2tom042

3. APARATY ELEKTRYCZNE 86

Siły i momenty wywołane działaniem prądów zwarciowych występują pomiędzy przewodami lub torami prądowymi, między obwodami prądowymi i materiałami ferromagnetycznymi, na powierzchniach granicznych o różnej przenikalności magnetycznej, przy zmianie przekroju przewodnika, w zwoju, w cewce ,i pomiędzy cewkami, w zestykach w stanie zamkniętym i w czasie zamykania. Ma to miejsce w układach jedno-i trójfazowych prądu przemiennego, w których również może wystąpić rezonans mechaniczny.

Łuk łączeniowy i związane z nim procesy, warunki i sposoby jego gaszenia oraz powstające przy tym przepięcia, a także problemy dotyczące materiałów styków, komór i mediów gaszących są zagadnieniami podstawowymi w łącznikach i najtrudniejszymi do rozwiązania przy ich budowie [3.8], Pomimo dziesiątków lat badań teoretycznych i eksperymentalnych i ogromnej na ten temat literatury przy konstruowaniu układów gaszeniowych, szczególnie wyłączników wysokonapięciowych, tylko w niewielkim stopniu można posługiwać się metodami obliczeniowymi, chociaż rozwój techniki cyfrowej zadania te ułatwił.

W aparaturze manewrowej (rozłączniki, styczniki) podstawowymi zagadnieniami są problemy trwałości łączeniowej, tj. minimalizowania zużycia materiałów zestyków i części (komór) stykających się z lukiem.

W aparatach są stosowane obwody magnetyczne zarówno zamknięte, w których strumień rozproszenia jest mały i przy obliczeniach może być pomijany, jak i otwarte, w których strumień rozproszenia jest duży i powinin być uwzględniany. Oba tc rodzaje magnetowodów występują w przekładnikach, w dławikach z rdzeniem, w łącznikach (jako elektromagnesy napędowe, wydmuchowe), w wyzwalaczach itd. W wyłącznikach ograniczających prądu stałego, w niektórych wyzwalaczach są stosowane szybkie elektromagnesy spolaryzowane z dwoma strumieniami. Są również wykorzystywane elektryczne układy przyspieszania lub spowalniania działania elektromagnesów. W niektórych aparatach stosuje się także magnesy trwałe. Od wyboru materiałów, rodzaju obwodów magnetycznych i elektromagnesów zależy nie tylko zużycie materiałów, ale przede wszystkim dokładność przekładników, charakterystyki napędów, szybkość działania wyzwalaczy i napędów oraz inne cechy aparatów.

Jak podają statystyki, przyczyną 60-=-70% niesprawności aparatów i często wynikających z tego dużych awarii są usterki mechaniczne. Dotyczy to przede wszystkim wyłączników, których mechanizmy są najbardziej rozbudowane. Dlatego też zagadnienia mechaniki stanowią ważny element projektowania aparatów.

Podstawowe zadania mechanizmu są następujące:

—    zapewnienie wymaganych parametrów kinematycznych elementu wykonawczego (zamknięcia i otwarcia, skok, przechył, docisk styków) w warunkach normalnych i przy działaniu elektrodynamicznym prądu zwarcia;

—    nadanie prędkości elementom wykonawczym w celu spełnienia funkcji aparatu (np. zgaszenie tuku);

—    utrzymanie czasów własnych i ich rozrzutów w wymaganych granicach;

—    pochłanianie energii kinetycznej mas ruchomych celem uniknięcia udarów i wibracji. Konieczność porównywalnego odtworzenia warunków rzeczywistych w laboratoriach, zadania ochrony (ludzi, układów), niedoskonałe metody obliczeniowe (szczególnie przy niektórych grupach łączników) powodują, że wymagania i metody badań aparatów są szczegółowo znormalizowane. W stosowaniu są przepisy międzynarodowe IEC, a także normy europejskie EN oraz normy polskie PN odpowiadające międzynarodowym. W normalizacji krajowej przyjęto bowiem zasadę, obecnie realizowaną, całkowitej identyczności norm PN z normami EN lub IF.C. Wiąże się to m.in. z wprowadzeniem terminologii stosowanej w IEC, często różniącej się od dotychczas używanej.

Złożone sprawy podziału i terminologii, szczególnie w zakresie łączników, regulują międzynarodowe słowniki elektrotechniczne (IEV) oraz normy przedmiotowe.

Z szeregu prób, którym w badaniach typu jest poddawany aparat, najistotniejsze są badania napięciowe oraz obciążalności zwarciowej i zwarciowej zdolności łączeniowej (bezpieczników, wyłączników). Niezbędne są do tych badań kosztowne laboratoria wysokonapięciowe i zwarciowe, tzn. laboratoria wielkich mocy.

W kraju pracuje kilka laboratoriów zwarciowych do badań aparatów nn i dwa laboratoria wielkich mocy (sieciowe i generatorowe) do badań aparatury WN. Umożliwiają one sprawdzenie aparatów elektrycznych w warunkach określonych normami, odtwarzających różne stany robocze i zakłóceniowe. Ponieważ moce zwarciowe w układach energetycznych zwiększają się bardzo szybko, to niemożliwe lub zbyt kosztowne byłoby odtworzenie takich warunków w laboratoriach. Dlatego też są stosowane do badań (przede wszystkim wyłączników WN) układy dwużródłowe, tzw. syntetyczne (np. generator zwarciowy jako źródło prądu i bateria kondensatorów jako źródło napięcia powrotnego). Próby w takich układach również są ściśle regulowane normami, muszą one bowiem być równorzędne próbom w układach bezpośrednich. Powinny one również umożliwiać odtworzenie różnorodnych warunków, np. zwarcie na zaciskach, zwarcie odległe, linia długa itp., a także odtworzenie sposobów wyłączania przez różne rodzaje wyłączników (małoolejowe, pneumatyczne, z SF₆).

3.2. Łączniki elektroenergetyczne zestykowe

3.2.1. Klasyfikacja

Łącznikiem jest nazywany aparat zdolny do przewodzenia określonych prądów oraz do wykonywania określonych czynności łączeniowych w obwodach elektroenergetycznych.

Z uwagi na rodzaj prądu w torze głównym łączniki dzieli się na łączniki prądu stałego, przemiennego oraz stałego i przemiennego (uniwersalne).

Ze względu na wartość napięcia rozróżnia się następujące łączniki:

—    niskonapięciowe, przeznaczone do pracy w układach elektroenergetycznych prądu przemiennego o napięciu nic wyższym niż 1000 V oraz w układach elektroenergetycznych prądu stałego o napięciu nie wyższym niż 1500 V [3.39];

—    wysokonapięciowe, przeznaczone do pracy w układach elektroenergetycznych o napięciach wyższych niż podane.

Ze względu na funkcję spełnianą w układzie elektroenergetycznym rozróżnia się łączniki:

—    izolacyjne;

—    manewrowe;

—    zabezpieczeniowe;

—    o zadaniach złożonych.

Łączniki izolacyjne są przeznaczone do stworzenia w stanie otwarcia bezpiecznych przerw izolacyjnych pomiędzy rozłączonymi częściami poszczególnych biegunów, tzn. przerw, których wytrzymałość elektryczna oraz inne właściwości mające na celu zapewnienie bezpieczeństwa ludzi i urządzeń są szczegółowo określone odpowiednimi przepisami.

Łączniki manewrowe są przeznaczone do łączenia (załączania i wyłączania) prądów roboczych (obciążeniowych) oraz prądów przeciążeniowych przy określonej liczbie ¹ częstości łączeń.