VAKUUMSKI ELEKTRIČNISKLOPNI APARATI

OSNOVE TEORIJE, PRAKSA I POJMOVNIK

Radovan Milošević

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page V

PREDGOVOR ...................................................................................................................... XI— Okolnosti ................................................................................................................. XI— Zašto knjiga .............................................................................. ..............................XII— Namjena knjige .......................................................................................................XIV— Sadržaj knjige ..........................................................................................................XIV— Zahvale ....................................................................................................................XV

1 ZAŠTO VAKUUM

1.1 Povjesne napomene .................................................................................................... 1

2 ŠTO JE VAKUUM

2.1 O vakuumu ................................................................................................................. 72.1.1 Fizikalna svojstva vakuuma ............................................................................. 10

3 STRUJA U VAKUUMU

3.1 Prekidanje struje u vakuumu ...................................................................................... 133.2 Vakuumski luk ............................................................................................................ 14

3.2.1 Difuzni luk ........................................................................................................ 17

4 VAKUUMSKE KOMORE ZA SKLOPNE APARATE

4.1 Vakuumske komore .................................................................................................... 214.1.1 Vakuumske komore za sklopnike i sklopke ...................................................... 224.1.2 Vakuumske komore za prekidače ..................................................................... 24

4.2 Elementi vakuumskih komora .................................................................................... 274.2.1 Kontakti ........................................................................................................... 28

4.2.1a Kontakti sa spiralnim elektrodama ..................................................... 304.2.1b Kontakti s koso segmentiranim elektrodama ...................................... 334.2.1c Kontakti sa zavojnim elektrodama ..................................................... 354.2.1d O još nekim rješenjima kontakata s aksijalnim magnetskim poljem . 40

4.2.2 Proračun magnetskog polja u vakuumskoj komori ......................................... 464.2.2.1 Magnetsko polje kružne strujnice ....................................................... 494.2.2.2 Magnetsko polje ravne strujnice ......................................................... 51

4.2.3 Kontakti vakuumskih komora za osigurače .................................................... 534.3 Kontaktni materijali ................................................................................................... 544.4 Zasloni (zaštitni plaštevi) ........................................................................................... 564.5 Izolacijska kućišta vakuumskih komora .................................................................... 60

SADRŽAJ

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page VII

VIII SADRŽAJ

5 ELEKTRIČNI SKLOPNI APARATI

5.1 Vakuumski sklopni aparati ........................................................................................ 675.1.1 Vakuumski sklopnici ....................................................................................... 685.1.2 Vakuumske i rastavne sklopke ......................................................................... 705.1.3 Vakuumski prekidači ........................................................................................ 74

5.1.3.1 Oblici vakuumskih prekidača .............................................................. 755.1.3.2 Pogonski mehanizmi vakuumskih prekidača ...................................... 85

a) Opružni pogonski mehanizmi ......................................................... 86b) Elektromagnetski pogonski mehanizmi ......................................... 90c) Aktuatorski pogonski mehanizmi ................................................... 92

5.2 Dinamika kontakata u vakuumskim komorama ........................................................ 985.2.1 Odskakivanje pri uklapanju i povratni hod pri isklapanju — općenito ............. 985.2.2 Kontrola odskakivanja kontakata .................................................................... 995.3.2 Zavarivanje kontakata ..................................................................................... 102

5.3 Primjer proračuna i praktične smjernice pri projektiranju vakuumskog prekidača ...1045.3.1 Dimenzioniranje izolacijskog sustava ..............................................................106

a) Izolacija prema zemlji ..................................................................................106b) Rastavni razmak ..........................................................................................107c) Izolacija među polovima ............................................................................. 107d) Zagrijavanje kod protjecanja nazivne struje ................................................107e) Proračun gubitaka u strujnom putu zbog protjecanja nazivne struje ...........108f) Odvođenje topline ........................................................................................108g) Mehanička naprezanja izolacijskog kućišta ................................................ 110h) Naprezanje izolacijske motke ......................................................................112i) Naprezanje potpornih izolatora ....................................................................113j) Energija potrebna za proces sklapanja ......................................................... 115

6 VAKUUMSKA SKLOPNA TEHNIKA U PROIZVODNJI

6.1 O proizvodnji vakuumskih sklopnih aparata ............................................................. 1196.1.1 O proizvodnji vakuumskih komora .................................................................123

