Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Преимущества вакуумных выключателей перед масляными

Масляные и вакуумные выключатели

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

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

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

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

Недостатки масляных выключателей:

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

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

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

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

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

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

Достоинства вакуумного переключателя:

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

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

Замена носит комплексный характер:

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

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

Вакуумный выключатель: понятие, история появления

Вакуумный выключатель представляет из себя коммутационный аппарат, предназначенный для операций включения и отключения электрической сети в нормальном режиме, а также при возникновении аварии. Принцип работы выключателя данного типа основан на гашении возникшей в процессе коммутации электрической дуги в вакууме, который характеризуется высокой электрической прочностью. Согласно общепринятым стандартам диспетчерское наименование вакуумного выключателя ВВ. Пример: ВВ-10кВ, ВВ-35кВ.

История создания вакуумного выключателя берет начала в тридцатые годы двадцатого века. Первые аппараты данного типа характеризовались сравнительно невысокими техническими показателями: невысокая отключающая способность и максимальное рабочее напряжение до 40кВ. В то время основной проблемой при создании мощного ВВ было отсутствие технической возможности поддержания глубокого вакуума в камере.

К шестидесятым годам было проведено множество исследований, которые позволили найти ответы на множество вопросов и объяснить с научной точки зрения течение процессов в вакуумном выключателе. Полученные данные и еще два десятилетия упорных трудов позволили перейти к серийному производству аппаратов.

Возникает вопрос: почему процесс разработки вакуумного выключателя затянулся еще на столь продолжительный период? Необходимо было найти наиболее эффективный метод борьбы с перенапряжением при коммутации, которое, по сути, является опасным явлением. Резкий скачок напряжения при отключении тока нагрузки обусловлен обрывом тока еще до перехода его через ноль.

В наше время производстводятся ВВ рабочим напряжением от 6 до 110 кВ, имеющие высокую отключающую способность.

Принцип работы вакуумного выключателя

Рассмотрим принцип работы вакуумного выключателя на конкретном примере.

Включение и отключение коммутационного аппарата осуществляется за счет соответствующих пружин. Срабатывание пружин осуществляется воздействием специальных электромагнитов (соленоидов) включения и отключения, либо нажатием кнопок включения и отключения непосредственно в приводе ВВ.

Перед включением выключателя необходимо привести в рабочее положение пружину включения, то есть взвести ее. Взвод пружины происходит при подаче оперативного тока на электпродвигатель привода ВВ. При отсутствии возможности подачи оперативного тока, например при обесточении распределительного щита постоянного тока, взвести пружину можно вручную при помощи специальной рукоятки.

Итак, для включения выключателя дистанционно, через ключ управления подается оперативный ток (как правило постоянный) на соленоид включения. Для управления выключателем с места нажимается кнопка включения. В обоих случаях происходит воздействие на защелку включения, которая освобождает пружину включения, которая включает вакуумный выключатель. При этом заводится пружина отключения. Электрическая схема привода устроена таким образом, что после включения аппарата происходит автоматический взвод пружины включения.

Достоинства и недостатки вакуумных выключателей

В электроустановках до 110 кВ широко применяются вакуумные выключатели, которые хорошо зарекомендовали себя своей высокой надежностью и практичностью. Среди достоинств ВВ следует выделить:

— простая и надежная конструкция;

— высокая коммутационная устойчивость;

— сравнительно небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Не смотря на множество достоинств, как и у любого другого выключателя, у ВВ существуют свои недостатки:

— малый ресурс дугогасительной камеры при коммутации тока к.з.

— сравнительно невысокая отключающая способность (по сравнению с элегазовыми и масляными аппаратами).

Вакуумные и масляные выключатели: обзор

02 Октября 2018

При проведении работ с электрооборудованием важно отключать нагрузку в сети для обеспечения собственной безопасности. Когда обесточивается сеть, находящаяся под нагрузкой, в цепи возникает электрическая дуга, негативно влияющая на все оборудование, подключенное к электросети. Чтобы избежать проблем стоит использовать специальные выключатели нагрузки, которые будут гасить друга. Подобное оборудование преимущественно применяется в производственных условиях, но незаменимо оно и в быту. Сегодня мы рассмотрим два вида выключателей – масляные и вакуумные, поговорим об особенностях и преимуществах каждого вида оборудования.

Вакуумные выключатели

Вакуумный выключатель – аппарат высоковольтного типа, в котором погашение электрической цепи происходит за счет вакуумной среды. В данном случае действуют элементарные законы физики – вакуум препятствует распространению электричества. Первое устройство подобного типа было изобретено и представлено общественности в 30-х годах прошлого века. Устройство могло работать только в сетях, где напряжение не превышало 40 Вт. Создать более производительное оборудование было невозможно из-за общего несовершенства всей имеющейся вакуумной аппаратуры.

Массовое производство вакуумных агрегатов стартовало только в конце прошлого столетия, когда ученым опытным путем удалось объяснить физические процессы, сопровождающие горение электрической дуги в вакуумной среде. Электрооборудование изначально создавалось для того, чтобы избежать перенапряжения в сетях коммутационного типа.

Сейчас массово выпускаются надежные и быстродействующие аппараты, способные работать в сетях со средним и высоким напряжением.

Масляные выключатели

Устройство, основная цель которого – это включение и отключение питания в электрической сети во время возникновения аварийной ситуации в автоматическом режиме либо в случае надобности в ручном режиме. Главное отличие от прошлого вида электрооборудования заключается в том, что процесс погашения электрической дуги происходит в масле.

Изоляция в устройстве выполнена из твердых изоляционных материалов, преимущественно из керамики, при этом само масло выступает в качестве среды для выделения газа. Важно проверять уровень масла, так как при малых объемах вещество теряет все свои характеристики и возможности в области погашения дуги.

Преимущества вакуумных выключателей над масляными

На данный момент теоретическим и практическим путем было доказано, что погашение электрической дуги в вакуумной среде более эффективно, чем в масляной среде. К тому же подобное оборудование гораздо проще использовать в быту.

Среди других преимуществ вакуумного аппарата можно выделить:

  • Нет необходимости постоянно следить за уровнем масла и доливать его в случае необходимости;
  • Повышенная устойчивость к износу;
  • Простота в установке, использовании и ремонте;
  • Бесшумная работа;
  • Чистота;
  • При необходимости вакуумная камера легко заменяется;
  • Сравнительно небольшие габаритные размеры устройства;
  • Не выделяет опасные газы, загрязняющие окружающую среду;
  • Быстрое срабатывание выключателя при выявлении проблем в сети.

Выбирайте вакуумные и масляные выключатели — более подробно

Высоковольтные вакуумные выключатели

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

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

Устройство и принцип действия

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

Общий вид вакуумного автоматического выключателя

Устройство вакуумного выключателя.

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

Читать еще:  Однофазная схема распределительного щита — 5 разных вариантов

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

Конструкция вакуумного выключателя

Принцип гашения электрической дуги.

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

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

Типы вакуумных выключателей

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

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

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

Сфера применения

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

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

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

Особенности установки выключателя

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

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

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

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

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

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

Как осуществляется эксплуатация устройства?

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

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

Особенности контроля и управления вакуумными выключателями?

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

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

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

Пример схемы конструкции привода вакуумного выключателя VF12

Критерии выбора ВВ

При выборе конкретной модели обязательно учитываются следующие параметры:

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

Производители и распространенные модели

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

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

Выключатель серииНоминальное напряжение, кВ.Номинальный ток, АТок отключения, АТермическая стойкость, кАДинамическая стойкость, кА
ВВЭ-М-1010 – 11630, 1000, 1600, 2000, 2500, 315020; 31,5; 31,5; 4020; 31,5; 31,5; 4051, 81, 81, 128
BB/AST 10-12,5/100010 — 12100012,512,532
BB/TEL-10-12,5/1000 У210100012,512,532
15ADV20 AA3F113,8 — 151200202038
ВВЭЛ-110-20/1600110 — 1261600202041

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

К преимуществам данного вида коммутационных аппаратов следует отнести:

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

К недостаткам вакуумных выключателей относят:

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

Принцип работы вакуумного выключателя

Назначение

Вакуумные выключатели предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока (частота 50 Гц), номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной, компенсированной, заземлённой через резистор или дугогасительный реактор нейтралью. они предназначены для установки в новых и реконструируемых комплектных распределительных устройствах станций, подстанций и других устройств, осуществляющих распределение и потребление электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства, в том числе нефтегазодобывающей и перерабатывающей, нефтехимической, химической, горнорудной и др. отраслях.

2. Устройство и принцип действия

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

Один из них выполняется подвижным, а второй – стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течение длительного периода времени. Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки.

Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры.


Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

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 , 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.

Читать еще:  Барельеф из шпаклевки; технология, материалы и инструкция

Читать далее: Грунтовка бетоноконтакт кнауф технические характеристики

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 (серия BB/TEL).

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

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

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

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

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

3. Принцип гашения электрической дуги

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. В вакуумных выключателях применяется технология, отличная от воздушных и масляных. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное выделять заряженные частицы. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла. Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения и их место занимает пустое пространство с высокой электрической плотностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Однако чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

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.

Читать далее: Регулировка температуры батарей отопления отопления

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

4. Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

  • Небольшие габариты, в сравнении с масляными и воздушными выключателями.
  • Возможность быстрой замены, особенно в выкатных ячейках.
  • Сравнительно низкий уровень шума.
  • Экологичность.
  • Не требуют периодической компенсации уровня рабочей среды, снижая объемы работ по обслуживанию к минимуму.
  • Высокая надежность.
  • Возникновение перенапряжения при отсекании малых индуктивных токов.
  • Малый коммутационный ресурс отключения аварийных токов.

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.

Читать далее: Подключение двойного выключателя нормы и схемы инструктаж по монтажу

• 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.

Особенности выбора

Ввиду наличия высокого спроса на такой вид выключателей, их производство налажено огромным количеством независимых компаний. Это порождает различие конструкций, технических характеристик, а значит, вынуждает использовать определенные критерии выбора:

  • Номиналы напряжения, мощности, сопротивления.
  • Значения токов отключения, динамической устойчивости.
  • Номинал теплового импульса сети.
  • Принцип работы бортового микропроцессора.
  • Входные/выходные значения сигнала.

Сферы применения вакуумных выключателей

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

Выводы

Вакуумные выключатели с номинальным напряжением 6, 10 и 35 кВ являются одним из наиболее востребованных сегодня типов коммутационного оборудования высоковольтных сетей. Они более надежны в эксплуатации, долговечны и безопасны для обслуживающего персонала и окружающей среды. Вакуумные выключатели от других видов устройств отличаются относительной простой и надёжной структурой. Поэтому этот вид оборудования служит длительное время без особых нареканий.

Ресурс естественного износа определяется числом операций, равным не менее 20000. При условии своевременного производства технического обслуживания этот ресурс возрастает на 5-10%. Между тем, техническое обслуживание ВВ ограничивается небольшим количеством лёгких операций.

Область применения


Вакуумные выключатели являются представителями нового поколения среди коммутационной высоковольтной аппаратуры. Они более эффективны, экономичны по сравнению с традиционными воздушными и электромагнитными выключателями. Как показывает статистика, доля их применения в сетях с напряжением от 6 до 10 и даже 35 кВ стабильно растет. Так, например, высоковольтные линии в Китае практически полностью строятся вокруг таких коммутаторов. В развитых странах Евросоюза их доля превышает две трети. Такое соотношение достигается за счет более надежной, а главное, долговечной конструкции (паспортный показатель достигает 20 лет). Они довольно неприхотливы в обслуживании и эксплуатации, не требуют регулярной очистки, то есть, снижают амортизационные капиталовложения.

Преимущества вакуумных выключателей перед масляными

  • в металлургическом производстве, на печных трансформаторах сталеплавильных печей;
  • в электрооборудовании нефтегазового и химического производства;
  • на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и метрополитена;
  • в электрооборудовании для открытых горных работ для мощных экскаваторов, комплектных трансформаторных подстанций (КТП);
  • в конденсаторных установках на напряжение 6-10 кВ и т.д.

В качестве отличительных достоинств вакуумных выключателей, обеспечивающих им преимущества перед другими типами выключателей (будем их в дальнейшем называть “традиционные выключатели”) на средний класс напряжений, можно отметить следующее:

1. Высокая надежность

К показателям надежности элементов схем электрических соединений относят частоту отказов, время восстановления, частоту и длительность капитального и текущего ремонтов.

При прочих равных условиях, то есть, если даже принять в расчет, что частота отказов и время восстановления после аварии равны для вакуумных и традиционных выключателей, то частота и длительность ремонта последних несомненно выше.

Например, для маломасляного выключателя ВК-10, масло необходимо заменить после 10 операций отключения тока 20 кВ. После совершения выключателем 2000 циклов операций включения и отключения, необходимо проводить техническое обслуживание привода. После совершения выключателем 3000 циклов операций включения-отключения (ВО) необходимо проводить капитальный ремонт. А средний ремонт выключателя должен производиться н6е реже одного раза в 4 года.

Вакуумные выключатели являются практически необслуживаемыми. Осмотр и периодические проверки ВВ рекомендуется проводить один раз в 3-5 лет. Во время этих проверок необходимо провести высоковольтные испытания вакуумной дугогасительной камеры и изоляции выключателя, а также проверить переходное сопротивление контактов.

2. Низкие эксплуатационные затраты

Этот пункт напрямую вытекает из предыдущего. Низкие эксплуатационные затраты определяются отсутствием необходимости содержания масляного и компрессорного хозяйств, кроме того вакуумная дугогасительная камера (ВДК) не требует пополнения дугогасящей среды. Высокая коммутационная износостойкость позволяет значительно сократить расходы по обслуживанию ВВ, а также перерывы в электроснабжении, связанные с выполнением регламентных работ.

3. Высокий коммутационный и механический ресурс

Число отключений номинальных токов, допускаемое без ревизий и ремонта ВДК, достигает 50 тысяч, а номинальных токов отключения (токов короткого замыкания) – от 20 до 200 в зависимости от типа ВДК и значения тока. Как уже было ранее отмечено, при эксплуатации маломасляных выключателей необходимо производить ревизию после 1000-2000 отключений номинального тока или 3-12 отключений номинального тока отключения.

Читать еще:  Высота установки розеток и выключателей

Высокий механический ресурс ВВ обусловлен в первую очередь тем, что ход контактов ВДК составляет от 6 до10 мм на напряжения 6-10 кВ. Для масляных и электромагнитных выключателей на эти же напряжения ход контактов достигает 100-200 мм, а, следовательно, применяется более сложная конструкция привода, требующая больших затрат энергии на включение и отключение выключателя, что приводит к необходимости постоянного ухода и проверок состояния деталей привода, что также повышает эксплуатационные расходы на содержание выключателя.

Высокий коммутационный и механический ресурс позволяют применять ВВ в схемах с частыми коммутационными: для трансформаторов сталеплавильных печей; для коммутаций насосов, компрессоров и т.д.

4. Безопасность эксплуатации и экологичность

Для ВВ характерны малая энергия привода, малые динамические нагрузки и отсутствие выброса газов, масла. Масса и габариты ВВ значительно ниже массы и габаритов традиционных выключателей при одинаковых номинальных параметрах тока и напряжения. Все это обеспечивает бесшумность работы и предотвращает загрязнение окружающей среды.

Герметичное исполнение ВДК и отсутствие среды, поддерживающей горение, обеспечивает высокую пожаро- и взрывобезопасность и возможность работы в агрессивных средах.

Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели все шире применяются как при строительстве новых комплектных распределительных устройств, так и для замены морально и физически устаревших традиционных выключателей при реконструкции комплектных распределительных устройств, находящихся в эксплуатации.

Если брать в рассмотрение более высокую стоимость вакуумных выключателей, то в настоящее время психология заказчиков постепенно меняется. Многие начинают понимать, что пусть дорогое, но качественное оборудование в конце концов себя окупит.

По стоимости и надежности, сейчас можно выделить три основные позиции в коммутационном оборудовании 6-10 кВ:

  • дешевые и ненадежные традиционные отечественные выключатели;
  • дорогие и надежные вакуумные и элегазовые импортные выключатели;
  • надежные отечественные вакуумные выключатели, по стоимости превосходящие традиционные, но уступающие в цене западным образцам;

По концепции АООТ “РОСЭП”, головного института РАО “ЕЭС России” по проектированию сетей среднего напряжения, выключатели на 10 киловольт должны быть вакуумными, на 35 киловольт допустимы и вакуумные, и элегазовые, ана 110 киловольт и выше – только элегазовые. К тому же, элегазовые выключатели по цене в 2-3 раза превосходят вакуумные.

Выбор оборудования в этой ситуации зависит от заказчика, от его требований к надежности снабжения, от его финансовых возможностей.

Все права защищены. Вся информация, размещенная на сайте, является собственностью ЗАО РКЦ «Калугаэнерго-финанс».
Ее использование, копирование, тиражирование — возможны только с разрешения ЗАО РКЦ «Калугаэнерго-финанс».

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.

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector