Преимущества вакуумных выключателей перед масляными

Высоковольтные вакуумные выключатели

Для повышения качества поставляемой от электрических сетей энергии, распределительные устройства комплектуются современными высоковольтными выключателями с вакуумной дугогасительной средой. Благодаря качественному отличию от устаревших автоматических выключателей, вакуумная аппаратура используется и для вновь возводимых подстанций, и для замены коммутационного оборудования на уже существующих.

Ряд преимуществ вакуумных дугогасительных устройств обуславливается более эффективным принципом гашения дуги, создает предпосылки для предотвращения аварийных режимов энергосистемы и позволяет существенно сократить затраты на обслуживание.

Устройство и принцип действия

Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки.

Общий вид вакуумного автоматического выключателя

Устройство вакуумного выключателя.

Из картинки ниже видно, что внутри устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов. Один из них выполняется подвижным, второй стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течении длительного периода времени (несколько десятков лет). Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки. Именно этот элемент стал камнем преткновения для реализации такого выключателя в 30-е годы прошлого века.

Современные технологии предоставляют возможность сохранения вакуума внутри емкости, в том числе, с учетом динамических нагрузок, которые ей приходится претерпевать во время коммутаций. Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры при перемещении подвижного контакта.

Конструкция вакуумного выключателя

Принцип гашения электрической дуги.

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. Если в воздушных выключателях с методом электромагнитного дутья эту ионизацию искусственно растягивают на несколько метров, а в элегазовых и масляных выключателях стараются погасить диэлектрическим материалом, то в вакуумных применяется другая технология. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное к выделению заряженных частиц. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла.

Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения, их место быстро занимает пустое пространство с высокой электрической прочностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Но чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

Типы вакуумных выключателей

Как и любая другая электротехническая продукция, вакуумные выключатели подразделяются на несколько типов, в зависимости от класса напряжения, для которого предназначен аппарат. Поэтому условно их можно подразделить на:

• Устройства на 6 – 10 кВ;
• Устройства на 35 кВ;
• Устройства на 110 – 220 кВ.

Вторым критерием является мощность отключаемого потребителя, в соответствии с которой модели отличаются по максимальному рабочему току или по мощности.

Сфера применения

Если первые модели, выпущенные еще в СССР, обеспечивали отключение, сравнительно небольших нагрузок из-за конструктивного несовершенства вакуумной камеры и технических характеристик контактов, то современные модели могут похвастаться куда более термоустойчивым и прочным материалом поверхности. Это обуславливает возможность установки таких коммутационных агрегатов практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Сегодня вакуумные выключатели используются в таких сферах:

• В распределительных электроустановках как электрических станций, так и распределительных подстанций;
• В металлургии для питания печных трансформаторов, снабжающих сталеплавильное оборудование;
• В нефтегазовой и химической промышленности на пунктах перекачки, переключающих пунктах и трансформаторных подстанциях;
• Для работы первичных и вторичных цепей тяговых подстанций на железнодорожном транспорте, осуществляет питание вспомогательного оборудования и не тяговых потребителей;
• На горнодобывающих предприятиях для питания комбайнов, экскаваторов и других видов тяжелой техники от комплектных трансформаторных подстанций.

В любой, из вышеперечисленных отраслей народного хозяйствования, вакуумные выключатели повсеместно вытесняют устаревшие масляные и воздушные модели.

Особенности установки выключателя

Установка вакуумного выключателя выполняется в уже имеющиеся ячейки, шкафы КРУ, остающиеся из-под масляных или воздушных выключателей, или монтируются в новую ячейку на этапе строительства распредустройства, подстанции или электроустановки. Болтовые крепления к металлическим конструкциям должны плотно затягиваться, обеспечивая и неподвижность коммутационного аппарата при интенсивных динамических колебаниях.

Весь процесс должен осуществляться в строгом соответствии с требованиями, как указаний завода изготовителя, так и нормативных документов, регламентирующих работу устройств в соответствующей отрасли. Обязательными для применения в любых цепях являются нормативные величины, устанавливаемые ПУЭ. Где указаны расстояния от токоведущих частей до заземленных конструкций, электрические параметры и прочие требования к установке вакуумных выключателей.

Ошиновка производиться металлическими шинами из меди или алюминия, которые перед монтажом предварительно зачищаются для получения минимальных показателей переходного сопротивления.

После завершения установки и подключения управленческих цепей к блоку контроля выключателем или приводу, необходимо осуществить ряд манипуляций и проверок:

• Очистить поверхность наружных изоляторов от всевозможных засорителей для исключения возможности протекания токов утечки;
• Проверка работоспособности привода, ручное отключение и соответствие обозначения флажка на нем действительному положению –вкл/выкл;
• Испытание изоляционных свойств смонтированного устройства посредством подачи напряжения промышленной частоты;
• Измерение величины переходного сопротивления между контактами;

В случае хранения вакуумного устройства на складе более двух лет, перед подключением к коммутационным цепям необходимо производить комплекс испытаний, чтобы убедиться в прочности промежутка на случай отключения токов кз.

Как осуществляется эксплуатация устройства?

После ввода в эксплуатацию вакуумный выключатель обязательно проходит периодические осмотры и испытания – текущий и капитальный ремонт, профконтроль, осмотр. Которые устанавливаются правилами технической эксплуатации, а также заводскими инструкциями.

Помимо регламентных работ коммутационный агрегат может отключаться от аварийных нагрузок, что может существенно повредить рабочую поверхность контактов. Поэтому после срабатывания в аварийном режиме, обслуживающий персонал обязан произвести внеплановый осмотр коммутационного устройства на предмет выявления подгаров, оплавлений, пятен выброса металла и прочих дефектов, свидетельствующих о возможном снижении проводимости или изоляционных свойств, номинальных характеристик и т.д. Результаты осмотров вакуумного выключателя после аварийных отключений должны заноситься в соответствующий журнал.

Особенности контроля и управления вакуумными выключателями?

Управление может осуществляться как дистанционно, так и вручную. Все коммутационные операции производятся через управленческий блок, который перерабатывает команды и передает их на привод устройства. Универсальный электромагнитный привод позволяет удерживать рабочие контакты в заданном положении. Все современные модели обеспечиваются магнитной защелкой, обеспечивающей четкую фиксацию положения вне зависимости от его исправности.

Информация о работе коммутационного аппарата отображается на блоке управления или передается через управленческие сети на пульт оперативного персонала. Поэтому функции контроля могут осуществляться диспетчерским персоналом через систему телемеханики, где все команды посылаются через оперативные токи и не требуют личного присутствия.

Ручное отключение напрямую воздействует на привод, но требует личного присутствия работников возле ячейки или шкафа выкатного типа.

