Oncool.ru

Строй журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коммутационные перенапряжения вакуумных выключателей

Коммутационные перенапряжения, создаваемые вакуумными выключателями

Ответ:Коммутационные перенапряжения, создаваемые выключателями при отключениях ненагруженных трансформаторов, и их ограничение. Значительный объем экспериментальных данных по коммутационным перенапряжениям, вызванных отключением ненагруженных трансформаторов средних классов напряжений, систематизирован. В основном эти данные относятся к воздушным и масляным выключателям. Наибольшие зарегистрированные кратности составляют 4…6 о.е. и зависят главным образом от величины тока среза и параметров сети. Там же приведена методика оценки таких перенапряжений для любого типа выключателей и систематизированы результаты многочисленных экспериментов, доказывающих возможность среза тока для многих типов выключателей, а не только для вакуумных. Объем экспериментальных данных по таким коммутациям собственно для вакуумных и особенно для элегазовых выключателей невелик и не позволяет судить о каких-либо их особенностях, которые не учитываются в расчетных методиках. Ниже, на основании компьютерного моделирования, показано, что с большой долей уверенности можно считать, что отключение установившихся токов холостого хода трансформаторов в сетях 6-10 кВ вакуумным или элегазовым выключателем в основном не вызывает опасных перенапряжений. Однако, прерывание неустановившегося тока намагничивания может привести в случае малой емкости сети со стороны трансформатора к более существенным перенапряжениям. Математическая модель сети и трансформатора: При анализе коммутационных перенапряжений, связанных с отключением ненагруженных трансформаторов, использовалась расчетная схема рис. 1.
Схема замещения сети и трансформатора, предназначенная для расчета по программному комплексу NRAST приведена на рис. 2. Кабель (или шинопровод) представлен трехфазной «Т-схемой» замещения, источник питания – трехфазной эдс, индуктивностями L. – (сети и трансформатора) и суммарной емкостью Сш шин или другого оборудования на левом полюсе выключателя. Используя возможности NRAST, в математической модели трансформатора учитывались: нелинейные свойства электротехнической стали в виде типовой характеристики индукции В от напряженности магнитного поля Н: B=f(H); реальные размеры стержней и ярм трехстержневого магнитопровода трансформатора, а также размеры воздушных стержней (см. п. 1.1), позволяющие моделировать рассеяние в межобмоточных каналах.

Рис. 1. Расчетная схема сети с трансформатором.

Рис. 2 Расчетная схема замещения трехфазной сети. При компьютерном моделировании переходных процессов, приведенных ниже, принято Е =5,4 кВ; L =6,32 мГн; С =0,06 мкФ;

С =0,013 мкФ; L/2=0,00126мГн; R/2=0,001 Ом; С =0,0024 мкФ; С =0,03 мкФ; R=100 кОм.

Схема соединений обмоток трансформатора на стороне 6-10 кВ – треугольник. Учет нелинейности кривой B=f(H) для стали, используемой в трансформаторах современных конструкций позволяет с достаточной точностью учесть составляющую потерь в стали трансформатора на гистерезис [33, 34]. Потери в стали на вихревые токи учитывались по каталожным данным для промышленной частоты. Определенное на основании этих данных активное сопротивление RT включалось параллельно каждой из фаз обмотки трансформатора, соединенной в треугольник (рис. 2). В работе не принималось во внимание увеличение потерь на вихревые токи вследствие переходного процесса (путем введения частотно- зависимого активного сопротивления в модель трансформатора). Учет этой частотной зависимости более актуален для схем сети с малой расчетной емкостью присоединения. Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов выключателями различных типов: При отключении ненагруженных трансформаторов в схеме рис. 1 основным «механизмом», создающим перенапряжения высокой кратности, является среда тока. Наиболее существенными факторами, влияющими на перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов при возможном срезе тока являются: величина тока среза; емкость между выключателем и трансформатором (емкость кабеля, шинопровода или входная емкость трансформатора при отсутствия кабеля); исходный режим трансформатора, предшествующий отключению; форма кривой намагничивания трансформатора; мощность трансформатора; потери (на гистерезис и вихревые токи). Рассматривались две расчетные коммутации: отключение ненагруженного трансформатора из установившегося режима и отключение ненагруженного трансформатора в цикле В-О, когда апериодическая составляющая потокосцепления трансформатора имеет максимальное значение. Пример коммутации отключения первой фазы ненагруженного трансформатора напряжением 6 кВ, мощностью 400 кВА при длине кабеля 10 м и токе среза icp=l,7 А приведен на рис. 3. «Здесь показан ток в одной из фаз выключателя (первой отключаемой), фазные напряжения относительно земли на полюсе выключателя со стороны сети и со стороны трансформатора и напряжение на контактах отключаемого полюса. При отсутствии повторных зажиганий дуги в выключателе перенапряжения на отключаемой фазе трансформатора в данном случае имеет вид однократного импульса амплитудой 4,67 о.е. (рис.3.3). Диапазон амплитуд токов намагничивания трансформаторов 6-10 кВ мощностью 25…6300 кВА составляет ixxm=0,1…7 А (при коэффициенте формы 1,5…1,6, показывающем отношение амплитуды тока к его действующему значению). Предполагаем, что

Рис. 3 Отключение первой фазы ненагруженного трансформатора 6 кВ мощностью S.=400 кВА из установившегося режима со срезом тока величиной /. =1,7 А; длина кабеля 1=1 Ом;

Рис.3.4 Зависимость кратностей максимальных перенапряжений Кпер на трансформаторе от мощности трансформатора и длины кабеля при срезе тока холостого хода на максимуме (но не более 5 А). максимальное значение тока среза icp 25 м, такая коммутация неопасна для трансформаторов любой мощности и типа. В других случаях (для сухих трансформаторов и при малой длине кабеля) со стороны трансформатора или на трансформаторе должны быть установлены ОПН. Несколько другая картина имеет место при редкой коммутации отключения ненагруженного трансформатора с неустановившимся током намагничивания, который многократно превышает его установившееся значение, рис. 5. Здесь на поле тока выключателя показан возможный диапазон At моментов начала движения контактов выключателя, при котором ток в этот момент больше возможного тока среза .

Рис. 5. Отключение первой фазы ненагруженного трансформатора 6 кВ мощностью 400 кВА из неустановившегося режима со срезом тока iq=5 А, кабель длиной 1К=М м, dU, /dt=°° кВ/мсек.

Иными словами — мгновенное значение неустановившегося тока в течение At= 11,3 мсек превышает ток среза. Таким образом, гашение дуги не происходит вплоть до момента t , когда мгновенное значение тока выключателя становится меньшим тока среза icp (рис. 5). Если момент начала движения контактов попадает в начало интервала At, то к моменту trauj, прочность межконтактного промежутка становится большой, и срез тока не приводит к повторным зажиганиям, при этом возникает однократный значительный импульс перенапряжения (см. рис. 5, где Umax=6,8, здесь мы предполагаем, что срез тока возможен при любом межэлектродном расстоянии вакуумного выключателя). В случае, когда начало движения контактов окажется относительно близко к моменту среза тока и восстанавливающаяся электрическая прочность межконтактного промежутка будет недостаточной для того, чтобы выдержать восстанавливающееся напряжение, может произойти несколько повторных зажиганий дуги в выключателе, сопровождающихся снижением максимальной кратности перенапряжений.

Дата добавления: 2021-03-18 ; просмотров: 29 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

34. Назначение выключателей и принцип действия элегазовых и вакуумных выключателей

При повышении номинальных токов отключения и номинальных напряжений необходимо не только совершенствовать конструкцию выключателей, но и заниматься поисками дугогасительных сред, обладающих высокой электрической прочностью и дугогасительной способностью.

Были исследованы фреон, четыреххлористый углерод и шестифтористая сера. Благодаря высокой электрической прочности и большой дугогасящей способности была выбрана шестифтористая сера SF6.

Читать еще:  Выключатели для ванной комнаты ip44

Этот газ получил название электротехнического газа, или элегаза.

Элегаз является «электроотрицательным» газом. Такое название связано с тем, что его молекулы обладают способностью захватывать электроны.

При этом образуются малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы, которые медленно разгоняются электрическим полем и удаляются из зоны горения основные носители заряда — подвижные электроны. Благодаря этому элегаз обладает высокой электрической прочностью. Благодаря химической инертности элегаза (в диапазоне до 800 °С) допустимая температура медных контактов может быть увеличена с 75 (для воздуха) до 90 °С.

Это позволяет дополнительно повысить токовую нагрузку аппарата. Элегаз негорюч, пожаробезопасен. Описанные выше положительные свойства позволили широко использовать элегаз в высоковольтных выключателях, силовых трансформаторах, кабелях высокого напряжения и герметизированных комплектных распределительных устройствах. Недостатком элегаза является переход из газообразного состояния в жидкое состояние при относительно высоких температурах.

Так, например, при температуре 0°С газ превращается в жидкость при давлении 1,31 МПа. При температуре — 40°С элегаз превращается в жидкость при давлении около 0,35 МПа.

Это заставляет использовать его либо с подогревающим устройством, что усложняет конструкцию либо при низком давлении, что снижает дугогасительные свойства.

Для электрических аппаратов применяется газ с высокой степенью очистки от примесей, что усложняет и удорожает его получение.

Конструкция элегазовых выключателей.

Дугогасящая способность элегаза наиболее эффективна при большой скорости его струи относительно горящей дуги. Возможны следующие исполнения ДУ с элегазом:

— с автопневматическим дутьем. Необходимый для дутья перепад давления создается за счет энергии привода;

— с охлаждением дуги элегазом при ее движении, вызванном взаимодействием тока с магнитным полем.

— с гашением дуги за счет перетекания газа из резервуара с высоким давлением в резервуар с низким давлением (выключатели с двойным давлением).

В настоящее время широко применяется первый способ.

В настоящее время в мире налажен промышленный выпуск высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях среднего (6, 10, 35 кВ) и высокого напряжения (до 220 кВ включительно).

Поскольку разрежённый газ (10−6…10−8 Н/см²) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при атмосферном давлении, то это свойство широко используется в высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается. В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда — вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7—10 микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и на других деталях дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение.

простота ремонта — при выходе из строя камеры она заменяется как единый блок;

возможность работы выключателя в любом положении в пространстве;

высокая коммутационная износостойкость;

пожаро- и взрывобезопасность;

отсутствие шума при операциях;

отсутствие загрязнения окружающей среды;

малые эксплуатационные расходы.

сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;

возможность коммутационных перенапряжений, обусловленных срезом тока, при отключении малых индуктивных токов — современная разработка вакуумного выключателя с возможностью синхронной коммутации решает эту проблему;

небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания;

относительная высокая стоимость в виду сложности технологии изготовления.

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).

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.

Читать еще:  Выключатель с регулировкой яркости как подключить

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.

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.

История создания

Первые разработки вакуумных выключателей были начаты в 30-е годы XX века, действующие модели могли отключать небольшие токи при напряжениях до 40 кВ. Достаточно мощные вакуумные выключатели в те годы так и не были созданы из-за несовершенства технологии изготовления вакуумной аппаратуры и, прежде всего, из-за возникших в то время технических трудностей по поддержанию глубокого вакуума в герметизированной камере.

Для создания надежно работающих вакуумных дугогасительных камер, способных отключать большие токи при высоком напряжении электрической сети, потребовалось выполнить обширную программу исследовательских работ. В ходе проведения этих работ примерно к 1957 г. были выявлены и научно объяснены основные физические процессы, происходящие при горении дуги в вакууме.

Переход от единичных опытных образцов вакуумных выключателей к их серийному промышленному производству занял ещё два десятилетия, поскольку потребовал проведения дополнительных интенсивных исследований и разработок, направленных, в частности, на отыскание эффективного способа предотвращения опасных коммутационных перенапряжений, возникавших из-за преждевременного обрыва тока до его естественного перехода через нуль, на решение сложных проблем, связанных с распределением напряжения и загрязнением внутренних поверхностей изоляционных деталей осаждавшимися на них парами металла, проблем экранирования и создания новых высоконадежных сильфонов и др.

В настоящее время в мире налажен промышленный выпуск высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях среднего (6, 10, 35 кВ) и высокого напряжения (до 220 кВ включительно).

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

Отключение выключателя

При подаче сигнала «ОТКЛ» блок управления формирует импульс тока, который имеет противоположное направление по отношению к току включения и меньшее амплитудное значение (интервал времени 4 — 5 на осциллограммах). Магнит 6 при этом размагничивается, привод снимается с магнитной защелки, и под действием энергии, накопленной в пружинах отключения 8 и поджатия 5 якорь 7 перемещается вниз, в процессе движения ударяя по тяговому изолятору 4, связанному с подвижным контактом 3. Контакты 1 и 3 размыкаются (момент времени 5 на осциллограммах), и выключатель отключает нагрузку.

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.

Эксплуатация и техническое обслуживание

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

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

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

Вакуумный выключатель: устройство, принцип действия, виды

Здравствуйте! Вакуумный выключатель — это коммутационный аппарат, применяемый для коммутации переменного электрического тока частотой 50 Гц номинального значения в силовых цепях высокого напряжения, а также для защиты оборудования от коротких замыканий.

Доля применения этого вида выключателей в высоковольтных сетях составляет около 60% всех коммутационных аппаратов напряжением до 35 кВ. Использование в линиях 110 кВ, пока только начинает набирать обороты. Работающее оборудование еще не исчерпало свой ресурс и заменяется постепенно. Чем же обоснован спрос на этот вид коммутационных аппаратов? Давайте разберемся: узнаем, принцип работы, конструктивные особенности «вакуумника», коснемся преимуществ, недостатков и характеристик.

Вакуумные аппараты имеют следующую классификацию:

• Применяемые в сетях напряжением до 35 кВ.

• Выкатного и стационарного исполнения.

• Однополюсные и трехполюсные.

Назначение

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

Вакуумный выключатель выполняет те же функции, что и его аналоги. Аппарат обеспечивает:

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

2. Отключение при возникновении аварийной ситуации за короткий срок.

3. Надежное прохождение электрических нагрузок.

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

Особенности конструкции

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

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

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

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

Способ гашения дуги

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

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

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

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

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.

Выделим следующие преимущества:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Недостатки

Если с достоинствами конструкции все предельно понятно, то с минусами немного сложнее. Они несущественны. Но определенного внимания заслуживают.

• Более высокая стоимость по сравнению с аналогами. Да, вакуумный аппарат дороже, но эксплуатационные расходы ниже.

• Возможность разгерметизации вакуумной камеры, вследствие ее повреждения. Случается такое очень и очень редко, производители уделяют качеству продукции должное внимание.

• При коммутации небольших токов возможны перенапряжения. Поэтому в связке с «вакуумником» должна устанавливаться соответствующая защита для оборудования.

Эксплуатация и техническое обслуживание

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

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

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

Вдобавок проводятся различные электротехнические испытания:

• Измерение сопротивления изоляции.

• Испытание повышенным напряжением.

• Проверка механических частей.

• Замер времени срабатывания.

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

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

Рекомендации по выбору

Чтобы правильно подобрать вакуумный выключатель, следует учесть ряд показателей:

• Характеристики оборудования, для которого устанавливается аппарат.

• Номинальные значения напряжения, сопротивления и мощности.

• Величина токов отключения и динамическая стойкость.

О производителях

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

Специалисты считают, что вакуумные выключатели — перспективная разновидность коммутационных устройств. Благодаря своим достоинствам и высоким эксплуатационным параметрам, эти аппараты наиболее приемлемы в использовании. Конструкции постоянно усовершенствуются, а характеристики улучшаются. Так, в 2007 г. появились опытные образцы, рассчитанные на функционирование в сетях напряжением 220 кВ. Но производители не останавливаются на достигнутом результате, ведутся разработки по созданию вакуумных дугогасительных камер, рассчитанных на 750 кВ.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector