Schaltanlage im Stromkreis

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, lernen Sie die Typen und die Wartung von Schaltgeräten kennen, die in elektrischen Stromkreisen verwendet werden.

Arten von Schaltanlagen:

Schaltgeräte spielen eine wichtige Rolle im Stromkreis.

Schaltanlage wird verwendet:

(1) um Geräte zu steuern, indem sie an die Versorgung angeschlossen oder von dieser getrennt werden,

(2) zum Schutz von Stromkreisen und Geräten vor Fehlern, insbesondere Überlastungen und Erdfehlern, und

(3) Zur Isolierung von Abschnitten einer elektrischen Anlage, wenn die Abschnitte nicht verwendet werden, wenn an ihnen gearbeitet werden soll.

In Stromkreisen werden drei Arten von Schaltgeräten verwendet. Sie werden abhängig von der Funktion, für die sie ausgelegt sind, Auftragnehmer, Trennschalter und Isolatoren genannt.

1. Schütze:

Schütze dienen zur Steuerung von Geräten wie Elektromotoren. Wenn ein Auftragnehmer geschlossen ist, ist der Stromkreis, der das Gerät versorgt, abgeschlossen, der Strom fließt und das Gerät funktioniert. Wenn das Schütz geöffnet ist, ist der Stromkreis unterbrochen, es fließt kein Strom mehr und das Gerät funktioniert nicht mehr.

Normalerweise werden Schütze ferngesteuert, d. H. Der Schützmechanismus wird durch den Anker eines Solenoids betätigt, der Betätigungsspule genannt wird. Zum Schließen des Schützes wird die Betriebsspule durch einen Schalter oder ein Relais erregt, durch das der Stromkreis abgeschlossen wird.

Der Kontaktgeber wird durch Unterbrechen des Betriebsspulenkreises geöffnet, wodurch der Kontaktmechanismus freigegeben wird, der es den Kontakten ermöglicht, den Stromkreis zu öffnen und zu unterbrechen.

Die meisten Schütze, insbesondere diejenigen, die in In-Bye-Systemen verwendet werden, dh in Gate-Endplatten, werden mit Niederspannungs-Pilotschaltungen betrieben. Der Pilotkreis wird verwendet, um ein Relais zu schließen, das wiederum den Stromkreis durch die Betriebsspule abschließt.

Ein Schütz ist normalerweise mit Geräten ausgestattet, die dazu führen, dass es sich automatisch öffnet, wenn ein Erdschluss auftritt oder der Stromkreis überlastet ist. Der Schütz soll dann auslösen.

2. Leistungsschalter:

Leistungsschalter sind als Verteilerschalter ausgeführt. Sie dienen zum Anschließen der Stromversorgung an die Teile des elektrischen Systems und zum Abschalten der Stromversorgung. Ein Leistungsschalter wird normalerweise von Hand betätigt und mittels eines außerhalb des Gehäuses angebrachten Hebels geöffnet oder geschlossen, obwohl Leistungsschalter, die zum Starten von Hochspannungsmotoren verwendet werden, normalerweise mit federgestützten Magnet- oder Motormechanismen ausgestattet sind.

Ein Schutzschalter ist mit Schutzsystemen ausgestattet, dh Überlastschutz und Erdschlussschutz, die ihn im Fehlerfall automatisch auslösen.

Wenn jedoch ein Abschnitt in Betrieb gehen soll, werden die diesen Abschnitt steuernden Leistungsschalter zuerst geschlossen; Der Strom wird dann an die Sammelschienen in der Schützeinheit angeschlossen, die die Motoren einzeln steuern. Wenn die Leistungsschalter geschlossen sind, ist der Stromkreis so vorbereitet, dass die Schütze die Motoren nach Bedarf starten und stoppen können.

Möglicherweise muss ein Schutzschalter einen Stromkreis unterbrechen, in dem Strom fließt. Im Notfall kann ein Bediener den Stromfluss im Stromkreis stoppen, indem er den Schutzschalter mit dem Griff öffnet. Bei einem Fehler kann der Leistungsschalter abschalten, während der Strom fließt.

Leistungsschalter sind nicht in erster Linie dazu gedacht, einen Stromkreis abzuschließen und Geräte in Betrieb zu nehmen. Diese Aufgabe wird normalerweise von Schützen erfüllt. Trotzdem können für diesen Zweck Leistungsschalter verwendet werden, und manchmal werden sie zum Steuern von Motoren verwendet, für die eine Vorsteuerung erforderlich ist.

3. Isolatoren:

Isolatoren sind als Sicherheitsmaßnahme vorgesehen. Sie dienen dazu, einen Stromkreis von stromführenden Sammelschienen zu trennen, wenn an dem Stromkreis gearbeitet werden muss, und um sicherzustellen, dass der Strom nicht durch unbeabsichtigte Betätigung der Hauptschaltanlage empfohlen werden kann.

Isolatoren sind normalerweise nicht dazu ausgelegt, einen Lastkreis zu erzeugen oder zu unterbrechen, und es kann äußerst gefährlich sein, einige Arten von Isolatoren zu öffnen, während Laststrom durch die Kontakte fließt.

Einige Isolatoren können jedoch verwendet werden, um den Stromkreis im Notfall zu unterbrechen, wenn das Hauptschütz nicht öffnet. Diese sind als Lasttrenner bekannt, die die Funktionen von Isolatoren und einige der Funktionen von Leistungsschaltern kombinieren.

Viele Trennschalter sind so ausgelegt, dass sie die isolierten Leiter entladen können. solche Isolatoren sind mit einer Position versehen, um die Leiter direkt mit der Erde zu verbinden, die als Erdungsisolatoren bezeichnet werden. Andere Arten von Schaltern werden in Leistungsschaltkreisen für spezielle Zwecke verwendet, z. B. Phasenumkehrschalter zum Ändern der Drehrichtung eines Wechselstrommotors.

Umkehrschalter sind wie Isolatorschalter normalerweise nicht dazu gedacht, während des Stromflusses betätigt zu werden, da dies aufgrund ihrer langsamen und im Allgemeinen manuellen Betätigung zu einer gefährlichen Übung wird. Es wird daher empfohlen, den Isolator mit dem Leistungsschalter und dem Erdungsisolator zu verriegeln.

Das heißt, beim Öffnen sollte der Leistungsschalter zuerst geöffnet werden, dann der Isolator und erst danach sollte der Erdungsisolator geschlossen werden. Beim Schließen des Stromkreises wird der Erdungsisolator geöffnet, dann der Isolator geschlossen und schließlich der Leistungsschalter geschlossen.

Kontakte:

Material für Kontakte:

Das am häufigsten verwendete Material für Kontakte in einem Stromkreis ist Kupfer, da Kupfer einen sehr guten Stromleiter darstellt und seine Oberfläche fein poliert werden kann.

Im Allgemeinen beträgt der spezifische Widerstand von getempertem Kupfer mit hoher Leitfähigkeit 0, 12424 Ohm / sq. mm. pro Meter bei 20 ° C und einem Material mit diesem spezifischen Widerstand wird gemäß international getempertem Kupferstandard, kurz IACS, eine Leitfähigkeit von 100% beschrieben

Tatsächlich hat nur Silber mit 106 Prozent IACS eine höhere Leitfähigkeit, aber sein hoher Preis und andere Faktoren begrenzen seine allgemeine Verwendung. Andererseits kann Aluminium nicht als günstigeres Material verwendet werden, da seine Leitfähigkeit nur 62 Prozent IACS beträgt

Kupfer ist jedoch ein weiches Metall, und Kupferkontaktflächen werden bei der Verwendung normalerweise beschädigt, insbesondere wenn häufig ein- und ausgeschaltet wird. Daher werden Kupferkontaktflächen aus härteren Metallen wie gesintertem Silber oder Wolfram gebildet, die einer Beschädigung und Abnutzung widerstehen können.

Wenn ein spezielles Metall für eine tatsächliche Kontaktfläche verwendet wird, ist es üblich, den Hauptkörper aus dem Kontakt von Kupfer herzustellen und das Oberflächenmaterial daran zu binden.

Verschiedene Arten von Kontakten mit jeweils unterschiedlichen Schließvorgängen werden verwendet. Stoßkontakte werden für alle Mittel- und Niederspannungsschütze und Leistungsschalter sowie für einige Hochspannungsschaltgeräte verwendet. Schleifkontakte befinden sich an der Hauptschaltanlage für Hochspannungsverteiler. Abb. 13.1. zeigt verschiedene Arten von Kontakten, die im Allgemeinen verwendet werden.

Verwendung von Kontakten:

Die wesentlichen Bestandteile eines Switches sind seine Kontakte. Für jede elektrische Leitung, die vom Schalter hergestellt oder unterbrochen werden soll, müssen mindestens zwei Kontakte vorhanden sein, dh ein fester Kontakt und ein beweglicher Kontakt. Der feste Kontakt ist normalerweise auf Isoliermaterial montiert und durch einen festen Leiter entweder mit einem abgehenden oder einem ankommenden Anschluss verbunden.

Der bewegliche Kontakt wird von einem Schaltmechanismus getragen, der ihn mit dem festen Kontakt in Kontakt bringen kann, um den Stromkreis herzustellen, oder ihn vom festen Kontakt wegbewegen, um den Stromkreis zu unterbrechen. Der bewegliche Kontakt ist entweder durch einen Teil des Schaltmechanismus oder durch einen flexiblen Verbinder, beispielsweise ein Kupfergeflecht, mit seinem Anschluss verbunden.

Einige Arten von Schaltgeräten, insbesondere solche, die zur Verwendung in Hochspannungsschaltkreisen vorgesehen sind, können in jeder Leitung zwei in Reihe geschaltete Kontaktpaare aufweisen.

Die beiden festen Kontakte sind jeweils mit einer Klemme verbunden, während die beiden beweglichen Kontakte miteinander verbunden sind. Wenn der Schalter jedoch geschlossen ist, überbrücken die beweglichen Kontakte die festen Kontakte und vervollständigen so den Strompfad. Diese Anordnung überwindet die Schwierigkeit, einen flexiblen Leiter für einen starken Strom bereitzustellen, und unterbricht gleichzeitig den Stromkreis an zwei Stellen, wodurch die Lichtbogenbildung reduziert wird.

Einige für Niederspannungsschaltkreise verwendete Schalter haben auch einen einzigen beweglichen Kontakt, der zwei feste Kontakte überbrückt. Schalter, die für einen starken Strom ausgelegt sind, weisen im Allgemeinen zwei oder mehr Sätze von Kontakten in jeder Leitung parallel auf, und somit wird die Gesamtkontaktfläche in jeder Leitung erhöht.

Ein Schalter, der den von ihm gesteuerten Stromkreis isoliert, hat eine stromführende und eine tote Seite. Die tote Seite ist die, die von der Versorgung getrennt ist, dh das abgehende Terminal. und die Live-Seite ist die, an die die Versorgung angeschlossen ist, dh die ankommenden Terminals. Die aktive Seite eines Schalters kann jedoch nur durch Öffnen eines Schalters im Verteilersystem deaktiviert werden.

Somit kann die stromführende Seite, dh die Stromschienen eines Gate-Endschützes, nur durch Öffnen des entsprechenden Abschnittsschalters isoliert und deaktiviert werden. Die stromführende Seite eines Schalters sollte niemals freigelegt werden, es sei denn, der Trennschalter ist offen und es wurden korrekte Schritte unternommen, um ein versehentliches Schließen des Schalters zu verhindern. Dies kann durch Verriegeln des gesamten Schalters in der Position OFF erfolgen.

Die Frage "Live Side" und "Dead Side" stellt sich nur dann, wenn der Schalter geöffnet ist.

Es ist zu beachten, dass bei geschlossenem Schalter der Strompfad durch die Schaltkontakte einen möglichst geringen Widerstand aufweisen muss. Wenn der Kontaktwiderstand hoch ist, kann die Vorrichtung nicht ihren vollen Strombedarf aus der Versorgung ziehen, so dass sie möglicherweise nicht effizient arbeitet. Hoher Kontaktwiderstand überhitzt auch die Kontakte selbst.

In einem äußerst schwerwiegenden Fall kann eine längere Überhitzung dazu führen, dass die Kontakte miteinander verschmelzen. Dies kann dazu führen, dass der Schalter den Schaltkreis unterbricht, falls dies erforderlich ist. Ein Schalter muss in der Lage sein, zumindest für eine kurze Zeit einen viel höheren Strom als normalerweise angenommen zu haben, ohne dass es zu ernsthaften Überhitzungen kommt.

Ein starker Stromstoß könnte aufgrund eines Kurzschlusses oder eines Erdschlusses durch die Kontakte fließen. Der Kontaktwiderstand wird durch die Kontaktfläche, die Qualität der Kontaktflächen, den Anpressdruck und die Sauberkeit der Kontakte bestimmt. Daher sollte ein Ingenieur in mir diese vier wichtigen Faktoren, die für die Erhöhung und Verringerung des Kontaktwiderstandes verantwortlich sind, regelmäßig berücksichtigen.

Lassen Sie uns diese vier Faktoren kurz diskutieren:

(a) Kontaktbereich:

Bei jedem Kontakt ist der Bereich eines Kontakts der Teil jeder Passfläche, der tatsächlich den anderen berührt. Abb. 13.3 veranschaulicht den Fall. So wie ein Leiter, um einen bestimmten Nennstrom effizient zu führen, eine minimale Querschnittsfläche haben muss, muss ein Kontaktpaar eine minimale Kontaktfläche aufrechterhalten, um den erforderlichen Strom zu führen.

Die Kontaktfläche wird hauptsächlich durch die Größe und Form der Kontakte bestimmt. Die Kontaktfläche kann jedoch durch eine Beschädigung der Kontaktflächen, beispielsweise durch Lochfraß, reduziert werden. Daher sollten entsteinte Kontakte immer vermieden werden, da die Qualität der Kontaktflächen für den Kontaktwiderstand von entscheidender Bedeutung ist.

Unter dem Mikroskop sind jedoch keine Oberflächen absolut glatt. Bei Betrachtung unter einem Mikroskop kann selbst eine hochglanzpolierte Metalloberfläche uneben sein und hohe Flecken aufweisen. Der tatsächliche Kontaktbereich zwischen den Oberflächen ist daher geringer als er von einer normalen Sichtprüfung zu sein scheint.

Wenn die Oberflächen relativ rau sind, ist die tatsächliche Kontaktfläche sehr viel kleiner als es scheint, und die Kontakte sind daher weniger effizient. Abb. 13.2 zeigt beschädigte Kontakte.

Wenn die Kontakte jedoch längere Zeit verwendet werden, sind beide Oberflächen abgenutzt. Die abgenutzten Kontakte sind zwar immer noch uneben, aber da sich die Kontakte an den gleichen Stellen ständig berühren, neigen die Passflächen dazu, sich zusammen zu abnutzen, so dass ihre tatsächliche Kontaktfläche zunimmt.

Beispielsweise neigen hohe Stellen auf einer Kontaktfläche dazu, mit Vertiefungen in der anderen Oberfläche übereinzustimmen. Wenn dies jedoch nicht gleichmäßig auftritt, vergrößert sich die Kontaktfläche in der Praxis nicht. Obwohl dies theoretisch erklärt werden kann, hat sich jedoch herausgestellt, dass Kontakte, die einmal erodiert wurden, nach und nach mehr beschädigt werden.

Wenn sich die Kontakte im Normalzustand befinden, erhöht sich die Effizienz der Kontakte bald nach der Verwendung, aber nach mehrmaliger Fehlerbeseitigung durch die Kontakte werden sie ungleichmäßig erodiert und erzeugen Lücken statt einer vergrößerten Fläche.

Wie bereits erwähnt, sollten die Kontakte bei Funkenbildung oder übermäßiger Wärmeerzeugung nicht in Betrieb bleiben, da diese sonst überhitzt werden und die anderen Teile sowie die Isolierung im System beschädigen.

(b) Anpressdruck:

Der Kontaktdruck ist für ein effizientes Funktionieren der Kontakte in jedem Schalter am wichtigsten. Glatt sind die Kontaktflächen jedoch, wenn sie sich leicht berühren, berühren sich nur die hohen Stellen der Kontaktflächen, so dass die tatsächliche Kontaktfläche recht klein ist und somit eine übermäßige Wärme verursacht.

In der Praxis werden Kontakte jedoch unter Druck zusammengehalten, so dass die hohen Stellen jeder Oberfläche dazu neigen, sich mit den Vertiefungen der anderen Oberfläche zu verzahnen. Die tatsächliche Kontaktfläche unter Druck wird stark vergrößert. Der Kontaktdruck wird normalerweise durch Federn wie Spiralfeder, Blattfeder oder Schraubenfeder aufrechterhalten, je nachdem, was für eine bestimmte Anforderung nützlich ist.

Der erforderliche Anpressdruck hängt von der Ausführung des Schalters und dem erforderlichen Druck ab. Bei kleineren Schaltern und Kontaktgebern bestehen die Kontakte selbst jedoch aus Federmaterial oder sind so geformt, dass eine Federung erzielt werden kann, um den erforderlichen Kontaktdruck zu erreichen.

Bei Schaltern von Isolatoren oder Schützen höherer Leistung, z. B. über 50 A, muss eine separate Federanordnung angegeben werden. Nachfolgend ist eine Auflistung für den ungefähren Kontaktdruck in Kg / M 2 mit unterschiedlichen Stromstärken bei mittlerer Spannung angegeben.

(c) Sauberkeit der Kontakte:

Kontaktflächen sind am effizientesten, wenn sie hell und sauber sind. Ein Film auf den Kontaktflächen, der beispielsweise durch Oxidation hervorgerufen werden kann, neigt dazu, den Kontaktwiderstand durch Einbringen einer dünnen Isolationsschicht zwischen den zusammenpassenden Oberflächen zu erhöhen.

Andere Formen von Schmutz, wie Staub oder Splitt, können zusätzlich zu ihrer eigenen isolierenden Wirkung den Kontaktwiderstand weiter beeinträchtigen, indem sie verhindern, dass die Kontaktflächen ordnungsgemäß zusammenliegen. Dies wird in Abb. 13.4 erklärt.

Die meisten Kontakte sind jedoch selbstreinigend. Die Messerkontakte von Isolatoren und Keilkontakten wie in Abb. 13.2 gezeigt. von Hochspannungsschaltgeräten haben eine offensichtliche Gleitwirkung, die ihnen hilft, sie von Film und Schmutz frei zu halten.

Daher sind die meisten Kontaktanordnungen so gestaltet, dass sie mit einem Wisch- und Rollvorgang schließen, wenn der Kontaktdruck erzwungen wird. Der Wisch- oder Rollvorgang reicht aus, um die Kontaktfläche unter normalen Betriebsbedingungen sauber zu halten, wenn der Wisch- und Rollvorgang ordnungsgemäß ausgeführt ist.

Lichtbogensteuerung:

Zu einem Zeitpunkt, zu dem eine Leistungsschaltung einen hohen Strom führt, das heißt, wenn eine Transportmotorschaltung unterbrochen ist, neigt die hohe Induktivität der Schaltung dazu, den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Wenn sich die Kontakte trennen, wird ein Bogen herausgezogen. Während der Lichtbogen bestehen bleibt, fließt Strom in der Schaltung.

Es ist möglich, dass eine Vorrichtung weiterhin mit Strom arbeitet, der durch einen Lichtbogen zugeführt wird, und wenn der Lichtbogen, der gezogen wird, wenn sich die Kontakte trennen, nicht schnell gelöscht wird, würde die Steuerung der Schaltung verloren gehen. Die Lichtbogensteuerung ist auch wichtig, da die Kontaktflächen schnell durch Lichtbögen zwischen Kontakten verbrannt werden.

Die Kontaktflächen werden gerissen und der Kontaktwiderstand wird erhöht. Daher werden die Kontakte unbrauchbar und müssen ersetzt werden. Wenn der Lichtbogen jedoch kontrolliert wird, können die Kontakte vor vorzeitigem Schaden bewahrt werden.

Da es jedoch im Allgemeinen nicht möglich ist, zu verhindern, dass ein Lichtbogen in dem Moment gezogen wird, in dem sich die Kontakte befinden, ist ein wichtiger Faktor bei der Konstruktion von Schaltgeräten die Effizienz, mit der der Lichtbogen von den Hauptkontakten abgeleitet und unterdrückt wird. Um die Intensität des Lichtbogens von den Hauptkontakten abzulenken, empfiehlt es sich, Lichtbogenkontakte oder Lichtbogenspitzen zu verwenden.

Lichtbogenkontakte werden hauptsächlich mit Stoßkontakten verwendet. Sie bestehen aus kleinen Hilfskontakten, die an den Hauptkontakten befestigt und so angeordnet sind, dass sie den Stromkreis unterbrechen, nachdem sich die Hauptkontakte getrennt haben. Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Hauptkontakte zerbrechen, bieten die Lichtbogenkontakte immer noch einen Strompfad, so dass kein Lichtbogen aus den Hauptkontakten gezogen wird.

Nach einem Moment brechen die Lichtbogenkontakte und der Lichtbogen wird zwischen ihnen herausgezogen. Daher sind die Hauptkontakte vom Lichtbogen nicht betroffen, obwohl die Lichtbogenkontakte durch den Lichtbogeneffekt beschädigt werden. Die Hauptkontakte bleiben jedoch unberührt.

Die Lichtbogenkontakte sind jedoch so ausgelegt, dass sie leicht erneuert werden können und sie erneuert / ersetzt werden müssen, bevor ihr Kontaktwiderstand größer als der des Lichtbogenabstands wird, da sie sonst keinen Lichtbogen zwischen den Hauptkontakten verhindern.

Manchmal werden in Stoßkontakten Bogentipps anstelle von Bogenkontakten verwendet. In diesem Fall bilden Lichtbogenspitzen keinen Teil der Kontaktfläche. Der Bogen wird zwar zwischen den Hauptkontakten herausgezogen, aber die Lichtbogenspitzen stellen den Brennpunkt des Bogens bereit, so dass er sofort auf sie übertragen wird.

Unterdrückung des Bogens:

1. Lichtbogenunterdrückung in Ölbruchschaltanlagen (OCB):

Lassen Sie uns nun sehen, wie die Lichtbogenunterdrückung in einer Ölbruchschaltanlage (OCB) auftritt. Wenn ein Kreislauf durch Kontakte unter Öl unterbrochen wird und ein Lichtbogen gezogen wird, bricht die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme sofort zusammen und verdampft die umgebenden Ölgase, und ein großer Anteil an Wasserstoff wird im Bogenweg abgegeben.

Diese Gase nehmen viel mehr Platz ein als das Öl, aus dem sie entstanden sind, so dass sie das Öl von den Kontakten abdrücken. Da die Gase auch viel leichter als das Öl sind, neigen sie zum Aufsteigen, so dass unmittelbar nachdem das Öl von den Kontakten weggedrückt wurde, mehr Öl über sie gezogen wird. Die Erzeugung von Gas durch die Lichtbogenbildung verursacht daher beträchtliche Störungen im Öl.

Die im Öl aufgebauten Turbulenzen kühlen ab und zerstreuen den Lichtbogen. Die Kontakte dieser OCBs sind normalerweise in einer Box oder einem Topf mit sehr eingeschränkten Auslässen eingeschlossen. Die Auslässe sind so angeordnet, dass, wenn Gas durch einen Bogen gebildet wird, ein hoher Druck in dem Topf aufgebaut wird und wenn Öl durch die Auslässe gedrückt wird, ein Ölstrom über den Bogen gezogen wird.

In Abb. 13.5 sehen wir den Ausschnitt einer typischen geschlossenen Box aus faserigem Isoliermaterial. Jetzt erklären wir, wie die Lichtbogenunterdrückung stattfindet, wenn ein Stift- und Buchsenkontakt unterbrochen wird.

Wenn die Kontakte hergestellt sind, werden die Auslässe aus dem Topf durch die beweglichen Kontakte effektiv blockiert. Wenn der Kontakt bricht, wird ein Lichtbogen gezogen, wodurch ein Teil des Öls vergast wird (siehe Abb. 13.5). Da das Öl nicht sofort aus dem Topf entweichen kann, baut sich im Topf ein hoher Druck auf, der dazu führt, dass Gase wie in (Abb. 13.5b) gezeigt Öl ausstoßen.

Wenn der bewegliche Kontakt durch den Topf bis zu dem Punkt zurückgezogen wird, an dem der erste Auslass geöffnet wird, entweicht Öl in einem heftigen Strom und treibt den Lichtbogen gegen die Seite des Topfes. Wenn der zweite und der dritte Auslass freigelegt werden, wird der Bogen stärker gedämpft.

Abb. 13.5c zeigt den Kühleffekt der Ölströme und den Störeffekt des auf die Innenkanten der Lüftungslöcher auftreffenden Lichtbogens, wodurch der Lichtbogen sehr schnell gelöscht wird. Dies ist in Abb. 13.5d dargestellt.

Es ist wichtig zu wissen, dass ein Wechselstromlichtbogen normalerweise gegen Ende eines halben Zyklus gelöscht wird, in dem Moment, in dem wenig Strom fließt und der Lichtbogen daher schwach ist. Ein effizienter Enturbulator löscht einen Lichtbogen nach etwa drei Halbzyklen, was bedeutet, dass der Lichtbogen in weniger als 1/25 Sekunde, nachdem die Kontakte gebrochen sind, gelöscht wird.

Unterdrückung 2.Arc im Air Circuit Breaker (ACB):

Wenn ein Lichtbogen in einem Magnetfeld stattfindet, wird der Lichtbogen von den Punkten weggezogen, zwischen denen er getroffen wurde. Es wird eine Situation geschaffen, die derjenigen ähnlich ist, die zum Motorprinzip führt, mit der Ausnahme, dass der Strom nicht in einem festen Leiter fließt. Der Lichtbogen wird gedämpft und kann leichter gebrochen und gelöscht werden.

Die Lichtbogenlöschvorrichtung in einem ACB besteht aus einer magnetischen Blasenspule, die in Reihe mit dem zu unterbrechenden Kreislauf geschaltet ist, und einer Lichtbogenrutsche, bei der es sich um ein kastenförmiges Gehäuse handelt, das eine Anzahl von Kühlrippen enthält, die rechtwinklig zu diesem angeordnet sind Pfad des Bogens.

Diese Lamellen können entweder aus isolierenden Materialien bestehen, wo sie als Lichtbogensplitter wirken, oder sie können aus leitenden Materialien bestehen, wo sie ein Deion-Gitter bilden, das den Lichtbogen durch Ablenken des Stroms vom Hauptlichtbogenpfad aufbricht.

Immer wenn der Stromkreis erregt wird, wird auch die im Hauptstromkreis befindliche magnetische Blasenspule mit Strom versorgt. Wenn die Kontakte brechen und ein Lichtbogen gezogen wird, fließt immer noch Strom in der Schaltung, so dass die Ausblasspule immer noch erregt ist.

Das Feld der Ausblasspule zieht den Lichtbogen in die Lichtbogenrutsche, wo er gebrochen und gelöscht wird. Die Unterdrückung des Lichtbogens wird durch den Kühleffekt der in der Luft erzeugten Konvektionsströme unterstützt.

Wenn der Lichtbogen erlischt, hört der Strom auf zu fließen und die Ausblasspule wird stromlos. Die gesamte Operation wird in Abb. 13.6 schematisch erklärt. Da nun die Stärke des Ausblasmagnetfelds von dem Strom in der Ausblasspule abhängt, ist der Ausblaseffekt viel stärker, wenn ein starker Strom unterbrochen wird, dh wenn im Stromkreis ein Kurzschlussstrom fließt .

Innerhalb der Grenzen des Schalters ist die Lichtbogenunterdrückung daher bei starken Strömen genauso wirksam wie bei normalen Lastströmen. In einigen Hochspannungs-Luftunterbrechungsschaltern (Air Blast-Schaltanlage) ist ein Druckluftsystem vorgesehen, um Lichtbogenbildung zu unterdrücken. In dem Moment, in dem sich die Kontakte teilen, lenkt ein auf sie gerichteter Luftstoß den Lichtbogen ab und kühlt ihn ab.

3. SF 6 Lichtbogenunterdrückung:

Obwohl die SF 6 -Lichtunterdrückungsschaltanlage jetzt in Indien hergestellt wird, wird SF6-Gas importiert. Daher sollte einem Elektrotechniker in Bergwerken etwas von ihrer Funktionsweise bekannt sein. Der Schutzschalter ist in einem vollständig druckfesten Gehäuse untergebracht, das in drei röhrenförmige Stahlkammern unterteilt ist, so dass jede Phase einzeln erdgeschützt ist.

Jedes Abteil enthält Kontakte vom Typ Stift und Buchse mit einem Kolben, der so angeordnet ist, dass er einen SF6-Gasstrahl über den Lichtbogen lenkt, wenn der bewegliche Kontakt von der festen Gruppe abgezogen wird, und so eine schnelle Lichtbogenlöschung unterstützt.

Tatsächlich hat SF 6 -Gas bei einem Druck von 45-50 psi eine dielektrische Festigkeit, die der von Isolieröl ähnlich ist, und die Löscheigenschaften des Lichtbogens sind fast 100 Mal besser als Luft. Tatsächlich liegt die Durchschlagfestigkeit von SF6-Gas bei Atmosphärendruck bei etwa dem 2, 3-fachen der von Luft. Darüber hinaus reagiert es mit Strukturmaterialien nicht chemisch. Es zersetzt sich auch nicht bis 600 ° C.

Bei höheren Temperaturen wird es allmählich zu SF 4 und SF 2, aber diese vereinigen sich wieder zu SF 6 . Es ist eine Tatsache, dass sich das Gas aufgrund der Wirkung eines Lichtbogens in SF 4 und SF 2 und etwas Metallfluorid zersetzt, das selbst ebenfalls eine gute Spannungsfestigkeit aufweist, und daher sehen wir die Lichtbogenbildung in der Kammer von SF 6 in No. So verringert sich die Spannungsfestigkeit des Gases.

In Abb. 13.7 sehen wir eine Skizze für die SF6-Lichtbogenunterdrückungsvorrichtung. Wenn der bewegliche Kontakt (7) vom feststehenden Kontakt (8) durch die Wirkung der Leckage aus dem Mechanismus zurückgezogen wird, wird ein Lichtbogen zwischen den festen und den beweglichen Kontakten gezogen.

Während sich der bewegliche Kontakt nach oben bewegt, wird Gas zwischen der oberen Fläche des beweglichen Kolbens (4) und der Oberseite des feststehenden Zylinders (2) komprimiert. Dieses Gas wird entlang der hohlen Mitte des Kolbens (4) in den Ringraum zwischen dem beweglichen Kontakt (7) und dem Isolierrohr (6) und dann axial entlang des Lichtbogenweges gedrückt, wo es den Lichtbogen löscht.

Der Strompfad führt vom festen Zylinder (2) durch die Durchgangskontakte (5) in den beweglichen Kontakt (7), vom beweglichen Kontakt in die festen Kontakte (8) und dann zum Kontakthalter. Der feststehende Zylinder (2) und der Festkontakthalter sind mit dem oberen bzw. dem unteren Buchsenschaft verbunden.

Es ist jedoch ein Druckschalterrelais am Tank angebracht, um den Schalter außer Betrieb zu setzen, wenn ein übermäßiger Druckverlust festgestellt wird. An dem Gehäuse sind Ventile angebracht, um SF 6 -Gas zu laden und mit einem Druckmessgerät periodische Gasdruckprüfungen durchzuführen und periodische Gasproben zur Überprüfung der Durchschlagfestigkeit zu entnehmen.

4. Lichtbogenunterdrückung im Vakuum-Unterbrecher:

Der Vakuumschalter ist ein einpoliger, dichter Schalter, bei dem die Kontakte im Hochvakuum eingeschlossen sind. Drei solcher Einheiten werden zusammen betrieben, um einen Dreiphasenschütz oder einen Leistungsschalter zu bilden, wie es erforderlich ist.

Durch ein effizientes und geeignetes Design kann der Metalldampf aus dem Lichtbogen schnell diffundieren und auf der Oberfläche der umgebenden Struktur abgelagert werden, wodurch eine sehr effiziente Lichtbogensteuerung erreicht wird und die Einheit bei hohen Kapazitäten mit einer Kontakttrennung arbeiten kann nur etwa 2, 5 mm (0, 100 Zoll)

In Indien wird jetzt ein Vakuumkreisunterbrecher bis 33 KV hergestellt. In Großbritannien und den USA wurden die Vakuumschaltkreise bis 300 kV erfolgreich entwickelt und sind bereits im Einsatz. Aufgrund ihres hervorragenden Verdienstes und ihrer Verwendung in Höchstspannungen sowie ihrer geringen Wartung sollten diese in Indien entwickelt werden.

Aufgrund des Mangels an gründlichem technischem Know-how und angemessener Forschung und Entwicklung durch die indischen Hersteller müssen diese jedoch leider noch entwickelt werden, um den internationalen Qualitätsstandard zu erfüllen.

Überspannungschutz:

In jedem elektrischen System ist Überlastung fast ein normales Phänomen. Um das Gerät vor den nachteiligen Auswirkungen einer Überlastung zu schützen, wurde ein Schutzsystem entwickelt. Eine Überlastung tritt auf, wenn der normale Betriebsstrom die zulässige Grenze überschreitet. Dies kann verschiedene Ursachen haben, z. B. das Abwürgen eines Motors, ein Kurzschluss zwischen zwei der Stromleitungen, einzelne Phasen usw.

Eine Überlastung bewirkt eine Überhitzung der Kabel und Geräte, durch die sie fließt. Wenn die Überlastung stark ist, besteht die Gefahr schwerer Schäden durch Überflutung und sogar Feuer, da Isoliermaterial oder andere Materialien in Kontakt mit den heißen Leitern geraten. Überlastung kann das Gerät selbst beschädigen, wenn es im Laufe der Zeit nicht ordnungsgemäß geschützt wird.

Es gibt viele Arten von Überlastschutzvorrichtungen. Eine übliche Überlastsicherung ist die Sicherung. Bestimmte elektrische Geräte in den Minen sind durch Sicherungen geschützt. Die für diese Zwecke verwendeten Sicherungen bestehen aus einem schmelzbaren Element, das sorgfältig in einer Glaskassette enthalten ist. Sicherungen, die Stromkreise unterbrechen müssen, die starke Ströme führen, müssen jedoch ein hohes Abschaltvermögen haben.

Solche Sicherungen (HRC-Sicherungen) weisen eine spezielle Art von Quarzfüllung auf, die im Moment des Ausbrennens mit dem Schmelzelement reagiert und einen Stopfen aus Isoliermasse bildet, der eine Lichtbogenbildung zwischen den Enden der durchgebrannten Sicherung verhindert. Abb. 13.8. erläutert den Aufbau der HRC-Sicherung. In Kapitel 21 wird ausführlicher auf die HRC-Sicherung eingegangen.

Eine Sicherung erfüllt jedoch nicht die Betriebsanforderungen in einem unterirdischen Stromkreis, wo eine kontrollierte Reaktion erforderlich ist. Es ist häufig erforderlich, einen Stromkreis nach einer kurzen Überlastung schnell wieder herzustellen, was bei einer Sicherung nicht möglich wäre, da dann das Schaltergehäuse geöffnet werden muss, um eine neue zu installieren.

Die Überlastschutzsysteme für eine Leistungsschaltung müssen zwischen einem Stromstoß, der beim Anfahren eines Induktionsmotors auftreten kann, und einer stärker anhaltenden Überlastung, die sich aus einem Fehler in der Schaltung ergibt, unterscheiden.

Die erforderlichen Eigenschaften werden durch das Anschließen eines Überlastrelais mit einem Dämpfer in jeder Versorgungsleitung erzielt, durch das das Schütz oder der Schutzschalter bei einer Überlastung ausgelöst wird (siehe Abb. 13.9). Jedes Relais und jeder Dämpfer besteht aus einer Spule, die mit einer der Stromleitungen in Reihe geschaltet ist und einen Tauchkolben betätigt.

Der Spulenkolben ist mit einem Kolben verbunden, der in einen mit Öl gefüllten Zylinder eingetaucht ist, der sich seiner Bewegung widersetzt. Jeder Relaiskolben ist mit einer gemeinsamen Auslösestange verbunden, so dass beim Einzug eines Kolbens der Schaltkreis ausgelöst wird.

Wenn jedoch ein Strom unterhalb des Nennmaximums durch die Relaisspule fließt, reicht die erzeugte elektromagnetische Kraft nicht aus, um den Widerstand des Kolbens zu überwinden, so dass der Schalter geschlossen bleibt. Bei einer kleinen Überlastung reicht die elektromagnetische Kraft gerade aus, um den mechanischen Widerstand des Kolbens zu überwinden; und der Kolben bewegt sich langsam gegen den Ölwiderstand.

