Сравнительные характеристики вакуумных выключателей

Вакуумные и элегазовые выключатели

В настоящее время ведущие электротехнические фирмы производят, в основном, только два типа высоковольтных выключателей: вакуумные и элегазовые.

Среди достоинстввакуумных выключателей следует отметить такие как: простота конструкции, надежность, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях, отсутствие загрязнения окружающей среды, удобство эксплуатации и малые эксплуатационные расходы.

К недостаткам вакуумных выключателей относятся: сравни­тельно небольшие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов, небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания.

Элегазовые высоковольтные выключатели, чьи дугогасительные устройства работают в среде «электротехнического газа» SF6, сочетают в себе преимущества различных типов выключателей:

— возможно использование элегазовых выключателей на любое из напряжений, применяемых в отечественной энергетике;

— небольшие масса и габаритные размеры конструкции элегазовых выключателей в сочетании с бесшумной работой привода;

— дуга гасится в замкнутом газовом объеме без доступа в атмосферу;

— безвредная для человека, экологически чистая, инертная газовая среда элегазового выключателя;

— увеличенная коммутационная способность элегазового выключателя;

— работа в режиме переключения больших и малых токов без возникновения перенапряжения, что автоматически исключает наличие устройств ОПН (ограничение перенапряжения);

— высокая надежность элегазового выключателя, высокая надежность элегазового выключателя, межремонтный период увеличен до 15 лет;

К недостаткам элегазовых выключателей следует отнести:

— высокую стоимость оборудования и текущие затраты на эксплуатацию, так как требования к качеству элегаза очень высоки;

— температура окружающей среды влияет на агрегатное состояние элегаза, что требует применения систем подогрева выключателя при пониженных температурах (при -40°С элегаз становится жидкостью);

— коммутационный ресурс элегазового выключателя ниже, чем у аналогичного вакуумного выключателя;

— необходимы высококачественные уплотнения резервуаров и магистралей, так как элегаз очень текуч.

В табл.14.1 приведено сравнение числа составных частей коммутационной камеры маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей.

Сравнение числа составных частей коммутационной камеры маломасляных, элегазовых и вакуумных выключателей.

В табл.14.2 приведены некоторые эксплуатационные характеристики элегазовых и вакуумных выключателей.

Эксплуатационные характеристики элегазовых и вакуумных выключателей.

Сейчас накопленная статистика по эксплуатации демонстрирует бесспорные преимущества вакуумных выключателей на напряжение 6–35 кВ, о чем свидетельствуют данные приведенные на рис 14.1.

Рис. 14.1. Тенденции развития высоковольтных выключателей 6–35 кВ

Контроль дугогасящей среды оказывает большое влияние на эксплуатационную надежность и срок службы коммутационного аппарата среднего напряжения. В частности, у элегазовых выключателей дугогасящая среда коммутационной камеры герметизируется от окружающей среды различными резиновыми прокладками или эпоксидными соединениями, подверженными старению и ухудшению диэлектрических и герметизирующих свойств в течение срока службы выключателя.

Диэлектрические свойства элегаза снижаются из-за накопления продуктов разложения в коммутационной камере при нарастании числа коммутаций также в течение всего срока службы. При этом возникает настолько сильное обгорание контактов, что необходимо их разделение на главные и дугогасящие контакты. В большинстве случаев контроль дугогасящей среды обеспечивается манометром без показания качества элегаза.

В отличие от элегазовых, вакуумные камеры не имеют резиновых прокладок. Герметизация дугогасящей среды в вакуумной камере от окружающей среды производится высококачественной аргоновой сваркой, которая не теряет своих уплотняющих свойств в течение всего эксплуатационного периода. Такие соединения не подвержены старению. При этом чистота вакуума сохраняется в течение всего срока эксплуатации.

Вакуумные камеры, которые не были в эксплуатации, сохраняют свою работоспособность более 20 лег. Тем самым готовность к коммутациям не ограничена временем простоя. Так как при коммутациях в вакуумной камере гашение дуги происходит без каких- либо продуктов разложения, вакуум не ухудшает свои диэлектрических свойств. Благодаря отсутствию в вакууме окисления, поверхности контактов остаются чистыми. При этом в течение всего срока эксплуатации сохраняется очень низкое переходное сопротивление контактов..

Высокие технические и коммутационные характеристики, надежность, простота, экономичность — этих аргументов оказалось достаточно, чтобы эксплуатация сделала однозначный выбор в пользу вакуума. Можно сказать – конкурентная борьба элегазовых и вакуумных коммутационных аппаратов среднего класса напряжения, длившаяся несколько десятилетий, закончилась с приходом нынешнего столетия в пользу последних.

В настоящее время разработаны и изготавливаются вакуумные низковольтные коммутационные аппараты. На рис 14.2. приведено устройство трехполюсного вакуумного контактора переменного тока и внешний вид низковольтных вакуумных дугогасительных камер.

Рис. 14.2. Устройство трехполюсного вакуумного контактора переменного тока и внешний вид низковольтных вакуумных дугогасительных камер

При расхождении контактов в вакуумной камере возникает электрическая дуга, представляющая собой проводящую среду из паров металла контактов. Для токов отключения до 10 кА дуга равномерно распределена по поверхности контактов, т.е. имеется случай, так называемой, диффузной вакуумной дуги. При более высоких токах, из- за пинч-эффекта, дуга в вакуумной камере сосредоточена в одной точке.

С целью исключения термических перегрузок контактов при токах К.З. до 50 кА была изобретена, так называемая, контактная система с радиальным магнитным полем или RMF-система. RMF контактная система устроена таким образом, что магнитное поле отключаемого тока заставляет дугу вращаться по поверхности контактов. Эксплуатационные требования гашения дуги в вакуумной среде при токе К.З. более чем 50 кА дали толчок к изобретению камеры с аксиальным магнитным полем или AMF-системы, являющейся особым видом контактной системы. Общий вид контактных RMF-систем и AMF-систем приведен на рис. 14.3.

Рис. 14.3. Контактные системы: а) RMF(radial magnetic field) радиальная; б) AMF(axial magnetic field) аксиальная

Система AMF- контактов представляет собой самый экономичный на сегодняшний день принцип гашения.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Основные достоинства вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:

1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и

номинальных токов отключения. Число отключений номинальных токов вакуумным

выключателем (ВВ) без замены ВДК составляет 10-50 тыс.

число отключений номинального тока отключения — 20-200 что в 10 -20 раз

превышает соответствующие параметры маломасляных выключателей

2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с

маломасляными выключателями. Обслуживание ВВ сводится к смазке механизма и

привода, проверке износа контактов по меткам 1 раз в 5 лет

или через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».

3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в

4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам

вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.

6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет

создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и

шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.

7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым

выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при

отключении токов КЗ.

8. Отсутствие загрязнения окружающей среды.

9. Высокая надежность и безопасность эксплуатации, сокращение времени

К недостаткам ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных

перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия

специальных мер по защите оборудования.

Последний являет собой безвредный, химически не активный, не горючий газ, который обладает высокой электрической прочностью и теплопроводимостью.

Применение элегаза в качестве дугогасящей среды позволило существенно снизить габариты оборудования. За счет инертности и негорючести, элегаз обладает дугогасящими свойствами, намного превосходящими свойства других дугогасящих сред.

Однако в определенных режимах работы высокая пробивная устойчивость элегаза может иметь негативный характер.

К достоинствам элегаза можно отнести также то, что он не требует ухода (как например трансформаторное масло), не стареет, не оказывает пагубного влияния на конструктивные части аппарата (при нормальной эксплуатации) и плюс ко всему является сравнительно недорогим.

Дугогасительное устройство выключателя элегазового типа отличается простотой конструкции и небольшим размером. Гашение дуги производится при небольшом количестве разрывов и достаточно быстро. Ниже рассмотрим конструктивные особенности и принцип гашения дуги в выключате

В тоже время у элегаза есть и некоторые недостатки, связанные с его химическими свойствами и технологией производства:

переход в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах

опасность отравления продуктами распада элегаза

достаточно высокая стоимость.

Однако это преимущество становится недостатком элегаза при низких температурах по причине перехода его в жидкое состояние и потере изоляционных свойств, что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации. На рис. 4 приведена зависимость состояния элегаза от давления и температуры.

