Olejový vypínač: druhy, značení + specifika použití

Mezi spínacím zařízením zaujímá čestné místo jako veterán olejový vypínač, používaný jak v uzavřených, tak otevřených rozvaděčích libovolného napětí.

Jeho hlavní funkcí je zapínání a vypínání jednotlivých vedení normálně pracující elektrické soustavy nebo v nestandardních situacích. Vypínání probíhá v závislosti na okolnostech automaticky nebo ručně.

V tomto článku si prohlédneme existující typy těchto zařízení, jejich klasifikaci a značení. Rovněž se zaměříme na klady a zápory takových vypínačů, zvláštnosti a pravidla jejich používání. Pro lepší pochopení materiálu jsme připravili schémata, tabulky, názorné fotografie a tematické video přehledy.

Klady a zápory olejových vypínačů

Tato zařízení mají poměrně jednoduchou konstrukci. Disponují dobrou vypínací schopností, nejsou závislá na povětrnostních podmínkách. Při vzniku poruch lze provádět opravy. Vanové MV jsou vhodné pro venkovní instalaci. Existují podmínky pro montáž vestavných proudových transformátorů.

Důležitou roli v činnosti MV hraje rychlost rozchodu kontaktů. Může nastat situace, kdy se kontakty rozcházejí obrovskou rychlostí a oblouk okamžitě dosáhne délky, která je pro něj kritická. Přitom velikost zotavovacího napětí nemusí stačit k proražení mezikontaktní mezery.

Nevýhod mají více vanové vypínače. První — přítomnost velkého objemu oleje, a tedy nemalé rozměry těchto agregátů a rozvaděčů. Druhý — nebezpečí požáru a výbuchu, při nestandardních situacích mohou být následky velmi nepředvídatelné.

Hladinu oleje jak v nádobě, tak ve vstupech, stejně jako jeho stav, je nutné pravidelně kontrolovat. Pokud v obsluhovaných sítích elektrického napájení existují MV, je nutné mít speciální olejové hospodářství.

Na fotografii je olejový vypínač VMG. Může vypínat libovolné zatěžovací proudy a zkratové proudy, včetně mezního vypínacího proudu. Tento typ je široce používán v transformátorových stanicích.

Klasifikace olejových vypínačů

Používat olejové vypínače se začalo již na konci předminulého století. Téměř až do poloviny 20. století v sítích vysokého napětí jednoduše nebyla jiná vypínací zařízení.

Existují dvě velké skupiny těchto přístrojů:

1. Nádržové, pro které je charakteristická přítomnost velkého objemu oleje. Pro toto zařízení je olej jak médiem, ve kterém se hasí oblouk, tak izolací.
2. Máloolejové nebo maloobjemové. O množství náplně v nich mluví samotný název. Tyto vypínače obsahují dielektrické prvky a olej je zde potřeba pouze pro hašení oblouku.

První se používají hlavně v rozvodných zařízeních od 35 do 220 kV. Druhé — do 10 kV. Máloolejové přístroje řady VMT se používají i ve venkovních rozvodnách určených pro 110 a 220 kV.

Princip hašení oblouku je u obou typů identický. Oblouk vznikající při rozepnutí vysokonapěťových kontaktů vypínače způsobuje rychlé odpařování oleje. To vede k vytvoření plynného obalu kolem oblouku. Tento útvar se skládá z par oleje (asi 20 %) a vodíku (H2).

Oblouková mezera je deionizována v důsledku rychlého ochlazení dříku oblouku smícháním plynů s vysokou a nízkou teplotou v obalu.

V okamžiku vzniku oblouků v oblasti kontaktu je teplota velmi vysoká — asi 6000⁰. V závislosti na instalaci se rozlišují vypínače používané pro vnitřní, venkovní použití a také pro použití v KRP — kompaktních rozvodných zařízeních.

Druh #1 — zařízení vanového typu

Spínací zařízení tohoto typu může mít jeden nebo více nádrží v závislosti na napětí. V prvním případě je to do 10 kV, v některých případech do 35. Každá fáze vypínačů pracujících v zařízeních s vyšším napětím je umístěna v samostatné nádrži.

Všechny nádržové vypínače mají přibližně stejné uspořádání. Ocelová nádrž na průchodkách s olejem umísťuje zhášecí komory. Vnější kontakty propojuje příčka.

Pohony k nádržovým i máloolejovým vypínačům mohou být ruční, automatické sestavené na zapínací cívce solenoidu nebo pružinové. V druhém případě se využívá magnetická vlastnost solenoidu, která umožňuje zatáhnout kovové jádro spojené prostřednictvím speciálního systému s hřídelem MV.

Při přivedení stejnosměrného elektrického proudu na vinutí solenoidu dojde k zapnutí agregátu vtažením táhla magnetického obvodu s následným otočením hřídele vypínače.

Hřídel v této poloze drží speciální západka. Současně se zapnutím solenoid nastaví určitou polohu vypínacím pružinám, které po příchodu speciálního elektrického impulsu vypnou MV.

Proces vypnutí spouští druhý solenoid vyražením válečkového mechanismu (západky). V důsledku toho se hřídel okamžitě otočí působením pružiny a dojde k vypnutí. Pro provoz solenoidového pohonu je nutná přítomnost akumulátorové baterie k napájení stejnosměrným proudem.

Když baterie chybí, použije se pružinový pohon. Zapnutí se provádí pomocí elektromotoru nebo svalovou silou. Ruční vypnutí je možné u nízkovýkonových jednotek s hodnotou zkratových proudů do 30 kA, k jejichž vypnutí je třeba vyvinout sílu maximálně 25 kg.

Jednonádržkový olejový vypínač s otevřeným obloukem

V některých rozváděčích se instalují nádržkové vypínače, které nemají zhášecí komory. Elektrický oblouk se zde zháší nejjednodušším způsobem – dvojnásobným přerušením kontaktů v olejem naplněné nádobě. K těmto zařízením s otevřeným obloukem patří domácí modely VMB a VME. Jsou navrženy na jmenovitý proud 1,25 kA.

Schéma VME-6-200. Konstrukce se skládá z nádrže (1), víka (2), porcelánových izolátorů (3), pevných kontaktů (4), pohyblivých kontaktů (5), traverzy (6), zhášecích kontaktů (7), desek (8), pružiny (9), hřídele (10)

Symbol „E“ označuje exkavátorový typ, číslice 6 jmenovité napětí 6 kV, 200 jmenovitý proud v ampérech. Prahový vypínací proud pro tento olejový vypínač je 1,25 kA. Nádrž tohoto vypínače je vyrobena z oceli a je připojena k víku z litiny pomocí šroubů. Stěny nádrže jsou pokryty izolací (13).

Šest porcelánových izolátorů procházejících víkem končí měděnými třmeny, které plní funkci pevných pracovních kontaktů. Řada VME má ruční pohon se setrvačníkem.

Na traverze nebo kontaktním můstku jsou umístěny pohyblivé kontakty. Zde jsou také umístěny pohyblivé zhášecí kontakty ve tvaru mosazných úhelníků. Měděné desky s mosaznými nástavci, umístěné dole na koncích izolátorů, jsou pevné zhášecí kontakty. Izolační táhlo přes kontakt s pohonným mechanismem předává pohyb pohyblivým kontaktům.

Při zvednuté poloze traverzy jsou pevné kontakty sepnuty, pružina odpovědná za vypnutí je stlačena, vypínač je zapnut. Vypínač je spojen s hřídelí pohonu západky, která jej drží v pracovní poloze. Při jakémkoli vypnutí se západka uvolní, pružina se uvolní a traverza rychle klesá dolů. Přitom dochází k postupnému rozepínání pracovních kontaktů: 4 a 5, poté 7, 8.

To způsobuje na každém pólu vypínače rozpojení obvodu ve dvou bodech, vznik oblouku a rozklad oleje. Uvnitř obalů 12 dosahuje tlak od 0,5 do 1 MPa, čímž se aktivuje proces deionizace. Během maximálně 0,1 s jsou oblouky uhašeny a obaly se zvednutím ocitnou pod víkem a zvětší objem vzduchového polštáře.

Když jsou všechny fáze vypínače v jedné nádobě, olej izoluje kontakty navzájem i od tělesa nádrže, které je nutně uzemněno.

Poslední plní roli vyrovnávacího prvku, který snižuje sílu nárazu během zhášení oblouku. Normální výška vzduchového polštáře je přibližně 25 % objemu. Překročení této hranice může vést k výbuchu.

Takové vypínače jsou jednoduché na provoz, relativně levné, a lze je pohodlně použít na otevřených rozvodnách. Horké olejové páry se však i při pouhém kontaktu s kyslíkem snadno vznítí.

