Вакуумный выключатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 марта 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 марта 2019; проверки требует 1 правка.

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.

Вакуумный выключатель на 6, 10 кВ

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).

Вакуумный выключатель

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).

Разновидности вакуумных выключателей[править | править код]

• 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.

Достоинства

• 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.

Недостатки

• сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
• возможность коммутационных перенапряжений, обусловленных срезом тока^[1], 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.

• Солянкин А. Г., Павлов М. В., Павлов И. В., Желтов И. Г. Теория и конструкции выключателей. — П.: Энергоиздат, 1982. — С. 350.
• Кравченко А. Н., Метельский В. П., Рассальский А. Н. Высоковольтные выключатели 6—10 кВ // Электрик. — 2006. № 9-10, 11-12; 2007.-№ 1-2.

принцип действия, плюсы и минусы, выбор

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

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.

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

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.

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.

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

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.

Видео вакуумный выключатель

Вакуумный выключатель — это… Что такое 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.

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 еще 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 500 кВ включительно).

Принцип действия

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 других деталей дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение (см. иллюстрацию процесса отключения).

Достоинства и недостатки

Достоинства

• простота конструкции;
• надежность;
• высокая коммутационная износостойкость;
• малые размеры;
• пожаро- и взрывобезопасность;
• отсутствие шума при операциях;
• отсутствие загрязнения окружающей среды;
• удобство эксплуатации;
• малые эксплуатационные расходы.

Недостатки

• сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
• возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов;
• небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания.

Источники информации

• Солянкин А. Г., Павлов М. В., Павлов И. В., Желтов И. Г. Теория и конструкции выключателей. — П.: Энергоиздат, 1982. — С. 350.
• Кравченко А. Н., Метельский В. П., Рассальский А. Н. Высоковольтные выключатели 6—10 кВ // Электрик. — 2006. № 9-10, 11-12; 2007.-№ 1-2.

Вакуумный выключатель — конструкция и принцип работы :: SYL.ru

Вакуумный выключатель — это новейший высоковольтный коммутационный аппарат, который получил широкое распространение в распределительных сетях. Что это за устройство?

Общие сведения

Вакуумный выключатель – высоковольтный аппарат для коммутации (периодические отключения и включения) электрического переменного тока в рабочих и аварийных режимах (короткие замыкания). Электрическая дуга, которая возникает между контактами устройства во время короткого замыкания, гасится. По всему миру такой прибор, как вакуумный выключатель, завоевывает все большую популярность по сравнению со своими предшественниками (масляными и маломасляными аппаратами). В сетях с напряжением до 35 киловольт в Китае их использование составляет почти 100 %, в развитых странах Европы достигает 70%.

Конструкция

Вакуумный выключатель состоит из двух основных элементов: подвижного и неподвижного контактов. У прибора есть три полюса, на которые установлены пофазно встроенные электромагнитные приводы. Они размещены на одном основании. Фазные приводы, которые расположены внутри выключателя, соединены механически между собой общим валом, синхронизирующим фазы, предохраняющим от режимов неполных фаз, задействующим дополнительные контакты. Также он механически блокирует соседние распределительные устройства, управляет индикацией положения контактов выключателя.

Принцип работы

Вакуумный выключатель (10 кВ, 6 кВ, 35 кВ – не имеет значения) обладает определенным принципом работы. Когда размыкаются контакты, в промежутке (в вакууме) ток коммутации создает электрический разряд – дугу. Ее существование поддерживается за счет испаряющегося металла с поверхности самих контактов в промежуток с вакуумом. Образованная парами ионизированного металла плазма – проводящий элемент. Она поддерживает условия протекания электрического тока. В тот момент, когда кривая переменного тока проходит через ноль, электрическая дуга начинает гаснуть, а пары металла фактически мгновенно (за десять микросекунд) восстанавливают электрическую прочность вакуума, конденсируясь на поверхностях контактов и внутренностях дугогасящей камеры. В это время восстанавливается напряжение на контактах, которые к тому моменту уже разведены. Если остаются после восстановления напряжения перегретые локальные участки, то они могут стать источниками эмиссии частичек заряженных, что вызовет пробой вакуума и протекание тока. Для этого используют управление дугой, поток тепла равномерно распределяют на контактах.

Вакуумный выключатель, цена на который зависит от фирмы-производителя, благодаря своим эксплуатационных свойствам, может сэкономить значительное количество ресурсов. В зависимости от напряжения, изготовителя, изоляции цены могут колебатся от 1500 у.е. до 10000 у.е.

Достоинства

Вакуумный выключатель 6 кВ – 35 кВ обладает безусловными преимуществами перед другими типами коммутационных устройств подобного назначения. Перечислим их.

1. Безопасность. Вакуумный выключатель 6 кВ – 35 кВ намного более легкий, чем его аналоги (при равных параметрах номинальных напряжений и токов). Малые динамические нагрузки, небольшая энергия привода, отсутствие газов утечки и масла, бесшумная работа делают его удобным и абсолютно безопасным в плане экологии и взрывчатых свойств.
2. Автономная работа. Дугогасительная вакуумная камера автономна, то есть нет необходимости пополнять среду. Это снижает расходы, которые идут на эксплуатацию коммутационного устройства.
3. Высокое быстродействие, значительный механический ресурс. Основная причина – ход контактов (расстояние между ними) в дугогасительной вакуумной камере составляет всего десять миллиметров. У масляных выключателей это же расстояние доходит до нескольких сотен миллиметров. Естественно, прочность самого вакуума на пробой намного выше аналогичного показателя воздушных и масляных сред гашения дуги.

Кроме того, обязательно нужно упомянуть и следующие параметры.

1. Коммутационная стойкость, высокий ресурс, низкие расходы на обслуживание. Число отключений рабочего тока без ремонтов и ревизий составляет десятки тысяч. Вакуумный выключатель способен отключать токи короткого замыкания в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен раз (в зависимости от изготовителя и величины ударного тока и его периодической составляющей). К примеру: масляные выключатели нуждались в ревизии всего после нескольких сотен отключений рабочего тока и до десяти отключений токов КЗ (короткого замыкания). Воздушные выключатели – соответственно от 1000 до 2000 и от о 5 до 15.
2. Надежность эксплуатации. Количество отказов у «вакуумника» намного ниже, чем у традиционных выключателей.

Что такое вакуумный выключатель? Описание, принцип работы, виды

Назначение

«Вакуумники» используются в ячейках КРУ (комплектных распределительных устройствах) и для коммутации асинхронных двигателей. Наиболее целесообразно использование в сетях 6, 10, 35 кВ. Аппараты подходят для открытых распределительных устройств напряжением 110 кВ, комплектных трансформаторных подстанций, модернизации уже существующих линий, как альтернатива устаревшим воздушным и масляным устройствам.

1. Гарантированную коммутацию оборудования персоналом в ручном и автоматическом режиме.

2. Отключение при возникновении аварийной ситуации за короткий срок.

3. Надежное прохождение электрических нагрузок.

      Отличие только в способе гашения дуги, возникающей при разрыве силовых контактов в момент срабатывания. У «воздушника» разряд буквально сдувается мощнейшим потоком воздуха, в масляных – создается диэлектрическая среда. А здесь в ход идет вакуум.

Включение выключателя

Командой
на включение от блока управления
подается постоянное напряжение на
катушку электромаг­нита 9 (смотри
рисунок 1).

Рисунок 1 – Полюс
вакуумного выключателя

Под
действием электромагнитных сил якорь
11 начинает двигаться вверх и через
пружину поджатия 6 заставляет двигаться
тяговый изоля­тор 5 и подвижный контакт
3, сжимая при этом пружину отключения
7. После замыкания контактов 1 и 3 якорь
продолжает двигаться еще 2 мм до упора,
сжимая пружину 6 и созда­вая необходимое
поджатие между контактами выключателя
в вакуумной дугогасительной камере
(ВДК).

Конструктивные особенности

Каждая модификация низковольтного и высоковольтного вакуумного выключателя различается по своей компоновочной схеме. Это связано с работой при разном номинале значения тока и напряжения. Производители тоже не остаются в стороне. Каждый реализует свои инновационные идеи в железе, что сказывается на комплектности аппарата дополнительными элементами и компоновке. Мы же не будем разбираться в фирменных «фишках», а посмотрим на конструкцию аппарата в целом и разберемся, как он устроен и работает.

Выключатель состоит из общего корпуса с приводом коммутации, на котором закреплены 3 полюса силовых цепей. Внутри каждого установлена герметичная вакуумная камера, состоящая из контактной группы и специальных экранов, защищающих внутренние изолирующие поверхности от металлического налета, вследствие эрозии контактов.

     Контактная система включает 2 элемента: неподвижный контакт, жестко закрепленный к нижнему фланцу, и подвижный, соединенный с верхним фланцем так, что герметичность вакуумной дугогасительной камеры не нарушается.

Принцип действия выключателя сводится к размыканию подвижных контактов трех полюсов одновременно посредством приводного пружинного механизма вручную или автоматически. Управление происходит по стандартным релейным схемам либо посредством электронных блоков коммутации. Эти элементы могут устанавливаться непосредственно на корпусе выключателя или сделаны в выносном исполнении в виде специальной панели (пульта) или шкафа.

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).

Условные обозначения:

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.

Отключение выключателя

Командой
на отключение от блока управления на
катушку 9 подается напряжение
противоположной поляр­ности, чем при
включении. Магнит 10 при этом частично
размагничивается, якорь 11 снимается с
магнитной защелки и под действием
пружин 7 и 6 перемещается совместно с
подвиж­ными частями выключателя в
отклю­ченное положение.

В этом
положении они удерживаются силой
отключающей пружины 7. Ручное отключение
осуществляется воздействием на кнопку
ручного отключения, которая через
толкатель 15, шарнирно связанный с валом
8, и через кулачок 7 с якорем 12, срывает
якорь с магнитной защелки и отключа­ет
выключатель.

Конструкцию
полюса вакуумного выключателя можно
подробно рассмотреть, используя файл
«Конструкция полюса ВВ».

Способ гашения дуги

      Работа выключателя основана на определенных физических процессах, независимо от номинала напряжения аппарата. Рассмотрим подробную схему функционирования.

Оба контакта работают в вакуумной среде, достигаемой за счет удаления газов из дугогасительной камеры. Благодаря этому достигается высокая диэлектрическая прочность. Во время отключения аппарата приводом, между контактами образуется вакуумный зазор. При размыкании поверхностей появляется металлический пар, через который продолжает протекать электрический ток нагрузки. Под действием высокого напряжения, ионы металла движутся в одном направлении, и нагреваются до состояния плазмы.

Выключатель работает на переменном токе, который меняет свое направление по синусоидальному закону. При его нулевом значении происходит угасание дуги, а ионы металла больше не выделяются и оседают на поверхностях контакта или электростатических экранах дугогасительной камеры. Одновременно, в промежутке между контактами образуется вакуум, который препятствует дальнейшему протеканию тока нагрузки и в следующий полупериод синусоиды дуговой разряд не может возникнуть.

      Благодаря такому принципу работы, обеспечивается хорошее быстродействие, а разрушение контактов при разряде минимальное.

Устройство вакуумной дугогасительной камеры

Одним из основных
элементов выключателя является вакуумная
дугогасительная камера (ВДК), разработанная
спе­циалистами предприятия «Таврида
Электрик».

ВДК
серии TEL выпускается «Таврида Электрик»
с применением последних достижений
современных технологий. Она имеет
малые габариты и массу. Износ контактов
при совершении 50000 операций отключения
номинального тока не превышает 1 мм.

Преимущества

     Все свои положительные качества вакуумные выключатели проявляют в электроустановках, где совершается большое количество коммутаций. Поэтому аппараты работают особо эффективно в системах управления трансформаторов и электродвигателей.

• Высокая надежность по сравнению с масляными или воздушными выключателями. Что это значит? Количество отказов вакуумных выключателей существенно ниже, чем у вышеупомянутых коммутационных устройств. Это с уверенностью можно назвать главным преимуществом.

• Длительный срок эксплуатации. Выключатель способен прослужить 25 лет, после чего его заменяют новым.

• Быстродействие. Причина этому — более серьезный показатель вакуума на пробой электрическим током, чем масло или воздушная среда. Поэтому ход контактов дугогасительной камеры у выключателя составляет всего 6—10 мм, против 100 мм у масляных моделей. Скорость срабатывания около 2 мс, то есть, очень быстро. Вдобавок вакуумная конструкция обладает длительным механическим ресурсом.

• Низкие эксплуатационные расходы. Это обусловлено дугогосящей средой. В тех же воздушных или масляных выключателях есть необходимость в пополнении оной. Вакууму ничего подобного не нужно. Полюса изготавливаются в герметичном и неразборном исполнении.

• Относительная простота конструкции. Нет дополнительных элементов в виде масляных баков или компрессорных установок, за которыми требуется постоянно следить и обслуживать.

• Выключатель справляется со своими функциями одинаково эффективно независимо от ориентации в пространстве.

• Высокая коммутационная стойкость. Выключатель без ревизии и ремонта способен выдержать до 20 тыс. отключений с рабочей величиной токов и до 200 отключений при токе КЗ (ресурс зависит от конкретной модификации аппарата и величины тока КЗ). Ни один вид выключателей не способен обеспечить такой рабочий срок без профилактических мероприятий.

• Удобство ремонта и обслуживания. Вся конструкция построена по блочному принципу. Один заменяется на другой без необходимости разбора и восстановления.

• Малые габариты. При одних и тех же рабочих значениях токов и напряжений, размеры и масса вакуумного выключателя будут существенно меньше, чем аналогов.

• Безопасность. Отсутствие утечек масла или газа определяют высокую степень пожарной и экологической безопасности коммутационного аппарата. Срабатывает вакуумный выключатель тише, нежели воздушник. Последний «бьет» очень громко, как выстрел ружья, который слышно за 500 м.

Эксплуатация и техническое обслуживание

     Неприхотливые в обслуживании вакуумные выключатели рекомендуется проверять не реже 1 раза в 4 года. Но периодичность может быть иная. Все зависит от конструктивного исполнения коммутационного аппарата и регламентируется в технической документации.

     Обслуживание вакуумных выключателей подразумевает проверку изоляторов на наличие трещин, сколов, загрязнения и следов разрядов.

     Камера полюса герметичная, вакуум сохраняется весь срок службы устройства. Поэтому полюса не ремонтируют, а заменяют целиком.

• Измерение сопротивления изоляции.

• Испытание повышенным напряжением.

• Проверка механических частей.

• Замер времени срабатывания.

• Осмотр состояния контактов (метод основан на измерении сопротивления постоянному току).

     После всех проведенных испытаний составляется нормативный документ, свидетельствующий о работоспособности аппарата или его непригодности к дальнейшей эксплуатации.

Рекомендации по выбору

• Характеристики оборудования, для которого устанавливается аппарат.

• Номинальные значения напряжения, сопротивления и мощности.

• Величина токов отключения и динамическая стойкость.

• Мощность дуги.

• Тип управления.

О производителях

     Сегодня вакуумные выключатели выпускают множество фирм, среди которых особо выделяются: General Electric, Siemens, ABB, группа «Таврида Электрик» и другие известные бренды.

Специалисты считают, что вакуумные выключатели — перспективная разновидность коммутационных устройств. Благодаря своим достоинствам и высоким эксплуатационным параметрам, эти аппараты наиболее приемлемы в использовании. Конструкции постоянно усовершенствуются, а характеристики улучшаются. Так, в 2007 г.

Устройство и принцип действия вакуумного выключателя

Выключатель состоит из трех полюсов, установленных на металлическом основании, в котором размещены пофазные электромаг­нитные приводы с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита привода. Остальные узлы полюсов размещаются в изоляционном корпусе из прозрачного механически прочного и дугостойкого полимерного материала (лексана), который предохраняет их от возможных в эксплуатации механических повреждений и воздействий электрической дуги тока короткого замыкания. Все три полюса имеют одинаковую конструкцию.

Включение выключателя

Командой на включение от блока управления подается постоянное напряжение на катушку электромаг­нита 9 (смотри рисунок 1).

Рисунок 1 – Полюс вакуумного выключателя

Под действием электромагнитных сил якорь 11 начинает двигаться вверх и через пружину поджатия 6 заставляет двигаться тяговый изоля­тор 5 и подвижный контакт 3, сжимая при этом пружину отключения 7. После замыкания контактов 1 и 3 якорь продолжает двигаться еще 2 мм до упора, сжимая пружину 6 и созда­вая необходимое поджатие между контактами выключателя в вакуумной дугогасительной камере (ВДК). Общий ход якоря составляет 8 мм, а ход подвижного контакта 6 мм. После снятия напряжения якорь остается во включенном положении благодаря остаточной индукции в электромагните 10.

Отключение выключателя

Командой на отключение от блока управления на катушку 9 подается напряжение противоположной поляр­ности, чем при включении. Магнит 10 при этом частично размагничивается, якорь 11 снимается с магнитной защелки и под действием пружин 7 и 6 перемещается совместно с подвиж­ными частями выключателя в отклю­ченное положение. В этом положении они удерживаются силой отключающей пружины 7. Ручное отключение осуществляется воздействием на кнопку ручного отключения, которая через толкатель 15, шарнирно связанный с валом 8, и через кулачок 7 с якорем 12, срывает якорь с магнитной защелки и отключа­ет выключатель.

Конструкцию полюса вакуумного выключателя можно подробно рассмотреть, используя файл «Конструкция полюса ВВ».

Устройство вакуумной дугогасительной камеры

Одним из основных элементов выключателя является вакуумная дугогасительная камера (ВДК), разработанная спе­циалистами предприятия «Таврида Электрик».

ВДК серии TEL выпускается «Таврида Электрик» с применением последних достижений современных технологий. Она имеет малые габариты и массу. Износ контактов при совершении 50000 операций отключения номинального тока не превышает 1 мм.

Конструкция вдк

Корпус ВДК (Рисунок 2) состоит из двух керамических изоляторов 2 и 6 и медного экрана 4, припаиваемого к изоляторам.

Рисунок 2- Разрез вакуумной дугогасительной камеры

Конструктивными особенностями ВДК являются чашеобраз­ная форма керамических изоляторов и сварной сильфон 7, значительно снизившие вес и габариты ВДК.

Сильфон припаивается к изолятору 6 и выводу 8, обеспечи­вая возможность перемещения подвижного контакта 5 без нарушения герметичности ВДК.

На торцевые части неподвижного 3 и подвижного 5 контак­тов припаяны пластины из металлокерамики, обеспечивающие им высокую износостойкость.

Выводы 1 и 8 служат для соединения с выводами выключа­теля. Аксиальное магнитное поле в межконтактном промежутке создается путем выполнения в контактах специальных разре­зов (на рис.4.2 не показаны).

Но можно посмотреть, как это выполнено в ВДК, выпускаемых концерном «Сименс» (Рисунок 3).

Рисунок 3 – Разрезы в контактах вакуумного выключателя

концерна « Сименс»

За счет аксиального магнитного поля дуга не концентрируется, а находится в диффузионном состоянии на всей поверхности контактов, что видно на рисунке 4, где приведена фотография дуги.