Пример схемы конструкции привода вакуумного выключателя VF12

Критерии выбора ВВ

При выборе конкретной модели обязательно учитываются следующие параметры:

• Напряжение электроустановки – в соответствии с которым определяется тип изоляции;
• Электродинамическая стойкость, в случае возникновения тока короткого замыкания;
• Термическая стойкость, при удаленных от места установки вакуумного выключателя авариях;
• Климатическое исполнение.

Производители и распространенные модели

Наиболее известными производителями вакуумных выключателей являются отечественные компании: «Таврида электрик», «НПП Контакт», ОАО «Самарский трансформатор», «ПО ЭЛКО», «РЗВА» и другие. Из зарубежных: Siemens, ABB, HEAG.

В таблице ниже можно увидеть сравнительные характеристики некоторых наиболее популярных вакуумных выключателей.

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

К преимуществам данного вида коммутационных аппаратов следует отнести:

• Сравнительно небольшие габариты, в отличии от масляных и воздушных;
• Отличаются малыми габаритами и возможностью быстрой замены, особенно в выкатных ячейках;
• Не производят такого большого шума при переключениях;
• Отлично выполняют свои функции не зависимо от положения камер в пространстве;
• Полностью экологичны и безопасны для здоровья в отличии от элегазовых выключателей;
• Не требуют дозаправки и содержания отдельного хозяйства для этой цели;
• Отличаются высокой надежностью.

К недостаткам вакуумных выключателей относят:

• Неспособность выдерживать большие токи короткого замыкания;
• Возникновение перенапряжения при отсекании малых индуктивных токов;
• Малый коммутационный ресурс отключения аварийных токов.

Сравнительная характеристика масляных, вакуумных и элегазовых высоковольтных выключателей

В электроустановках применяется несколько типов высоковольтных выключателей – воздушные, масляные, вакуумные и элегазовые.

Выключатели – это важнейший элемент оборудования распределительных устройств подстанций, так как данный коммутационный аппарат осуществляет включение и отключение участков электрической сети под рабочим током нагрузки, а в случае возникновения аварийных режимов – очень большие токи, токи короткого замыкания.

От качества и безотказности их работы зависит надежность электроснабжения потребителей, а также сохранность целостности оборудования в случае возникновения аварийных ситуаций. Следовательно, вопрос выбора высоковольтных выключателей является одним из важнейших. Итак, какому типу выключателей лучше отдать предпочтение? Разберемся в этом более подробно.

Воздушные выключатели, как наименее эффективные, крупные по габаритным размерам и дорогие в обслуживании, в наше время практически не используются, все старые воздушные выключатели постепенно заменяют более эффективными и надежными выключателями. Поэтому выключатели данного типа рассматривать не будем.

Приведем сравнительную характеристику масляных, вакуумных и элегазовых высоковольтных выключателей, рассмотрев их достоинства и недостатки в разных критериях, которые учитывают при выборе выключателей.

Отключающая способность, характерные особенности работы и коммутационный ресурс высоковольтных выключателей

Высоковольтные выключатели всех типов могут быть рассчитаны для работы при разном напряжении и номинальном токе нагрузки. При необходимости можно выбрать любой из типов выключателей, с требуемым номинальным током, током отключения (максимальным значением тока короткого замыкания) и другими характеристиками. Но самыми эффективными, характеризующимися высокой скоростью работы, более высокой отключающей способностью являются элегазовые и вакуумные выключатели.

Очень важным критерием является механическая прочность выключателей. В данном случае, чем проще конструкция, тем выше механическая прочность выключателя. Если рассматривать три типа коммутационных аппаратов, то наиболее простую конструкцию и соответственно более высокую механическую прочность имеет вакуумный выключатель, наименьшую прочность – масляный выключатель.

Что касается механической прочности, коммутационного ресурса и других параметров, то тут все зависит также от качества конструктивных элементов выключателей, а также качества сборки в целом. Поэтому нельзя однозначно сказать, что какой-то выключатель является более надёжным, чем другой.

Очень важным критерием надежности можно считать гарантийный срок обслуживания. Если производитель дает большой гарантийный срок, то это свидетельствует о том, что данная продукция очень надежна. Во всяком случае, возможные нюансы, возникающие при эксплуатации в течение гарантийного срока обслуживания, устраняются представителями завода-изготовителя.

Гарантийный срок обслуживания современных элегазовых и вакуумных выключателей составляет 20-25 лет. То есть это срок, по истечению которого, как правило, должна производиться замена всего оборудования – реконструкция (техническое переоснащение) распределительного устройства.

Электрическая прочность дугогасящей среды – одна из важнейших характеристик выключателей. В данном случае элегаз имеет самую высокую диэлектрическую прочность, особенно на напряжении 110кВ и выше. Дугогасящая среда вакуумных выключателей на напряжение до 110кВ включительно не уступает по электрической прочности элегазовым. Масляные выключатели характеризуются более низкой электрической прочностью дугогасящего промежутка.

Не менее важной характеристикой является коммутационный ресурс выключателя – количество циклов работы выключателя. Количество циклов включений и отключений выключателя зависит от величины коммутируемых токов. В данном случае, чем больше ток, тем быстрее выключатель исчерпывает свой коммутационный ресурс.

Что касается коммутационного ресурса, то выключатель, не зависимо от типа, рассчитан на определенное количество отключений, в зависимости от величины отключаемых токов – номинальных или токах отключения величиной до нескольких десятков кА.

Если это вакуумный выключатель, то после исчерпания коммутационного ресурса он подлежит замене, так как его дугогасящая камера с контактной системой не обслуживаются. Элегазовый выключатель после исчерпания ресурса подлежит капитальному ремонту, в процессе проведения которого оценивается состояние выключателя, устанавливается возможность дальнейшей эксплуатации коммутационного аппарата.

Масляный выключатель имеет значительно меньший межремонтный ресурс. Как правило, после семи автоматических отключений токов короткого замыкания, необходимо выполнять капитальный ремонт коммутационного аппарата. Это обусловлено в первую очередь тем, что дугогасящая среда – трансформаторное масло подлежит замене, так как оно теряет свои изоляционные и дугогасящие свойства.

Что касается веса выключателей, то если рассматривать, к примеру, разные типы выключателей на напряжение 110кВ, то очевидно, что элегазовый и вакуумный даже при более улучшенных эксплуатационных характеристиках, имеют в несколько раз меньший габаритный размер, чем масляные.

Например, масляный выключатель МКП-110 имеет вес почти 17 тонн, в то время как более надежный и имеющий больший коммутационный ресурс, элегазовый выключатель 3AP1DT-126 фирмы Siemens имеет вес всего 3,6 т, при этом габаритные размеры элегазового выключателя в несколько раз меньше масляного.

Очень важный вопрос – это эксплуатация высоковольтных выключателей, их обслуживание – проведение периодических капитальных и текущих ремонтов, а также внеплановых (аварийных) ремонтов.

Как и упоминалось выше, элегазовые и вакуумные выключатели являются более надежными, по сравнению с масляными выключателями. Соответственно, периодические ремонты данных коммутационных аппаратов производятся реже.

Вакуумный выключатель не требует обслуживания дугогасительной и контактной части, в целом он имеет более простую конструкцию, по сравнению с другими выключателями, поэтому его обслуживать достаточно легко и для этого не требуется применение специализированного оборудования и инструмента.

Элегазовый выключатель имеет более сложную конструкцию, по сравнению с вакуумным коммутационным аппаратом. Но проведение периодических технических обслуживаний не вызывает трудностей, объем работы не превышает объем работ с вакуумным выключателем. Единственное, что при снижении давлении элегаза, необходимо произвести его докачку.

Ремонт масляного выключателя предполагает значительно больший объем работ. Если дугогасительная и контактная часть вакуумных и элегазовых выключателей до истечения коммутационного ресурса не обслуживается, то в случае с масляным выключателем капитальный ремонт, как и упоминалось выше, необходимо производить каждые семь отключений токов короткого замыкания.

Для сравнения: обслуживание упоминаемого выше масляного выключателя МКП-110 предусматривает замену 8 тонн трансформаторного масла на каждый выключатель, а если таких выключателей пять и более? В то время как для нескольких элегазовых выключателей потребуется только докачка небольшого объема газа.

Пожарная и экологическая безопасность при эксплуатации высоковольтных выключателей

В электроустановках вопросу пожарной безопасности уделяется достаточно много внимания. Цель – обеспечить наивысший уровень пожаробезопасности на объектах, исключив, по возможности, все факторы, снижающие ее уровень.

Что касается высоковольтных выключателей, то масляные являются опасными с точки зрения пожарной безопасности, так как в них содержится некоторое количество трансформаторного масла – легковоспламеняющейся жидкости. В распределительных устройствах с масляными выключателями предъявляются повышенные требования пожарной безопасности.

Элегазовые и вакуумные выключатели абсолютно безопасны, так как конструктивно они не имеют легковоспламеняющихся жидкостей и материалов.

Вопрос влияния оборудования электроустановок на окружающую среду также очень актуален. Для защиты окружающей среды необходимо минимизировать количество вредных веществ, которое попадает в окружающую среду.

В данном случае масляные выключатели оказывают наиболее пагубное влияние на окружающую среду. Трансформаторное масло, содержащееся в баках данных выключателей, нередко попадает в грунт по причине нарушения герметичности баков, а также в случае возникновения аварийной ситуации, сопровождающейся выбросом масла из бака.

Элегазовые выключатели относительно безвредны для окружающей среды, так как в процессе эксплуатации они не выделяют вредных веществ в окружающую среду. Единственное, на что следует обратить внимание – это элегаз (изолирующая и дугогасящая среда выключателя).

Данный газ является опасным для окружающей среды. Но в связи с тем, что технически исправный и периодически обслуживающийся элегазовый выключатель имеет малый процент утечек элегаза, можно считать, что такой выключатель вреда окружающей среде не наносит. Исключение составляют случаи, когда по причине повреждения бака выключателя элегаз полностью выходит из бака в атмосферу.

Вакуумный выключатель с точки зрения экологии, является самым безопасным, так как он не содержит никаких вредных веществ, его рабочая дугогасящая среда – вакуум, то есть отсутствие каких-либо газов или жидкостей.

Подводя итог, можно сделать вывод, что наиболее эффективными, качественными, надежными и предпочтительными с точки зрения пожаробезопасности и экологии являются элегазовые и вакуумные высоковольтные выключатели. Ведущие производители коммутационных аппаратов данного типа с каждым годом все более совершенствуют продукцию, делая ее более надежной и эффективной. Поэтому в наше время масляные выключатели практически не выпускаются, скоро они уйдут в прошлое вместе с воздушными выключателями.

При строительстве новых объектов и техническом переоснащении старых, отдается предпочтение исключительно элегазовым и вакуумным высоковольтным выключателям. Только такие выключатели способны обеспечить высокую надежность электроснабжения потребителей и в полной мере обеспечить свои эксплуатационные характеристики, при этом они полностью соответствуют нормам безопасности обслуживания, пожаробезопасности и экологичности.

Масляные и вакуумные выключатели

Проблема высокой энергии дуги при разрыве или включении сетей с напряжением 6….35 кВ решается разными способами. При движении контактов между ними возникает дуга, которая состоит из двух разрушительных фаз.

Первая фаза — это собственно дуга, которая возникает в воздушной, газовой или масляной среде. В зазоре происходит ионизация вещества, и мере изменения положения контактов (сближение или разрыв) дуга или затухает, или повышает интенсивность горения. На качество дуги влияет момент прохождения синусоиды переменного тока через ноль оси периода и изменение полярности. Это значит, что на длительность эксплуатации контактов влияет скорость их перемещения.

Вторая фаза — термическое воздействие дуги на контакты и рабочую среду. Это приводит к выгоранию материала контактов, общему нагреву переключателя и ослаблению (отжигу) упругих элементов.

Имеют не самую простую электромеханическую конструкцию и их много разновидностей, что усложняет замену и обслуживание. Основные конструкции — пружинная, на базе соленоида и смешанная. По направлению движения контактов различают дугогасительные камеры с перемещением подвижного контакта сверху-вниз или снизу-вверх Контакты размещены в баке с маслом, которое не должно менять свою вязкость при различных температурах и не поддерживать горение.

Недостатки масляных выключателей:

Достаточно сложная конструкция.
Большое время срабатывания (0,5…1 с) из-за вязкости масла.
Загустение масла от времени и низкой температуре.
Выгорание масла и образования в нем взвеси из материала контактов и изолятора камеры гашения дуги, что снижает эффективность.
Ограниченное число включений (напр., при номинальном токе 20 кА и напряжении 35 кВ количество гарантированных переключений не более 20), что требует учета числа переключений и проведения профилактических работ.

По большому счету, этот тип переключателей является развитием масляных устройств. Вместо масла применяется смесь газов, которая гасит дугу в доли секунды. По способу привода подвижного контакта переключатели разделяются на пружинные и пружинно-гидравлические.

Элегазовые выключатели лишены большинства недостатков масляных, но имеют ряд ограничений, которые влияют на применяемость оборудования:

Высокая стоимость смеси газов.
Монтаж можно осуществлять на отдельной опоре или выносном щите.
Переключатель не работает при низких температурах.
Монтаж и обслуживание требует опыта и специального оборудования.

Оборудование может применяться для постоянного или переменного напряжения сетей любой мощности. Но высокая стоимость оборудования ограничивает применение и оставляет нишу 110 и 220 кВ.

Развитие вакуумной аппаратуры в технологии изготовления, герметичность изделия в течение длительного периода и получения технического вакуума (10−6 …10−8 Н/см²) позволили создать качественно новые переключатели для сетей 6…35 кВ. Разреженный газ не поддерживает горения дуги, т.к. основным токопроводящим элементом является металл контактов, испарившийся в момент размыкания. При прохождении синусоиды через ноль дуга автоматически гаснет, а пары металла оседают на контактах или стенках камеры. Повторного зажигания дуги не происходит, т.к. на участке между контактами нет токопроводящего элемента (паров металла). Время протекания процесса гашения дуги составляет 7…10 миллисекунд.

Достоинства вакуумного переключателя:

Большая номенклатура моделей, что позволяет получить оптимальное соотношение цена/качество.
Простота установки или замены масляных выключателей, т. к. надо учитывать только расстояние между токоведущими элементами.
Компактность и малый вес.
Большой межремонтный ресурс (порядка 20 лет), что снижает эксплуатационные расходы.
Пожарная и экологическая безопасность, т.к. нет масла или специальной смеси газов.

Компания ООО «Энерготехмонтаж» предлагает услугу по замене масляных выключателей на вакуумные.

Замена носит комплексный характер:

Подбор требуемого оборудования.
Монтаж.
Приемосдаточные испытания силами своей сертифицированной лаборатории.
Оформление документов.

В большинстве случаев замена масляных переключателей приводит к модернизации основной части распределительного оборудования. Специалисты компании предложат варианты модернизации, которые будут по средствам заказчика, т.к. на сайте можно подобрать любое оборудование. В случае заключения договора о модернизации «под ключ» компания принимает на себя обязательства по разработке документации, поставке оборудования, выполнение монтажных работ и приемо-сдаточных испытаний. Заказчик получает готовый к эксплуатации объект с полным пакетом технической документации.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает: разбираемся по пунктам

Опубликовано Артём в 23.05.2019 23.05.2019

Вакуумный выключатель представляет собой высоковольтное коммутационное устройство нового типа. Данная разновидность оборудования приобретает заслуженную популярность, вытесняя конкурирующие с ней маломасляные и электромагнитные выключатели.

Под коммутацией понимаются периодические подключения и отключения аппарата. За счет включения и отключения начинается или прекращается подача тока в рабочих режимах. Также выключатель используется в аварийной ситуации (при коротком замыкании). В этом случае электрическая дуга, находящаяся между контактами, прекращает свое существование.

История создания

Первые разработки вакуумных выключателей были начаты в 30-е годы XX века, действующие модели могли отключать небольшие токи при напряжениях до 40 кВ. Достаточно мощные вакуумные выключатели в те годы так и не были созданы из-за несовершенства технологии изготовления вакуумной аппаратуры и, прежде всего, из-за возникших в то время технических трудностей по поддержанию глубокого вакуума в герметизированной камере.

Для создания надежно работающих вакуумных дугогасительных камер, способных отключать большие токи при высоком напряжении электрической сети, потребовалось выполнить обширную программу исследовательских работ. В ходе проведения этих работ примерно к 1957 г. были выявлены и научно объяснены основные физические процессы, происходящие при горении дуги в вакууме.

Переход от единичных опытных образцов вакуумных выключателей к их серийному промышленному производству занял ещё два десятилетия, поскольку потребовал проведения дополнительных интенсивных исследований и разработок, направленных, в частности, на отыскание эффективного способа предотвращения опасных коммутационных перенапряжений, возникавших из-за преждевременного обрыва тока до его естественного перехода через нуль, на решение сложных проблем, связанных с распределением напряжения и загрязнением внутренних поверхностей изоляционных деталей осаждавшимися на них парами металла, проблем экранирования и создания новых высоконадежных сильфонов и др.

В настоящее время в мире налажен промышленный выпуск высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях среднего (6, 10, 35 кВ) и высокого напряжения (до 220 кВ включительно).

Устройство и принцип действия

Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки.

Общий вид вакуумного автоматического выключателя

Устройство вакуумного выключателя.

Из картинки ниже видно, что внутри устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов. Один из них выполняется подвижным, второй стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течении длительного периода времени (несколько десятков лет). Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки. Именно этот элемент стал камнем преткновения для реализации такого выключателя в 30-е годы прошлого века.

Современные технологии предоставляют возможность сохранения вакуума внутри емкости, в том числе, с учетом динамических нагрузок, которые ей приходится претерпевать во время коммутаций. Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры при перемещении подвижного контакта.

Конструкция вакуумного выключателя

Принцип гашения электрической дуги.

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. Если в воздушных выключателях с методом электромагнитного дутья эту ионизацию искусственно растягивают на несколько метров, а в элегазовых и масляных выключателях стараются погасить диэлектрическим материалом, то в вакуумных применяется другая технология. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное к выделению заряженных частиц. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла.

Различные этапы образования плазмы

Начало разведения контактов

Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения, их место быстро занимает пустое пространство с высокой электрической прочностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Но чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

Особенности применения и эксплуатации

Вакуумные выключатели конструктивно разрабатывались сначала как устройство, применяемое только в шкафах КРУ (комплектное распределительное устройство). В настоящее время они используются и для открытых распределительных устройств (ОРУ).

Современный высоковольтный вакуумный выключатель представляет собой быстродействующий коммутационный аппарат нового поколения, рассчитанный на более долгий срок службы, нежели его предшественники с масляной или элегазовой средой для тушения электрической дуги. Статистически процент их применения в электроустановках выше 1000 Вольт стабильно растёт. Китайские энергетики уже полностью отказались от устаревших масляников и полностью перешли на более компактные и не требующие частой профилактики вакуумные выключатели. Вакуумный выключатель довольно неприхотлив и не требует регулярной чистки контактов и смене масла, которое зачастую довольно обильно вытекает из баков. Согласно паспортным данным срок эксплуатации вакуумных выключателей составляет порядка 20 лет.

Во время эксплуатации приводной механизм может выйти со строя, а подать питание на определённый важный механизм в производственной цепочке необходимо, поэтому все выключатели должны быть оборудованы механизмом ручного взвода пружины. А также обязательным является присутствие аварийной кнопки отключения механизмов блокировки выкатывания во включенном состоянии. Это безопасность персонала, поэтому этот момент очень важен.

Типы вакуумных выключателей

Как и любая другая электротехническая продукция, вакуумные выключатели подразделяются на несколько типов, в зависимости от класса напряжения, для которого предназначен аппарат. Поэтому условно их можно подразделить на:

• Устройства на 6 – 10 кВ;
• Устройства на 35 кВ;
• Устройства на 110 – 220 кВ.

Вторым критерием является мощность отключаемого потребителя, в соответствии с которой модели отличаются по максимальному рабочему току или по мощности.

Конструктивные особенности

Конструкция вакуумного выключателя включает два элемента: подвижный и неподвижный контакты. Устройство оснащается тремя полюсами, на каждом из которых имеются пофазно установленные электромагнитные приводы. Эти приводы монтируются на одном основании.

Размещенные внутри прибора фазные приводы соединяются друг с другом за счет вала, который осуществляет синхронизацию фаз и защищает от неполных фаз. Кроме того, вал предназначен для механической блокировки расположенных поблизости распределительных систем и управления индикацией расположения контактов.

В качестве примера рассмотрим особенности вакуумного выключателя от компании «Таврида Электрик» (серия BB/TEL).

1. Вакуумная камера с функцией дугогашения.
2. Основание.
3. Крышка.
4. Вал синхронизации.
5. Дополнительные контакты.
6. Блокировочная тяга.
7. Привод.
8. Узел блокировочный торцевой.

На рисунке видно, что вакуумный выключатель нагрузки включает в себя три полюса, которые имеют пофазно встроенные приводы электромагнитного типа. Приводы установлены на общем основании. Все приводы соединяются друг с другом при помощи вала.

Особенности одного из полюсов с номинальным током 2 тысячи ампер показаны на рисунке ниже.

1. Вывод в верхней части.
2. Дугогасящая камера, вмонтированная в полые изоляторы. Подвижные контакты за счет изоляционных тяг скреплены жестким соединением с приводами.
3. Дополнительные контакты.
4. Кулак.
5. Блокировочная тяга.
6. Вал синхронизации.
7. Электромагнитный вал, оснащенный защелкой на магните.
8. Пружина для прижатия контактов.
9. Пружина отключения контактов.
10. Приводной якорь.
11. Кольцевой магнит.
12. Приводная катушка.
13. Плоский привод.
14. Тяговый изолятор.
15. Опорное изолирующее устройство.
16. Нижний вывод.

Магнитный привод может располагаться в одном из двух положений: «включено» или «выключено». Закрепление якоря в указанных положениях осуществляется без использования механических щеколд. Фиксация возможна благодаря упругой пружине в положении «выключено» и кольцевому магниту в положении «включено». Подключение и отключение производится за счет передачи управляющих импульсов разнополярных напряжений на обмоточную катушку привода.

Область применения

По своим функциям данное устройство практически ничем не отличается от своих собратьев. Выключатель предназначен для тех же целей: выключатель гарантирует при длительной эксплуатации прохождение номинальных электрических напряжений; обеспечивает надежную коммутацию электрооборудования электротехниками вручную, а также автоматически для изменения конфигурации действующей схемы; устройство обладает функцией отключения электрической системы при возникновении аварийных ситуаций.

Выключатели применяются в трехфазных сетях переменного тока, частота которых составляет от 50Гц до 60Гц. Электрооборудование устанавливается в районах крайнего Севера, а также в жаркой местности. Они выносят температуру от -60 до +40, их работоспособность при этом не уменьшается.

Разновидности вакуумных выключателей

• вакуумные выключатели до 35 кВ;
• вакуумные выключатели выше 35 кВ;
• вакуумные выключатели нагрузки — современная замена автогазовым выключателям нагрузки;
• Вакуумные контакторы до и свыше 1000 В.

Плюсы вакуумного переключателя

Вакуумные переключатели имеют некоторые преимущества:

1. Элементарная конструкция. Агрегат не имеет дополнительных устройств, усложняющих устройство.
2. Надежность в использовании. Поломка такого электрооборудования практически исключена.
3. Быстродействующий прибор.
4. Высокая скорость восстановления прочности между контактами.
5. Для их работы не требуются масла или другие горючие вещества.

Кроме этого отмечают ряд дополнительных плюсов:

• устройство не имеет больших весовых и габаритных характеристик;
• бесшумность при использовании; невысокая стоимость.

К тому же производители гарантируют небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Достоинства и недостатки

• простота конструкции;
• простота ремонта — при выходе из строя камеры она заменяется как единый блок;
• возможность работы выключателя в любом положении в пространстве;
• надежность;
• высокая коммутационная износостойкость;
• малые размеры;
• пожаро- и взрывобезопасность;
• отсутствие шума при операциях;
• отсутствие загрязнения окружающей среды;
• удобство эксплуатации;
• малые эксплуатационные расходы.

• сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
• возможность коммутационных перенапряжений, обусловленных срезом тока, при отключении малых индуктивных токов — современная разработка вакуумного выключателя с возможностью синхронной коммутации решает эту проблему;
• небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания;
• относительная высокая стоимость в виду сложности технологии изготовления.

Особенности выбора

Для того чтобы правильно подобрать данный вид высоковольтных выключателей, в соответствии с местными условиями работы и конкретного оборудования, стоит обратить внимание на следующие критерии:

1. Номинальное напряжение;
2. Динамическая устойчивость;
3. Параметры систем управления;
4. Номинальный ток в рабочем режиме и режиме короткого замыкания;
5. Частота включений и отключений;
6. Климатическое исполнение;
7. Скорость срабатывания выключателя ;
8. Частота профилактических ремонтов и осмотров, в электроустановках без местного дежурного персонала это очень важный аспект;
9. Износостойкость при коротких замыканиях;
10. Габариты и размер вакуумной установки.

Особенности контроля и управления вакуумными выключателями?

Управление может осуществляться как дистанционно, так и вручную. Все коммутационные операции производятся через управленческий блок, который перерабатывает команды и передает их на привод устройства. Универсальный электромагнитный привод позволяет удерживать рабочие контакты в заданном положении. Все современные модели обеспечиваются магнитной защелкой, обеспечивающей четкую фиксацию положения вне зависимости от его исправности.

Информация о работе коммутационного аппарата отображается на блоке управления или передается через управленческие сети на пульт оперативного персонала. Поэтому функции контроля могут осуществляться диспетчерским персоналом через систему телемеханики, где все команды посылаются через оперативные токи и не требуют личного присутствия.

Ручное отключение напрямую воздействует на привод, но требует личного присутствия работников возле ячейки или шкафа выкатного типа.

Пример схемы конструкции привода вакуумного выключателя VF12

Видео вакуумный выключатель

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 14964
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:

Преимущества вакуумных выключателей

1. Отсутствие необходимости в замене и пополнении дугогасящей среды, компрессорных установок и масляного хозяйства.

2. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов короткого замыкания (КЗ).

3. Минимум обслуживания, снижение эксплуатационных за­трат (почти в два раза по сравнению с существующими). Срок службы 25 лет.

4. Быстрое восстановление электрической прочности (10-50)-10 3 В/мкс.

5. Полная взрыво- и пожаробезопасность.

6. Надежная работа в случае, когда в процессе отключения малого тока в цепи возникает ток КЗ (дугогасительные устрой­ства масляных выключателей обычно разрываются).

7. Широкий диапазон температур окружающей среды (от -70 до +200°С), в котором возможна работа ВДК.

8. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

9. Произвольное рабочее положение вакуумного дугогасительного устройства.

10. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обуслов­ленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием внеш­них эффектов при отключении токов КЗ.

11. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

12. Сравнительно малые массы и габаритные размеры и не­большие динамические нагрузки на конструкцию и фундамент.

13. Высокое быстродействие.

14. Возможность организации высокоавтоматизированного производства.

Недостатки вакуумных выключателей

1. Трудности разработки и изготовления, связанные с созда­нием специальных контактных материалов, сложностью ваку­умного производства, склонностью материалов контактов к сварке в условиях вакуума.

2. Большие капитальные вложения, необходимые для наладки массового производства.

При массовом производстве стоимость вакуумных выключа­телей всего на 5-15% больше стоимости маломасляных и мень­ше стоимости электромагнитных. Большая экономия при экс­плуатации делает эти выключатели высокоэффективными, что обусловливает их все более широкое распространение.

Принцип дугогашения

В момент времени t₁ (рис. 1.1) начинается расхождение контак­тов ВДК и в межконтактном промежутке зажигается электрическая дуга. Падение напряже­ния на дуге чрезвычайно мало и обычно не превышает 30 В. В момент t₂ перехода тока через естественный ноль межконтакт­ный промежуток заполнен ионизированными парами металла, образовавшимися в течение горения дуги t₁ – t₂. Однако, в силу отсутствия среды, препятствующей разделу этих паров, их уход из промежутка осуществляется за чрезвычайно малое время -10 -5 с, после чего вакуумный выключатель готов выдержать восстанавливающее напряжение. Поскольку электрическая прочность вакуумного промежутка чрезвычайно высока (30 кВ/мм), отключение гарантированно происходит при зазорах более 1 мм.

Рис. 1.1. Осциллограммы отключения переменного тока в вакууме:

i – отключаемый ток; n – концентрация ионизированных паров металла

в меж­контактном промежутке; U – напряжение на промежутке; U_в – восстанавли­вающее напряжение; t₀ – момент подачи команды на отключение; х – ход кон­тактов;

U_a – напряжение на дуге

Для прогресса конструкций вакуумных выключателей необходимо искать новые технологические и конструктивные возможности. Одна из таких возможностей – вакуумный выключатель с магнитной защелкой, запатентованной фирмой «Таврида Электрик» в 1994 г. (патент РФ на изобретение № 2020631).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ И КОНСТРУКЦИЯ

Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10-1600-20 показана на рис. 1.2. Рабочие контакты 1 имеют вид полых усеченных конусов с радиальными прорезями. Такая форма контактов при размыкании создает радиальное электродинамическое усилие, действующее на возникшую дугу и заставляющее перемещаться ее через зазоры 3 на дугогасительные кон­такты 2. Контакты представляют собой диски, разрезанные спиральными прорезями на три сектора, по которым движется дуга. Материал контактов подобран так, чтобы уменьшить количество испаряющегося металла. Вследствие глубокого вакуума (10 -4 – 10 -6 Па) происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство и при первом переходе тока через нуль дуга гаснет.

Подвод тока к контактам осуществляется с помощью медных стерж­ней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу 6 с помощью сильфона 7 из нержавеющей стали. Металлические экраны 8 и 9 служат для выравнивания электрического поля и для защиты керамического корпуса 10 от напыления паров металла, образующегося при гашении дуги. Экран 8 крепится к корпусу с помощью кольца 11. Поступательное движение верхнему контакту обеспечивается корпусом 12, имеющим направляющую. Ход подвижного контакта 12 мм.

На основе рассмотренной выше ВДК созданы выключатели на напряжение 10 – 110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 31,5 кА.

Рис.1.2. Вакуумная дугогасительная камера КДВ-10-1600-20:

1 – рабочие контакты; 2 – дугогасительные контакты; 3 – зазоры; 4, 5– медные стержни; 6 – фланец; 7 – сильфон; 8, 9 – металлические экраны; 10,12 – корпус; 11 – кольцо

На рис. 1.3 показан вакуумный выключатель ВВТЭ-10-10/630У2, предназначенный для коммутации электрических цепей 10 кВ в нормальных и аварийных режимах, встраиваемый в ячейки комплектного распределительного устройства (КРУ). На раме 8 с помощью изоляционных каркасов 11 укреплены три дугогасительные вакуумные камеры 6. Вывод подвижного контакта 5 с помощью гибкой связи 4 соединен с верхним контактным ножом 1,укрепленным на изоляционной балке 2. Неподвижный контакт камеры связан с нижним ножом 7. Электромагнитный привод 13 через систему тяг и изоляционную плиту 14 связан с подвижными контактами. Конечное контактное нажатие обеспечивают пружины 3. Стальная перегородка 10 предназначена для защиты постоянных магнитов, находящихся в приводе, от влияния электромагнитных полей главных цепей выключателя. Выключатель закрыт передней крышкой 12 с окнами для наблюдения за механическим указателем включенного и отключенного положений и счетчиком числа циклов «Включено – Отключено» («В-О»). Заземление осуществляется с помощью бобышки 9.

Рассмотренный выключатель рассчитан на 2000 операций «В-О» при номинальном токе и 50 операций при токе короткого замыкания 10 кА. Полное время отключения 0,05 с.

Аналогичное устройство имеют выключатели на 1000 и 1600 А.

Выключатели ВВТП, в отличие от вышеописанного, имеют пружинный привод.

На рис. 1.4 показан общий вид вакуумного выключателя ВВК-35Б-20/1000У1, предназначенного для частых коммутаций в нормальных и аварийных режимах в электроустановках 35 кВ. Выключатель рассчитан на открытую установку. На общей раме крепятся с помощью фарфоровых изоляторов три полюса. В каждом полюсе в фарфоровом изоляторе 3, армированном фланцами 2 и 6, заключена дугогасительная камера 5. Для надежной изоляции полюсы заливаются маслом, а в крышке 1 имеется маслоуказатель. Механизм привода полюса 8 тягами 7 и 4 связан с подвижным контактом. Гашение дуги осуществляется в вакуумной камере 5.

Рис. 1.3. Выключатель вакуумный ВВТЭ-10-10/630У2

б)

Рис. 1.4. Вакуумный выключатель ВВК-35К-20/1000У1:

1 – полюс; 2 – привод; 3 – рама; 4 – механизм привода полюса; 5 – опорный изолятор;

6 – токоведущие шины

б – полюс выключателя:

1 – крышка; 2, 6 – фланцы;

3 – фарфоровый изолятор;

4 ,7 – тяги; 5 – вакуумная камера;

8 – механизм привода

В установках 110 кВ находит применение вакуумный выключатель ВВК-110Б-20/1000У1. В каждом полюсе в фарфоровой покрышке заключены четыре последовательно включенные дугогасительные камеры. В остальном устройство этого выключателя подобно выключателю ВВК-35.

Достаточно широкое применение получили вакуумные выключатели нагрузки ВНВ, рассчитанные на отключение номинальных токов. Вакуумные выключатели в мировой практике применяются в установках до 500 кВ включительно.

ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ ЗАЩЕЛКОЙ

ФИРМЫ «ТАВРИДА ЭЛЕКТРИК»

Вакуумный выключатель фирмы «Таврида Электрик», в котором изготовитель использует ВДК собственного производства, конструктивно отличается от большинства вакуумных выключателей, выпускаемых в настоящее время. В основу его конструкции заложен принцип соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя. Такая компоновка выключателя позволяет существенно упростить схему, отказаться от нагруженных узлов трения, что в свою очередь позволяет изготовить выключатель с механическим ресурсом 50 тыс. операций «В-О», не требующий обслуживания в течение всего срока службы.

Внешний вид и схема устройства выключателя показана на рис. 1.5. Каждый полюс состоит из опорного изолятора, изготовленного из изоляционного материала, деталей главных цепей (вакуумной дугогасительной камеры 1, гибкого токосъема 4), размещающихся внутри опорного изолятора, и электромагнита, который находится в общем основании выключателя и соединен с подвижным контактом 3 ВДК тяговым изолятором 5 (рис. 1.5,а). На схеме рис. 1.5, б условно показан только один полюс выключателя. Все полюсы соединены друг с другом посредством общего вала.

Рассмотрим принцип работы привода на примере одного полюса выключателя (рис. 1.5, б). В исходном состоянии контакты 2 и 3 вакуумной дугогасительной камеры разомкнуты за счет воздействия на них отключающей пружины 7 через тяговый изолятор 5. При прикладывании напряжения положительной полярности к катушке 9 электромагнита в зазоре магнитной системы нарастает магнитный поток.

В момент, когда сила тяги якоря, создаваемая магнитным потоком, превосходит усилие пружины отключения 7, якорь 11 электромагнита вместе с тяговым изолятором 5 и подвижным контактом 3 вакуумной камеры начинает движение вверх, сжимая пружину отключения. При этом в катушке возникает двигательная противо-ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока и даже несколько уменьшает его. В процессе движения якорь набирает скорость около 1 м/с, что позволяет избежать предпробоев при включении контактов ВДК.

При замыкании контактов вакуумной камеры в магнитной системе остается зазор дополнительного поджатия, равный 2 мм. Скорость движения якоря резко падает, так как ему приходится преодолевать еще и усилие пружины дополнительного контактного поджатия 6. Однако под воздействием усилия, создаваемого магнитным потоком и инерцией, якорь 11 продолжает двигаться вверх, сжимая пружину отключения 7 и пружину 6 дополнительного контактного поджатия. В момент замыкания магнитной системы якорь соприкасается с верхней крышкой 8 привода и останавливается. Двигательная ЭДС становится равной нулю, в катушке 9 снова начинается рост тока. После этого заканчивается механический переходный процесс в электромагните и контактной системе полюса, а также формируется необходимая остаточная индукция кольцевого постоянного магнита 10 (запасается магнитная энергия, необходимая для удержания выключателя во включенном состоянии). После окончания процесса включения ток катушки привода отключается.

Рис. 1.5. Вакуумный выключатель:

а – внешний вид; б – схема устройства полюса:

1 – вакуумная дугогасительная камера; 2 – неподвижный контакт;

3 – подвижный контакт; 4 – гибкий токосъем; 5 – тяговый изолятор;

6, 7 – пружины; 8 – верхняя крышка; 9 – катушка электромагнита;

10 – кольцевой магнит; 11 – якорь электромагнита; 12 – нижняя крышка;

13 – винт; 14 – вал; 15 – постоянный магнит; 16 – контакты

Выключатель остается во включенном положении за счет остаточной индукции, создаваемой кольцевым постоянным магнитом 10, который удерживает якорь 11 в притянутом к верхней крышке 8 положении без дополнительной токовой подпитки. В таком положении якорь остается неограниченно долго, пока постоянный магнит не будет размагничен импульсом тока отрицательной полярности, либо магнитная система не будет разорвана механически (ручное отключение). Данный принцип удержания коммутационного аппарата во включенном положении, известный в электротехнике под названием «магнитная защелка», широко применяется в слаботочных аппаратах (поляризованное реле). Современные достижения в области магнитотвердых материалов больших энергий позволили реализовать на этом принципе силовой коммутационный аппарат. Запас по усилию удержания (сила, необходимая для отрыва якоря 11 от верхней крышки составляет 450–500 Н для одного полюса выключателя, т.е. 1350–1500 Н для выключателя в целом, что вполне достаточно для надежного удержания выключателя во включенном положении даже в условиях воздействия на выключатель вибраций и ударных нагрузок.

Для отключения выключателя необходимо приложить к выводам катушки напряжение отрицательной полярности. Ток, протекающий по обмотке, размагничивает магнит 10. Якорь 11 электромагнита под давлением пружины отключения 7 и пружины дополнительного контактного поджатия 6 разгоняется и наносит удар по тяговому изолятору 5, соединенному с подвижным контактом 3 вакуумной камеры. Ударное усилие, создаваемое якорем электромагнита, превышает 20 Н, что способствует разрыву точек сварки, которые могут возникать между контактами при пропускании токов короткого замыкания. Кроме того, подвижный контакт 3 вакуумной камеры практически мгновенно приобретает высокую стартовую скорость, что положительно сказывается на отключении токов короткого замыкания.

После упомянутого удара якорь 11 электромагнита движется вниз вместе с подвижным контактом 3 вакуумной камеры и тяговым изолятором 5 под действием пружины отключения, пока все детали не займут положение, показанное на рис. 1.5, б.

Привод с магнитной защелкой требует незначительной энергии для «сброса» защелки. При отключении от источника постоянного напряжения время приложения напряжения обычно ограничивается 10 мс. При этом ток в цепи отключения не превышает 1,5 А при напряжении 220 В. Якоря электромагнитов всех трех полюсов выключателя соединены между собой общим валом 14. При движении якорей винт 13, входящий в прорезь вала 14, поворачивает вал, а вместе с ним и закрепленный магнит, который управляет герметизированными контактами для внешних вспомогательных цепей 16.

Управление выключателем может также осуществляться от предварительно заряженной батареи конденсаторного привода путем разряда ее на катушки электромагнитов. В этом случае механические характеристики выключателя не зависят от качества питания вспомогательных цепей, снижается потребление тока от внешних вспомогательных цепей, упрощается стыковка выключателя с существующими схемами релейной защиты и автоматики (РЗ и А). На этом принципе построен конденсаторный привод, которым укомплектован выключатель.

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВАКУУМНЫЕ ТИПА ВБЭМ-10

Выключатели предназначены для работы в ячейках комплектных распределительных устройств (КРУ) в электрических сетях трехфазного тока частотой 50 Гц с изолированной нейтралью или компенсированной нейтралью, а также в шкафах управления приемниками электрической энергии промышленных предприятий.

Допускается применение выключателей для пуска и отключения асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором, а также торможения указанных двигателей противотоком и отключения медленно вращающихся электродвигателей.

Стационарная – базовая модель выключателя ВБЭМ–10 предназначена для встраивания в любые типы ячеек КРУ и КСО (К-59, К-104, ST-7, K-XII, K-XXVI, K-37, КВЭ, КВС, КМФ, K-IIIУ и др.). Выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 687-78.

Выключатель содержит три дугогасительных полюса и привода, закрепленных на общем основании, как показано на рис. 1.6. Каждый полюс содержит ВДК, механизм дополнительного поджатия контактов ВДК и токовыводы, конструктивно расположенные в корпусе. Выключатель оснащен тремя пневматическими демпферами. Электромагнитный привод через рычаг замыкает контакты ВДК. Общее основание, корпус, рычаг привода изготовлены из изоляционного пресс-материала АГ-4В. Электрическая схема блока питания и управления собрана на панели, закрепленной на корпусе дугогасительных блоков.

Рис. 1.6. Выключатель вакуумный ВБЭМ-10

Выключатель имеет в своем составе аварийные расцепители максимального тока, минимального напряжения и расцепитель от независимого источника. Для настройки выключателя имеется возможность неоперативного ручного включения. Оно осуществляется рычагом при снятом защитном кожухе.

Ручное оперативное и неоперативное отключение выключателя осуществляется красной кнопкой, расположенной на панели выключателя.

ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫСОКОЙ КОММУТАЦИОННОЙ

СПОСОБНОСТИ ТИПА ВВЭ-(С)М-10-40

Вакуумные выключатели типа ВВЭ-(С)М-10-40(31,5) выпускаются с 1998 г. ОАО «ЭЛКО» на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 2000- 3150 А, номинальный ток отключения 31,5 и 40 кА. Это наиболее мощные аппараты по коммутационной способности среди вакуумных выключателей. Предназначены они для применения в КРУ в качестве вводных и секцион­ных аппаратов энергоемких промышленных пред­приятий, распределительных устройств собствен­ных нужд электростанций (тепловых и атомных), нефте- и газопромышленных комплексов.

Выключатели типа ВВЭ-(С)М-10-40(31,5)/2000. 3150 (ТУ 16-90 ИНЛЯ.6741-52.009ТУ) разработаны для замены маломасляных выключателей типа ВМПЭ-10-31,5/3150 и электромагнитных типа ВЭМ-6-40/3150.

На базе вакуумных выключателей типа ВВЭ-М-10-40(31,5) выпускают, соответственно, КРУ серии К-105, К-61, К-61М и К-205.

Предусмотрены и стационарные исполнения аппаратов: выключатель ВВЭ-СМ-10-40(31,5) предназначен для замены маломасляных и электромагнитных выключателей в КРУ серии К-Х, К-ХХI, К-ХХYII, КРУ-2. Основные типоисполнения выключателя приведены в табл. 1.1.

Выключатель в виде выкатного элемента отлича­ется от стационарного исполнения наличием тележки с механизмом блокировки от неправильного манипулирования выключателем в ячейке комплектного распределительного устройства и розеточными контактами в силовой цепи.

Общий вид выключателей типа ВВЭ-М-10-40/3150, ВВЭ-М-10-31,5/3150, выполненных в виде выкатного элемента, показан на рис. 1.7.

Основные технические параметры

вакуумных выключателей типа ВВЭ-М(С)-10-40(31,5)

Сравнение элегазового и вакуумного высоковольтного выключателей

Элегазовый выключатель против Вакуумного выключателя

Преимущества и недостатки элегаза. В нормальных условиях элегаз является инертным газом без запаха, невоспламеняющийся, нержавеющий и не токсичный . Тем не менее, при температуре выше 1000°C, элегаз разлагается на составляющие газы, включая газ S2F 10, который очень токсичен. К счастью, продукты распада внезапно воссоединяются после погасания дуги (при снижении температуры). В соответствии с электрической прочностью, элегаз обладает лучшими свойствами, чем вакуум (График). Поэтому элегаз используется в качестве изоляционного материала и дугогасительной среды . Использование элегаза позволяет делать электрооборудование более компактного размера и предоставляет больше пространства для его устройства . Это и лежит в основе того, почему приблизительно 50% общего объема элегаза является диэлектриком в таких электрических приборах, как высоковольтный переключатель.

Можно предположить, что элегаз стал прекрасной дугогасительной средой для высоковольтного выключателя, если бы он не был так опасен для окружающей среды. Элегаз является одним из опасных нагретых газов на планете, как было установлено на 3-й Сессии Конференции Участников ООН Рамочной Конвенции о климатических изменениях. Тот факт, что элегаз представляет собой особую угрозу для мирового сообщества, основан на его стабильном молекулярном составе, так как этот газ неразрушим уже в течение 3200 лет.

Преимущества и недостатки вакуума . Для сравнения уточним, что дугогасительной средой в вакуумных высоковольтных выключателях выступает вакуум, он не представляет угрозы для окружающей среды. На самом деле, это обычный стеклянный контейнер и металлические компоненты, то есть вторсырье,
Вакуум имеет свои недостатки и преимущества, которые отличаются от недостатков и преимуществ элегаза. Одним из выдающихся преимуществ вакуумного высоковольтного выключателя является легкость в создании оборудования и небольшое количество компонентов, приблизительно, на 50% меньше, чем в элегазовом высоковольтном выключателе, что приводит к увеличению срока службы, с очень высоким числом рабочих циклов. Кроме того, небольшое количество компонентов и простота конструкции обеспечивают компактный размер и небольшой вес для вакуумного высоковольтного выключателя, и, соответственно, легкое техобслуживание и инспекция.
Еще одним из преимуществ высоковольтного вакуумного выключателя является высокое диэлектрическое сопротивление после нулевого значения тока.
И, наконец, как уже отмечалось ранее, вакуумный выключатель не представляет угрозы для окружающей среды, как в случае с элегазовым выключателем. В случае с вакуумным выключателем нет риска взрыва или пожара, как с масляным высоковольтным выключателем.
Тем не менее, одним из важнейших недостатков является стоимость. Элегазовый высоковольтный выключатель стоит дешевле, что говорит не в пользу конкурентоспособности вакуумного высоковольтного выключателя. Необходимо провести многие исследования с целью снижения затрат на вакуумный высоковольтный выключатель, чтобы они стали экономической альтернативой элегазовой технологии.

Делаем выводы:

Постоянные требования к сети электропередач увеличивают их производительность, надежность и устойчивость. Таким образом, важно продолжать развивать технологию новых выключателей, более надежных, производительных, недорогостоящих, не представляющих угрозу для окружающей среды и людей.

Вакуум – это среда с выдающимися свойствами в отношении объема, количества компонентов, простота, контроль тока короткого замыкания или стабилизация электрической прочности. Сегодня в распределительной сети высокого напряжения будет широко распространено оборудование, не использующее элегаз в качестве рабочего компонента. Тем не менее, необходимо внести изменения в дизайн и материалы, используемые для обеспечения соответствующей работы вакуумного высоковольтного выключателя на высоком напряжении.