Преимущества и недостатки элегазовых выключателей К преимуществам элегазовых выключателей можно отнести

возможность применения на все классы напряжений свыше 1 кВ;

гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу;

относительно малые габариты и масса;

пожаро- и взрывобезопасность;

высокая отключающая способность;

надежное отключение малых индуктивных и емкостных токов в момент перехода тока через нуль без среза и возникновения перенапряжений;

малый износ дугогасительных контактов;

возможность создания серий с унифицированными узлами;

пригодность для наружной и внутренней установки.

К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести

сложность и дороговизна изготовления — при производстве необходимо соблюдать высокую чистоту и точность;

высокие требования к качеству элегаза;

температурные недостатки SF6, необходимость подогрева и использования смесей элегаза с азотом, хладоном и другими веществами, позволяющими работать элегазовым выключателям в условиях низких температур окружающей среды;

необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6;

относительно высокая стоимость SF6;

требуется более внимательное отношение к использованию и учету элегаза.

Устройство вакуумного выключателя

Новой ступенью в развитии аппаратов для коммутации распределительных сетей высокого напряжения стал вакуумный выключатель. Этот прибор обладает специфическими характеристиками, которые больше всего подходят для высоковольтных распределительных сетей.

Применение вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели, применяемые в энергетике, является высоковольтным коммутационным аппаратом, выполняющим операции по включению и отключению электрического тока. Эти действия с электрическим током производятся как в рабочем состоянии, так и в аварийной ситуации, при возникновении короткого замыкания. В качестве среды, которая гасит электрическую дугу, выступает вакуум.

В настоящее время, количество вакуумных выключателей, применяемых в электрических сетях, напряжением до 35-ти киловольт, в разных государствах составляет от 60-ти до 100% от общего числа используемых коммутационных приборов при среднем и высоком напряжении.

Преимущества вакуумных выключателей

В качестве достоинств можно отметить следующие качества:

• Высокая надежность в процессе эксплуатации. Допускают отказы в работе значительно реже, чем стандартные масляные или электромагнитные выключатели.
• Высокая стойкость к износу во время выполнения коммутационных действий, в связи с чем, существенно сокращаются расходы по обслуживанию данных приборов. Количество отключений рабочих токов, без ремонта и ревизий, может достигать двадцати тысяч, а отключения токов короткого замыкания доходят до двухсот, в зависимости от конструкции выключателя и значения тока. Для сравнения, масляные выключатели уже через 50-100 отключений рабочего тока, подлежат ревизии, а отключений токов короткого замыкания, они могут сделать всего лишь от 3-х до 10-ти раз. Примерно такие же показатели и у воздушных выключателей.
• Каждый вакуумный выключатель отличается быстродействием и повышенным механическим ресурсом. Такие показатели достигаются за счет небольшого расстояния хода контактов, расположенных в дугогасительной вакуумной камере. Этот ход составляет всего 6-10 мм в сравнении с 100-200 мм в электромагнитных и масляных моделях, поскольку электрическая прочность вакуума в значительной степени превосходит масляную и воздушную прочность в качестве дугогасительной среды.
• Способность к автономной работе, поскольку нет необходимости пополнять дугогасящую среду.
• Безопасная и удобная эксплуатация обусловлена его небольшой массой, бесшумной работой, экологичностью и возможностью работы в агрессивной среде.
• Безопасность и удобство эксплуатации. При одинаковых номинальных параметрах коммутируемых токов и напряжений, масса вакуумного выключателя значительно ниже чем у других типов выключателей. А малая энергия привода, небольшие динамические нагрузки и отсутствие утечки газов, масла обеспечивает бесшумность работы, экологическую безопасность и высокую пожарную и взрывобезопасность, возможность работы в средах с высокой агрессивностью.

Считается, что достигнутые количественные характеристики вакуумных выключателей обеспечат их перспективное применение, и в ближайшее время старания проектантов будут направлены, в основном, на повышение устойчивости этих коммутационных аппаратов к воздействиям окружающей среды и на усовершенствование их механизмов.

Устройство автоматического выключателя

Вакуумный контактор: виды, характеристики, маркировка

Дифференциальный автоматический выключатель

Сравнительные характеристики вакуумных выключателей

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

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

1. Высокая надежность

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

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

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

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

2. Низкие эксплуатационные затраты

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

3. Высокий коммутационный и механический ресурс

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

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

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

4. Безопасность эксплуатации и экологичность

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

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

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

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

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

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

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

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

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