Gutdver.ru

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

Вакуумный выключатель: основные требования, технические параметры

Вакуумный выключатель: основные требования, технические параметры

Вакуумный выключатель — это выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в оболочке с высоким вакуумом (определение согласно ГОСТ Р 52565-2006).

Вакуумный выключатель

Пример вакуумного выключателя

Основные (номинальные) параметры

К номинальным параметрам вакуумного выключателя относятся:

  • номинальное напряжение вакуумного выключателя — Uном (соответствующее ему наибольшее рабочее напряжение вакуумного выключателя — Uн.р);
  • номинальный ток вакуумного выключателя — Iном;
  • номинальный ток отключения вакуумного выключателя — Iо, ном;
  • номинальное напряжение цепей управления и вспомогательных цепей привода — Uп, ном.

Значения номинальных параметров вакуумного выключателя выбирают из ряда стандартных значений, приведенных в таблице 1.

Обозначение параметраЗначение параметра
Uном / Uн.р, кВ3/3,6; 6/7,2; 10/12; 15/17,5; 20/24; 24 * /26,5; 27 * /30; 35/40,5; 110/126; 150/172; 220/252; 330/363; 500/525; 750/787
Iном , А200; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000; 12500; 16000; 20000; 25000; 31500
Iо, ном , кА2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250
Uп, ном , ВДля постоянного тока — 24; 48; 110; 220
Для переменного тока (однофазного и трехфазного) частоты 50 Гц — 100 ** ; 120; 230; 400

Примечания к таблице 1:

* Только для выключателей, предназначенных для цепей генераторов.

** Номинальное вторичное напряжение трансформатора напряжения, используемого для питания вспомогательных цепей выключателя (привода).

Технические требования

Требования к электрической прочности изоляции.

Нормированные испытательные напряжения изоляции вакуумных выключателей — по ГОСТ 1516.3.

Длина пути утечки внешней изоляции и степень загрязнения изоляции (I, II, II*, III, IV) по ГОСТ 9920 для вакуумных выключателей категории размещения 1 должны быть указаны в ТУ и эксплуатационных документах.

Требования к нагреву.

Требования в отношении нагрева вакуумных выключателей в продолжительном режиме — по ГОСТ 8024.

Установленные ГОСТ 8024 наибольшие допустимые температуры нагрева частей аппаратов и соответствующие превышения температуры не должны быть превышены при следующих условиях:

  • а) для главной цепи — при токе, равном Iном;
  • б) для обмоток электромагнитов цепей управления и вспомогательных цепей, предназначенных для продолжительного режима, и для обмоток минимальных расцепителей напряжения — при напряжении на выводах, равном 1,1 Uп, ном;
  • в) для обмоток максимальных расцепителей тока, встроенных в привод, при наименьшей уставке отключающего тока для данного исполнения расцепителя — при токе, равном: 5,5 А — для исполнения с наименьшей уставкой 5 А; 10 А — для исполнения с наименьшей уставкой 10 А и более;
  • г) для контактов, контактных зажимов и других элементов вспомогательных цепей, предназначенных для работы в продолжительном режиме, — при токе 10 А; для элементов цепей с малым потреблением (до 0,5 А) — при токе 1 А.

Наибольшие допустимые температуры и соответствующие превышения температур обмоток и других элементов вспомогательных цепей (кроме электродвигателей), предназначенных для кратковременного режима (только в процессе операции включения или отключения вакуумного выключателя), должны соответствовать требованиям ГОСТ 8024 после 10-кратного срабатывания при напряжении на выводах, равном 1,1 Uп, ном (для обмоток включающих электромагнитов приводов зависимого действия — при напряжении Uп, ном), при интервале между моментами подачи напряжения 10 с или, если конструкция не позволяет обеспечить интервал 10 с, — при минимально возможном интервале.

Если в цепи обмоток или в цепи таких элементов отсутствуют блок-контакты или другие коммутационные устройства, автоматически снимающие импульс на срабатывание, то обмотки должны выдерживать приложение напряжения 1,1 Uп, ном один раз в течение 15 с.

Наибольшие допустимые температуры и соответствующие превышения температур частей электродвигателей приводов должны соответствовать требованиям ГОСТ 183 после 10-кратного срабатывания привода при напряжении на зажимах двигателя, равном Uп, ном, с минимально возможными интервалами времени между моментами подачи напряжения.

Требования к механической работоспособности.

