11. Tétel Ismertesse, mutassa be a kisfeszültségű mechanikus vezérlésű kapcsolókészülékeket! A kapcsolókészülékek kiválasztása A készülékek kiválasztásánál figyelembe kell venni a légköri és klimatikus viszonyokat, a hőmérsékletet, nyomást, tengerszint feletti magasságot, légszennyezettséget. Az üzemi viszonyokkal összefüggésben ismerni és elemezni kel a készülékek alábbi villamos paramétereit: - névleges feszültséget - névleges bekapcsoló képességet - névleges áramerősséget - névleges frekvenciát - névleges megszakítási áramot - zárlatbiztonságot (termikus, dinamikus határáram) - kapcsolási sorozatot - különleges megszakító képességi követelményeket
Mechanikus kapcsolókészülékek Megszakító Szakaszoló Szakaszolókapcsoló Kapcsoló* Kontaktor* Mechanikus relé*
Kapcsolókészülékek Biztosítók Félvezető kapcsolókészülékek Áramkorlátozó Félvezető kapcsoló és motorvédő Megszakító jellegű Félvezető relé* biztosító
Kapcsolókészülék kombinációk Biztosítós szakaszoló Biztosítós szakaszolókapcsoló Biztosító kapcsoló*
A *-gal jelölt készülékek kisfeszültségűek! Üzemi körülmények szempontjából belsőtéri és szabadtéri kapcsolókészülékek vannak. Működtetés szerint kézi vagy motoros hajtású a kapcsolókészülék. Az ívoltás módja szerint lehet levegőben, nagy nyomású levegőben, vákuumban SF6-gázban és szigetelőfolyadékban működő kapcsolókészülékek. Kapcsolóképesség szerint vannak árammentes állapotban kapcsoló szakaszolók, a fogyasztók üzemi áramának megszakítására alkalmas kapcsolók (szakaszolókapcsoló, oszlopkapcsoló) és zárlati áramok megszakítására is alkalmas (megszakító, biztosító) kapcsolókészülékek. Lehetséges kialakítások: - Installációs kapcsolók és dugós csatlakozók: Az installációs kapcsolók a legegyszerűbb kisfeszültségű terheléskapcsolók, amelyek a villamos világítás és kisebb teljesítményű fogyasztó-berendezések (készülékek) ki- és bekapcsolására szolgálnak, kézzel működtethetők, mindennapi életből közismertek. Az átbillenő kapcsolók esetében a működtető kar átbillenésen közben először az átbillenő részben levő rugó feszül meg, majd kellő előfeszítés és kismértékű elmozdulás után hirtelen átbillen a másik holtpontba. Ez biztosítja a gyors ki- és bekapcsolást. Hátránya, hogy a nyomást biztosító rugó egyben az érintkező is. Két nagy csoportra oszthatók: világítási (doboz) kapcsolók 6 - 10 A -re - készülékkapcsolók 6 - 60 A-re Az installációs kapcsolóknál említjük meg, bár nem kifejezetten kapcsoló készülékek, az installációs szerelési anyagként alkalmazott villamos áram útját „megszakító” készülékeket, a dugós csatlakozókat is. A dugós csatlakozók feladata mozgatható (nem helyhez kötött) villamos fogyasztó berendezések csatlakoztatása a hálózatra. A dugós csatlakozó két fő részből áll: - aljzat(-ból és ) - dugó(-ból) A dugós csatlakozó bizonyos szempontból szakaszoló jellegű készülék, mert kielégíti a szakaszolókra vonatkozó követelményeket, ugyanakkor „terheléskapcsoló” is, mivel kb. 10 A-ig a rajta átfolyó áram a dugó kihúzásával általában megszakítható az érintkezők beégése nélkül. A dugós csatlakozók „álló érintkezője” rugózott, míg a „mozgó érintkező” tömör, hengeres vagy kés kialakítású.
Hengeres kapcsoló: A hengeres kapcsoló működtető karja egy rugót feszít meg, amely bizonyos előfeszítés után hirtelen átfordítja a hengert a következő holtpontba. A hengeres kapcsolónak több nyugalmi helyzete (kapcsolási állapota) van és így több fokozatú kapcsolás végrehajtására alkalmas. Érintkezőinek száma is növelhető, így egyidejűleg több áramkör kapcsolható vele. Az álló érintkezőinél a jó érintkezéshez szükséges nyomóerőt az áramvezetésben részt nem vevő rugó biztosítja és így nagyobb áramok kapcsolására alkalmas. Bütykös kapcsoló: A bütykös kapcsoló a hengeres kapcsolótól csak abban különbözik, hogy a kapcsoló tengelyén tetszőlegesen kialakítható és elhelyezhető szigetelőanyagból készült bütykös tárcsák vannak, amelyek a kívánt sorrendben nyitják a mozgó érintkezőket (egyszeres megszakítás). Általában motorok kézi kapcsolására alkalmas. Görgős kapcsoló: A görgős kapcsoló a bütykös kapcsolótól abban különbözik, hogy: a kapcsolótengelyre fűzött bütykös tárcsára az érintkezők mozgatható eleme görgőn keresztül csatlakozik (innen a kapcsoló neve), - az érintkező elemek szigetelőkamrában vannak elhelyezve, amelyekbe két kettős megszakítású független áramkör építhető be, - a szigetelőkamrába ívoltó berendezés (pl. deion lemezek) szerelhető és így jelentős teljesítmény megszakítására alkalmas. Alkalmazási területe: motorok - kistranszformátorok - kisfeszültségű (belső) hálózatok, - berendezések kapcsolása - automatikákban - szerszámgépvezérlésekben Mikrokapcsolók: Billenőkapcsoló, melynél a működtetőrugó egyben érintkezőrugó is. A kapcsolószerkezet működése független a működtetés sebességétől. A nagy teljesítményű mikrokapcsoló kb. 15 A, a kis teljesítményű 1...3 A megszakítására alkalmas. DIP kapcsoló: Jellemzően kevés átkapcsolásra használják, gyári beállítás jelleggel. Nem a felhasználó, hanem karbantartó állítja be. Készülék belsejében helyezik el. Mechanikus vezérlésű: Típusai: - Egypólusú egy áramkörös kapcsoló: (SPST) Két kivezetése van. Ezek között folyik vagy nem az áram. Típusjel: 101. Alaphelyzetben lehet nyitott vagy zárt - Egypólusú két áramkörös kapcsoló: (SPDT) Három kivezetése van. A közös érintkező, hol az egyik, hol a másik érintkezőhöz kapcsolódik. Váltókapcsolónak is hívják. Típusjel: 106. Az átkapcsolás során rövid ideig előfordulhat, hogy a közös érintkező egyik érintkezőhöz sem kapcsolódik - vagy egyszerre mindkettőhöz. Olyan mechanika is van, amelyiknek stabil állapota, amikor a közös érintkező semelyik másikhoz sem érintkezik. Gépjármű irányjelző kapcsoló ilyen. N-áramkörös fokozatkapcsoló, forgókapcsoló, Yaxley: N stabil állapotnak megfelelő N érintkezője és ezen felül legalább egy közös érintkezője van. Kapcsoláskor az adott érintkezőt és a közös érintkezőt köti össze. A közös érintkező az N közül egyhez csatlakozik. Továbbfejlesztése a két áramkörös kapcsolónak. Kivitelét tekintve: feszültség kapcsolására keskenyített érintkezőkkel áram kapcsolására szélesített érintkezőkkel
A Yaxley kapcsolók továbbfejlesztett változata a nyomtatott áramköri lemezből kialakított, nemesfém bevonattal ellátott kapcsoló, mely feleslegessé teszi a külön bekötést. Ezeknél alapkövetelmény, hogy a kapcsoló érintkezője puhább legyen, mint az áramköri lemez bevonata. Ez biztosítja az áramkör tartósságát. Kétpólusú két áramkörös: (DPDT) Két, mechanikusan összekapcsolt egypólusú két áramkörös kapcsoló. Stabilitás szerint: - Bistabil, N-stabil: Az alkatrészbe épített mechanikus kiegészítő a kapcsoló mindkét ( összes ) állapotát fenntartja, ha külső erő nem hat rá. Monostabil, nyomógomb: Rugó tartja stabil helyzetben. Külső erő átkapcsolja, de az erő megszűntekor visszaáll az eredeti helyzetbe. A stabil állapot lehet nyitott vagy zárt. Feszültség, áramerősség, ellenállás, élettartam: - A kapcsolók egyik lényeges jellemzője az a feszültség, amelyet nyitott állapotban még elvisel. A valós kapcsoló ellenállása kisebb végtelennél, ezért azon nyitott állapotban is disszipálódik teljesítmény. Ugyancsak véges az érintkezők távolsága, így mint szikraközök között adott feszültség átüt. -
Másik az az áramerősség, amit zárt állapotban még elbír.
