Достоинства и недостатки вакуумных выключателей

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).

Понятие «Вакуумный выключатель» и его место в современном мире

«Вакуумные выключатели» считаются новым этапом в области коммутационных устройств.

Применяются подобные устройства для включения и выключения электричества в разных режимах, как в обычном рабочем режиме, так и в аварийном режиме, когда происходят какие-либо замыкания. Вакуум в данном устройстве являются средой гашения дуги.

Применение подобные устройства нашли во многих странах, так в Китае на долю вакуумных выключателей приходится около 100%, в Европе данная доля составляет более 65%, а в России данная цифра составляет около 60%.

Виды вакуумных выключателей

Как и многие другие вещи в нашем мире, вакуумные выключатели имеют свои разновидности. Существуют вакуумные выключатели следующих видов:

• до 35 киловатт;
• свыше 35 киловатт;
• выключатели нагрузки. Они заменяют автогазовые выключатели нагрузки;
• контакторы мощность до и более 1000 ватт.

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

Как и у любого устройства, у вакуумных выключателей есть как свои достоинства, так и недостатки. Так, по мнению специалистов, основными достоинствами (преимуществами) вакуумных выключателей являются:

• достаточно простое устройство (конструкция);

• простота в обслуживании (ремонте);

• есть возможность работы выключателя, в каком угодно положении в пространстве;

• надежность устройства;

• долгое время не подвергается износу;

• компактный размер;

• безопасность в использовании;

• работа в беззвучном режиме;

• не загрязнение окружающей среды;

• удобный в использовании;

• низкие расходы на обслуживание.

Однако наряду с достоинствами существуют и недостатки. Так основными недостатками вакуумных выключателей признаются:

• низкие номинальные токи, а также низкие токи отключения;

• возможное перенапряжение.

Вакуумный выключатель: устройство и принцип работы + нюансы выбора и подключения

Электроприбор вакуумный выключатель – это устройство, предназначенное для эксплуатации в составе электрических высоковольтных сетей. Своё название он получил от особенности конструкции – вакуумной камеры, благодаря которой достигается моментное гашение электрической дуги.

Прибор используется в качестве коммутаторов, призванных выполнять отключение оборудования на случай аварийных ситуаций или в рамках текущей эксплуатации. Давайте подробнее рассмотрим, что собой представляет вакуумный коммутатор и для чего он нужен.

Как действует высоковольтный вакуумный коммутатор?

Основой функциональности вакуумных камер, применяемых в конструкции выключателей, являются физические свойства газа, находящегося в разряженном состоянии. При таких условиях свойство газа, характеризуемое как электрическая прочность, существенно изменяется в сторону увеличения.

Этот эффект высокой разряженной среды (диапазон от 10 -6 до 10 -8 Н/см 2 ) успешно используется в конструкциях выключателей, дополненных газовыми вакуумными камерами, сквозь которые проходят электрические контактные группы.

Текущий через контактные группы ток (в момент разъёма контакта) формирует электрический разряд – дугу. Горение дуги проходит за счёт частичной ионизации паров металла, неизбежно образующихся от высокой температуры. Прохождение тока между контактами через образованную плазму поддерживается до момента перехода тока к нулевой шине.

Как только наступает момент перехода через «ноль», электрическая дуга гаснет. Время общего процесса занимает не более 7-10 микросекунд.

Устройство выключателей вакуумного исполнения

Разнообразие вакуумных выключателей, с учётом их конструктивного исполнения, достаточно велико. Поэтому сложно выдавать характеристику этих приборов в целом. Между тем, независимо от конструктивных различий, принцип действия остаётся неизменным.

Рассмотрим для общего ознакомления трёхполюсный вакуумный выключатель, оснащённый пружинно-моторным приводом. Этот прибор рассчитан под внутреннюю установку или под инсталляцию на открытом воздухе. В любом случае, его монтаж выполняется внутри специальных распределительных металлических коробов.

Эксплуатироваться приборы могут в самых разных сферах народного хозяйства. Однако есть некоторые ограничения.

Так, вакуумные выключатели не предназначены для установки с последующей эксплуатацией в следующих условиях:

• помещения, где пожаро-, взрывоопасная атмосфера;
• установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
• установки мобильного (передвижного) типа;
• энергетические системы морских и речных судов.

Выключателям вакуумного типа обычно присущи два типа исполнения конструкции:

1. Под стационарную инсталляцию.
2. Под инсталляцию с аппаратной тележкой.

Независимо от исполнения, корпусная область прибора содержит три полюса, оснащённых дугогасительными камерами.

Внутри вакуумных камер работают подвижные контакторы, приводимые в действие пружинно-моторным механизмом. Корпус прибора дополняется фронтальной панелью, где содержатся элементы индикации и управляющие устройства.

Три полюса главной цепи выполнены в форме колонн. Расположение полюсов, как правило, на задней части шасси пружинно-моторного привода. Каждый полюс дополнен камерой гашения дуги, которая заключена внутри полимерного изолятора. С целью усиления электрической прочности корпус изолятора имеет ребристую форму.

Внутри каждой вакуумной камеры смонтирована контактная группа из двух элементов – подвижного, неподвижного. Элемент подвижного контакта через тяговый изолятор связан с механизмом переключения. Далее связь с нижним контактным выводом. А неподвижный контакт через конусную посадку соединяется с верхним контактным выводом прибора.

Как работает привод выключателя?

Подвижные контакты вакуумных камер механическим способом соединены с валом пружинно-моторного привода. За счёт силовой пружины, предварительно взведённой (установленной в состояние растяжения), привод легко привести в действие простым нажатием кнопки управления или иным механизмом.

Пружина (обычно две пружины) взводится посредством цепной передачи. Нормальный режим работы оборудования предусматривает взвод пружины при помощи электродвигателя, оснащённого редуктором. Вместе с тем, есть рукоятка ручного взвода, которой пользуются на случай аварий или потери питания.

Взведённая пружина фиксируется спусковым механизмом. Этот механизм управляется через электромагнитный привод или через кнопку включения. Как только активирован режим включения, фиксация снимается, сила растяжения пружины приводит в действие кулачковый механизм. Тот, в свою очередь воздействует на вал, который механически соединён с механизмом переключения подвижных контактов вакуумных камер.

Операция на отключение вакуумного выключателя выполняется активацией режима «Отключено» – электромагнитом или кнопкой. Последовательность действий практически аналогична первому режиму. Здесь также задействованы силовые пружины отключения, состояние которых устанавливает спусковой механизм отключения.

Удобство эксплуатации и контроль работы прибора обеспечивает панель управления. По фронту панели располагаются элементы: счётчик числа циклов, индикатор состояния пружины взвода, индикатор состояния вакуумного выключателя.

Особенности выкатных конструкций

Аппаратура выкатного исполнения собрана на базе специальной аппаратной тележки. При помощи этого аксессуара выключатель вводится внутрь шкафа или выводится из него.

Аппаратная тележка действует не только как транспорт прибора, но также выполняет функцию контроллера включения прибора в режим теста или в рабочий режим, как только выключатель задвинут в шкаф.

Вакуумный выключатель закрепляется непосредственно к подвижной части тележки. Крепёж выполняется болтовыми соединениями. Между тем, аппаратная тележка имеет ещё и неподвижную часть, где закреплён привод подвижной части. Движение подвижного модуля относительно неподвижного выполняется за счёт винта рукоятки управления тележкой.

Подвижная часть – металлическое основание на четырёх колёсах, обработанное гальваническим покрытием. Здесь присутствует внешняя механическая блокировка (нажимная планка) заземлителя, блокировка винта привода, блок-контакты, механизм блокировки выключателя и прочие элементы, коими обеспечивается движение или фиксация.

Установка и подключение прибора

Прежде чем начинать устанавливать вакуумный выключатель, необходимо провести осмотр всех внешне доступных элементов, дабы убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем производится чистка изоляционных поверхностей полюсов с помощью сухой безворсовой ветоши.

Не допускается внедрение оборудования в систему, если на изоляционных поверхностях присутствуют сколы, трещины, деформированные участки. Обязательно подлежит проверке схема вторичных цепей, а также подключение корпусной шины.

Перед установкой работоспособность выключателя следует проверить методом ручного включения (вхолостую без питания) и убедиться в правильности положения индикаторов панели управления. Затем нужно проверить наличие крышек полюсов. Если применяется аппаратура под номинал 1600А и выше, крышки защиты перед монтажом требуется снять.

Подключение непосредственно в сеть

Клеммы контактных наконечников проводников силовых кабелей перед присоединением к выводам выключателя необходимо зачистить.

Процедура зачистки отличается в зависимости от применяемого 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.

Недопустимо применять кабели, серебряное покрытие клемм которых повреждено на площади более 5%. В этом случае повреждённый элемент требуется заменить. Подробнее о клеммах для соединения проводов можно прочесть в этом материале.

Внешние проводники подводятся к выводам вакуумного выключателя с таким расчётом, чтобы не создавались механические усилия на выводы прибора со стороны внешних проводников. Соединения производятся посредством болтовой сцепки с применением плоских упругих металлических шайб.

Как производится заземление?

Приборы стационарного исполнения подключаются к «земляной» площадке посредством болтового соединения (М12) непосредственно в точке, обозначенной маркировкой «Заземление».

Область контактной точки «Заземление» перед соединением требуется обезжирить. Заземляющим проводником следует выбирать шину достаточного сечения (Правила устройства электроустановок), гибкий провод или проводник сплетённый жгутом. До накладки проводника на контактную площадку поверхности контакта смазать специальной смазкой (ЦИАТИМ-203).

Конструкция выкатного типа заземляется при помощи элементов аппаратной тележки. Заземление вакуумного выключателя осуществляется через конструкцию аппаратной тележки, для чего также имеются элементы крепежа.

Ввод устройства в эксплуатацию

Запуск устройства в эксплуатацию производится после дополнительной проверки установленного и подготовленного оборудования. В частности, проверяется надёжность заземления, состояние крепежа сборочных компонентов, доступ охлаждающей среды к потенциально нагревающимся элементам.

Поверхности токоведущих стержней, контактирующих с ламелями розеточных контактных групп, необходимо обработать небольшим объёмом смазки ЦИАТИМ. В целом, необходимо выполнить все процедуры, предусмотренные ПЭУ на случай приёмо-сдаточных испытаний, и убедиться в соответствии величины оперативного напряжения допустимым пределам.

Управлять вакуумным выключателем допускается персонал, имеющий разрешение на обслуживание электроустановок, функционирующих под напряжением выше 1000 вольт. Утверждённая группа допуска для обслуживающих лиц должна быть не ниже третьей. Перед началом работы с оборудованием, персонал проходит техминимум с целью изучения тонкостей конкретной модели оборудования.

Как выбрать вакуумный выключатель?

Прибор выбирают с учётом его номинальных параметров, которые рассматриваются относительно параметров действующей сети по месту установки. Выбор делается по критерию максимально нагруженных режимов работы, предполагаемых для условий эксплуатации.

Номинальное напряжение вакуумного выключателя допускается равным (либо увеличенным) по отношению к номинальному напряжению системы, запитанной через выключатель.

Параметр номинального долговременного тока выбирают выше номинального значения тока питаемой системы. Параметр номинального тока отсечки выбирается выше максимального значения расчетного тока КЗ (учитывается момент расхождения контактов).

С точки зрения возможных условий КЗ выбор делается с учётом наиболее тяжелых режимов.

Апериодическая слагающая величина рассчитывается с оглядкой на условия КЗ с нулевым напряжением в любой из фазных линий. При этом следует учитывать параметр апериодического тока, установленный изготовителем оборудования.

Выводы и полезное видео по теме

Еще больше материала об устройстве, принципе работы и условиях монтажа вакуумного выключателя вы можете узнать из следующего видеоролика:

Вакуумные выключатели от других видов устройств отличаются относительно 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.

Если при ознакомлении с информацией появились вопросы по теме статьи или есть ценная информация, которой вы можете поделиться с нашими читателями, пожалуйста, оставляйте свои комментарии, делитесь опытом, задавайте вопросы в блоке под статьей.

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.

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.

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 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.

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.

Модернизация подстанций вакуумными выключателями

Чтобы выключить свет в комнате, достаточно нажать клавишу выключателя. Проводники прекратят соприкасаться, и электрическая цепь разорвется. С высоким напряжением так не получится. Если рассоединить проводники с разностью потенциалов в тысячи вольт, то загорится крайне опасная высоковольтная дуга. Поэтому для коммутации ВВ цепей необходим вакуумный выключатель.

История появления вакуумных выключателей

Упоминания о первых вакуумных выключателях датируются 30 годами прошлого века. В тот период они использовались преимущественно для коммутации слаботочных цепей с напряжением не более 40 кВ.

Для развивающихся нужд электроэнергетики этого было недостаточно. Поэтому проводились соответствующие исследования по улучшению имеющихся на тот момент вакуумных выключателей. В результате в 1957 году были подробно рассмотрены процессы, возникающие при горении высоковольтной электрической дуги. В последующие 20 лет образцы первых устройств вышли за пределы лабораторий и поступили в массовое производство.

Назначение

Вакуумные выключатели используются для быстрой и безопасной коммутации высоковольтных цепей с большими токами. Из наиболее востребованных сфер применения отмечаются следующие:

• оперативные и аварийные переключения в схемах распределительных подстанций;
• управление высоковольтными электрическими двигателями напряжением 6 кВ;
• в металлургической промышленности для включения и отключения силовых печных трансформаторов.

Работа устройства

Принцип работы основан на замыкании и размыкании медных контактов. В устройстве их 2: подвижный и неподвижный. Когда они плотно прижаты друг к другу, выключатель находится во включенном состоянии и пропускает ток. Когда размыкаются, выключатель считается отключенным. Для перемещения контактов используется пружинно-моторный привод.

При размыкании между электродами загорается электрическая дуга. Она находится в искусственно созданном вакууме, где отсутствуют частицы воздуха. В безвоздушной среде нет носителей заряда, что препятствует дальнейшему развитию дугового процесса.

Вакуумная дугогасительная камера

Это интересно! Дуга в безвоздушной среде поддерживается за счет испарения металла контактов. Для данных устройств характерен вакуумный тип ионизации. В момент перехода напряжения через ноль разряд гаснет. Вакуумный промежуток восстанавливает электрическую прочность. Испарившейся металл конденсирует на контактах и внутренних стенках камеры.

Особенности работы

Выключатели вакуумного типа обладают малыми габаритными размерами. Поэтому изначально их планировали использовать в комплексных распределительных устройствах (КРУ). Однако со временем технология становилась более востребованной и вакуумные устройства стали устанавливать даже в открытых распределительных устройствах.

На сегодняшний день энергетические компании планомерно переходят на вакуумные выключатели. Объясняется это особенностями их применения:

• нет необходимости в постоянной замене масла или газовой среды;
• отсутствие протечек масла (экологичность);
• повышенный срок службы до 20 лет.

Основные элементы конструкции

Каждая модель устройства обладает индивидуальными конструктивными особенностями. Однако имеются и общие элементы, входящие в конструкцию большинства вакуумных выключателей:

1. Корпус. Нижняя часть аппарата выполнена из износоустойчивого металла. Верхняя – прозрачная.
2. Выводы. Состоят из электротехнической меди. Предназначены для подключения устройства к высоковольтной сети.
3. Электромеханический привод. Используется для мгновенного переключения устройства. Получает команду с пульта управления.

Конструкция высоковольтного выключателя к содержанию ↑

Плюсы и минусы использования

Вакуумные выключатели постепенно вытесняют с рынка масляные или элегазовые устройства. Объясняется это достоинствами, которыми они обладают над другими коммутаторами:

• простая установка вакуумных аппаратов на место устаревших маслонаполненных;
• легкость ремонта и технического обслуживания;
• повышенный срок эксплуатации;
• малые габаритные размеры и масса;
• пониженный риск возгорания аппарата;
• сейсмостойкость и общая устойчивость к вибрации;
• хорошие экологические характеристики.

Имеются у вакуумных выключателей и недостатки. Их сравнительно меньше:

• плохая устойчивость к токам КЗ;
• повышенная стоимость устройства;
• риск перенапряжений при отключении;
• устройство не включается без дежурного источника питания.

Дополнительная информация. К недостаткам маслонаполненных коммутаторов относится повышенная взрывоопасность. При развитии в них дуговых процессов масло активно выделяет горючие пары. При недостаточном наполнении дугогасящих камер возможен взрыв. Таким образом, вакуумный прибор на порядок безопаснее масляного.

Классификация вакуумных выключателей

Основная характеристика данных устройств – это максимальное рабочее напряжение. Поэтому выключатели принято классифицировать именно по вольтажу.

Вакуумный выключатель на 110 кВ на подстанции к содержанию ↑

Выбор коммутатора

Выбором коммутаторов занимаются подготовленные люди. В случае ошибки возникает риск аварийных ситуаций и несчастных случаев. При выборе необходимо руководствоваться следующими критериями:

• номинальное рабочее напряжение;
• характеристики системы управления, ее понятность для оперативного персонала;
• максимальный ток КЗ и номинальные рабочие характеристики;
• скорость переключения аппарата;
• необходимая периодичность профилактического обслуживания;
• климатические и эксплуатационные характеристики.

Важно! К выбору вакуумного коммутатора необходимо подходить с особой ответственностью. Ошибки способны привести к выходу прибора из строя в самый неподходящий момент. В результате возникает риск незапланированных отключений потребителей.

Правильный монтаж устройства

Перед установкой выключателя вакуумного типа проводится тщательный осмотр всех комплектующих. Необходимо убедиться, что в комплекте имеется все необходимое. Для этого следует воспользоваться списком и чертежами из руководства по эксплуатации.

К монтажу оборудования допускается обученный персонал. Для работы в электроустановке специалисты должны иметь соответствующие разрешения и допуски по электробезопасности. Обычно монтажом подобного оборудования занимаются профильные компании.

Во время монтажа контролируется чистота и отсутствие царапин и неровностей на всех токопроводящих поверхностях. Если имеются загрязнения, они устраняются смоченной в спирте тканью. Пыль и грязь на изолирующих частях и корпусе убираются сухой ветошью.

Перед установкой несколько раз проводится ручное включение и отключение выключателя. Это необходимо, чтобы убедиться в подвижности его механических частей и исключить их заклинивание в рабочем режиме.

Подключение кабельной линии

Для подключения к устройству кабелей используются наконечники. Лучше применять новые наконечники из упаковки. Если используются старые, их необходимо тщательно зачистить. Методика очистки определяется видом материала.

Алюминиевые или медные наконечники без серебряного покрытия зачищаются наждачной бумагой с размером зерна не более 20. Затем они обезжириваются смоченной в спирте тканью.

Коммутационный модуль реклоузера

Наконечники с покрытием из серебра очищаются неворсистой тканью без применения растворителей. Использование наждачной бумаги недопустимо. Есть риск повреждения защитного слоя.

Заземление вакуумного выключателя

Выключатели для стационарной работы подсоединяются к заземлению с помощью винта М12. Для этого на корпусе аппарата предусмотрен соответствующий контакт с пометкой «земля».

Место подключения заземления перед установкой необходимо обезжирить и избавить от прочих загрязнителей. При подборе заземляющей шины следует обратить внимание на ее сечение. Оно выбирается в соответствии с ПУЭ и технической документацией на выключатель.

Существуют также выключатели с выкатным элементом. В таких устройствах заземление является составной частью тележки. Перед вводом в эксплуатацию следует убедиться в надежности состыковки контактов такого заземлителя.

Ввод в работу и периодичность осмотра

Вакуумные выключатели управляются с помощью современных цифровых приборов. Работа с ними определенно вызовет затруднения у неподготовленного персонала. Поэтому перед тем как начать нажимать на кнопки, необходимо выяснить их назначение, то есть подробно ознакомиться с руководством по эксплуатации прибора. Там же имеется обозначение на схеме самого выключателя и периферийных устройств.

Аппараты вакуумного типа обладают плохой устойчивостью к токам короткого замыкания. Поэтому после каждого аварийного отключения выключателя по КЗ производится визуальный контроль состояния его контактов. При штатной эксплуатации такой осмотр рекомендуется производить не реже 1 раза в месяц и при нахождении проблем осуществлять технический ремонт.

Управление выключателем

Для контроля за положением контактов выключателя (вкл/выкл) используется отдельный электронный прибор. На нем располагаются необходимые для переключения кнопки и дисплей, отображающий текущее состояние выключателя.

При возникновении аварийной ситуации контроль над действиями переходит к системе РЗиА. Релейная защита подаст команду на выключение в случае перегрузки, КЗ или любых других проблем с питающей сетью или потребителем.

Распространенные модели

Существуют модели вакуумных выключателей, которые положительным образом зарекомендовали себя на отечественных подстанциях. Эти устройства являются хорошим вариантом при модернизации распределительных подстанций и переходе от устаревших масляных и воздушных выключателей к современным вакуумным.

Вакуумные выключатели медленно, но верно вытесняют с распределительных подстанций маслонаполненные и элегазовые устройства. Этому способствуют их преимущества: малые габаритные размеры, простота обслуживания и повышенный срок эксплуатации.

Вакуумный выключатель ВВТЭ-М

При внедрении вакуумных выключателей в подстанцию необходимо обратить внимание на рабочее напряжение и ток отключения. В отдельных случаях учитывается высота над уровнем моря, так как прибор имеет герметичные камеры. Монтаж устройства производится людьми, имеющими соответствующую подготовку и опыт.