Gutdver.ru

Отделка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вакуумный выключатель

Вакуумный выключатель

Вакуумный выключатель — высоковольтный выключатель, в котором вакуум служит средой для гашения электрической дуги. Вакуумный выключатель предназначен для коммутаций (операций включения-отключения) электрического тока — номинального и токов короткого замыкания (КЗ) в электроустановках.

Содержание

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).

Принцип действия

Внешние видеофайлы
Отключение выключателя
(видеофайлы размещены на сайте www.tavrida.ru)
[www.tavrida.ru/files/video/2009/BB-TEL-1000A_Principle-Of-Operation.flv Работа привода вакуумного выключателя]
[www.tavrida.ru/files/video/2009/Vacuum-Arc-Extinction_Principle-Of-Operation.flv Иллюстрация процесса отключения внутри вакуумной камеры]

Поскольку разрежённый газ (10 −6 …10 −8 Н/см²) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при атмосферном давлении, то это свойство широко используется в высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается. В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда — вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7—10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и на других деталях дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение (см. иллюстрацию процесса отключения).

Быстродействующие выключатели ВАБ-49 для Европейского центра ядерных исследований

В конце марта ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш» посетила делегация ЦЕРН — глава департамента защиты БАК Анджей Семко и руководитель подразделения защиты сверхпроводящих магнитов Кнуд Дахлерап-Петерсен. В рамках встречи на предприятии было проведено совещание, на котором обсуждались вопросы опытной эксплуатации быстродействующих выключателей ВАБ-49С на БАК, предложения по модернизации защитных систем постоянного тока ЦЕРН, а также рассматривались дальнейшие перспективы сотрудничества.

Читайте так же:
Блок концевых выключателей назначение

Гости посетили Производственный комплекс высоковольтной аппаратуры (ПК ВВА). Особое внимание представители делегации уделили осмотру участка сборки быстродействующих выключателей, где по новому заказу ЦЕРН была произведена партия дугогасительных камер для обновления уже установленных в БАК выключателей.

Во время встречи специалисты ЦЕРН высоко оценили надёжность работы установленных на БАК выключателей, большое впечатление произвела на европейских специалистов экскурсия по обновлённому производственному корпусу ВВА, гости отметили высокое качество изготовления выключателей и дугогасительных камер.


САМАЯ СЛОЖНАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
УСТАНОВКА В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Большой адронный коллайдер является самым сложным экспериментальным проектом в истории человечества. Он находится на территории Швейцарии и Франции. Исследования на нём координирует ЦЕРН — Европейский центр ядерных исследований. Над проектом работают десятки тысяч человек из самых разных стран и организаций.

Как известно, БАК — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (свинца) и изучения продуктов их соударений.

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Ускорение частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На последнем этапе сгусток протонов направляют в главное 27-километровое кольцо, ускоряют, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события.

После каждого эксперимента по столкновению частиц на 27-километровом кольце коллайдера необходимо надёжно вывести всю запасённую энергию (около 7,5 ТэВ) из магнитов посредством быстрого отвода тока в огромные демпфирующие резисторы. Проблему запуска процесса размагничивания высокоиндуктивных силовых цепей БАК (до 15,4 Гн на цепь), сверхнадёжного переключения и защиты всех цепей сверхпроводящих магнитов и предстояло решить специалистам ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш» как поставщику защитных выключателей.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ВАБ-49

В 1996 г. заводу Уралэлектротяжмаш в содружестве с Государственным научным центром Российской Федерации — Институтом физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ РФ) — было предложено принять участие в проекте мирового масштаба «Большой адронный коллайдер».

Для проекта БАК ЦЕРН было исследовано несколько подобных по характеристикам ВАБ-49 аппаратов, но ни европейские, ни американские выключатели, действие которых основано на том, что их включённое состояние фиксируется с помощью механических защёлок, не подошли. Исследования показали, что из всех существующих на тот момент быстродействующих выключателей только ВАБ-49, состояние которого фиксируется магнитным путём, может быть использован в столь ответственном проекте ЦЕРН.

Большую роль в выборе Уралэлектротяжмаша (ныне ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) — Уралэлектротяжмаш») в качестве поставщика защитных выключателей сыграли многолетний опыт предприятия в изготовлении данного оборудования и его безупречная репутация. Уралэлектротяжмаш с 1943 г. выпускал известные своей надёжностью быстродействующие выключатели для различных отраслей. В частности, выключатель ВАБ-49 изначально был предназначен для защиты силовых цепей железных дорог и метро. Разработка этого типа выключателей и их специального исполнения принадлежит выдающимся конструкторам А. Куссулю и В. Анушату.


ПРЕИМУЩЕСТВА

В рамках проекта БАК перед конструкторами Уралэлектротяжмаша была поставлена крайне непростая задача. Необходимо было создать уникальные защитные выключатели специального исполнения, не имеющие мировых аналогов (сверхбыстродействующие, сверхнадёжные, защищённые от действия радиации).

Специалистами Инженерного центра в 1999 г. было полностью согласовано техническое задание, проведены всесторонние исследования образцов аппаратов и заключен договор на поставку опытной партии, состоящей из двух типов выключателей — ВАБ-49-4000/10-Л-С-УХЛ4 и ВАБ-49-4000/2-Л-С-УХЛ4, которые затем успешно прошли испытания в независимом европейском испытательном центре в Праге.

Читайте так же:
Автоматические выключатели защиты электродвигателей pkzm0 pkzm4

В период 2000—2005 гг. предприятие выпустило и отгрузило ЦЕРН 300 выключателей. Сегодня 256 из них установлены в туннеле БАК на глубине около 100 м и успешно защищают цепь из 154 сверхпроводящих магнитов при штатных и аварийных режимах работы.

В 2006 г. в интервью газете «Энергомаш» Кнуд Дахлерап-Петерсен сказал:

«Данные выключатели являются уникальными устройствами, в мире таких нет, они обладают повышенными надёжностью и быстродействием».

Высокая оценка выключателей ВАБ-49С, надёжность работы которых составляет 99,95%, подтверждается и рекомендательным письмом ЦЕРН от 27.12.2010 г.:

«Этот выключатель был единственным устройством, которое отвечало всем требованиям технических условий ЦЕРН, таким как:
• две полностью независимые системы размыкания (расцепления), одна пассивная (действует по принципу размагничивания удерживающей магнитной цепи) и одна активная (реализована посредством импульсного воздействия тока от независимого разрывного устройства на специальную размагничивающую катушку);
• два контактных узла: главные и дугогасительные контакты, обеспечивающие последовательное размыкание главных контактов перед размыканием дугогасительных контактов в процессе отключения;
• дугогасительные контакты изготовлены из высокотемпературной металлокерамики для снижения эрозии и увеличения временных интервалов техобслуживания (обычно 500 полных циклов между интервалами ревизии и 1500 циклов между заменой дугогасительных контактов);
• работа без использования механической защёлочной системы;
• высоконадёжная конструкция, с интенсивностью отказов на размыкание менее чем 2% за период 20 лет с частотой отключений 200 циклов/год».

Модернизация установленных в БАК выключателей новыми дугогасительными камерами позволит повысить мощность коллайдера и разогнать элементарные частицы до предельных скоростей в момент их столкновения, что, безусловно, положительно скажется на глубине будущих научных изысканий и, возможно, приведёт человечество к важным открытиям о природе Вселенной.

Устройства Быстродействующего автоматического ввода резерва

Устройства Быстродействующего автоматического ввода резерва

Авторы: Ашмарин А.О., инженер-исследователь 2 категории сектора разработок ООО «Релематика» Мартынов М.В., к.т.н., заведующий сектором разработок ООО «Релематика».

Аннотация: рассматривается преимущества применения устройства быстродействующего автоматического ввода резерва.

Кратковременное нарушение электроснабжения на промышленных предприятиях, компрессорных станциях в нефтегазовой, химической и иных отраслях, имеющих высокочувствительную нагрузку, может привести к останову технологического процесса и, как следствие, к большим экономическим потерям и травмам со стороны обслуживающего персонала. Статистика аварийных режимов работы нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий [1] показывает, что 40-70% отключений происходит по причине нарушений в работе системы внешнего электроснабжения. При этом срабатывание обычных устройств автоматического ввода резерва (АВР), обеспечивающих переключение на резервный источник за время более 90 — 140 мс может привести к экономическому ущербу, связанному с нарушением непрерывности технологических процессов и возникновением гидравлических ударов, вызывающих повреждения оборудования насосных станций, трубопроводов и, как следствие, серьезных пожаров (рис.1).D

1-3.png

Рис. 1. Следствие гидроудара в нефтепроводе

Для предотвращения длительных перерывов питания применяются устройства быстродействующего автоматического ввода резерва (далее — БАВР). БАВР – эффективное и экономически целесообразное средство сохранения в работе ответственных потребителей при нарушении электроснабжения, которое переводит питание потребителей на резервный источник за минимально возможное время. Особенно эффективно использование БАВР совместно с быстродействующими выключателями различных производителей.

Читайте так же:
Можно ли с двойного выключателя сделать тройной

Устройство БАВР компании Релематика производит быстродействующее переключение на резервный источник при несанкционированной потере питания потребителей, а также при близких внешних коротких замыканиях (КЗ) в цепи основного источника питания. В терминале дополнительно реализованы функция восстановления нормального режима (ВНР), позволяющая автоматически вернуть схему сети к исходному состоянию после срабатывания БАВР, и блок несинхронного включения (БНВ, аналог классического АВР), позволяющий произвести переключение потребителей на резервный источник питания при отсутствии условий для проведения БАВР. Для ускорения переключения на резервное питание в функции БНВ предусмотрено действие на гашение поля синхронных двигателей и отключение неответственных потребителей. Одной из особенностей устройства является отсутствие уставок БАВР по току, что позволяет упростить конфигурирование устройства на объектах. В устройстве дополнительно могут быть реализованы резервные защиты вводных и секционного выключателей.

Алгоритм БАВР реализован на базе микропроцессорного терминала серии ТОР 300 и поставляется в виде самостоятельного устройства (рис. 2а) для установки в существующие ячейки и в составе шкафа (рис. 2б). Дополнительно в комплект поставки могут входить быстродействующие выключатели различных производителей.

1-4.png

Рис. 2. Варианты поставки БАВР
а – устройство «ТОР 300 БАВР 50X»; б – шкаф БАВР

Разработаны типовые схемы применения для первичных схем с неявным (рис. 3а) и явным резервированием (рис. 3б). Время реакции на аварийные режимы составляет 3-8 мс. Полное время отключения зависит от типа быстродействующего выключателя и составляет не более 60 мс.

1-5.png

Рис. 3. Типовые схемы применения БАВР
а – с неявным резервированием; б – с явным резервированием

2.png

Алгоритм БАВР учитывает в своей работе схемы распределительных устройств с обходными связями между секциями шин на стороне ВН трансформаторов, что было подтверждено испытаниями [2]. Устройство БАВР производства ООО «Релематика» соответствует требованиям ПАО «Транснефть» [3] и включено в реестр основных видов закупаемой продукции [4].

На текущий момент производится полная адаптация системы БАВР под нетиповые первичные схемы заказчика, позволяющая применять защиту в особых режимах работы энергосети предприятия. Замена электромеханических выходных реле устройства на быстродействующие полупроводниковые твердотельные реле позволила еще более уменьшить время полного переключения до 50 мс.

Таким образом, устройство БАВР производства ООО «Релематика» является готовым решением, гарантирующим резервирование ответственных потребителей для всех существующих схем питания подстанций.

1. Д.Т. Гумиров Оценка влияния кратковременных нарушений электроснабжения на работу потребителей нефтедобывающих предприятий и разработка устройства АВР для надежного их электропитания. / Материалы диссертации к.т.н. // — М.: МЭИ, 2010.

2. На цифро-аналоговом физическом комплексе АО «НТЦ ЕЭС» завершился цикл испытаний устройств быстродействующего автоматического ввода резерва [Электронный ресурс]. URL: https://www.ntcees.ru/news/2017/test_22_12_2017.php (дата обращения 25.04.2018).

3. ООО «НИИ Транснефть» Заключение о соответствии продукции «Устройства автоматического ввода резерва со сверхбыстродействующими выключателями напряжением более 1000 В» № 52200-1356-5671. Выдано ООО «Релематика» 16.04.2018.

По материалам журнала "Электричество" рубежа XIX-XX вв.: первые выключатели

С того момента, когда в 1870 г. был создан достаточно мощный и экономичный источник электрической энергии, электротехнические устройства вышли за пределы лабораторий, и наступило время, которое историки называют «героическим периодом истории электротехники».

В конце ХIХ века созданы и внедрены первые образцы многих основных видов устройств, в т.ч. аппараты управления и регулирования: выключатели, переключатели, контакторы, регуляторы напряжения.

Читайте так же:
Как подключать двух клавишный проходной выключатель

Одним из основателей журнала «Электричество», старшим в прославленной плеяде русских изобретателей-электриков В. Н. Чиколевым были созданы первые сигнальные электромагнитные реле и автоматические выключатели с дистанционным управлением.

Выдающийся ученый, которому принадлежит честь введения в электротехнику трехфазных токов, М.О. Доливо — Добровольский разработал и впервые применил в 1893 году автотрансформатор для регулирования, выключатель-рубильник с пружинными контактами и автоматом, в 1910 году — дугогасительное устройство из изоляционного материала с узкими щелями и металлической решетки, в 1914 году — деионную решетку со специальными электромагнитами для втягивания дуги в щель.

Журнал старательно знакомил читателей не только с российскими изобретениями, бесплатно размещая на своих страницах объявления о них и об «издании русских оригинальных сочинений», но и с достижениями западной электротехники, в том числе в области создания электрических аппаратов.

Статья инженера Александра Гофмана
«Экспонаты «Электрическаго Акционернаго Общества б. Шуккертъ в Нюрнберге» на Парижской Всемирной Выставке 1900 года».

Механическое их соединение таково, что вторичное включение автоматического выключателя после того, как он выпал из цепи, возможно только когда причина, произведшая короткое замыкание или другое повреждение действительно устранены. Прибор очень чувствителен. Он функционирует всегда при одном и том же токе.

Посредством особого винта прибор может быть поставлен на любое количество ампер до 2000. Неверное обслуживание прибора, напр. включение его, когда короткое замыкание еще не устранено, немыслимо. Это предохраняет машину и провода от порчи.

Все нужные приборы были помещены на двух изящных киосках. На одном из них (для постоянного тока) помещался вольтметр в 500 вольт и амперметр на 1600 ампер, равно как маховичек шунтового реостата. На другой стороне киоска находились предохранители, выключатели и автоматы, а на третьей — надписи фирмы на французском, немецком и английском языках. Четвертая сторона служила дверью».

Журнал « Электричество», 1902, № 7

«Автоматический выключатель для сильных токов, Германа Мюллеръ.»
«Его особенность состоит в том, что между рычагом рукоятки и подвижными замыкающими частями автоматическаго выключателя помещена защелкивающаяся под влиянием проходящаго тока собачка, которая автоматически освобождается, как только сила тока, проходящаго чрез выключатель, переступит допустимый maximum.

Замыкающия части получают вследствие этого свободное движение и возвращаются под влиянием силы тяжести или пружины в положение разобщенное. Управление этим прибором весьма просто и удобно, и требует лишь некотораго внимания со стороны наблюдающего.(. )

Все замыкающия части этого прибора сконструированы так, что могут быть легко заменены.

Доска, прикрывающая контакты, легко отвинчивается, вследствие чего является возможность легко наблюдать за аппаратом. Удлиненная форма аппарата позволяет при управлении рукояткой находиться вдали от точек замыкания и размыкания, что устраняет опасность для наблюдающаго. Аппараты сконструированы фирмой Шуккерт и Ко и делаются для 200 до 3000 ампер».

Журнал «Электричество», 1901, № 5

Вена, Мюнхен, Париж, Лондон, Франкфурт, Брюссель, Турин. Уже к десятым годам ХХ века, когда технические и промышленные выставки стали привычным, рутинным явлением, в журнальных обзорах стали появляться сетования на то, что «все-таки выставка слабо посещалась». Прошла мода, схлынула эйфория, но, похоже, сами-то образцы техники не стали менее интересными.

«Способы и аппараты для приведения в действие автоматических масляных выключателей.»

«Главные достоинства масляного выключателя заключаются в том, что он прерывает цепь тока, не допуская образования большой вольтовой дуги, и требует, в сравнении с выключателями других конструкций, лишь незначительного места, особенно, если принять в расчет количество выключаемой энергии.

Читайте так же:
Автоматический выключатель для группы розеток

Кроме того существенно упрощается монтаж выключателя и присоединение его к сети.

Особенно выгодно применение масляного выключателя, действующего при помощи реле в установках переменного тока, потому что здесь, как доказали опыты, цепь тока прерывается после нескольких периодов почти как раз в момент прохода кривой тока через нулевую линию.

При постоянном токе не имеется этой выгоды. В связи с реле масляные выключатели легко могут исполнять задачи автоматических выключателей, надежное действие и безопасность которых в установках высокаго напряжения всеми признаны.


Выключатель с реле замедленного действия (посредством нагревающейся проволоки)

Как видно из рис. (выключатель с двумя максимальными расцепляющими реле), расцепляющее реле снабжено подковообразной магнитной станиной, между полюсными наконечниками которой расположен вращающийся якорь. Якорь посредством пружины придерживается в определенном положении. При переходе тока за известный предписанный заранее предел усиленное благодаря этому магнитное поле притянет якорь против действия пружины.

При этом стержень, соединенный посредством шарнира с якорем, отщелкнет собачку, запирающую выключатель. Расцепляющия реле прикреплены к особым изоляторам, расположенным на кронштейнах по краю цоколя выключателя. Посредством таких «быстродействующих расцепляющих реле» выключение произойдет сразу, как только ток перейдет за определенный предел. Эта предельная величина в известных границах регулируется пружиной, которая против действия магнетизма влияет на якорь.

Присоединяя, как было предложено фирмою Сименс и Гальске, к этому устройству систему с нагревающейся проволокой или часовой механизм, можно достичь замедления расцепления, т.е. выключатель сразу размыкается только при особенно больших перегрузках, между тем как при незначительной перегрузке для размыкания требуется наличность такой перегрузки в течение некоторого определенного, регулируемого промежутка времени.»

Журнал «Электричество», 1910, № 6

«Выставка в Турине (1911 г.) »
«Очень богатая в количественном отношении выставка была представлена фирмой Vedovelli, Priestley& C-ie из Парижа. Из выставленных предметов интересны выключатели низкаго напряжения, простые и автоматические, а также масляные выключатели высокаго напряжения.

На рис. изображены трехфазный выключатель для напряжений 25.000 в. и однофазный 45.000 в. и 10.000 килов.-ам. (. ) В этих выключателях масло для изоляции находится под некоторым небольшим давлением, что по данным фирмы позволяет в значительной степени уменьшать размеры выключателей.

Несмотря на то, что изменение давления не меняет свойств масла в отношении пробоя, в то же время сжатие масла очень выгодно вследствие увеличения способности его тушить дугу, возникающую при выключении установок большой мощности.»

Журнал «Электричество», 1912, № 1

И еще. В 1890 г. во Франции впервые была синтезирована шестифтористая сера SF6 (во всем мире этот газ известен именно под таким названием), называемая в России элегазом — электрическим газом.

Название дано в 1947 году Б. Гохбергом, который еще перед войной начал изучать электрические свойства этого удивительного вещества. Им же впервые были высказаны предположения о возможности применения элегаза в качестве изоляционной среды оборудования высокого напряжения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector