Пружинная система обеспечивает оптимальную скорость вращения якоря и снижает сопротивление контакта. Двигатель автоматического выключателя встроен в один корпус, в котором также находится кинематическое устройство и цепи контроля и управления функциями. Автоматический выключатель имеет три полюса, отделенных друг от друга.
Преимущества вакуумных выключателей по сравнению в другими типами высоковольтных выключателей
Надежность оборудования можно оценить по следующим критериям: интенсивность отказов, время восстановления, частота и продолжительность капитальных и текущих ремонтов. Сравнивая вакуумные автоматические выключатели с другими типами автоматических выключателей, можно заметить, что при одинаковой интенсивности отказов и времени восстановления после аварийной ситуации, другие автоматические выключатели проигрывают по частоте и продолжительности ремонтов.
- Чтобы проверить вакуумный выключатель, не нужно масляного и компрессорного хозяйства, соответственно не нужно тратить деньги на их содержание, как в случае с другими типами выключателей.
- Также вакуумная камера, в которой гасится электрическая дуга, не требует никакого пополнения внутренней среды, как в случае масляного или элегазового выключателя.
- Также вакуумные выключатели отличаются высокой коммутационной износостойкостью, благодаря чему можно сократить расходы на его обслуживание.
- За счет этого сокращаются и перерывы в электроснабжении из-за редко проводимых регламентных работ.
Эксперт в области технологий, электротехники и электроники
Спросите «Специалист по модернизации энергетики».
Конструкции вакуумных автоматических выключателей | Высоковольтные автоматические выключатели Конечно, прочность на разрыв самого вакуума намного выше, чем у дугогасящих агентов на основе воздуха или масла. Не стесняйтесь звонить мне!
Характеристики вакуумных выключателей
У вакуумных выключателей этот высокий механический ресурс достигается за счет того, что ход контактов вакуумного выключателя составляет 6-10 мм при напряжении 6-10 кВ. У масляных и электромагнитных выключателей при тех же напряжениях ход контактов составляет 100-200 мм, поэтому используется более сложная конструкция рабочего механизма.
Сложная конструкция других выключателей требует больших затрат на функции включения/выключения, что приводит к постоянной необходимости обслуживания и осмотра рабочих компонентов.
Высокая коммутационная способность и механический ресурс позволяют использовать вакуумные прерыватели в цепях с частыми переключениями: для трансформаторов в сталеплавильных печах; для коммутации насосов, компрессоров и т.д.
Что это такое и для чего нужно
Применение этих коммутационных устройств выглядит следующим образом:
- О беспечении надежной коммутации электрической цепи в рабочем и аварийном режиме за минимально возможное время.
- Л иквидации аварийных отключений воздушных линий за счет возможности автоматического повторного включения.
Разработка первых образцов началась в 1930-х годах. В то время не существовало технических решений для глубоковакуумных распределительных устройств. Поэтому первые коммутационные аппараты могли отключать только небольшие токи при напряжении до 40 кВ.
После обширных исследований в 1957 году удалось объяснить процессы, происходящие при возникновении дуги в разбавленном газе. Дальнейшие исследования в течение следующих 20 лет были направлены на предотвращение перенапряжения, предотвращение загрязнения металлическими частицами внутренней части дуговой камеры, проблемы утечки и методы экранирования.
Результатом работы исследователей стала разработка вакуумных выключателей — высоковольтных коммутационных устройств, которые можно использовать в трехфазных сетях переменного тока. Диапазон напряжения выключателей охватывает системы до 1000 В и 220 кВ.
Принцип действия
Для того чтобы погасить дугу между контактами выключателя, используется среда чрезвычайно разбавленных газов, так называемый технический вакуум. Поскольку диэлектрическая прочность вакуума во много раз выше, чем у любого другого газа, стало возможным производство высокоскоростных коммутационных аппаратов небольших размеров.
Рассмотрим подробнее принцип гашения дуги. Когда контакты размыкаются, между ними в вакууме возникает электрический разряд. Разряд поддерживается за счет испарения металла на поверхности. Проводником электрического тока является плазма.
Поскольку переменный ток со временем изменяется не только по силе, но и по направлению, дуга гаснет, когда синусоидальный ток приближается к нулю. Частицы металла между контактами за короткое время (от 7 до 10 микросекунд) оседают на контактах и на стенках камеры. Это приводит к восстановлению электрического сопротивления пространства между контактами.
к содержанию ↑
Устройство выключателей вакуумного исполнения
Существует большое разнообразие вакуумных прерывателей по своей конструкции. Поэтому трудно охарактеризовать эти устройства в целом. Однако, несмотря на различия в конструкции, принцип действия остается неизменным.
Блок-схема ВН: 1 — верхний вывод; 2 — вакуумная камера; 3 — полимерный изолятор; 4 — нижний вывод; 5 — зональный контакт; 6 — силовая пружина; 7 — натяжной стержень; 8 — исполнительная пружина; 9 — передаточный рычаг; 10 — приводной вал; 11 — пусковой механизм; 12 — корпус
Рассмотрим обзор трехполюсного вакуумного выключателя, оснащенного пружинным двигателем. Это устройство предназначено для внутренней или наружной установки. В обоих случаях его устанавливают в специальные металлические распределительные коробки.
Эти устройства можно использовать в широком диапазоне применений. Однако существуют определенные ограничения.
Например, вакуумные автоматические выключатели не предназначены для установки и последующей эксплуатации в следующих условиях:
- помещения, где пожаро-, взрывоопасная атмосфера;
- установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
- установки мобильного (передвижного) типа;
- энергетические системы морских и речных судов.
Как правило, существует два типа конструкций вакуумных автоматических выключателей:
- Под стационарную инсталляцию.
- Под инсталляцию с аппаратной тележкой.
Независимо от типа, в корпусе устройства находятся три полюса, оснащенные дугогасительными камерами.
Внутри вакуумных камер прерывания находятся подвижные контакторы, приводимые в действие пружинным моторным механизмом. Корпус завершается передней панелью, на которой расположены элементы индикации и управления.
Основные компоненты главного выключателя: 1 — полюса блока; 2 — механизм блокировки клеммы; 3 — подъемное окно; 4 — рукоятка механизма блокировки внешних цепей.
Три полюса главной цепи выполнены в виде колонны. Расположение полюсов в целом находится на задней части рамы моторно-пружинного привода. Каждый полюс дополнен дугогасительной камерой, расположенной в пластиковом изоляторе. Корпус изолятора ребристый для увеличения электрического сопротивления.
В каждой вакуумной камере имеется контактное поле, состоящее из двух элементов — подвижного контактного элемента и неподвижного контактного элемента. Подвижный контактный элемент соединен с механизмом переключения через натяжной изолятор. Контактный элемент также соединен с нижним контактным штифтом. Неподвижный контактный элемент соединен с верхним контактным штифтом через коническое соединение.
Как работает привод выключателя?
Подвижные контакты вакуумных камер механически соединены с приводным валом пружинного двигателя. Благодаря предварительно натянутой силовой пружине привод легко приводится в действие простым нажатием на кнопку управления или другой механизм.
Установка и подключение прибора
Перед установкой вакуумного выключателя необходимо проверить все доступные снаружи детали на наличие повреждений и дефектов. Затем изоляционные поверхности полюса следует очистить сухой безворсовой тканью.
Не устанавливайте устройство в систему, если изоляционные поверхности сломаны, потрескались или деформированы. Проверьте подключение вторичных цепей и соединение полюса.
Осмотр установленного блока. Здесь важно тщательно проверить каждую деталь, каждый крепежный элемент. Высоковольтное оборудование не терпит даже малейших неисправностей.
Перед установкой выключателя проверьте, что он работает, включив его вручную (холостой ход без питания), и что индикаторы на панели управления находятся в правильном положении. Затем проверьте, на месте ли полюсные крышки. Для устройств номиналом 1600 A и выше перед установкой необходимо снять защитные крышки.
Подключение непосредственно в сеть
Клеммы сетевого кабеля должны быть зачищены перед подключением к клеммам сетевого выключателя.
Процедура зачистки зависит от используемого материала клемм:
- Для медных и алюминиевых клемм без дополнительного покрытия зачистка осуществляется наждачной бумагой зернистостью М20 или ниже, с последующим обезжириванием поверхности металла.
- Если клеммы медные или алюминиевые покрыты слоем серебра, их достаточно очистить безворсовой тканью.
Не допускается использование кабелей, у которых серебряное покрытие на клеммах повреждено более чем на 5%. В этом случае необходимо заменить поврежденный компонент. Подробнее о клеммах для подключения кабелей читайте в этом материале.
Внешние проводники должны быть проложены к клеммам вакуумного прерывателя таким образом, чтобы внешние проводники не оказывали на клеммы механических усилий. Соединения выполняются с помощью винтового соединения с плоскими, упругими металлическими шайбами.
Как производится заземление?
Устройства стационарного исполнения подключаются непосредственно к «заземляющему основанию» посредством винтового соединения (M12) в точке с маркировкой «заземление».
Конструктивные элементы опоры оборудования и рамы автоматического выключателя, через которые заземляется оборудование. Эти точки обычно обозначены соответствующим символом рядом с конструктивным элементом.
Область контактной точки «заземления» перед подключением должна быть обезжирена. Выберите заземляющий проводник большого сечения (см. инструкции по подключению), гибкий проводник или многожильный провод. Смажьте контактные поверхности специальной смазкой (CYATIM-203), прежде чем поместить проводник на контактную поверхность.
Выдвижной тип заземляется через элементы тележки для оборудования. Вакуумный прерыватель заземляется через конструкцию тележки, для которой также поставляется крепежный материал.
Конструкция вакуумной камеры
Структура вакуумного прерывателя показана на рисунке 3. Он состоит из следующих частей: Стеклокерамический корпус 1, стальные торцевые фланцы 2, неподвижный 3 и подвижный 4 медные контактные стержни, электроды 5, стальной ребристый сильфон 6, приваренный к подвижному контактному стержню 4, экраны 7, 8 и 9. Давление в камере составляет приблизительно 1,3×10-5Па.
Рис. 3: Конструкция вакуумной камеры
Металлы, используемые для контактов, должны быть механически стабильными, высокопроводящими и устойчивыми к коррозии и сварке. Используются бинарные сплавы: Cu-Bi, Cu-Te, Ag-Bi и т.д.
В положении «включено» электроды прижимаются друг к другу приводной пружиной с усилием около 3000 Н. Скорость контакта составляет около 5,5 мм. Скорость контакта составляет около 1,5 м/с. Зажигается электрическая дуга. Она сгорает в парах металла, которые образуются на поверхности холодного катода в некоторых наиболее горячих точках. Пары металла постоянно выходят из дугового промежутка и конденсируются на поверхности центрального экрана, изолированного электродами. Таким образом, изолирующая оболочка защищена от излучения дуги и оседающих на ней частиц металла. Когда ток равен нулю, дуга гаснет и парообразование прекращается. Если скорость восстановления электрической мощности промежутка превышает скорость восстановления PVH, цепь разрывается.
Коммутационная способность вакуумной камеры зависит от материала и конструкции электродов, а также от расположения экранов, которые определяют пространственное распределение напряженности электрического поля внутри и снаружи камеры. В новейших конструкциях используются контакты большого диаметра (до 18 см), расположенные таким образом, что в процессе отключения возникает продольное магнитное поле, параллельное дуге. Опыт показал, что это поле способствует созданию диффузной структуры дуги, состоящей из множества тонких нитей с основаниями, равномерно распределенными по поверхности катода. Это снижает напряжение на дуге и, следовательно, энергию, выделяемую в дуговом промежутке: коммутационная способность увеличивается, а коррозия контактов минимальна.
Рисунок 4. Вакуумная камера японской компании Toshiba.
На рисунках 4,а и 4,б показаны продольный разрез через вакуумную трубку Toshiba и детали контактной системы. Как видно из рисунка 4,б, ток i входит в камеру через контактный стержень 1 и разделяется на четыре части — токи i1, i2, i3, i4, которые сначала проходят в радиальном направлении, а затем через кольцевые элементы 2. Пройдя одну четверть окружности, эти токи снова направляются по радиусам другой половины электрода и сходятся в центре электрода. В результате возникает продольный магнитный поток, который пропорционален четверти тока, протекающего через кольцевые элементы контактной системы. То же самое происходит и на другом контакте.
Вакуумные камеры на 72 кВ и ток отключения 63 кА были построены и тщательно испытаны. Они рассчитаны на номинальный ток 3000 А. Камеры имеют диаметр 23 см и длину 46 см. Последовательное соединение нескольких таких камер позволяет создавать вакуумные прерыватели для любых высоковольтных сетей.
Правильный монтаж устройства
Перед установкой вакуумного прерывателя необходимо тщательно проверить все компоненты. Необходимо убедиться, что все необходимые детали включены в упаковку. Для этого используйте список и чертежи, приведенные в инструкции по эксплуатации.
Доверяйте монтаж только обученному персоналу. Установка должна выполняться квалифицированными электриками, имеющими необходимые лицензии и допуски по электробезопасности. Установка данного прибора обычно выполняется специализированными подрядчиками.
Во время установки убедитесь, что все проводящие поверхности чистые, без царапин и неровностей. Любая грязь, которая может присутствовать, удаляется тканью, смоченной спиртом. Пыль и грязь на изоляционных деталях и корпусе должны быть удалены сухой тканью.
Перед установкой выключатель необходимо несколько раз включить и выключить вручную. Это гарантирует, что механические части свободно перемещаются и не заедают во время работы.
Подключение кабельной линии
Кабели подключаются к устройству с помощью хомутов. Предпочтительно использовать новые зажимы из упаковки. Если используются старые зажимы, их необходимо тщательно очистить. Тип очистки зависит от типа материала.
Алюминиевые или медные зажимы без серебряного покрытия шлифуются наждачной бумагой с максимальной зернистостью 20. Затем их обезжиривают тканью, смоченной в спирте.
Блок переключателей с возможностью повторного включения
Зажимы с серебряным покрытием следует чистить безворсовой тканью, не содержащей растворителей. Не используйте наждачную бумагу. Существует риск повреждения защитного покрытия.
Заземление вакуумного выключателя
Выключатели для стационарной работы подключаются к заземлению через винт M12. Для этого на корпусе устройства имеется соответствующий контакт с обозначением «земля».
Перед установкой место заземления должно быть обезжирено и очищено от других загрязнений.
При выборе заземляющей шины обратите внимание на определяемое сечение. Его следует выбирать в соответствии с электротехническими правилами и технической документацией выключателя.
Существуют также выкатные автоматические выключатели. В этих устройствах заземляющее соединение является неотъемлемой частью каретки. Перед вводом в эксплуатацию убедитесь, что контакты такого заземлителя хорошо соединены.
Особенности выбора и монтажа
При выборе выключателя необходимо учитывать 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 прерывателя необходимо тщательно осмотреть место установки на предмет повреждений и дефектов. Затем следует очистить поверхности изолированных полюсов сухой тканью.
Новые устройства нельзя устанавливать на систему с разбитыми, треснувшими или сильно деформированными изоляционными поверхностями.
Обязательно нужно проверить схему вторичного контура, а затем подключить заземляющую шину. Сам вакуумный прерыватель крепится непосредственно к подвижной части каретки с помощью специальных винтовых разъемов.
Самые распространённые модели
К наиболее распространенным моделям вакуумных прерывателей относятся следующие:
- ВВЭ-М-10–20.
- ВВЭ-М-10–40.
- ВВТЭ-М-10–20.
Почти все модели изделий, представленные в данном каталоге, являются дальнейшим развитием старых масляных выключателей и могут работать в цепях переменного и постоянного тока. Монтаж, последующая настройка и ввод в эксплуатацию вакуумных устройств среднего напряжения относятся к числу трудоемких процедур, от которых зависит их последующая функциональность. По этой причине данную работу следует доверять только специалистам с соответствующей квалификацией.
При монтаже устройства необходимо соблюдать последовательность проведения наладочных работ. Соблюдение этих правил является основой безопасности обслуживающего персонала или дежурного электрика, имеющего допуск к работе с высоковольтным оборудованием.
Изделия, относящиеся к категории вакуумных прерывателей, требуют профессионального выбора и оценки, поскольку их эксплуатация связана с высоким напряжением.