Вакуумный выключатель должен выполнять следующие механические операции и (или) циклы операций при условиях, указанных ниже, и с характеристиками работы механизма выключателя, обеспечивающими нормированные параметры коммутационной способности выключателя:

  • а) включение (В);
  • б) отключение (О);
  • в) включение-отключение (ВО), в том числе без преднамеренной выдержки времени между В и О;
  • отключение-включение (ОВ) при любой бесконтактной паузе, начиная от tбк, соответствующей tбт .
  • д) отключение-включение-отключение (ОВО) с интервалами между операциями согласно требованию перечислений в) и г).

Требуемые характеристики работы механизма вакуумного выключателя с предельными отклонениями от их нормированных значений должны указываться в ТУ и эксплуатационных документах.

Примечание — Требования перечислений г) и д) относятся только к вакуумным выключателям, предназначенным для работы при автоматическом повторном включении (АПВ).

Отключение вакуумного выключателя должно обеспечиваться при напряжении на зажимах цепи управления отключением в диапазоне, ограниченном нижним и верхним пределами (в процентах номинальных значений указанных величин):

  • а) при питании электромагнитов постоянным током — от 70% до 110%;
  • б) при питании электромагнитов переменным током, а также постоянным током при подключении электромагнитов к сети переменного тока через выпрямительные устройства — от 65% до 120%.

Собственные времена отключения и включения вакуумного выключателя, разновременность замыкания и размыкания контактов полюсов и разрывов следует указывать в эксплуатационных документах.

При отсутствии специальных указаний наибольшая разница между моментами замыкания контактов полюсов при включении не должна превышать 0,005 с, наибольшая разница между моментами размыкания контактов полюсов вакуумных выключателей при отключении не должна превышать 0,0033 с, наибольшая разница между моментами размыкания контактов разрывов одного полюса для вакуумных выключателей с несколькими разрывами при отключении не должна превышать 0,0025 с.

Читайте так же:
Время токовая характеристика автоматического выключателя ае 2046

При необходимости в ТУ и эксплуатационных документах следует также указывать требуемые значения с допустимыми отклонениями для скоростей включения и отключения вакуумного выключателя, электрических сопротивлений и токов потребления электромагнитов включения и отключения, контактного нажатия пружин размыкаемых контактов, а также минимального напряжения, минимального давления и минимального натяжения пружин, при которых обеспечивается выполнение вакуумным выключателем операций отключения и включения.

Вакуумные выключатели категории размещения 1 должны нормально работать в условиях гололеда при толщине корки льда до 20 мм и ветре скоростью до 15 м/с, а при отсутствии гололеда — при ветре со скоростью до 40 м/с.

Требования к стойкости при сквозных токах короткого замыкания.

Вакуумный выключатель во включенном положении должен выдерживать без повреждений, могущих препятствовать его исправной работе, электродинамическое и термическое воздействие сквозных токов короткого замыкания с параметрами вплоть до следующих нормированных значений:

  • а) наибольший пик (ток электродинамической стойкости) iд , значение которого должно быть не менее 2,5 Iо, ном;
  • б) среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) IТ, значение которого должно быть не менее Iо, ном;
  • в) время протекания тока (время короткого замыкания) tк,з, которое рекомендуется выбирать из ряда: 1, 2 или 3 с.

Обмотки и другие элементы цепей максимального расцепителя тока, встроенных в привод, должны при подтянутом якоре выдерживать без повреждений протекание тока, равного 150 А, в течение 1 с — для расцепителей мгновенного действия на уставке отключающего тока менее 80 А и в течение 2 с — для расцепителей с выдержкой времени, а обмотки электромагнитов расцепителей мгновенного действия на уставке отключающего тока 80 А и более должны выдерживать протекание тока 250 А в течение 1 с.

Требования к конструкции.

  • Контактные зажимы выводов вакуумного выключателя должны соответствовать требованиям ГОСТ 10434, ГОСТ 21242 и ГОСТ 24753.
  • Выключатель (полюс выключателя) должен иметь контактную площадку для подсоединения заземляющего проводника и заземляющий зажим (зажимы) по ГОСТ 21130 и ГОСТ 12.2.007.3 с указанием знака заземления.
  • Металлические части, подвергающиеся воздействию климатических факторов внешней среды, при необходимости должны иметь защитные покрытия с учетом условий эксплуатации по ГОСТ 15150 и срока службы изделия.
  • Выключатель (полюс выключателя) должен иметь указатель включенного и отключенного положений, выполненный в соответствии с ГОСТ 12.3.007.3.
  • В выключателях должны быть установлены счетчики числа срабатываний.
  • Вакуумные выключатели должны иметь коммутирующие контакты для внешних вспомогательных цепей в количестве не менее 12, установленные в местах, доступных для осмотра и ремонта.
  • Конструкция вакуумных выключателей климатических исполнений ХЛ и УХЛ должна в дополнение к требованиям настоящего стандарта соответствовать требованиям ГОСТ 17412.
  • Внутренние элементы вакуумных выключателей категории размещения 1 (изоляции, механизмы, электрические устройства и др.) должны быть защищены от попадания в них атмосферных осадков.
  • Вакуумные выключатели категории размещения 1 или 2, имеющие внутренние изоляционные полости, не заполненные постоянно изоляционной жидкостью или сжатым газом, должны иметь устройства (например вентиляционное, нагревательное или осушительное) для исключения конденсации влаги (при колебаниях температуры окружающего воздуха), которая может вызвать перекрытия изоляции.
  • Выключатели, требующие применения подогрева при пониженных температурах окружающего воздуха, должны иметь подогревательные устройства — одно- или многоступенчатые и средства для их ручного или автоматического включения и отключения. Температура окружающего воздуха, при которой включают эти устройства (ступени), должна быть указана изготовителем в эксплуатационных документах.

Число коммутирующих контактов для внешних цепей, в том числе замыкающих, размыкающих и переключающих, должно быть указано в ТУ и в эксплуатационных документах изготовителя.

В вакуумных выключателях герметичность дугогасительных камер и необходимое давление остаточных газов в них должны обеспечиваться конструкцией и технологией изготовления, в результате чего достигается сохранение электрической прочности между разомкнутыми контактами в течение всего срока службы и не требуется постоянного автоматического контроля вакуума.

Значения остаточного давления газов в вакуумных дугогасительных камерах должны быть указаны в технических документах.

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Основная задача высоковольтных выключателей — отключение нагрузки в электрических сетях в рабочих и аварийных режимах. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала в ходе ремонтных и других работ. В этой статье мы поговорим о масляных и вакуумных высоковольтных выключателях, их назначении, а также особенностях их конструкции. Мы также расскажем о преимуществах современных коммутационных аппаратов.

Содержание

Назначение вакуумных и масляных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Любой коммутационный аппарат в высоковольтных сетях должен выполнять две основные функции.

Отключение электрических цепей как под нагрузкой, так и без нее.Коммутационный аппарат должен работать как в нормальном, так и в аварийном режиме. Это значит, что он должен не только в течении долгого времени выдерживать номинальные токи, но и быть способным отключить кратковременные токи короткого замыкания, в несколько раз превосходящие по величине рабочие токи. В аварийном режиме выключатель должен автоматически отключить электрическую цепь, чтобы предотвратить повреждение аппаратуры и подключенных приборов.

Важно!

Выключатели классифицируют в зависимости от того, в какой среде происходит гашение дуги.

При выборе коммутационного аппарата также учитывают его свойства, в том числе

  • надежность, длительный срок службы, безопасность для подключенного оборудования и окружающих;
  • быстродействие — малое время отклика и отключения;
  • удобство в обслуживании и управлении. Работу современных аппаратов можно контролировать удаленно;
  • простота и скорость монтажа;
  • небольшой вес и габариты;
  • доступная цена, ремонтопригодность.

Конструкция масляных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Каждый коммутационный аппарат этого вида включает в себя следующие элементы:

1. Силовая контактная группа. Она состоит из свечи (подвижного элемента) и розетки (стационарного элемента). Между контактами возникает электрическая дуга, которая гасится аппаратом.
2. Изоляторы. Они изолируют токопроводящие части от корпуса и друг от друга.
3. Баки с маслом. В различных моделях их число варьируется от 1 до 3. В масляной среде происходит гашение электрической дуги.
4. Блок-контакты. Они делятся на группы, которые обеспечивают управление аппаратурой и контрольную функцию.
5. Приводы. Они могут быть автоматическими и ручными. В масляных выключателях они собраны на основе крупной включающей катушки соленоида (ее иногда называют просто катушкой включения/отключения). Отключающая катушка выполняет роль ударного механизма, сбивающего с защёлки включенное устройство выключателя.
6. Отключающие пружины. Они необходимы для размыкания силовой части и определяют скорость расхождения контактов.

Читайте так же:
Выключатель для электрочайника t125

Виды масляных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Основных видов конструкции два:

1. Баковые выключатели. Обычно эти устройства рассчитаны на небольшие токи отключения. Масло в них выполняет две функции: гасит дугу и обеспечивает изоляцию токоведущих частей и дугогасительного аппарата.
Конструкции, рассчитанные на напряжение до 20 кВ, снабжаются одним баком для масла. Все три полюса находятся в нем.
Модели, предназначенные для работы с напряжением 35 кВ и выше, оборудованы тремя баками. Соответственно, каждая из фаз расположена отдельно от других. Приводы в таких коммутационных аппаратах могут быть персональными (пофазными) и групповыми, электромагнитными или воздушными. В некоторых моделях также предусмотрена функция автоматического повторного включения (АПВ). Особенностью масляных выключателей на 35 кВ и более является наличие встроенных трансформаторов тока.

2. Маломасляные выключатели. В отличие от баковых коммутационных аппаратов, масло в них служит исключительно для гашения дуги. Для изолирования токоведущих деталей и дугогасительного аппарата применяются твердые диэлектрики, например, керамика или текстолит, а также эпоксидные смолы. Масляные выключатели с такой конструкцией имеют обозначение ВМП или ВМГ.
Аппараты этого типа отличаются меньшими габаритами и массой. Они также обеспечивают более высокий уровень защиты от пожаров и взрывов. В некоторых моделях маломасляных выключателей присутствуют емкостные трансформаторы напряжения и тока. Такие аппараты отличаются более крупными габаритами и сложной конструкцией.

Масляные выключатели выпускаются в двух исполнениях:

  1. Модели, в которых дугогасительная камера расположена снизу. Подвижный контакт в таких аппаратах движется сверху вниз.
  2. Модели, в которых дугогасительная камера расположена сверху. В них контакт движется снизу вверх. Модели такого типа на сегодняшний день считаются наиболее технически совершенными среди масляных выключателей.

Конструкция масляных выключателей может предусматривать наличие встроенной системы защиты и управления. Она может включать в себя различные реле:

  • выдержки времени;
  • максимального тока моментального действия;
  • минимального напряжения;
  • электромагниты отключения.

Эксплуатация масляных выключателей

Любая коммутационная аппаратура в высоковольтных сетях требует соблюдения ряда правил при монтаже, пуско-наладке и эксплуатации. Перед вводом выключателя в эксплуатацию необходимо провести ряд мероприятий:

  1. Провести регулировку силовой контактной группы. Важно убедиться, что подвижный элемент (свеча) входит в розетку на необходимое расстояние. Регулировка проводится после установки аппарата. Сотрудник открепляет свечу контактной группы, а затем фиксирует ее на необходимом уровне.
  2. Провести испытания. Они включают в себя различные виды проверок изоляции и других элементов конструкции масляного выключателя. В обязательном порядке проводятся испытания повышенным напряжением промышленной частоты, частым включением/выключением и так далее. После окончания всех проверок составляется протокол, в котором фиксируются полученные результаты. На их основе принимается решение о возможности ввода аппарата в эксплуатацию, необходимости его ремонта.

О том, как они проходят, вы можете прочитать в другой нашей статье.

Перед вводом выключателя в эксплуатацию также необходимо проверить

  • наличие масла в баке или в баках, его уровень и качество;
  • крепление всех элементов привода;
  • состояние изоляторов;
  • чистоту блок-контактов.

Все манипуляции должны проводиться квалифицированной бригадой при соблюдении всех требований безопасности.

Конструкция вакуумных выключателей

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Конструкция каждой модели вакуумных выключателей имеет свои особенности, обусловленные различными типами привода, номинальными рабочими напряжениями и токами. Вакуумные выключатели различных производителей непохожи друг на друга. Тем не менее, все ключевые элементы остаются неизменными и присутствуют в любом выключателе. К ним относятся:

  1. Корпус. Он должен иметь высокий запас прочности, поэтому делается из металла. Внутри корпуса устанавливается привод включения/выключения.
  2. Полюса токоведущих частей. Как и в выключателях других типов, их три. Они обеспечивают подключение к сети и отключение от нее.
  3. Диэлектрический корпус вакуумной камеры. Он изготавливается методом литья и содержит силиконовые и эпоксидные смолы.
  4. Тележка для перемещения в конструкции КРУ. Важно обратить особое внимание на этот элемент, так как у различных производителей он может сильно отличаться.

Стандартно вакуумные выключатели имеют 3 полюса (по числу фаз). В конструкции полюсов выделяют следующие элементы:

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

  1. Верхний токопроводящий вывод.
  2. Дугогасительная камера.
  3. Диэлектрический корпус.
  4. Подвижная часть силовой контактной группы.
  5. Нижний отходящий токопроводящий вывод.
  6. Гибкий элемент токоведущей шины.
  7. Тяга с изолятором.

Отдельного упоминания заслуживает конструкция вакуумной камеры. Этот элемент выключателя является неразборным. Оценить состояние контактной системы и уровня вакуума можно только в процессе испытаний с помощью измерительных приборов. При выходе камеры из строя ее не ремонтируют, а заменяют на новую. Основными элементами ее конструкции являются:

  1. Подвижный и неподвижный силовые контакты. Между ними и образуется электрическая дуга.
  2. Экранирующий механизм. Он помогает снизить помехи при коммутации.
  3. Изоляционный корпус. Обычно он производится из керамики.
  4. Сильфон. Он не допускает разгерметизации вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) при движении контактов.
  5. Выводы подвижного и неподвижного контактов.

Современные модели выключателей могут управляться как по месту установки, так и дистанционным способом. Любой коммутационный аппарат также может функционировать в аварийных режимах. В этом случае сигнал на отключение поступает от блока релейной защиты или специальной автоматики. В такой ситуации происходит подача питания на электромагнит отключения, после чего токопроводящие силовые контакты размыкаются.

Читайте так же:
Автомат выключатель для квартиры

Важно!

Некоторые производители выпускают модели коммутационных устройств, в составе которых присутствует и релейная защита, и противоаварийная автоматика. Такие устройства называются реклоузерами.

Принцип работы вакуумного выключателя

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

В первую очередь нас интересует процесс гашения дуги. Он основан на свойствах вакуума, в частности — на высокой электрической прочности и диэлектрических характеристиках. Дуга возникает при разрывании контактов и поддерживается за счет испаряющегося с их поверхности металла. Ее гашение происходит при переходе тока через ноль. За счет диэлектрических свойств вакуума и быстрого процесса деионизации повторно дуга не возникает.

Важно!

У данного вида коммутационных аппаратов есть серьезный недостаток, который заключается в возможности появления среза тока. Это явление происходит в случаях, когда гашение дуги происходит до перехода тока через ноль. Срез тока вызывает коммутационные перенапряжения, которые негативно влияют на всю технику, подключенную к сети. Для того, чтобы избежать повреждений, используются ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН).

Особенности применения вакуумных выключателей

Современные коммутационные аппараты этого типа могут устанавливаться как в комплектных, так и в открытых распределительных устройствах. Вакуумные выключатели отличаются высокой скоростью работы и длительным сроком службы. Многие модели, выпускаемые сегодня, могут работать минимум 30 лет при условии регулярного обслуживания и правильной эксплуатации. Сегодня вакуумные выключатели все чаще используются в электроустановках классов напряжения 1000 В и более.

Важно!

Все выключатели, вне зависимости от типа, должны оснащаться механизмом ручного отключения, позволяющим произвести отключение выключателя даже в случае выхода из строя его привода либо цепей управления.

Преимущества вакуумных выключателей над масляными

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Сегодня в промышленности применяются оба этих вида коммутационных устройств, но последние быстро сдают свои позиции. В Китае, например, от масляных выключателей отказались полностью. Их заменили более совершенными аппаратами.

Ученые на практике доказали, что гашение дуги в вакууме значительно более эффективно, чем в масляной среде. Само электрооборудование можно считать более практичным за счет меньших габаритов. К другим преимуществам вакуумных выключателей относятся:

Почему вакуумный выключатель — это лучшее решение для распределительных сетей 6-10 кВ?

Развитие городской инфраструктуры, постройка новых мощных промышленных комплексов, уплотнительные застройки в центре городов-миллионников ставят перед энергетиками непростые задачи по обеспечению электроэнергией потребителей без снижения качества и надежности электроснабжения. В связи со столь высоким ростом объёмов потребления Стратегия ПАО «Россети» направлена на увеличение объёма генерации не менее чем на 13,3% в периоде 2016-2020 гг.

Помимо роста объёмов потребления и генерации электроэнергии не менее важно её распределение, за которое отвечают, как правило, тупиковые подстанции на классы напряжения 6, 10, 20 и 35кВ. Однако более половины таких подстанций находятся в эксплуатации не менее 30 лет. Оборудование данных подстанций сильно изношено, морально устарело и нуждается в замене.

Стоит отметить, что на каждой электрической подстанции основным элементом защиты цепей являются силовые выключатели. Исходя из этих факторов, а также статистических данных ФСК и МРСК можно сделать вывод о том, что в России ежегодно потребляется не менее 20000 силовых выключателей с классами напряжения 6 и 10кВ. Очевидно, что на столь массовый и ответственный элемент системы электроснабжения налагаются жёсткие требования, как со стороны потребителя, так и со стороны надзорных органов. Основными требованиями, предъявляемыми к силовым выключателям, можно выделить:

  • Соответствие техническим параметрам электросети (Наибольшее рабочее напряжение, отключающая способность, и т.п.)
  • Безопасность персонала при эксплуатации
  • Высокий уровень надёжности
  • Компактность
  • Минимальная необходимость в обслуживании
  • Энергоэффективность

Достичь всех этих качеств в одном аппарате – задача нетривиальная, и далее мы рассмотрим тот путь, который пришлось пройти выключателям для достижения современного уровня их технического развития.

Виды выключателей 6-10 кВ

Первыми выключателями, которые защищали отходящие линии 6-10 кВ в комплектных распределительных устройствах, были баковые многообъёмные масляные выключатели, такие как ВМБ-10. Данный выключатель представляет собой металлический бак, массой 170 кг, который вмещает в себя 50 килограммов трансформаторного масла. Трансформаторное масло выступает в качестве изолирующей контакты разных полюсов среды, также в ней происходит разрыв контактов и гашение электрической дуги. При таком способе гашения дуги масло разлагается, образуя газопаровую смесь, состоящую из 70% водорода и паров испаряющегося трансформаторного масла. Данная смесь охлаждает и расщепляет дугу, а также деионизирует место её возникновения, что способствует скорейшему восстановлению электрической прочности масла. Этот процесс протекает достаточно бурно, давление в газовом пузыре может достигать 12 атмосфер. Именно присутствие масла в конструкции данного типа выключателей и определило их основные недостатки. Таким аппаратам требуется постоянный контроль уровня масла, его доливка, замена после относительного небольшого количества отключений. Выделение водорода, вкупе с высоким давлением внутри выключателя делает данный способ дугогашения достаточно опасным, нередки случаи взрывов и пожаров при применении таких выключателей. Для исключения разлива масла в случае аварии также необходимо строительство маслоприёмников, способных вместить полный объём масла, находящегося в выключателе.

Очевидно, что данный конструктив выключателей был далёк от идеала и не удовлетворял большинству требований, названных ранее. Именно поэтому следующим этапом развития этого класса аппаратов стали маломасляные выключатели.

Масляный малообъемный выключатель (крупно: указатель уровня масла)

В маломасляных выключателях масло уже не несёт в себе изоляционные свойства, а лишь служит газогенерирующей средой. Это позволило снизить общую массу аппарата, и, что особенно важно, объём заливаемого трансформаторного масла. Так, например, выключатель ВМП-10 требует заливки лишь 5кг масла. Помимо этого значительно выросли номинальный ток и отключающая способность, с 1000А до 1500А и с 5,7кА до 20кА соответственно (относительно выключателя ВМБ-10). Обновлённый конструктив масляных выключателей также позволил отказаться от необходимости возведения маслоприёмников. Вместе с тем недостатки, характерные для маслонаполненных выключателей, всё же сохранялись. К тому же на базе масляных малообъемных выключателей было невозможно реализовать быстродействующее АПВ (автоматическое повторное включение). Кроме того, само масло представляло опасность для экологии, и поэтому нельзя было допустить утечку и попадание масла в грунтовые воды.

Читайте так же:
Как сделать рамку под выключатель

Трансформаторное масло, как дугогасящая среда, исчерпало себя, поэтому дальнейшее улучшение конструктива не несло в себе каких либо существенных плюсов для характеристик выключателя. Именно поэтому возникла необходимость в поиске более эффективной среды дугогашения. В СССР подобные исследования велись уже в 30-х годах. В ЛФТИ, под руководством известного учёного Б. М. Гохберга, были исследованы электрические свойства ряда газов. Данная работа позволила выявить некоторые полезные свойства шестифтористой серы (SF6), которая получила название «элегаз». Данный газ характеризуется высочайшей электрической прочностью – 89кВ на 1 см. Но промышленное производство элегаза удалось освоить только в конце 1980-х годов.

Масляные малообъемные выключатели серии ВК

Следующим поколением выключателей, которое пришло на смену масляным, стали элегазовые. В отличие от масляных малообъемных выключателей они являются взрыво- и пожаробезопасными, имеют более высокую коммутационную способность (до 40кА), гораздо больший коммутационный ресурс, а также сниженные массогабаритные характеристики. Однако при эксплуатации элегазового оборудования есть несколько важных моментов. После первого гашения дуги в элегазовой среде образуются химически активные и вредные для человека примеси. Вредны они настолько, что, при замене отработавшего элегаза следует быть особо осторожным: использовать респираторы, обеспечить защиту глаз, а внутреннюю поверхность газовых корпусов нужно обязательно нейтрализовать при помощи раствора гашеной извести. Помимо этого, в закрытых распредустройствах требуется установка специальных датчиков, осуществляющих контроль утечек элегаза. К тому же гексафторид серы был признан вредным для атмосферы, как разрушающий озоновый слой. В связи с этим во всех европейских странах, в том числе и в России, стараются избегать применения элегазового оборудования в сетях 6-10 кВ.

С развитием коммутационной электротехники, в сетях 6-10 кВ на смену элегазовым пришли вакуумные выключатели, которые в настоящее время заняли доминирующее положение в структуре распределительных сетей. Особенности конструкции вакуумных выключателей заключаются в использовании вакуумных камер сравнительно небольших размеров и применении глубокого вакуума (давление в камере составляет порядка 5×10-5 мм.рт.ст.) в качестве среды для гашения дуги, что позволило добиться следующих преимуществ по сравнению с выключателями предыдущих поколений:

  • высокая надежность
  • не требуют обслуживания
  • сниженные массогабаритные характеристики
  • широкий диапазон рабочих температур
  • отсутствие вредных выбросов
  • малая потребляемая мощность в цепях оперативного тока
  • возможность любого расположения в пространстве

Несмотря на высочайшие показатели электрической прочности вакуума, долгое время использование данной технологии было ограничено техническим развитием. Однако с момента первых промышленных образцов технические характеристики вакуумных выключателей заметно улучшились. В частности, можно отметить возросшие значения отключаемых токов короткого замыкания (до 50кА). Это стало возможным благодаря особенной геометрии контактов.

В конструкции вакуумных выключателей OptiMat V от КЭАЗ применены спиралевидные контакты . Такая форма контактов вакуумной камеры создаёт радиальное магнитное поле по всей области дуги, что вызывает её быстрое вращение по поверхности контактов и скорейшее затухание, а также минимизирует тепловую нагрузку, позволяет избегать локальных перегревов, выгорания металла контактов, что уменьшает их износ, а также исключает возможность повторного зажигания дуги после прохождения тока через ноль.

Такие разработки позволяют увеличивать общий коммутационный ресурс выключателя.

Контактная система с радиальным магнитным полем вакуумных выключателей OptiMat V

Кроме того, сниженные весо-габаритные параметры вакуумных выключателей (особенно заметно по сравнению с распространенными в России масляными малообъемными выключателями), позволяют специалистам электросетевых компаний производить монтажные и ремонтные работы значительно проще. Сравните: масса вакуумного выключателя OptiMat V — 56 кг, масляного малообъемного серии ВК от 160 до 200 кг + 12 кг масла, а элегазового выключателя ВГП — 120 кг (разница в массе составляет от 2 до 5 раз).

Также большое значение имеет широкий температурный диапазон. Ведь при эксплуатации в зимний период нужно учитывать дополнительные траты на подогрев масла в выключателях предыдущих поколений (масло густеет и препятствует скорейшему расхождению контактов). Здесь же стоит упомянуть и разные токи для катушек включения приводов: 3,9 А при 220 В у вакуумных выключателей OptiMat V и 100 А при 220 В у масляных малообъемных выключателей серии ВК.

Таким образом, вакуумные выключатели, на сегодняшний день, являются самыми современными, технологичными, надежными и экономичными коммутационными аппаратами в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ.

Вакуумные выключатели

Любой выключатель, применяемый в высоковольтных сетях, должен надёжно и быстро отключать и включать электрические цепи и оборудование в нормальном и аварийном режимах энергосистемы. При коммутации в высоковольтных сетях, токи в которых могут достигать десятки тысяч ампер при коротких замыканиях, возникает электрическая дуга между контактами выключателя. Это может привести к человеческим жертвам, повреждениям самого выключателя и близстоящего оборудования. Для предотвращения возникновения дуги в высоковольтных выключателях используют специальное дугогасительное устройство (дугогасительная камера), в которой расположены контакты выключателя. Внутри камеры создается вакуум с давлением около 10 −5 мм рт. ст., электрическая прочность которого в десятки раз больше воздуха в нормальных условиях.

Таким образом, вакуумный высоковольтный выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для операций включения и выключения в цепях от 6 кВ и выше, который в качестве среды для гашения дуги используют вакуум.

Выключатель рассчитан на:

  1. нормальный режим работы;
  2. аварийный, то есть должен выдерживать кратковременные токи короткого замыкания.

