaalelementen te bedienen.

Aangezien de uitgangen van de transformaties evenredig zijn met de stromen die in de vermogenslijnen stromen, kunnen de overbelastingsinrichtingen nauwkeurig worden ingesteld om de schakelaar uit te schakelen wanneer een bepaalde stroomsterkte in de vermogenslijn vloeit.

Brekende capaciteit:

Elke starter met een overbelastingsuitschakeling moet mogelijk zijn circuit onderbreken als er een stroom optreedt die vele malen de normale stroomsterkte is. Dit feit wordt in aanmerking genomen wanneer de starter is ontworpen. De maximale stroomsterkte die een schakelaar kan onderbreken bij een aangegeven referentie-herinschakelingsspanning, zonder schade aan zichzelf, wordt aangeduid als zijn breekvermogen.

In feite wordt dit breekvermogen op twee manieren uitgedrukt:

(1) Symmetrisch en

(2) Asymmetrische breekcapaciteit.

Dat wil zeggen, de maximale symmetrische stroom en de asymmetrische stroom die de onderbreker kan onderbreken bij een aangegeven referentie-herinschakelingsspanning. De nominale breekcapaciteit wordt echter uitgedrukt in MVA als het product met een nominaal breekvermogen, dwz breekstroom in KA, en de nominale spanning in KV, en een vermenigvuldigingsfactor afhankelijk van het aantal fasen.

Wat is nu de breekstroom van een stroomonderbreker? De breekstroom in een bepaalde pool van een stroomonderbreker is de stroom op het moment van de scheiding van de verbreekcontacten.

Het wordt uitgedrukt als:

1. Symmetrische breekstroom:

Dit is de rms-waarde van wisselstroomcomponent van de stroom, in een bepaalde pool, op het moment van scheiding van de contacten.

2. Asymmetrische breukstroom:

Dit is de effectieve waarde van de totale ac- en dc-componenten van de stroom in een bepaalde pool op het moment van scheiding van contact:

Wat is de maakstroom van de stroomonderbreker? Wanneer een stroomonderbreker gesloten is of "gemaakt" is op een kortsluiting, dan is de maakstroom in KA de piekwaarde van de maximale stroomgolf, inclusief de gelijkstroomcomponent in de eerste cyclus van de stroom, nadat de breker gesloten is.

Wat maakt dan de capaciteit van een stroomonderbreker?

Dit is de stroom die de stroomonderbreker op de opgegeven nominale spanning kan leveren. Deze capaciteit wordt ook uitgedrukt in MVA.

Geschatte het Maken capaciteit = 1.8 ×

Maintenance of Switchgear:

The operations to carry out regular maintenance are given below. The maintenance schedule for each individual piece of equipment, giving the frequency of inspection and the checks which must be made on each occasion, will be laid down by the colliery electrical engineer, must be followed closely, if safety is to be ensured. However, a time schedule is given by the author for easy guidance, based on experience.

1. Isolate the Circuit:

Before any cover of any switch is removed, the conductors within the enclosure must be isolated. Most switches eg all gate-end contactors, have an isolator switch which can be used to isolate the conductors in the contactor-enclosure. The cover is always interlocked with the isolator, so that it cannot be removed or opened when the isolator switch is closed.

Some type of high tension switchgears are designed so that the whole unit can be disengaged from the busbar section. The connection between the circuit breaker units and the busbar is made by a form of plug and socket, the plug pins being on the circuit breaker unit.

When the circuit breaker has been fully disengaged a blanking shutter drops over, or is bolted over the busbar socket. Sometimes a separate earthing switch is used to discharge the circuit controlled by the circuit breaker. This cannot be closed until the circuit breakers main operating handle has been returned to the off position.

2. Examine Contacts:

After the circuit is isolated, carefully examine the contacts from time to time, to ensure that they are in good operating condition, clean and free from pitting or burning. When the contacts are dirty, they should be cleaned with clean cloth or burnishing tool. But contacts which are badly burned or pitted must be replaced without any further delay.

It is not at all advisable to attempt to remove the burns or pits by filing as it is impossible to maintain the contact shape, as such the contact bedding is lost, creating more contact resistance and causing heat. However, lightly burned or pitted contacts may be successfully treated by burnishing with a wire brush, but on no account, hard abrasives are to be used.

3. Examine Alignment of Contact Arrangement:

The alignment of each pair of contact must be checked to ensure that full contact area is being obtained and that their make and break action is satisfactory. While doing this the contact shaft alignment and movements must be checked thoroughly. Some contacts, like wedge contacts, are self-aligned, ie, slight misalignment is accommodated by the action of the contacts itself.

4. Examine Contact Pressures:

From time to time the contact pressure must be checked with a perfect spring balance. The contacts are held in the closed position with the magnet closed. The spring balance is then attached to the moving contact and the moving contact is pulled away from the fixed contact by the spring balance.

The spring balance will register the contact pressure at the moment when the moving contact just separates from the fixed contact. The correct contact pressure must be obtained from the manufactures. This will be essential to maintain the contact pressures. It must be remembered that the life of contacts greatly depends on the contact pressure.

5. Check Flexible Connection:

The flexible connections to the main contacts are inspected for signs of wear and abrasion. The points at which the connections are anchored are checked for tightness and security, and insulation.

6. Check Arc-Control Devices:

The arcing contacts or tips are examined for dirt and burns. It is usually necessary to clean and burnish them. Any small burn and blister should be removed by scraping. Arcing contacts which have been burned beyond repair must be renewed.

The connections to blow-out coils are examined for security. The coils themselves are examined for general condition. The arc chutes are also examined for general condition. Any shoot, or copper deposit, is removed, and any burned cooling fins are replaced by new ones.

7. Check Busbar Chamber:

The busbur connections are examined for security, and the busbars for signs of flush-over. The insulators are carefully examined to ensure that they are securely fastened. Any loose or broken or discoloured insulator bases must be renewed without further delay, otherwise this might be a cause of serious flush-over.

8. Check Isolator & Mechanical Interlock:

When an isolator switch is fitted its contacts are examined for cleanliness and freedom from pitting burns, etc. If there is a mechanical interlock between the isolator and the main contactor mechanism it is examined thoroughly to ensure that it is functioning correctly. Any doubt should be removed by attending to the mechanism.

9. Check Insulator and General Condition:

The ON-OFF, and tripping, and O/L mechanism, are examined generally for condition and freedom of movement. In particular, all cutters, pins, screws levers, brushes, springs are examined to ensure that they are secured, and properly set. All internal connections and wirings are examined for right conditions. The interior of all compartments must be clean and dry.

An insulation resistance test is carried out with an insulation resistance tester of suitable voltage like 500 volt or 1000 volt Megger or Metro between all live parts and earth, and between each phase line. All insulation materials within switch enclosure must be examined for signs of cracking or deterioration, and for sign of flush-over.

10. Special Check for Oil-Filled Gears:

In addition to the tests and inspections mentioned above, the oil in oil-filled switchgear must be examined at regular intervals, say, every three months for normal rate of clearing faults. However, it is advisable to check oil after every severe fault cleared by the breaker.

The level of the oil is noted and fresh oil is added if necessary to maintain the correct oil level. If the oil level has fallen appreciably, the container should be examined for leaks.

Any marked change in the colour or smell of the oil should be carefully noted. Such a change may indicate that the oil has become acidic, and the condition of the oil should be further tested for dielectric strength.

And if the test shows acidic oil, the whole oil should be replaced by new oil after cleaning the container thoroughly before filling with fresh oil. In fact, if the acidic oil is allowed to stay on the contacts and the other parts, these will get corroded.

It must be made sure that no sludge is present in the oil container. Sludge can be seen as a sticky deposit on the contacts, on the sides and on the bottom of the container. Its presence tends to increase contact resistance and causes overheating. If sludge is found, the oil must be drained out and the container and the contacts must be cleaned thoroughly before new oil is added.

It is therefore most desirable that for a trouble free long service, every three months, three samples of oil may be sent to a laboratory for testing of dielectric strength and acidity. Below, important limiting values of transformer oil used in the oil circuit breaker are given for guidance of the electrical maintenance staff.

Samples taken from top and bottom of the tanks must meet the following requirements:

(1) Monsters moeten een minuut lang minimaal 40 KV zijn.

(2) Bij de zuurgraadtest moeten de monsters waarden hebben van minder dan 0, 5 mg KOH / gm.

(3) Slib moet minder dan 1, 5% zijn.

(4) Viscositeit bij 70 ° F moet ongeveer 3 / cs zijn.

(5) Onderzoek naar de verkleuring van koper moet negatief zijn.

In de mijnen of op elke locatie wordt de eerste test in het algemeen uitgevoerd met behulp van een draagbare testset met een vonkopening van 2, 5 mm / 4 mm, tussen de elektroden.