Hoření oblouku v olejovém prostředí spouští proces polykondenzace, což zhoršuje elektrickou pevnost oleje. Nádrž zanáší usazenina sestávající z částic uhlíku. Proto jsou nutné revize agregátu s výměnou oleje.

Olejové vypínače s zhášecí komorou

Vypínací schopnost a spolehlivost vypínačů nádržového typu významně zvyšuje přítomnost zhášecí komory. Ta je umístěna v oleji, který se nachází v nádrži. U třínádržových vypínačů je každá fáze umístěna v samostatné nádrži.

Jeden pól nádržového vypínače v řezu. Je vybaven zhášecí komorou S-35–630–10. Značení udává, že vypínač je určen pro instalaci v rozvodně 35 kV a výše, dimenzován na jmenovitý proud 630,4 kA, jmenovitý vypínací proud — 10 kA

Konstrukce je složitější než u OV bez zhášecích komor a skládá se z:

• pólu (1);
• proudového transformátoru (2);
• skříně pohonu (3);
• tyče (4);
• pevného kontaktu (5);
• zhášecí komory (6);
• izolace (7);
• topného prvku (8);
• zařízení pro vypouštění oleje (9).

Horní část komory je vybavena pevným kontaktem. Při zapnutí do něj proniká pohyblivý kontakt, který má tvar tyče. V případě vypnutí tyč opouští pevný kontakt, v důsledku čehož se v komoře objeví oblouk. Velikost tlaku, který přitom vzniká, je o řád vyšší než odpovídající parametr vypínačů nevybavených zhášecí komorou.

Tlak 8–7 MPa omezuje průměr oblouku, zvyšuje průraznou pevnost mezery poté, co proud projde nulovou hodnotou. V důsledku toho dochází k rychlejšímu procesu zhášení oblouku. Po výstupu pohyblivého kontaktu z komory následuje výfuk plynů s částečným záchytem oleje volným otvorem.

Tělo oblouku se rychle ochlazuje, dochází k intenzivní deionizaci. S rostoucím proudem roste účinnost fungování zhášecí komory. OV může pracovat i jako zařízení s otevřeným obloukem v případě vypínání malých proudů.

Kromě zvýšení tlaku parní směsi v mezeře oblouku se pro urychlení zhasnutí oblouku používá metoda zesíleného foukání parního koktejlu do oblasti oblouku. Existuje podélné foukání, příčné, protiběžné.

Typ automatického foukání je určen konstrukcí zhášecí komory. V prvním případě má vektor směsi par podélný směr vzhledem k obloukovému kmeni (část a). Při příčném směru foukání se proud pohybuje ve směru kolmém k obloukovému sloupci nebo pod určitým úhlem (část b).

V případě, že proudění má směr opačný k vektoru pohybu pohyblivého kontaktu s obloukem, dochází k protiproudu. V zhášecích zařízeních se často používají kombinace těchto metod.

Oblouk v olejovém vypínači se zháší ve 3 fázích. V první (a) dochází v oblouku k uvolnění elektrické energie a v uzavřeném plášti se generuje vysoký tlak. V okamžiku výstupu směsi z pláště začíná druhá fáze (b). Třetí (c) — odstraňování zbytků zahřátých plynů a produktů rozpadu z komory.

V poslední fázi probíhá příprava komory pro účast v dalším vypínacím cyklu. Pro automatické opětovné vypnutí je tato fáze velmi důležitá.

Druh #2 — hrncové nebo maloolejové vypínače

V uzavřených instalacích se maloolejové vypínače používají jako generátorové a distribuční. V otevřených instalacích jako podstanicové a distribuční. Izolační funkci v vypínačích tohoto typu olej neplní, je potřebný pouze jako médium pro zhášení oblouku.

Nebezpečí požáru a výbuchu maloobjemových olejových vypínačů je výrazně nižší než u nádržkových. Instalují se jak ve venkovních, tak ve vnitřních rozvodnách všech napětí až do 110 kV. Roli izolace pólů vůči sobě a zemi plní dielektrika jako porcelán, litá pryskyřice, steatit.

Olej v těchto olejových vypínačích zaujímá pouze 3 až 4 % objemu pólu. Malý objem oleje, nízká hmotnost a vhodné rozměry jsou nespornou výhodou tohoto zařízení. Používají se však v takových uzlech systému, kde nejsou na vypínače kladeny vysoké požadavky.

Tato omezení jsou vysvětlena silnou vazbou vypínací schopnosti na vypínaný proud a nepřizpůsobením konstrukce pro práci v podmínkách častých vypnutí.

Dalším důvodem jsou obtíže při realizaci vícenásobných rychlých APV. V maloobjemových vypínačích se používají následující typy olejového foukání: příčné, podélné, smíšené. Odborníci považují první z nich za nejúčinnější.

U vypínačů tohoto typu určených pro vnitřní rozvodny jsou kontakty umístěny v ocelové nádobě. Olejové vypínače s napětím 35 kV a vyšším mají obal z porcelánu. Běžněji používané je závěsné zařízení 6-10 kV. Jeho tělo je upevněno na rámu společném pro všechny póly. Všechny tři póly mají zhášecí komoru, každý je dimenzován na jeden přerušovaný kontakt a při vyšších napětích na 2 a více.

Konstrukce maloolejových vypínačů zahrnuje pohyblivý a pevný kontakt (1 a 3), zhášecí komoru (2), pracovní kontakty (4)

Podle uvedeného schématu se vyrábějí vypínače VMP, VMG, MG, určené pro napětí do 20 kV. Zvláštností konstrukce vypínačů pro velké jmenovité proudy je, že vnější jsou pracovní kontakty a uvnitř nádržky jsou zhášecí kontakty.

Vypínače řady VMP se často používají v uzavřených zařízeních a také v rozvaděčích KRU 6-10 kV. V kompletních rozváděčích se instalují vypínače řady VK. Jsou vybaveny vestavěným elektromagnetickým nebo pružinovým pohonem a jsou určeny pro vypínací proudy 20 – 31,5 kA a jmenovité proudy 630 – 3150 A.

Sloupové vypínače, vyráběné speciálně pro KRU, se vyznačují výsuvným provedením. V instalacích 35 kV se instalují VM sloupového typu řad VMK a VMUE. Rozvodny 110, 220 kV se vybavují vypínači řady VMT. Agregát má svařovaný základ, na kterém jsou umístěny jeho tři póly. Ovládání je pružinový pohon.

Na fotografii je vypínač VMT-110. Na levém obrázku jsou znázorněny uzly, ze kterých se skládá: pružinový pohon (1), podpůrný izolátor pólu vypínače (2), zhášecí zařízení (3), základna (4), řídicí mechanismus (5)

Na pravé straně fotografie je zobrazen modul, kde: 1 — odvod proudu, 2 — pohyblivý kontakt spojený s odvodem proudu přes sběrací zařízení. Zhášecí komora je označena číslem 3, pevný kontakt je 5. Vše výše uvedené je umístěno v dutém izolátoru (4) z porcelánu. Uvnitř se nachází transformátorový olej a nahoře je kryt (6).

Poslední je vybaven manometrem pro možnost kontroly tlaku v modulu. Kromě toho je na víku uzel pro plnění stlačenou plynnou směsí, automatický výpustný ventil, olejoznak (8). Pohyblivý kontakt a řídicí zařízení jsou spojeny izolačními táhly.

Konstrukční provedení pólu je identické pro celou řadu vypínačů. V nádržkách MV pro jmenovité proudy od 630 do 1600 A je 5,5 kg oleje, nad 1600 až do 3150 A včetně je 8 kg.

Pro zvýšení spolehlivosti jsou do konstrukce jednotlivých vypínačů dodatečně zahrnuty prvky řízení a ochrany:

• vypínací elektromagnety;
• relé, působící okamžitě a s časovým zpožděním při prahovém proudu;
• relé minimálního napětí;
• přídavné kontakty.

V závislosti na způsobu uspořádání existují maloolejové vypínače s dolním umístěním zhášecí komory a opačným — horním. V prvním případě pohyblivý kontakt vykonává pohyb shora dolů, ve druhém naopak. Vypínací schopnost posledně jmenovaných je vyšší.

Značení olejových vypínačů

Rozluštění označení, které výrobce umístil na olejový vypínač, umožní seznámit se se základními údaji o něm. Rozebereme pro příklad označení vypínače VMG-133. První symbol „V“ říká, že se jedná o vypínač.

Toto schéma uvádí složení značky vysokonapěťových vypínačů, včetně zařízení plněných olejem.

Druhý — «M» označuje typ vypínače, v konkrétním případě maloolejový. Písmeno «G» určuje příslušnost k určitému druhu — hrnečkový. 133 — série MV.

Pravidla provozu MV

Opravářský a obslužný personál, specialisté spojení s údržbou a provozem olejových vypínačů, jsou povinni znát příslušné instrukce, konstrukci a princip činnosti zařízení.

Pracovníci obsluhující olejové vypínače jsou během provozu povinni kontrolovat:

1. Provozní napětí, zatěžovací proud. Hodnoty nesmí překračovat tabulkové hodnoty.
2. Výšku olejového sloupce v pólech, nepřítomnost netěsností.
3. Přítomnost maziva na třecích částech. Kontakty mohou ztratit pohyblivost a zaseknout se, pokud mazivo třecích prvků zhoustne a znečistí se.
4. Zaprášenost místností, ve kterých jsou umístěna rozváděčová zařízení.
5. Shoda mechanických charakteristik provozovaných vypínačů s tabulkovými normami.

Po každém vypnutí zkratu je třeba zařízení prohlédnout. Údaje o těchto vypnutích se zapisují do zvláštního deníku. Povinně musí být k dispozici deník závad pro zápis údajů o poruchách zjištěných během provozu jednotky. Vypínač, u kterého došlo k vypnutí v důsledku zkratu, podléhá prohlídce.

Kontroluje se, zda nedošlo k úniku oleje. Pokud k tomu došlo, a to ve velkém množství, poukazuje to na neplánované vypnutí zkratu. Zařízení se vyřadí z provozu a podrobí se prohlídce. Když je olej tmavý, je nutná výměna. Na rychlost rozepnutí má negativní vliv viskozita oleje, která roste při poklesu teploty.

Někdy vznikne potřeba vyměnit staré mazivo během opravy za nové: CIATIM-221, GOI-54 nebo CIATIM-201.

Tabulka s technickými parametry olejových vypínačů. Pokud skutečné hodnoty neodpovídají výrobním, seřízení se provádí znovu.

Po vyřazení olejového vypínače z provozu podléhají důkladné prohlídce podpěrné izolátory, táhla, izolace nádob na přítomnost trhlin. Silně znečištěná izolace se otírá. Potřeba mimořádné opravy vzniká po určitém počtu zkratů.

Periodická prohlídka (PP) se provádí měsíčně. Přitom se věnuje pozornost stupni zahřátí vypínače. Běžná oprava (BO) se provádí ročně. Zahrnuje práce jako kontrola a odstraňování závad upevnění, kinematiky pohonu, hladiny oleje, těsnění. Dále se kontrolují izolační součásti na jejich celistvost.

Po 3-4 letech po generální opravě se provádí střední oprava (SO). Ta zahrnuje veškeré práce běžné opravy (BO) a navíc měření přechodového odporu pólů a kontrolu mechanických a rychlostních parametrů.

V případě zjištění nesouladu kontrolovaných charakteristik s tabulkovými údaji se vypínač rozebere, provede se seřízení a celý soubor vysokonapěťových zkoušek.

Při mimořádné opravě se většinou snaží ponechat předchozí seřízení beze změny. Z tohoto důvodu se vypínač rozebírá jen minimálně. Frekvence generální opravy je 6 až 8 let. V jejím rámci se provádí celková prohlídka, demontují se válce z rámu, odpojí se přípojnice, opraví se pohon, zhášecí zařízení a blokové kontakty.

Poté se provede seřízení, natření, připojení přípojnic a provedou se zkoušky. Ke všem pracím se vyhotoví dokumentace.

Kromě olejových vypínačů se ve vysokonapěťových sítích používají i další vypínací zařízení. Například plynem izolované (SF6) a vakuové. Na našem webu jsou další články, které podrobně popisují vlastnosti a konstrukci těchto typů vypínačů, jakož i specifika jejich použití:

• Vakuový vypínač: konstrukce a princip práce + nuance výběru a připojení
• SF6 vypínače: orientační body výběru a pravidla připojení

Závěry a užitečné video k tématu

Konstrukce, druhy, účel a provoz olejových vypínačů:

Podrobný přehled VMP-10:

Všem základním požadavkům kladeným na vypínače pracující za vysokého napětí vyhovují i olejové vypínače. Většina z nich je bezpečná a spolehlivá, zajišťuje rychlé vypínání a je jednoduchá na montáž. Navzdory tomu se výrobci snaží dosáhnout ještě většího souladu s požadavky kladenými na olejové vypínače.

Máte znalosti o olejových vypínačích a chcete doplnit uvedený materiál o užitečné informace? Nebo jste si všimli nesouladu nebo chyby? Nebo máte k tématu další otázky? Napište nám prosím o tom pod článek – budeme vám vděčni.