(Mindkét érték függ az áram frekvenciájától (nemétől). Jellemzően egyenáramú és 50 Hz-es adatot szokás megadni.) -
A kapcsoló ellenállása nyitott állapotban nagyon jó közelítéssel végtelen, zárt állapotban pedig nulla. Ha mégsem, akkor az lényeges adata a kapcsolónak.
-
Kapcsoló élettartamának jellemzésére a hibamentes átkapcsolások számát használják.
Felosztás feszültség, áramerősség, feladat szerint: Szakaszolók : Feladatuk: A lekapcsolandó részek üzembiztos leválasztása a feszültség alatt állóktól, valamint az elágazó energiautak előzetes kijelölése terhelésmentes állapotban Szakaszolót terhelés ki- és bekapcsolására használni (néhány kivételtől eltekintve) TILOS! A szakaszolókkal szemben támasztott követelmények: - Nyitott állapotban biztonságosan válassza el a kikapcsolt berendezést a feszültség alatt állótól. - Nyitott érintkezői között a próbafeszültség nagyobb legyen, mint a föld felé. (Túlfeszültség hatására inkább a föld felé íveljen át, mint a nyitott érintkezők között. ) - Névleges terhelőáramnál a szerkezeti elemek ne melegedjenek fel a szabványban megengedettnél jobban. - A rajta átfolyó áram ne nyissa ki (még a zárlati áram se). - Meghibásodás nélkül viselje el a zárlati áram dinamikus és termikus hatását. - A szabadtéri szakaszolók ellenállóak legyenek az időjárás viszontagságaival szemben (ernyős szigetelő, jégtörés, fokozott korrózióvédelem) védett. - A szakaszoló földelőszerkezettel is ellátható legyen. Szakaszolók felépítése: Főbb részei: - a főáramkör, amelynek legfőbb elemei a csatlakozók, az érintkezőrendszerek, az áramvezető sínek, ill. átkötések a tartó- és a mozgatószigetelőn; - tartó és a mozgatószerkezet, ezen belül az állvány, a csapágyak, a belső rudazatok, a hajtás és a mozgatószigetelő összekötése, a földelőkés és tartószerkezete; o a reteszelés a főáramkör és a földelőkés között; o a hajtás- és a segédérintkező egység.
A belsőtéri szakaszolók közép- vagy kisfeszültségűek. A középfeszültségű szakaszolók legtöbbször két támszigetelőre vannak szerelve és érintkezőkésük egyszeres megszakításra van kiképezve. A mozgó érintkezőkést kézi vagy motoros hajtással mozgatják. Megszakítók: Feladata és felosztása: Feladatuk a zárlati áramok és az üzemi áramok kapcsolása. Nem gyakori működésre méretezik. Felosztásuk több szempont alapján történhet. A sikeres árammegszakításhoz az szükséges, hogy az áram nulla átmenetében az ívcsatorna lehűljön, és a vezetőképessége megszűnjön. Ez az ív által gerjesztett és a hűtőközeg által elvezetett hőtől függ. Az ívoltás módja szerint megkülönböztetünk: természetes oltású megszakítókat; (Ezekben a megszakítókban az érintkezők nyitásán kívül más ívoltási módot nem alkalmaznak. Ilyen megszakítókat csak kisfeszültségen alkalmaznak.) - mesterséges oltású megszakítókat. Az ívoltó közeg minősége szerint: - mágneses fúvású légmegszakítókat; - olajmegszakítókat; vízoltású megszakítókat (expanziós); légnyomásos megszakítókat; - gáznyomásos megszakítókat; - vákuummegszakítókat Működés szerint: (O - a nyitási művelet; C - a zárási művelet; x min- a következő működésre x perc eltelte után kerül sor) - Önműködő gyors visszakapcsolásra nem alkalmas megszakító. Erre jellemző működési ciklus (amire a megszakítót minősítik): O - 3 min - C O - 3 min - C O - Önműködő gyors visszakapcsolásra alkalmas. Jellemző működési ciklus: O - th - C O - 3 min - C O, ahol th a gyors visszakapcsolás holtideje (0,3 s) körüli érték; 3 min a lassú visszakapcsolás holtideje. A megszakítókkal szemben támasztott követelmények: -
-
A névleges üzemi és a megengedett túlterhelési áramot biztosan be és ki kell tudnia kapcsolni. A bekapcsolás után a zárt érintkezőkön a terhelési áram káros melegedést nem okozhat. Kikapcsolás után a nyitott érintkezők között tökéletes szigetelésnek kell maradnia a leválasztott rész felé. A megszakítónak a beépítési helyen fellépő legnagyobb zárlati áramot biztosan és gyorsan kell megszakítania. A gyors működés a védett berendezés károsodását csökkenti, másrészt az együttműködő erőművek stabilitásának is feltétele. Igen gyors árammegszakítás esetén, ha az áram a természetes nullaátmenet előtt szakad meg, veszélyes túlfeszültség keletkezhet. A kis kapacitív és induktív áramok kapcsolásakor is hibátlanul kell működnie. Korszerű hálózati védelmek és automatikák működési feltételeit is biztosítani kell (pl. egy- és háromfázisú visszakapcsolás). A korszerű megszakítóknak ezeken felül még számos követelménynek is meg kell felelnie pl. nagy üzembiztonság, minimális és egyszerű karbantartási igény stb.
Kisfeszültségű megszakítók: Kismegszakítók: A kismegszakító a legnagyobb számban alkalmazott és a mindennapi életből is jól ismert megszakító típus. Alkalmasak fogyasztói vezetékhálózat belső vezetékeinek, kisebb motoroknak, háztartása villamos készülékeknek zárlat-és túlterhelés védelmére. Az ívoltást deion oltókamra segíti. A túláramvédelmet elektromágneses gyorskioldó, a túlterhelésvédelmet ikerfémes hőkioldó látja el. Így alkalmas olvadóbiztosító helyettesítésére, azzal az előnnyel, hogy kioldás után egyszerűen visszakapcsolható, ha azárlatot, illetőleg túlterhelést előzőleg megszüntetik. (Túlterhelés esetén rövid üzemszünet szükséges a hőkioldó lehűlésére!) A kismegszakító független működésű és szabad kioldású. Utóbbi azt jelenti, hogy a zárlat, vagy
túlterhelés fennmaradása esetén hiába tartjuk benyomva a „be” gombot, a kismegszakító ettől függetlenül kikapcsol. Nagyteljesítményű megszakító: A kisfeszültségű nagyteljesítményű megszakítók jelentős része légmegszakító. Ezek már fő- és segédérintkezőkkel, valamint oltókamrával rendelkeznek. Megszakításkor először a főérintkező nyílik ki, gyakorlatilag árammegszakítás nélkül. Ezután nyílik az ívhúzó résszel is ellátott segédérintkező, amelyen létrejött ívet az áramút megszakítóban való kialakulása folytán előálló dinamikus erőhatás az oltókamrába tereli, ahol az kialszik. Kontaktorok és védőkapcsolók: A kontaktor olyan kapcsolókészülék, amely alapvetően kielégíti a terheléskapcsolóval szemben támasztott követelményeket, ezen kívül: - alkalmas igen gyakori kapcsolásra, - alkalmas névleges áramának 6-10-szeresét elérő áram ki-és bekapcsolására, - ezen képessége miatt hőkioldóval összeépítve, túlterhelés védelmi feladatra is alkalmassá tehető, - nyugalmi helyzetéből működtetés hatására tér ki és a működtető jel megszűnése után visszatér nyugalmi helyzetébe, amely általában nyitott állapot. Jelfogó: Relék különböző tokozásban különböző kapcsolófeszültséggel A jelfogó vagy relé elektromos áram mágneses hatására elektromos érintkezőket működtető kapcsolóelem. A vezérlő feszültség jellemzően kisebb, mint a kapcsolt oldali feszültség. (pl 12V-vel működtetett relé 240V-ot is kapcsolhat). A híradástechnikában általában csak a kisebb működtető teljesítményűjelfogókat használják (néhány wattig), amelyek maximálisan néhány száz voltos feszültséget szakítanak meg, és legfeljebb 1–2 amper tartós áramot kapcsolnak. A nagyobb teljesítményű jelfogókat mágnes kapcsolónak nevezik. Van egyenárammal és váltóárammal működő jelfogó, kisfeszültségű és 240 voltos hálózati feszültséggel működő. Létezik szilárdtest-relé is, amiben nincs mozgó alkatrész. A relék osztályozása: A sokféle célú, elvű, szerkezetű és tulajdonságú relék célszerű osztályozása a működési elv, a megszólalást kiváltó mennyiség, az érzékelő szerv kialakítása, a parancsadó szerv kialakítása és az érintkezők működésmódja szerint történhet. Működési elv szerint megkülönböztetünk: - elektromágneses - indukciós - elektrodinamikus - hőhatáson alapuló - egyenirányítós - elektronikus (félvezetős), - egyéb elven működő reléket. Az első öt típus működési elve azonos az ugyanilyen elnevezésű mérőműszerekével. A hatodik elektronikus relé többnyire nem elemi relé, hanem kapcsolási kombináció, amelynek legfeljebb csak kimeneti oldala tartalmaz egy elektromechanikus segéd relét. Az utolsó csoportba tartoznak pl. a transzformátorok gázképződésére és olajáramlására reagáló Buchholz-relék, nyomásváltozásra működő relék stb. A megszólalást kiváltó jellemző mennyiség szerint az alábbi csoportok állíthatók fel: - Áramrelék: A relé tekercsén átfolyó áram beállítással meghatározott értékének túllépésekor működnek - Frekvencia-relék: A váltakozó áram frekvenciáját érzékelik. Un= 100 V névleges feszültségű feszültségváltóhoz csatlakoznak. Megszólalnak, ha a frekvencia a beállított érték alá csökken, vagy föléje emelkedik. Európában a névleges frekvencia 50 Hz, a relék beállítási tartománya rendszerint 45...55 Hz. - Impulzusra működő relék. E kategóriába sorolhatók a segédrelék és az időrelék, amelyek tekercse az áramforrásból csak nulla, vagy gyakorlatilag névleges működtető feszültséget kaphat és ennek megfelelően húz meg vagy enged el. Feladatuk tehát az előző csoportoktól eltérően nem a kapcsaikon megjelenő villamos mennyiség nagyságának megítélése, hanem csupán annak jelenléte és hiánya közötti megkülönböztetés. A felsorolás csak a legjellemzőbb rendeltetéseket tartalmazza. Egyes összetett relék (pl. áramtól függő késleltetésű túláram relék, stb.) a fenti kategóriákba egyértelműen nem sorolhatók be. A szorzat-, ill. hányados relék két villamos mennyiség együttes hatására működnek, a többiek egy villamos mennyiség változására szólalnak meg. Az érzékelő szerv kialakítása szerint - primer és - szekunder relékről vagy kioldókról beszélhetünk. Primer jellegű az érzékelés, ha mérőváltó
közbeiktatása nélkül a relén az ellenőrzött áram közvetlenül áthalad, ill. a relé közvetlenül a mérendő feszültségre csatlakozik. Szekunder érzékelésűek az áramváltók, ill. feszültségváltók szekunder tekercséről táplált relék. A parancsadó szerv kialakítása szerint a működtetés - közvetlen vagy - közvetett hatású lehet. Az előbbi csoportba tartoznak a kioldók, amelyeknél a mechanikai elmozdulás közvetlenül működteti a megszakító kilincsművét. A közvetett hatású relék érintkezője működtető segédáramforrás közvetítésével hat a megszakítóra. Ezek a szorosabb értelemben vett relék. Mivel mind az érzékelésnek, mind a parancsadásnak kétféle módja van, elvben négyféle kombináció alakítható ki: - primer kioldó, - primer relé, - szekunder kioldó, - szekunder relé. A védelemtechnikában döntő súllyal a szekunder reléket, korlátozott mértékben a primer kioldókat alkalmazzák. A másik két kombináció csak elvétve fordul elő. Az érintkezők működési módja szerint a relék - munkaáramú, nyugalmi áramú érintkező révén fejtik ki hatásukat. A gyakorlatban elsősorban munkaáramú vezérlést használnak. Olvadóbiztosító: A biztosító belsejében látható a vékony olvadó szál. Az olvadóbiztosító olyan készülék, melynek elsődleges feladata az áramköri elemek (vezetékek, villamos motorok, elektronikai berendezések) védelme a túláramok és zárlati áramok káros hatása ellen, vagyis az áramkör megszakítása az erre a célra méretezett, vékony huzal kiolvadásával. Másodlagos feladatuk a névleges elektromos áramerősségüknél nem nagyobb áramok üzembiztos vezetése. Az áramkörbe sorosan kötve egy meghatározott áramerősségnél túlmelegedik, megolvad és megszakítja az áramkört. Fajtái: Névleges feszültségük szerint: - nagyfeszültségű (középfeszültségű), - kisfeszültségű. Kiolvadási jelleggörbéjük szerint: - gyors (hirtelen), - késleltetett (lomha), - normál - mérsékelten lomha - igen gyors (ultragyors), - kombinált (lomha-gyors). Szerkezeti felépítésük általában a felhasználási terület szerint változik.