7 PROVJERAVANJE VAKUUMSKIH KOMORA

7.1 Pouzdanost i trajnost vakuumskih komora ................................................................ 139

8 SKLOPNA TEHNIKA NA TRŽIŠTU

8.1 Vakuumska sklopna tehnika na tržištu .......................................................................1518.1.1 Pregradnja prekidača zamjenom lučnih komora ..............................................1518.1.2 Prilagodba vakuumskih prekidača sklopnim blokovima .................................1548.1.3 Sklopni blokovi s vakuumskim sklopnim aparatima ...................................... 157

a) Sklopni blokovi s izvlačivim vakuumskim prekidačima ............................ 160b) Specifična rješenja sklopnih blokova ..........................................................163

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page VIII

SADRŽAJ IX

8.2 Metalom oklopljeni i plinom izolirani sklopni blokovi ............................................ 1668.3 Distribucijske sklopne aparature .............................................................................. 1808.4 O nekim novim idejama za gradnju sklopnih blokova s

vakuumskim prekidačima ......................................................................................... 1898.4.1 Tropoložajni rastavni prekidač ....................................................................... 1918.4.2 Tropoložajne vakuumske komore .................................................................... 194

9 PRAĆENJE VAKUUMSKE SKLOPNE TEHNIKE

9.1 Ispitivanje vakuumskih sklopnih aparata ................................................................. 1979.1.1 Podjela ispitivanja .......................................................................................... 1979.1.2 Provjera vakuuma u komorama ..................................................................... 1989.1.3 Što je NSDD ................................................................................................... 1989.1.4 Provjera stanja kontakata nakon ispitivanja prekidne moći ........................... 2009.1.5 Određivanje vijeka trajanja sklopnih aparata ................................................. 2019.1.6 Rezanje struje u vakuumu .............................................................................. 2029.1.7 Virtualno rezanje struje u vakuumu ............................................................... 2049.1.8 Rentgensko zračenje vakuumskih komora ................................................... 2079.1.9 Korelacija kinematičkih i električnih veličina na

vakuumskim prekidačima .............................................................................. 2099.1.10 Vakuumske komore u serijskom spoju .......................................................... 212

DODATAK — POJMOVNIK

1 Nazivi i definicije za sklopne aparature, aparate i osigurače .................................... 217Dio 1: Osnovni nazivi ............................................................................................... 217Dio 2: Sklopni blokovi ............................................................................................. 220Dio 3: Dijelovi sklopnih blokova ............................................................................. 222Dio 4: Sklopni aparati ............................................................................................... 223Dio 5: Dijelovi sklopnih aparata .............................................................................. 232Dio 6: Djelovanje ..................................................................................................... 236Dio 7: Karakeristične veličine .................................................................................. 246Dio 8: Rastalni osigurači .......................................................................................... 256

LITERATURA ..................................................................................................................... 263

POPIS OZNAKA ................................................................................................................ 267

ABECEDNO KAZALO ...................................................................................................... 269

O AUTORU ......................................................................................................................... 279

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page IX

Okolnosti

Od početaka razvoja elektroenergetike pa sve do šezdesetih godina prošlog stoljeća u njezinusegmentu električni sklopni aparati i postrojenja u praksi nazvanom sklopnom tehnikom ko-rišten je niz različitih medija za gašenje električnog luka u procesu sklapanja te uspostavu iodržavanje dielektričnih karakteristika među otvorenim kontaktima u sklopnim aparatima, di-jelovima pod naponom i njihovim uzemljenim dijelovima.

Ovisno o vrsti korištenog medija, u prvom redu u prekidačima kao najsloženijim međusklopnim aparatima, nosili su nazive: uljni prekidači (koristili su se velikom količinom ulja u pro-cesu sklapanja), hidromatski prekidači (imali su vodu s dodatkom sredstava za snižavanje ledišta— hidrin), pneumatski prekidači (bili su sa stlačenim zrakom) itd.

Šezdesetih godina uvedena je nova tehnika u gradnji prekidača i rastavnih sklopki teme-ljena na ulju, ali za razliku od spomenutih prekidača s velikom količinom ulja (koristili su sestotinama litara) u jedinstvenim metalnim kućištima za tropolno sklapanje, ovdje se koristilamala količina ulja (tek nekoliko litara). Građeni su kao tropolne jedinice s malom količinomulja i posebnim lučnim komorama, pomičnim i čvrstim kontaktima itd., sve u pojedinačnim izo-lacijskim cijevima (polovima) pod nazivom malouljni prekidači i vrlo su brzo smijenili praktičnosve ostale vrste prekidača, odnosno sklopnih tehnika.

Istodobno se već tada, pri uvođenju u praksu te nove tzv. malouljne tehnike s kojom su ri-ješeni neki, ali ne i svi, tada isticani problemi intenzivno radilo u svijetu i u nas na istraživanjukarakteristika i mogućnosti korištenja dugih medija. To su visoki vakuum i tzv. elektronega-tivni plinovi, u prvom redu sumporni heksafluorid (SF6), za koje se prema teorijskim spozna-jama već znalo da nude još bolje mogućnosti u gradnji sklopnih aparata koji bi mogli zamijenitiovu tek uvedenu malouljnu tehniku i tako riješiti probleme koji nisu optimalno riješeni.

Naime, malouljna je tehnika zahvaljujući maloj količini ulja omogućavala minimiziranje ugradnji sklopnih aparata, racionalizirano je eksploatacijsko održavanje sklopnih postrojenja po-jednostavljenom zamjenjivošću izvedbom tzv. izvlačivih aparata itd., ali su ostale i neke mane,koje je svakako trebalo ukloniti. To su prije svih relativno mali broj sklapanja nazivnih, aposebno viših parametara za koje su sklopni aparati (prekidači) namijenjeni bez obnove eleme-nata koji sudjeluju u procesu sklapanja (ulje, kontaktni sustav, lučne komore itd.). Nadalje, po-stojala je realna mogućnost eksplozije u procesu sklapanja, zatim mogućnost zagađenje okolišauljem itd.

Proizvodnja malouljnih prekidača potrajala je dvadesetak godina, a potom je zamijenjenavakuumskom tehnikom i SF6-sklopnim tehnikama, koje su u međuvremenu razvijene i usvojene,te definitivno zavladale područjem gradnje sklopnih aparata, u prvom redu prekidača, sklop-nika (kontaktora) i rastavnih sklopki srednjeg napona.

Dvojba oko prevlasti vakuumske i SF6-tehnike kao novih sklopnih tehnika, koja je upočetku postojala i potrajala neko vrijeme, otpala je čim su riješeni tehnički i tehnološki pro-blemi vezani za gradnju vakuumskih komora, glavnih sklopova vakuumskih sklopnih aparata smedijem koji je proglašen »idealnim medijem«.

Jasno je da »idealni medij« treba shvatiti uvjetno jer su vakuumske komore u kojima seodvijaju sklopni procesi zatvoreni prostori gotovo bez ikakvog medija.

PREDGOVOR

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page XI

XII PREDGOVOR

Vakuumska je sklopna tehnika za sada definitivno zauzela područje gradnje sklopnih aparatasrednjeg i nekih aparata niskog napona.

Tehnika sklapanja temeljena na SF6 plinu (SF6-tehnika) ostala je te i dalje prevladava ugradnji visokonaponskih prekidača jer još postoje određeni tehničko-tehnološki problemi kojiotežavaju optimalnu gradnju vakuumskih komora relativno velikih dimenzija, koje su potrebneza sklapanje na ovoj razini napona u usporedbi s relativno jednostavnim elementima i sklopo-vima za sklapanje s SF6 plinom, gdje tih problema nema.

Kako sad izgleda, vjerojatno je da će čim se ovlada tehnologijom gradnje većih vakuum-skih komora te snizi njihova proizvodna cijena, kao glavni nedostatak i na ovoj razini napona,SF6 plin ustupiti mjesto vakuumskoj tehnici i na području sklopnih aparata visokog napona.

Razlog više za tu tvrdnju sve su učestalija upozorenja ekologa i zaštitara okoliša na ekološkunepodobnost SF6 plina kao medija za gašenje električnog luka u sklopnim aparatima.

To se u praksi već događa. Prekidači za nazivni napon 72,5 kV i 110 kV, pa i viši, ranije sviše vakuumskih komora vezanih u seriju, a sada već s jedinstvenom vakuumskom komoromproizvode se i isporučuju u nekim tehnički najrazvijenijim zemljama svijeta (Japan, SAD itd.).

Zbog iznimnih dielektričnih značajki SF6 plina te vakuuma kao idealnog medija za gašenjeelektričnog luka danas je pri gradnji modernih sklopnih aparata, odnosno sklopnih blokovaučestala njihova kombinacija. SF6 se plinom zahvaljujući njegovim dielektričkim karakteris-tikama omogućava minimiziranje dimenzija sklopnih aparata i sklopnih blokova, a vakuumomefikasno sklapanje (uspostava toka i prekidanje) struje i rješavanje ostalih problema vezanih zaproces sklapanja.

Zašto knjiga

Temeljeno na istaknutoj činjenici o definitivnom ulasku visokog vakuuma kao »superiornogmedija« u područje gradnje sklopnih aparata te činjenici da se trenutačno ništa važnije ne događana planu istraživanja, razvoja i uvođenja u praksu nekih novih medija ili principa sklapanjastruje, kako je to bilo u vrijeme uvođenja malouljne tehnike, kada se istodobno intenzivno is-traživalo i eksperimentiralo s vakuumom i elektronegativnim plinovima (SF6 itd.), realno jeočekivati da će vakuumska sklopna tehnika ući na sve naponske razine (niski, srednji, visoki tevrlo visoki napon), osvojiti svjetsko tržište te potrajati znatno dulje od ostalih kroz povijest ko-rištenih sklopnih tehnika.

Beskontaktno (bezlučno) prekidanje temeljeno na poluvodičima i upravljanju njihovomvodljivošću te istraživanja na području supravodljivosti danas su praktično jedina vrijedna al-ternativa lučnim sklopnim aparatima, no za sada ne nude mogućnost racionalne gradnje ipraktične uporabe sklopnih aparata ozbiljnijih parametara.

Tu su tek teorijska te manje ili više praktična rješenja na području elektronike i nekimspecifičnim područjima elektroenergetike, koji omogućavaju supstituciju kontaktnih sklopnihaparata. Hoće li u budućnosti prevladati tehnika beskontaktnog sklapanja ili koja druga tek ćese vidjeti. Danas su prednosti kontaktnih, odnosno lučnih sklopnih aparata, gdje spadaju i vaku-umski u odnosu na njihove nedostatke, kao i nedostatke drugih principa superiorne, što je razlogza vjerovanje da će im osigurati dugi vijek trajanja (gradnje i korištenja) u sklopnoj elektro-tehnici, odnosno elektroenergetici.

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page XII

PREDGOVOR XIII

S druge strane, proizvodnja vakuumskih lučnih komora s tehničko-tehnološkog je gledištavrlo zahtjevna. Riječ je o složenoj i skupoj opremi za rješavanje vakuumskog kompleksa, ogra-ničenim mogućnostima nabave specifičnih materijala iz kojih se grade vakuumske komore,složenom tehnološkom postupku nepropusnog spajanja raznorodnih materijala itd., što nije ra-cionalno usvajati i proizvoditi u svakoj tvrtki koja se bavi razvojem i proizvodnjom sklopnihaparata, posebno ako se nalaze u malim i tehnički manje razvijenim zemljama.

Procjena je naime da bez proizvodnje od barem desetak tisuća različitih vakuumskih komoragodišnje nije racionalno investirati u sofisticiranu tehnologiju i opremu za dobivanje visokogvakuuma i rješavanje ostalih vrlo složenih tehničko-tehnoloških problema u proizvodnji vaku-umskih komora.

Očekivati plasman tako velike količine komora kao komponenti koje će se prodavati drugimproizvođačima sklopnih aparata uz relativno mali broj onih koje će se ugrađivati u vlastitesklopne aparate nije realno za male tvrtke jer je u nesmiljenoj bitci za tržište to »rezervirano«,kako god to grubo zvučalo, za velike, svjetski poznate tvrtke.

Opredjeljenje je zato većine proizvođača sklopne opreme u svijetu, pa tako i u nas, na kupo-vanje vakuumskih prekidnih komora za gradnju sklopnih aparata, koje ti veliki svjetski pro-izvođači nude sada kao standardne sklopove na svjetskom tržištu.

Stoga se postavlja opravdano pitanje: kako će i gdje korisnici takvih aparata, kao i mladistručnjaci, naučiti bar ono nužno o njima jer će se morati baviti njima i to barem problematikomvođenja i eksploatacijskog održavanja velikog broja tih aparata koji su dosad ugrađeni i dalje seugrađuju, a koji uz nužno održavanje moraju trajati narednih dvadeset, trideset i više godina.

Učinilo mi se, vjerojatno neskromno, logičnim da bih ja mogao pomoći oko toga ako svojespoznaje i iskustvo prikupljeno tijekom četresetogodišnjeg rada na istraživanju i razvoju gotovosvih prije spomenutih sklopnih tehnika, a posebno na uspješnom razvoju cijelog niza vakuum-skih sklopnih aparata i aparatura uobličim u knjigu, koja bi mogla biti od koristi za stjecanje toganužnog znanja generacijama koje dolaze, odnosno onima koji to budu htjeli ili koji se budumorali baviti ovom problematikom.

Naime, radeći gotovo cijeli radni vijek na razvoju i u proizvodnji (što mi je bilo zado-voljstvo, a i privilegija) nekoliko serija i nekoliko stotina tipova vakuumskih prekidača, vaku-umskih sklopnika, vakuumskih rastavnih sklopki, vakuumskih sklopnih aparatura te nekolikoserija sklopnih modula s vakuumskim sklopnim aparatima, prikupio sam i usvojio velik dioteorijskih činjenica o visokom vakuumu kao mediju za gašenje električnog luka i njegovimdielektričkim karakteristikama te stekao veliko praktično iskustvo u eksploataciji vakuumskihsklopnih aparata.

Nadalje, radeći uspješno na istraživanju i razvoju vlastitih vakuumskih komora i gradnjitvornice za njihovu proizvodnju, koja na žalost zbog okolnosti i vremena u kojima je izgrađenai prije istaknute činjenice o racionalnosti proizvodnje nije mogla opstati, prikupio sam i ovladaopotrebnim znanjima o cijelom vakuumskom kompleksu, a to znači tehnologijom i opremom zadobivanje visokog vakuuma, principima i materijalima za gradnju komora itd.

Naime, tvornica je bila izgrađena, razvijene su i u njoj proizvedene te atestirane osnovneizvedbe vakuumskih komora za sklopnik nazivnog napona 7,2 kV (nazivna struja 400 A), zatimvakuumska komora za prekidač nazivnog napona 12 kV te prekidač nazivnog napona 38 kV, obaza nazivnu struju do 2500 A i nazivnu prekidnu i uklopnu moć do 25/63 kA.

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page XIII

XIV PREDGOVOR

Uz sve spomenuto te činjenicu da sam sa svojim timom uspješno razvio velik broj raz-ličitih sklopnih aparata koristeći se vakuumskim komorama većine poznatih svjetskih pro-izvođača, proučivši ih pritom vrlo temeljito, proveo njihova tipska ispitivanja i niz godina prationjihov rad u eksploatacijskim uvjetima. Moglo bi se reći, vjerovatno opet neskromno, da samovladao gotovo svim potrebnim znanjima koja će biti izgubljena ako ih u prikladnom obliku neostavim na raspolaganju onima koji će doći poslije mene. Eto, i zato sam napisao ovu knjigu.

Namjena knjige

Knjiga je namijenjena u prvom redu onima koji će raditi na razvoju sklopnih aparata s vaku-umskim prekidnim komorama te eksploatacijskom održavanju tih aparata i postrojenja u praksi.Namijenjena je zatim onima koji će imati priliku baviti se razvojem i gradnjom vakuumskihkomora u svjetskim (ili domaćim) tvrtkama, koje proizvode (ili će proizvoditi) te komore.

U knjizi su radi ilustriranja opisivane problematike uz teorijske osnove o vakuumskoj sklop-noj tehnici obrađeni konkretni primjeri vakuumskih sklopnih aparata koji su široko zastupljeniu našoj praksi, pa ona može poslužiti kao priručnik, odnosno upute o načinu rada, uporabi iodržavanju tih aparata.