Принцип действия

вакуумный выключатель

Механизм гашения дуги в вакуумных выключателях основан на высокой электрической прочности и усиленных диэлектрических свойствах вакуума. В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке возникает электрическая дуга, которая поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов. При переходе тока через ноль, происходит гашение дуги и восстановление диэлектрических свойств вакуумного промежутка, и дуга между разомкнутыми контактами больше не возникает. Из-за большой электрической прочности вакуума гашение дуги может произойти до перехода тока через ноль, это явление называют срезом тока. Срез тока негативно влияет на сеть, так как вызывает коммутационные перенапряжения, которые могут достигать огромных величин.

Читайте так же:
Выключатель с розеткой с отдельным подключением

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.

Конструктивные особенности

конструкция выключателя

Каждый высоковольтный вакуумный выключатель обладает своими характеристиками и конструктивными особенностями, так как используется в сетях с разным напряжением и током. Также разные производители вносят свои индивидуальные коррективы в устройство и конструкцию своих изделий. Но основные элементы всё же остаются неизменными.

Основные элементы конструкции вакуумного выключателя это:

1-Корпус из прочного металлического материала, внутри которого установлен привод включения и отключения, в этом случае он пружинный; 2-Три полюса токоведущих частей, которые предназначены для подключения к сети и для отсоединения от неё при эксплуатации в контрольное, рабочее и выкаченное положения; 3-Литой диэлектрический корпус, содержащий силиконовые и эпоксидные смолы, с вакуумной дугогасительной камерой; 4-Тележка для перемещения внутри ячейки КРУ, этот механизм зачастую у разных производителей различный.

высоковольтная часть

Электрическая основная высоковольтная часть разделена между фазами и содержит следующие элементы:

1-Верхний токопроводящий вывод; 2-Дугогасительная камера, содержащая вакуум; 3-Диэлектрический корпус полюса; 4-Подвижная часть контактной системы; 5-Нижний отходящий токопроводящий вывод; 6-Гибкий элемент токоведущей шины; 7-Специальная тяга, оборудованная прочным изолятором.

В свою очередь, сама дугогасящая камера является тоже очень важным хоть и не разборным элементом, зачастую в случае неисправности они не ремонтируются, а заменяются новыми.

дугогасящая камера

Вот основные её части и механизмы:

1-Вывод неподвижного силового контакта; 2-Неподвижный силовой контакт; 3-Подвижный силовой контакт; 4-Экранирующий механизм, снижающий помехи при коммутации; 5-Керамический изоляционный корпус; 6-Сильфон, сохраняющий герметичность во время движения контакта; 7-Вывод подвижного элемента контактной системы.

Выключатель управляется местным или дистанционным способом. В аварийных режимах отключается от релейной защиты или от противоаварийной автоматики (подается питание на электромагнит отключения и токопроводящие контакты размыкаются).

На данный момент некоторые производители изготавливают высоковольтные выключатели в комплекте с релейной защитой и противоаварийной автоматикой, такое устройство называется реклоузером.

Преимущества и недостатки

Как и любой механизм или устройство данный выключатель тоже имеет свои положительные и отрицательные стороны и понимание их при выборе очень важно.

Преимущества

  • Простая конструкция и установка в ячейки после вывода из эксплуатации устаревших выключателей;
  • Несложный ремонт, при неисправности камеры она подлежит немедленной замене;
  • Возможность работы не только в горизонтальном положении;
  • Надёжность во время всего длительного срока эксплуатации;
  • Хорошая коммутационная износостойкость;
  • Компактные небольшие размеры и вес;
  • Низкая пожароопасность;
  • Не загрязняет окружающую среду;
  • Небольшие расходы на ремонтные и профилактические работы.

Недостатки

  • Небольшой ресурс во время токов короткого замыкания;
  • Есть вероятность появления коммутационных перенапряжений;
  • Довольно высокая стоимость как всего устройства, так и комплектующих.

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.

Самые распространённые модели

условное обозначение

Вот несколько самых распространенных моделей ВВЭ-М-10–20, ВВЭ-М-10–40, ВВТЭ-М-10–20, а на рисунке указано как их расшифровывать и структура условных обозначений, так как модели могут содержать в своём названии до 10–12 букв и цифр. Почти все они являются заменой устаревших масляных выключателей, а работать могут как для коммутации цепей переменного тока, так и постоянного.

Настройка, установка и включение в работу высоковольтных вакуумных выключателей это трудоемкий процесс, от которого напрямую зависит вся дальнейшая работа энергосистемы, а также всех элементов и оборудования, подключаемого к ним, поэтому все работы лучше положить на плечи квалифицированного инженерно-электротехнического персонала. Управление вакуумным выключателем должно выполняться чётко и по определённым командам, от этого зависит жизнь и здоровье людей работающих на питаемом оборудовании.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector