Vacuostat : dispositif et principe de fonctionnement + nuances de sélection et de raccordement

Un appareil électrique, un disjoncteur à vide, est un appareil destiné à fonctionner dans le cadre de réseaux électriques à haute tension.Il tire son nom d'une caractéristique de conception - une chambre à vide, grâce à laquelle l'extinction instantanée de l'arc électrique est obtenue.

L'appareil est utilisé comme interrupteur conçu pour arrêter l'équipement en cas de situations d'urgence ou dans le cadre d'une opération de routine. Examinons de plus près ce qu'est un collecteur à vide et pourquoi il est nécessaire.

Comment fonctionne un interrupteur à vide haute tension ?

La base de la fonctionnalité des chambres à vide utilisées dans la conception des interrupteurs réside dans les propriétés physiques du gaz à l'état déchargé. Dans de telles conditions, la propriété du gaz, caractérisée par la résistance électrique, évolue considérablement vers une augmentation.

Cet effet d'un environnement très raréfié (plage de 10^-6 à 10^-8 N/cm²) est utilisé avec succès dans les conceptions de commutateurs complétées par des chambres à vide de gaz à travers lesquelles passent des groupes de contacts électriques.

L'un des modèles de disjoncteur à vide est un dispositif utilisé dans le fonctionnement des réseaux électriques de puissance. L'appareil est considéré comme plus moderne et fiable par rapport à des appareils similaires, mais d'un type différent.

Le courant circulant à travers les groupes de contacts (au moment où le contact est déconnecté) forme une décharge électrique - un arc.La combustion de l'arc se produit en raison de l'ionisation partielle des vapeurs métalliques, inévitablement formées à haute température. Le passage du courant entre les contacts à travers le plasma formé est maintenu jusqu'à ce que le courant passe au bus zéro.

Dès que vient le moment du passage par « zéro », l’arc électrique s’éteint. Le processus global ne prend pas plus de 7 à 10 microsecondes.

Conception de vacuostats

La variété des disjoncteurs à vide, compte tenu de leur conception, est assez large. Il est donc difficile de donner les caractéristiques de ces appareils dans leur ensemble. Pendant ce temps, quelles que soient les différences de conception, le principe de fonctionnement reste inchangé.

Schéma fonctionnel de l'explosif : 1 – borne supérieure ; 2 – chambre à vide ; 3 – isolant polymère ; 4 – rendement inférieur ; 5 – contact à bande ; 6 – ressort de puissance ; 7 – barre de traction ; 8 – ressort de voyage ; 9 – levier de vitesses ; 10 – arbre d'entraînement ; 11 – libération ; 12 - corps

Considérons pour des informations générales vacuostat tripolaire, équipé d'un entraînement par moteur à ressort. Cet appareil est conçu pour une installation intérieure ou extérieure. Dans tous les cas, son installation s'effectue à l'intérieur de boîtes métalliques de distribution spéciales.

Les appareils peuvent être utilisés dans divers domaines de l’économie nationale. Il existe cependant certaines limites.

Ainsi, les disjoncteurs à vide ne sont pas destinés à être installés et exploités ultérieurement dans les conditions suivantes :

• les pièces où il y a un incendie ou une atmosphère explosive ;
• les installations conçues pour permettre des commutations fréquentes ;
• installations de type mobile (mobiles);
• systèmes énergétiques des navires maritimes et fluviaux.

Les disjoncteurs à vide ont généralement deux types de conception :

1. Pour installation permanente.
2. Pour installation avec un chariot de quincaillerie.

Quelle que soit la conception, la zone du corps de l'appareil contient trois pôles équipés de chambres d'extinction d'arc.

À l’intérieur des chambres à vide se trouvent des contacteurs mobiles entraînés par un mécanisme à moteur à ressort. Le corps de l'appareil est complété par un panneau avant contenant des éléments d'affichage et des dispositifs de commande.

Éléments principaux externes de l'interrupteur : 1 – pôles de l'appareil ; 2 – mécanisme de verrouillage d'activation ; 3 – fenêtre de levage ; 4 – poignée mécanique qui bloque les circuits externes

Les trois pôles du circuit principal sont réalisés sous forme de colonnes. L'emplacement des pôles se situe généralement à l'arrière du châssis d'entraînement du moteur à ressort. Chaque pôle est équipé d'une chambre d'extinction d'arc, qui est enfermée à l'intérieur d'un isolant polymère. Afin d'améliorer la résistance électrique, le corps de l'isolateur a une forme nervurée.

À l'intérieur de chaque chambre à vide, un groupe de contact de deux éléments est monté - mobile et fixe. L'élément de contact mobile est connecté au mécanisme de commutation via un isolant de traction. Vient ensuite la connexion avec la broche de contact inférieure. Et le contact fixe est connecté via un ajustement conique à la borne de contact supérieure de l'appareil.

Comment fonctionne le commutateur ?

Les contacts mobiles des chambres à vide sont reliés mécaniquement à l'arbre de l'entraînement du moteur à ressort. Grâce au ressort de puissance pré-armé (réglé à l'état de tension), l'entraînement peut être facilement activé en appuyant simplement sur un bouton de commande ou un autre mécanisme.

Schéma fonctionnel d'une enceinte à vide : 1 – bornier à contacts fixes ; 2 – contact fixe ; 3 – contact mobile ; 4 – écran métallique ; 5 – isolant en céramique (polymère); 6 – soufflet ; 7 – bornier à contacts mobiles

Le ressort (généralement deux ressorts) est chargé par un entraînement par chaîne. Le mode de fonctionnement normal de l'équipement consiste à charger le ressort à l'aide d'un moteur électrique équipé d'un réducteur. Dans le même temps, il existe une poignée d'armement manuel, utilisée en cas d'accident ou de perte de puissance.

Le ressort armé est fixé par le mécanisme de déclenchement. Ce mécanisme est contrôlé via un entraînement électromagnétique ou via un bouton d'alimentation. Dès que le mode d'activation est activé, le verrouillage est libéré, la force de traction du ressort active le mécanisme à came. Celui-ci agit à son tour sur l'arbre, qui est relié mécaniquement au mécanisme de commutation des contacts mobiles des chambres à vide.

L'opération d'arrêt du disjoncteur à vide s'effectue en activant le mode « Off » - avec un électro-aimant ou un bouton. La séquence d'actions est presque la même que celle du premier mode. Des ressorts de puissance de déclenchement sont également impliqués ici, dont l'état est défini par la gâchette de déclenchement.

Panneau de commande et éléments d'indication : 1 – mode « on » ; 2 – mode « arrêt » ; 3 – état armé du ressort ; 4 - état du ressort libéré

La commodité de fonctionnement et le contrôle du fonctionnement de l'appareil sont assurés par le panneau de commande. Sur le devant du panneau se trouvent des éléments : un compteur de cycles, un indicateur d'état du ressort de charge et un indicateur d'état du vacuostat.

Caractéristiques des structures débrochables

L'équipement débrochable est assemblé sur la base d'un chariot à matériel spécial. Grâce à cet accessoire, l'interrupteur est inséré dans ou hors de l'armoire.

Le chariot à matériel sert non seulement à transporter l'appareil, mais sert également de contrôleur pour faire passer l'appareil en mode test ou en mode fonctionnement dès que l'interrupteur est enfoncé dans l'armoire.

Chariot à quincaillerie : 1 – rouleau (4 pièces) ; 2 – socle ; 3, A – base mobile ; 4 – poignée (2 pièces); 5 – douille de bouton ; 6 – barre de blocage ; 7 – élément de fixation ; 8 – connecteur pour le circuit secondaire ; 9 – mécanique de verrouillage des dispositifs ; 10 – blocage des contacts ; 11 – barre de fixation par vis ; B – partie fixe

Le vacuostat est fixé directement sur la partie mobile du chariot. La fixation est réalisée à l'aide de connexions boulonnées. Le chariot à matériel comporte également une partie fixe, où est fixé l'entraînement de la partie mobile. Le mouvement du module mobile par rapport au module fixe s'effectue par la vis de la poignée de commande du chariot.

La partie mobile est une base métallique sur quatre roues, traitée avec revêtement galvanique. Il existe un verrouillage mécanique externe (barre de pression) de l'électrode de terre, un verrouillage à vis d'entraînement, des contacts de bloc, un mécanisme de verrouillage de l'interrupteur et d'autres éléments qui assurent le mouvement ou la fixation.

Installation et connexion de l'appareil

Avant de commencer l’installation d’un disjoncteur à vide, il est nécessaire d’inspecter tous les éléments accessibles de l’extérieur pour s’assurer qu’il n’y a aucun dommage ou défaut. Ensuite, les surfaces isolantes des poteaux sont nettoyées à l'aide d'un chiffon sec et non pelucheux.

Il est interdit d'introduire des équipements dans le système s'il y a des éclats, des fissures ou des zones déformées sur les surfaces isolantes. Le circuit des circuits secondaires doit être vérifié, ainsi que le raccordement du bus châssis.

Vérification du périphérique installé. Il est important ici de vérifier soigneusement chaque détail, chaque élément de fixation. Les appareils à haute tension ne pardonnent pas la moindre erreur

Avant l'installation, la fonctionnalité de l'interrupteur doit être vérifiée par une mise en marche manuelle (inactif sans alimentation) et s'assurer que les indicateurs du panneau de commande sont dans la bonne position. Il faudra ensuite vérifier la présence des caches poteaux. Si un équipement évalué à 1 600 A et plus est utilisé, les capots de protection doivent être retirés avant l'installation.

Connectez-vous directement au réseau

Les bornes des pointes de contact des conducteurs du câble d'alimentation doivent être nettoyées avant le raccordement aux bornes de l'interrupteur.

La procédure de dénudage diffère selon le matériau du terminal utilisé :

• Pour les bornes en cuivre et en aluminium sans revêtement supplémentaire, le nettoyage est effectué avec du papier de verre de grain M20 ou inférieur, suivi d'un dégraissage de la surface métallique.
• Si les cosses en cuivre ou en aluminium sont recouvertes d'une couche d'argent, il suffit de les nettoyer avec un chiffon non pelucheux.

Il est inacceptable d'utiliser des câbles dont le revêtement argenté des bornes est endommagé sur une superficie supérieure à 5 %. Dans ce cas, l'élément endommagé doit être remplacé. Plus d'informations sur les bornes pour connecter les fils peuvent être trouvées dans ce materiel.

Les conducteurs externes sont connectés aux bornes du vacuostat de manière à ce qu'aucune force mécanique ne soit créée sur les bornes de l'appareil par les conducteurs externes. Les connexions sont réalisées au moyen d'un accouplement boulonné utilisant des rondelles métalliques élastiques plates.

Comment se fait la mise à la terre ?

Les appareils fixes sont connectés à la plateforme « terre » à l'aide d'une connexion boulonnée (M12) directement au point marqué « Grounding ».

Éléments structurels du chariot d'équipement et du châssis de commutation à travers lesquels l'appareil est mis à la terre. En règle générale, ces points sont marqués d'un signe correspondant à côté de l'élément

La zone du point de contact « Grounding » doit être dégraissée avant le raccordement. Le conducteur de terre doit être un bus de section suffisante (Règles d'installation électrique), un fil flexible ou un conducteur tressé. Avant de placer le conducteur sur la plage de contact, lubrifier les surfaces de contact avec un lubrifiant spécial (CIATIM-203).

La conception de type débrochable est mise à la terre à l'aide des éléments du chariot d'équipement. La mise à la terre du disjoncteur à vide s'effectue à travers la structure du chariot à matériel, pour lequel se trouvent également des éléments de fixation.

Mise en service de l'appareil

L'appareil est mis en service après un contrôle supplémentaire de l'équipement installé et préparé. En particulier, la fiabilité de la mise à la terre, l'état de fixation des composants de l'assemblage et l'accès du fluide de refroidissement aux éléments potentiellement chauffants sont vérifiés.

Les surfaces des tiges conductrices de courant en contact avec les lamelles des groupes de contact en rosace doivent être traitées avec une petite quantité de lubrifiant CIATIM. De manière générale, il est nécessaire d'effectuer toutes les procédures prévues par le PES en cas d'essais de réception et de s'assurer que la tension de fonctionnement correspond aux limites admissibles.

Installation d'un disjoncteur à vide. Les travaux d'installation sont effectués uniquement par du personnel qualifié. Les mêmes exigences s'appliquent au personnel sélectionné pour entretenir les équipements à haute tension.

Le personnel autorisé à entretenir les installations électriques fonctionnant à des tensions supérieures à 1 000 volts est autorisé à actionner le disjoncteur à vide. Le groupe d'accès autorisé pour le personnel de service ne doit pas être inférieur au tiers. Avant de commencer à travailler avec des équipements, le personnel subit un minimum technique afin d'étudier les subtilités d'un modèle d'équipement spécifique.

Comment choisir un disjoncteur à vide ?

L'appareil est sélectionné en tenant compte de ses paramètres nominaux, qui sont considérés par rapport aux paramètres du réseau existant sur le site d'installation. Le choix se fait selon le critère des modes de fonctionnement en charge maximale attendus pour les conditions de fonctionnement.

La tension nominale du disjoncteur à vide peut être égale (ou augmentée) par rapport à la tension nominale du système alimenté par le disjoncteur.

Le paramètre de courant nominal à long terme est sélectionné à un niveau supérieur au courant nominal du système fourni. Le paramètre de courant de coupure nominal est sélectionné au-dessus de la valeur maximale courant nominal Court-circuit (le moment de divergence de contact est pris en compte).

La plaque signalétique technique est la première chose à laquelle vous prêtez attention lorsque vous choisissez un interrupteur. Sur la base des valeurs des paramètres, vous pouvez déjà déterminer si l'appareil est adapté ou non à une installation spécifique.

Du point de vue des éventuelles conditions de court-circuit, le choix se fait en tenant compte des conditions les plus sévères.

La valeur de la composante apériodique est calculée en tenant compte des conditions de court-circuit avec tension nulle dans l'une des lignes de phase. Dans ce cas, le paramètre de courant apériodique défini par l'équipementier doit être pris en compte.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vous pouvez en apprendre encore plus sur le dispositif, le principe de fonctionnement et les conditions d'installation d'un disjoncteur à vide à partir de la vidéo suivante :

Les vacuostats diffèrent des autres types d'appareils par leur structure relativement simple et fiable. Par conséquent, ce type d’équipement sert longtemps sans aucune plainte. La durée de vie naturelle est déterminée par le nombre d'opérations égal à au moins 20 000. À condition que la maintenance soit effectuée dans les délais, cette durée de vie augmente de 5 à 10 %.La maintenance des explosifs se limite quant à elle à un petit nombre d’opérations légères.

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