Рисунок 4- Фотографии дуги между контактами вакуумного выключателя концерна « Сименс»

Это значительно снижает износ контактов, повышает отключающую способ­ность и коммутационный ресурс выключателя.

преимущества и недостатки, типы и конструкция

Содержание статьи:

Для оформления отводов от высоковольтных линий передач традиционно используются специальные коммутирующие устройства. Их общее название – вакуумный выключатель, что объясняется особенностями дугогасящей камеры. Подробно ознакомиться с этими приборами удается только после изучения предыстории их появления.

Историческая справка

Внешний вид вакуумного выключателя

Впервые вакуумные выключатели упоминаются в начале 30-х годов XX века, когда устройства использовались для отключения относительно слаботочных цепей, работающих под напряжением до 40 кВ. Чтобы получить надежные вакуумные гасители, способные отключать значительные по величине токи в цепях при высоком потенциале, потребовалась целая серия исследований. При их проведении ориентировочно к 1957 году были полностью изучены и систематизированы процессы, наблюдающиеся при высоковольтном горении дуги. Для перехода от опытных образцов, выпускаемых в единичных экземплярах, к серийному производству современных устройств потребовалось еще два долгих десятилетия.

Принцип действия

В основе принципа гашения дуги заложен известный из физики факт высокой электрической прочности и особых изоляционных свойств полученного искусственным путем вакуума. При размыкании силовых контакторов в камере, куда они помещены, формируется электрическая дуга, поддерживаемая испаряющимися с их поверхности частицами металла. Отсутствие условий для ее стабилизации предотвращает развитие пика процесса за счет высоких диэлектрических свойств вакуумной среды.

Из-за значительной диэлектрической прочности вакуума момент гашения дуги смещается в точку, предшествующую максимуму его развития. В электротехнике это явление называется «срезом тока». Его наличие отрицательно влияет на электрические сети, поскольку следствием этого процесса являются коммутационные перенапряжения.

Особенности применения и эксплуатации

По своей конструкции на начальном этапе этот тип выключателей разрабатывался как прибор, предназначенный для установки в шкафах КРУ (в комплексных устройствах). В настоящее время они монтируются и в открытых распределительных конструкциях (ОРУ). Современный вакуумный выключатель – это быстродействующий коммутационный аппарат, рассчитанный на длительные сроки службы в сравнении со своими предшественниками, располагающими масляной и газовой средами.

Большинство современных энергетических хозяйств отказались от устаревших конструкций и окончательно перешли на достаточно компактные и не нуждающиеся в профилактике новые выключатели. Это объясняется следующими причинами:

• вакуумный прибор неприхотлив и не нуждается в регулярной чистке контактов или обновлении среды;
• при эксплуатации масляного устройства наполнитель постоянно протекает;
• согласно данным паспорта срок эксплуатации вакуумных устройств достигает 20 лет, что намного выше того же показателя для других типов выключателей.

В процессе эксплуатации приводной механизм нередко выходит из строя в самый неподходящий для этого момент. Для поддержания его в работоспособном состоянии в приборе предусмотрен особый узел ручного взвода пружины. Обязательным для этих устройств является и наличие аварийной кнопки, позволяющей отключать механизм блокировки выкатывания модулей КРУ при включенном состоянии шкафа. Указанный момент касается безопасности обслуживающего оборудование персонала и требует к себе пристального внимания.

Конструктивные особенности

Конструкция вакуумного выключателя

Каждая модель высоковольтного вакуумного переключателя обладает индивидуальными характеристиками, поскольку предназначается для эксплуатации в сетях с различными электрическими показателями. Помимо этого производителями также вносятся некоторые коррективы в конструкцию выпускаемых ими изделий. Однако в целом состав комплектующих этих устройств остается неизменным. Основные элементы:

• Корпус, изготавливаемый на основе прочного металла, внутри которого смонтирован привод включения и отключения (бывает пружинным или иного типа).
• 3-х полюсный токосъемник, предназначенный для подключения к сети 380 Вольт и отключаемый при переводе КРУ из рабочего режима в выкаченное положение.
• Тележка для размещения внутри корпуса, по своему исполнению отличающаяся от других подобных конструкций.

Электрическая часть изделия имеет специальные перегородки, отделяющие фазные секции одну от другой. Она также отличается сложным устройством и содержит в своем составе целый ряд элементов, описываемых в паспорте.

Разновидности вакуумных выключателей

Маркировка вакуумных выключателей

Изделия принято классифицировать по классу коммутируемого ими потенциала.

Среди всего многообразия выделяются следующие типы:

• Приборы для работы с напряжениями 6-10 кВ.
• Устройства для коммутации более высоких уровней – до 35-ти кВ.
• Приборы, рассчитанные на сверхвысокие напряжения 110-220 кВ.

Еще одним «рабочим» критерием классификации выключателей является мощность, которую они способны передать в нагрузку. Согласно этому параметру их деление производится аналогично классификации самого потребителя.

Достоинства и недостатки

К достоинствам вакуумного выключателя относятся небольшие размеры

К достоинствам приборов относят:

• небольшие габариты;
• возможность оперативной замены отдельных секций;
• бесшумность и независимость от ориентации в пространстве;
• безопасность для здоровья обслуживающего персонала.

Они не нуждаются в пополнении защитной среды и отличаются высокой надежностью. Но и эти изделия не обошлись без проблем, присущих многим электротехническим приборам. К числу недостатков вакуумных выключателей относятся:

• ограниченность рабочих токов;
• «склонность» к перенапряжениям;
• небольшой коммутационный ресурс.

Несмотря на имеющиеся недостатки, эти устройства прочно заняли свое место в перечне самого современного коммутирующего оборудования для ВВ.

Особенности выбора и монтажа

Монтаж вакуумного выключателя

В процессе выбора выключателя учитываются следующие важные моменты:

• защитные характеристики прибора должны соответствовать параметрами сети, в которой его предполагается эксплуатировать;
• выключатель выбирается исходя из наиболее тяжелого рабочего режима;
• номинальные ток и напряжение должны превышать соответствующие параметры для защищаемой сети;
• ток размыкания не должен превышать величину, гарантированную заводом-изготовителем.

Перед установкой вакуумного выключателя необходимо внимательно обследовать место его монтажа и убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем потребуется очистить изолированные поверхности полюсов посредством сухой ветоши.

Не допускается устанавливать новое оборудование в систему, на изоляционных поверхностях которой имеются сколы, трещины и сильно деформированные участки.

Обязательной проверке подлежит схема вторичных цепей с последующим подключением «земляной» шины. Сам вакуумный выключатель крепится прямо к подвижной части тележки с помощью специальных болтовых метизов.

Самые распространённые модели

Вакуумный выключатель ВВЭ-М

Среди наиболее распространенных моделей вакуумных камер выделяются следующие:

• ВВЭ-М-10–20.
• ВВЭ-М-10–40.
• ВВТЭ-М-10–20.

Почти все образцы изделий из этого перечня являются дальнейшим развитием старых масляных выключателей и способны работать в цепях переменного и постоянного тока. Монтаж, последующая настройка и запуск в эксплуатацию высоковольтных вакуумных устройств относятся к трудоемким процедурам, определяющим их дальнейшую функциональность. Поэтому перечисленные операции доверяются только специалистам, имеющим соответствующую квалификацию.

При установке прибора должна соблюдаться последовательность операций по настройке. Соблюдение этого требования – основа безопасности оперативного персонала или дежурного электрика, допущенного к работе с высоковольтным оборудованием.

Изделия, относящиеся к категории вакуумных выключателей, нуждаются в профессиональном подборе и оценке, поскольку их эксплуатация связана с высокими напряжениями.