PRINCIPI RADA POJEDINIH TIPOVA PREKIDAČA

Klasifikacija prekidača prema naponskom nivou: - niskonaponski prekidači (do 1 kV) - visokonaponski prekidači (preko 1 kV) Klasifikacija visokonaponskih prekidača: - za unutrašnju montažu - za spoljašnju montažu (sa uzemljenim i sa izolovanim kućištem) Klasifikacija prekidača prema broju pogonskih mehanizama: - sa jednopolnim komandovanjem - sa tropolnim komandovanjem Klasifikacija prekidača prema medijumu za gašenje luka: - vakuumski - pneumatski - SF6 - uljni i malouljni

Slika 1: Vakuumska komora VAKUUMSKI PREKIDAČI Počeli su sa širokom primenom u zadnje 3 dekade prošlog veka Konstrukcija komore vakuumskog prekidača Slika 1: Vakuumska komora

Razdvajanje kontakata: električni luk se obrazuje u metalnim parama Prilikom smanjenja struje: kondenzovanje metalnih para Oblikovanjem kontakata može se postići: - radijalno magnetsko polje koje rotira luk - aksijalno magnetsko polje koje luk održava difuznu formu luka Elektrode kontaktnog sistema su od specijalnih legura tako da se gašenje luka dešava pri prolasku struje kroz nulu (legura Cr-Cu) Slika 2: Kontakti kojima se ostvaruje radijalno i aksijalno magnetsko polje

Slika 3: Levak pražnjenja iznad katodne mrlje U materijalu koji se emituje sa katodne mrlje preovlađuju slobodni elektroni, zatim neutralne čestice i pozitivni joni Difuzni luk: odbojne sile (zbog efekta širenja kanala) preovlađuju nad elektromagnetskim silama (zbog proticanja struje), P0>Pm Slika 3: Levak pražnjenja iznad katodne mrlje

Elektromagnetska sila koja deluje na električni luk usled postojanja magnetske indukcije: Intenzitet struje kroz električni luk: Magnetska indukcija na površini luka: Intenzitet elektromagnetske sile: Magnetski pritisak koji teži da skupi luk:

Koncentrisani luk: magnetne sile preovlađuje nad odbojnim silama, Pm>P0 Slika 4: Razvoj koncentrisanog luka: a) difuzni luk b) kontrakcija luka na anodi c) koncentrisani luk Mali hod kontakata (velika Udiel vakuuma) Proboj međukontaktnog prostora (autoelektronska i termoelektronska emisija)

PNEUMATSKI PREKIDAČI Gašenje luka prostim razmicanjem kontakata Gašenje luka magnetskim oduvavanjem luka u vazduhu: - prekidači sa dejon rešetkama i povećanjem broja prekidnih mesta (do 1kV) - prekidači sa komorama sa uskim izolacionim procepima i produžavanjem luka (do 24 kV) Slika 5: Dejon rešetka i komora sa suženjem procepa i produžavanjem luka

Gašenje luka komprimovanim vazduhom - komprimovani vazduh se mlaznicom usmerava preko luka - svežim vazduhom se obezbeđuje hlađenje luka i odgovarajuća dielektrična izdržljivost - autopneumatski prekidači: pogonski mehanizam sabija vazduh u kompresionom cilindru prilikom isklopa - tipovi komora: sa jednostranim i dvostranim oduvavanjem Slika 6: Tipovi komora za pneumatske prekidače: sa jednostranim i dvostranim oduvavanjem

Slika 7: Zavisnost probojnog napona od razmaka za različite medijume SF6 PREKIDAČI Dielektrične karakteristike SF6 gasa: - simetrični molekuli velikih dimenzija - molekuli SF6 gasa se odlikuju elektronegativnošću Zavisnost probojnog napona od razmaka za različite medijume Slika 7: Zavisnost probojnog napona od razmaka za različite medijume

Temperatura u jezgru luka kod SF6 gasa Slika 8: Raspodela temperature po poprečnom preseku cilindra u kome gori luk Slika 9: Temperaturni breg u jezgru cilindrične zone luka a) gasa SF6 b) azota

Slika 10: Toplotna provodnost plazne vodonika, azota i SF6 gasa Razlika u temperaturi u jezgru luka između SF6 i drugih gasova: - intenzivnija disocijacija molekula pri nižim T što gas čini hladnijim - veća toplotna provodnost pri nižim T Slika 10: Toplotna provodnost plazne vodonika, azota i SF6 gasa

Prema načinu prekidanja električnog luka: - prekidači sa SF6 gasom sa dva pritiska - SF6 prekidači na potisnom principu - autoekspanzioni SF6 prekidači - SF6 prekidači sa rotirajućim lukom

SF6 prekidači na potisnom (puffer) principu Mehanizam za pokretanje kontakata daje energiju za oduvavanje luka (pneumatski i hidraulički pogon); oduvanje luka nezavisno od intenziteta struje koja se prekida Osnovni delovi 1 – glavni pokretni kontakti za vođenje struje 2 – deo pokretnog kontakta sa klipom 3 – ventil za zatvaranje otvora pri sabijanju gasa 4 – mlaznica za usmeravanje gasa 5 – otvori za ispuštanje jonizovanih gasova 6 – nepokretni kontakt za vođenje struje 7 – pokretni lučni kontakti Slika 11: SF6 prekidač na potisnom principu

Procesi isključenja i uključenja SF6 prekidača na potisnom principu Slika 12: Isključenje SF6 prekidača na potisnom principu Slika 13: Uključenje SF6 prekidača na potisnom principu

Slika 13: Princip rada SF6 prekidača na potisnom principu Slika 13: Pritisak u kompresionom prostoru SF6 prekidača: (a) bez električnog luka, (b) sa električnim lukom

Autoekspanzioni (autopuffer) prekidači Energija za gašenje luka se dobija ekspanzijom gasa SF6 usled visoke temperature luka Slika 14: Osnovni princip samooduvavanja električnog luka: a) Uključen položaj b) luk u zatvorenom prostoru c) oduvavanje luka

Energija koja se oslobađa u električnom luku: Deo energije koji se troši na zagrevanje gasa: cm = 670 J/kgK za gas SF6 na 273 K Mg – masa gasa ΔT – porast temperature gasa Smatrajući gas idealnim: p0 – normalni atmosferski pritisak od 1.013 bara T0 – temperatura ambijenta od 200C Δp – porast pritiska u komori Slabosti SF6 prekidača - mala razmena toplote između luka i gasa (15 %) - izolaciona mlaznica deformiše električno polje - erozija kontakata zbog statičke pozicije luka zavisna karakteristika gašenja luka ne zahtevaju veliku snagu mehanizma za pokretanje kontakata

SF6 prekidači sa rotacijom luka Brzim kretanjem električnog luka u gasu SF6 vrši se dejonizacija luka Slika 13: SF6 prekidači sa rotacijom luka Gašenje rezidualnog luka Energija za gašenje luka se dobija od same struje Pogodan za isključenje malih induktivnih struja

Malouljni prekidači Još uvek u širokoj upotrebi na srednjem i visokom naponu Ulje se koristi samo za gašenje luka, a izolacija prema masi i među fazama ostvaruje se putem nekog drugog izolacionog materijala (potrebno je manje ulja) Princip rada se zasniva na širenju gasnog mehura (ekspanzioni princip) koji sadrži H2 , C2H2, CH4 i C2H4 Vodonik ima dobru toplotnu provodnost i malu viskoznost Najveći nedostatak uljnih prekidača je što zahtevaju velike količine ulja Komore za gašenje luka rade se vatrostalnog materijala Komora ima zidove sa preprekama za usmeravanje gasova ili pravljenje džepova

Slika 14: Malouljni prekidač za spoljašnju montažu 1 – gornji priključak 2 – gornji izolator 3 – donji priključak 4 – donji izolator 5 – postolje sa pogonskim mehanizmom 6 – gornji nepomični kontakt 7 – lučna komora 8 – pokretni kontakt 9 – donji nepokretni kontakt 10 – karter 11 – pogonska osovina Slika 14: Malouljni prekidač za spoljašnju montažu

Slika 15: Komora sa podužnim, poprečnim i kombinovanim oduvanjem luka Kombinovane komore: nekoliko donjih i gornjih pregrada bez otvora Ovaj tip malouljnih prekidača: sa zavisnom karakteristikom

Količina gasova koja se oslobađa pri gorenju luka: V0 – zapremina gasa pri T0=293K i p0=1.013 bara Wa – energija luka utrošena na isparavanje medijuma za gašenje luka Sredstvo za gašenje C0 (m3/kJ) ulje hidrin voda 6·10-5 2.5·10-5 5·10-6÷1·10-5 Stvarna zapremina gasa pri p i T: Jednačina stanja gasa: m – masa gasa Rs – specifična gasna konstanta μ – molekularna težina gasa →

Malouljni prekidači sa nezavisnom karakteristikom 1 – pokretni kontakt 2 – poluga za sabijanje klipa 3 – granica gasnog mehura 4 – sveže ulje 5 – električni luk 6 – nepokretni kontakt 7 – opruga za pomeranje klipa 8 – klip za ubrizgavanje ulja 9 – štap koji se oslobađa kontaktom Slika 15: Malouljni prekidač sa poprečnim i podužnim prinudnim ubrizgavanjem ulja - pogodni za prekidanje malih kapacitivnih struja ali ne i malih induktivnih struja - kombinacije prekidača koji rade na autoekspanzionom principu sa dodatnih ubrizgavanjem svežeg ulja

MODULARNA KONSTRUKCIJA PREKIDAČA Prekidači koji imaju više od jednog prekidnog mesta po polu 1 – prekidni element sa komorom za gašenje luka 2 – glava komore sa strujnim priključkom 3 – potporni izolator 4 – obrtni izolator za prenos obrtnog kretanja 5 – pogonski mehanizam Slika 17: Konstrukcija jednog elementa prekidača sa dva prekidna mesta po polu

Izrada prekidača za različite naponske nivoe od identičnih modula 1 – prekidni element sa komorom za gašenje luka 2 – glava komore sa strujnim priključkom 3 – potporni izolator 4 – obrtni izolator za prenos obrtnog kretanja 5 – pogonski mehanizam Slika 18: Modularna konstrukcija prekidača sa dva elementa sa ukupno četiri prekidna mesta po polu

Primena pogonskih mehanizama za prekidače sa više elemenata Slika 19: Pokretanje kontakata kod trofaznog srednjenaponskog prekidača

Slika 20: Trofazni prekidač sa posebnim pogonima za svaki pol 1 – prekidni element sa komorom za gašenje luka 2 – glava komore sa strujnim priključkom 3 – potporni izolator 4 – kondenzator za upravljanje raspodelom napona po prekidnim mestima 5 – pogonski mehanizam