Wenn die Überlast nur von kurzer Dauer ist, stoppt der Kolben, bevor der Schalter geöffnet wird, und der Betrieb des Stromkreises wird gestört, wenn die leichte Überlast beibehalten wird. Der Kolben erreicht jedoch schließlich das Ende seiner Bewegung und löst den Kolben aus Schalter. Bei einer starken Überlastung wird jedoch die elektromagnetische Kraft größer und der Kolben bewegt sich nach kurzer Zeit schneller.

Thermischer Überlastschutz:

Die andere Form des Überlastschutzes verwendet ein Bimetallelement. Ein Bimetallelement ist ein Streifen, der aus zwei miteinander verbundenen Metallen besteht. Wenn das Element erhitzt wird, dehnen sich die beiden Metalle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus, so dass sich das Element verbindet.

Die Schutzeinheit ist so ausgelegt, dass das Bimetallelement durch den in der Stromleitung fließenden Strom erwärmt wird, entweder das Element selbst ist mit der Stromleitung in Reihe geschaltet oder wird durch eine Heizungswicklung gesteuert.

Wenn ein Überlaststrom in der Leitung fließt, wird das Bimetallelement stärker als normal erwärmt und es biegt sich über seine normale Position hinaus. Mit dieser zusätzlichen Bewegung wird eine Auslösevorrichtung für den Hauptstromkreis betätigt. Abb. 13.10 erläutert das Prinzip der thermischen Überlastung.

Tatsächlich hat die thermische Überlastungsvorrichtung eine ähnliche zeitliche Charakteristik wie die Stoßdämpfer-Vorrichtung, da im Falle einer leichten Überlastung einige Zeit vergeht, bevor sich das Bimetallelement auf die zum Auslösen des Schaltkreises erforderliche Temperatur erwärmt hat. Wenn die Überlastung jedoch stark ist, wird der Temperaturanstieg im Bimetallelement schnell und der Schalter wird schnell ausgelöst.

Wenn nun ein Starter für einen starken Strom ausgelegt ist, können die Überlastrelais oder Bimetallelemente nicht direkt in die Stromleitungen geschaltet werden. Stromwandler werden in die Stromleitungen geschaltet, und ihre sekundären Ausgänge dienen zum Betrieb von Relais mit Dämpfer oder Bimetallelementen.

Da die Ausgänge der Transformatoren proportional zu den in den Stromleitungen fließenden Strömen sind, können die Überlastungsvorrichtungen genau eingestellt werden, um den Schalter auszulösen, wenn eine bestimmte Stromstärke in der Stromleitung fließt.

Schaltleistung:

Jeder Anlasser, der mit einer Überlastabschaltung ausgestattet ist, muss möglicherweise seinen Stromkreis unterbrechen, wenn ein Strom ein Vielfaches des normalen Stroms fließt. Diese Tatsache wird bei der Auslegung des Starters berücksichtigt. Der maximale Strom, den ein Schalter bei einer angegebenen Referenz-Einschaltspannung unterbrechen kann, ohne sich selbst zu beschädigen, wird als Ausschaltvermögen bezeichnet.

Tatsächlich drückt sich dieses Schaltvermögen auf zwei Arten aus:

(1) Symmetrisch und

(2) Asymmetrisches Bruchvermögen.

Das heißt, der maximale symmetrische Strom und der asymmetrische Strom, den der Unterbrecher bei einer angegebenen Referenz-Blinkspannung unterbrechen kann. Das Bemessungsschaltvermögen wird jedoch in MVA als Produkt aus dem Bemessungsschaltvermögen, dh dem Ausschaltstrom in KA, und der Bemessungsspannung in KV und einem Multiplikationsfaktor in Abhängigkeit von der Anzahl der Phasen ausgedrückt.

Was ist nun der Ausschaltstrom eines Leistungsschalters? Der Unterbrechungsstrom in einem bestimmten Pol eines Leistungsschalters ist der Strom zum Zeitpunkt der Trennung der Unterbrecherkontakte.

Es wird ausgedrückt als:

1. Symmetrischer Bruchstrom:

Dies ist der Effektivwert der Wechselstromkomponente des Stroms in einem bestimmten Pol zum Zeitpunkt der Trennung der Kontakte.

2. Asymmetrischer Bruchstrom:

Dies ist der Effektivwert der gesamten AC- und DC-Komponenten des Stroms in einem bestimmten Pol im Moment der Kontakttrennung:

Was ist nun der Einschaltstrom des Leistungsschalters? Wenn ein Leistungsschalter geschlossen oder bei einem Kurzschluss „gemacht“ wird, ist der Einschaltstrom in KA der Spitzenwert der maximalen Stromwelle, einschließlich der Gleichstromkomponente im ersten Zyklus des Stroms, nachdem der Unterbrecher geschlossen wurde.

Was macht dann die Kapazität eines Leistungsschalters?

Dies ist der Strom, den der Trennschalter bei der angegebenen Nennspannung leisten kann. Diese Herstellungskapazität drückt sich auch in MVA aus.

Nennfertigungskapazität = 1, 8 ×

x symmetrisches Ausschaltvermögen.

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) Samples should stand minimum 40 KV for one minute.

(2) In acidity test, the samples must have values below 0.5mg KOH / gm.

(3) Sludge should be below 1.5%.

(4) Viscosity at 70°F should be around 3/cs.

(5) Copper discolor action test should be negative.

However, in the mines or in any site, the first test is generally carried out by means of a portable flash-testing set with spark gap set at 2.5 mm/4 mm, between the electrodes.