Tu je i niz detalja vezanih za vakuumski kompleks, tehnološki proces proizvodnje, mate-rijale za izradu dijelova vakuumskih komora itd., što može biti korisno onima koji se odluče nagradnju tvornice za njihovu proizvodnju.

Studentima elektrotehnike, koji tijekom svojega studija čuju tek nešto o korištenju visokogvakuuma na području sklopne tehnike i studentima strojarstva koji o tome ne čuju ništa, knjigamože poslužiti za proširivanje, odnosno stjecanje nužnog znanja iz tog područja, što bi im tre-balo olakšati snalaženje u praksi kada ili ako se nakon svoga studija zateknu u takvoj praksi.

Konačno, ovo je uz moju prvu knjigu: Mehanizmi električnih sklopnih aparata, moj novi,skromni prilog intelektualnom kapitalu zemlje, koji će, iskreno se nadam, uz postojeća djela:knjiga B. Belina — Uvod u teoriju sklopnih aparata, skriptu V. Jurjevića — Osnovi konstrukcijesklopnih aparata niskog napona, zatim sveučilišni udžbenik K. Meštrovića — Sklopni aparatisrednjeg i visokog napona, olakšati nastavak izučavanja i razvoja ovog segmenta elektroener-getike.

Sadržaj knjige

Uz predgovor na početku knjige, u kojem je ukazano na okolnosti, razlog nastanka i namjenu tepopis korištene literature, sadržaj, popis oznaka i abecedno kazalo te bilješku o autoru na kraju,knjiga sadrži 9 poglavlja i dodatak.

U prvom je poglavlju kratak osvrt na povijest i problematiku koja se javljala u početku i ti-jekom razvoja vakuumske sklopne tehnike.

Drugo poglavlje pojašnjava pojam vakuuma općenito. U trećem je osvrt na teoriju preki-danja struje u vakuumu. Četvrto poglavlje govori o vakuumskim komorama, sklopu na kojemje temeljena vakuumska sklopna tehnika. Ovdje je ukazano na teorijske osnove o gradnji vaku-umskih komora, elemente i podsklopove vakuumskih komora te materijale za njihovu izradu.

Vakuumski sklopni aparati obrađeni su u petom poglavlju. Opisane su vrste i oblici raz-ličitih vakuumskih sklopnih aparata, koji su danas široko zastupljeni i koriste se u praksi.

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page XIV

Opisan je nadalje način razvoja i optimiranja pri razvoju i gradnji tih aparata, te je ukazanona niz specifičnosti vezanih samo za ovu vrstu tehničkih proizvoda.

Na primjeru vakuumskog prekidača srednjeg napona, kao najsloženijeg među sklopnimaparatima, prikazan je način projektiranja i razvoja takvih aparata u praksi.

Šesto poglavlje govori o proizvodnji vakuumskih komora. Ukazano je na proces izradesvakog dijela i podsklopa te konačne cjeline (vakuumske komore) kao vrlo sofisticiranogproizvoda.

O pouzdanosti i trajnosti vakuumskih komora, kroz specifične postupke međufaznog i ko-načnog ispitivanja dijelova, podsklopova i konačno cjeline vakuumskih komora govori sedmopoglavlje.

Osmo poglavlje donosi prikaz načina uvođenja vakuumske sklopne tehnike na tržište.Prikazan je proces postupnog uvođenja te (nove) sklopne tehnike u eksploataciju: od zamjenesamo lučnih komora i sklopova u postojećim aparatima, preko primjerene zamjene aparata upostojećim sklopnim blokovima i ćelijama do uvođenja potpuno novih sklopnih aparata,aparatura i sklopnih blokova uz uporabu svih značajka koje vakuumska sklopna tehnika nudi.

Ispitivanje i specifične pojave pri tom ispitivanju i u eksploatacijskoj praksi vakuumskihsklopnih aparata opisani su u devetom poglavlju knjige.

Sa željom da u znanstvenim i stručnim krugovima, a posebno u praksi zaživi tehnički rječniks nazivima i definicijama na našem jeziku, te da se na jednom mjestu može naći ispravan pri-jevod tih naziva na jezike (francuski, engleski, ruski i njemački), čijom se literaturom i proiz-vodima u ovome segmentu elektroenergetike najviše koristimo, u posljednjem je poglavljudodatak rječnik koji obuhvaća sklopne aparature, aparate i dijelove te osigurače.

ZahvaleNajsrdačnije zahvaljujem stručnim recenzentima: prof.dr. sc. Dragutinu Ščapu, dipl. ing. i prof.dr. sc. Krešimiru Meštroviću, dipl. ing. na pozornom čitanju rukopisa knjige, stručnim i znan-stvenim raspravama koje smo vodili o pitanjima i problemima o kojima se u knjizi govori.

Donatorima: Končar — elektroindustrija d.d., Zagreb, Končar — električni aparati srednjegnapona d.d., Zagreb, Končar — električni visokonaponski aparati d.d., Zagreb, Končar — Sklopnapostrojenja d.d., Sesvetski Kraljevec, Končar — Institut za elektrotehniku d.d., Zagreb, Timel —Proizvodnja brodske i procesne opreme, trgovinu i servis d.o.o. Zagreb, Aries — Hardware &software inženjering d.o.o., Zagreb, ELNA KABEL d.o.o., Zagreb, koji su novčanom potporomomogućili tiskanje i objavljivanje ove knjige velika hvala, jer bi bez njihove potpore to bilo vrloteško.

Zahvaljujem članovima uprave tvornice Končar — EASN d.d. Nikoli Vukorepu i IviMalenici, koji su me podržavali i omogućavali realizaciju mojih ideja za razvoj novih proizvodai u radu na pripremi i objavljivanju ove knjige koja je praktično moj četvrti ukoričeni materijals područja elektroenergetike, koji je predmet našeg zajedničkog rada i djelovanja.

Poštovanoj kolegici i poslovnoj suradnici Sonji Ivančić Unger hvala na pomoći priračunalnoj obradi niza crteža i slika, koji su korišteni za ilustraciju opisivane problematike.

Velika hvala mojim kolegama i neposrednim suradnicima u razvoju proizvoda DarkuHuzaniću i Marku Uremoviću, kao i ostalim suradnicima: Josipu Kališniku, Renati Vukasovići Branimiru Galiću na dugogodišnjoj uspješnoj suradnji.

PREDGOVOR XV

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page XV

Mlađim kolegama: Željku Bagi, Krešimiru Romcu i Robertu Šimiću te najmlađima: JosipuRimcu, Tomislavu Čabraji i Anđelku Horvatu, hvala na suradnji a sa željom da uspješno nastavenašu tradicionalnu praksu vlastitog razvoja novih proizvoda u ovom segmentu ektroenergetike.

Svim ostalim suradnicima u društvu Končar-Električni aparati srednjeg napona d. d., kaoi svima onima koji su na bilo koji način doprinijeli da se ova knjige pojavi najljepše zahvalju-jem.

I najzad, hvala uredniku i njegovim suradnicima na trudu oko konačnog oblikovanja oveknjige.

Bit ću posebno zahvalan svima onima koji će me upozoriti na pogreške i nedostatke u tek-stu i ilustracijama, dati korisne primjedbe na stručni i terminološki dio knjige te sadržaj, rasporedgrađe i njezinu tehničku opremljenost.

Radovan Milošević

U Zagrebu, lipnja 2009.

XVI PREDGOVOR

perje_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:06 Page XVI

* Prema [M.A. Zaleskij] odmah po otkriću električnog luka 1802. (A. Selzer 1808.) eksperimentira se (H.Dawy) 1809. godine s lukom u vakuumu.

** Postoji [A. G. W. S.] US patent 441, 542, studeni 25. 1890., u kojemu O. A. Enholm opisuje Device fortransferring and controlling electric currents. Tamo stoji: ... I cause the primary circuit to be broken in avacuum betwen solid conducting electrodes. Drugi izvor [31] navodi da je prvi patent o prekidanju strujeu vakuumu registriran u SAD-u 1897.

1 ZAŠTO VAKUUM

1.1 POVJESNE NAPOMENE

Ideja o prekidanju struje u vakuumu potječe s kraja 19.* stoljeća Paschenovim otkrićem (1889.god.) ovisnosti veličine preskočnog napona između dviju elektroda u homogenom električnompolju o umnošku tlaka i razmaka među tim elektrodama (Paschenov zakon) te Thomsonovim(Teslinim) otkrićem elektrona (1897. god).

Potaknut problemima što su ih tadašnji proizvođači uljnih i zračnih prekidača isticali RoyalW. Sorensen, profesor na kalifornijskom tehnološkom institutu (CALTECH), sa svojim studen-tima (Mandenhall, Otis, Lindvall, Hamilton, i Haywood) proveo je 1920. godine prva sustavna,praktična istraživanja o mogućnosti prekidanja struje u vakuumu.

Eksperimentalna provjera ideje na staklenom modelu komore s dinamičkim vakuumomprovedena je 1923. godine. Ovdje je tijekom sklapanja struje vakuum na potrebnoj razini od10−4 Pa održavan s pomoću trajno uključene vakuumske pumpe.

Prvi prekidač sa statičkim vakuumom u staklenim komorama autora Mendenhalla i Otisaosvanuo je u istoj instituciji 1925.**

Sorensen i Mendenhall o impresivnim su rezultatima eksperimentalnog sklapanja u vaku-umu izvijestili na skupu AIEE 1926. godine u Salt Lake Cityju, što se smatra praktičnim uvođe-njem novog medija u sklopnu tehniku, odnosno početkom ere vakuumske sklopne tehnike.

Eksperimentalni modeli i rješenje vakuumskog kompleksa (mogućnost dobivanja visokogvakuuma) nije, međutim, ni približno značilo kraj svih tehničkih nevolja i mogućnost serijskeproizvodnje vakuumskih lučnih komora.

Među neriješenim problemima posebno su se isticali:— velika količina oslobođenih plinova iz džepova u kontaktnim površinama, koji su se ot-

varali pri gorenju električnog luka i dovodili do kvarenja vakuuma u komorama— veliki afinitet kontaktnog materijala zavarivanju u visokom i ultravisokom vakuumu— veliki inducirani naponski udari (prenaponi) kao posljedica velikih rezanih struja u pro-

cesu prekidanja.

1_3_pogl_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:07 Page 1

Slika 1.1 Zastupljenost i trend sklopnih tehnika na svjetskom tržištu

Gotovo svi segmenti električne mreže od visokog, preko srednjeg do niskog napona u di-stribuciji i industriji, elektrovuči itd. koriste se danas odgovarajućim vakuumskim sklopnimaparatima, umjesto aparata i temeljenih i građenih na ostalim, danas poznatim i korištenim medi-jima (ulje, zrak, SF6 plin itd.).

Nije teško objasniti zašto je to tako. Dovoljno je npr. za prekidače sa spomenutim medi-jima (vakuumski, malouljni, SF6) kao najsloženijim među sklopnim aparatima usporediti njihovatemeljna svojstva, a to su:

— broj sklapanja nazivne prekidne moći— broj sklapanja nazivne struje— mehanička trajnost do preradbe— energiju pogonskih mehanizama.

Svaki od navedenih problema zasebno bio je dovoljan razlog za odgađanje tehničke rea-lizacije i industrijske proizvodnje vakuumskih prekidnih komora i sklopnih aparata gotovo zapuna četiri desetljeća.

Naravno, nije se stalo, nego je u tom razdoblju nastavljen veoma intenzivan rad u razniminstitutima i tvrtkama u Americi i Europi i objavljen je ogroman broj stručnih i znanstvenihradova, koji su ukazivali na različite probleme i načine rješavanja problema pri sklapanju strujeu vakuumu.

Konačno, naporom inženjerskog tima tvrtke General Electric prva komercijalno proizve-dena vakuumska prekidna komora pojavila se na tržištu 1963. godine.

Cjelovit povijesni prikaz razvoja i gradnje vakuumskih prekidnih komora od 1926. do1962. godine opisao je J.D.Cobine 1963. godine, a prikaz napora u razvoju tvrtke Westinghouseod 1929. do 1997. godine u zborniku radova [31].

Ubrzo nakon toga mnoge svjetske kompanije i tvrtke počele su nuditi i proizvoditi sklopneaparate s vakuumskim komorama i vakuumska sklopna tehnika krenula je u nezadrživo istiski-vanje svih ostalih tehnika svodeći njihovu zastupljenost danas tek na mali postotak (slika 1.1).

2 1 ZAŠTO VAKUUM

1_3_pogl_vesa_elza_kon_Layout 1 06.10.2011 11:07 Page 2