Назначение

В настоящее время все ведущие электротехнические фирмы производят в основном только два типа высоковольтных выключателей: вакуумные и элегазовые. Остальные виды выключателей производятся в малых количествах.

Доля вакуумных выключателей, в общем количестве выпускаемых аппаратов, в странах Европы и США достигает 70%, в Японии 100%. В России в последние годы эта доля имеет постоянную тенденцию к росту и составляет более 50%.

Следует сказать, что вакуумные выключатели получили наибольшее распространение в классах напряжения от 6 до 35 кВ.

На напряжение до 35 кВ такие выключатели строят с одним разрывом, а начиная со 110 кВ с несколькими разрывами на полюс.

Достоинства вакуумных выключателей:

§ За счет исключительно хороших изоляционных свойств вакуума (рис.4.25) стало возможным сделать расстояние между подвижным и неподвижным контактами вакуумного выключателя всего 8-12 мм (при 10 кВ) и 18-30 мм (при 35 кВ). Для сравнения, у масляных выключателей при 10 кВ межконтактное расстояние составляет 140-180 мм.

§ В связи с этим, вакуумные выключатели имеют существенно меньшие габариты и массу (в несколько раз).

§ У вакуумных выключателей значительно меньше время отключения., Время восстановления диэлектрической прочности дугового промежутка наступает через 100 мкс. Длительность периода сетевого напряжения (тока) при частоте сети 50 Гц составляет 20 мс, т.е. в 200 раз меньше длительности периода.

§ Вакуумная дугогасительная камера является необслуживаемым устройством на весь срок службы. Коммутационный ресурс камер в среднем составляет - 20000+50000 циклов включения / отключения, при номинальных токах, и 50 -^ 100 при отключении токов короткого замыкания. Для масляных выключателей тот же ресурс составляет соответственно - 500 •*• 1000 и 3 -4- 10, а для воздушных 1000 -5- 2500 и 6 4- 15 отключений.

§ Вакуумные выключатели просты в монтаже и обслуживании, которое сводится к смазке механизма привода и проверке износа контактов по метке или шаблону один раз в 5 •*• 10 лет или через 5000 •*• 10000 циклов включения/отключения. Замена самой дугогасительной камеры производится в среднем через 20 - 25 лет.

§ Возможность ориентировки вакуумной дугогасительной камеры в пространстве в любом положении.

§ Возможность отключения развивающихся аварий и многократных грозовых импульсов, отключение которых масляным выключателем обычно приводит к взрыву.

§ Бесшумность работы, пожаробезопасность, возможность работать в агрессивных средах, повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам, отсутствие вредных воздействий на обслуживающий персонал и окружающую среду.

Вакуумный выключатель состоит из следующих основных частей:

1.а вакуумных дугогасительных камер, которые в свою очередь, состоят из:

§ изоляционного корпуса;

§ токоведущих стержней с коммутирующими контактами;

§ системы металлических экранов;

§ фланцев;

§ сильфона;

2. привода;

3. корпуса или крепежной рамы выключателя.

Схемы вакуумных дугогасителъных камер

Существуют различные схемы построения вакуумных дугогасительных камер. Наиболее распространена схема представленная на рис. 4.26. Здесь контакты помещены в изоляционный корпус из газонепроницаемого материала неорганического происхождения (металлокерамическая композиция) и окружены главным электростатическим экраном, предназначенным для выравнивания напряжения между контактами, охлаждения и конденсации на нем паров металла, появляющихся при коммутации тока.

Дополнительно к главному экрану имеются концевые экраны, служащие для защиты от попадания на внутреннюю поверхность изоляционного корпуса камеры паров металла, доходящих, при работе выключателя, до торцевых фланцев камеры и отражающихся от них в межконтактный промежуток.

Герметизация подвижного контакта от внешней среды осуществляется при помощи сильфона, помещенного внутрь камеры для защиты от возможных внешних повреждении.

Второй вариант схемы дугогасительной камеры представлен на рис. 4.27. По сравнению с предыдущей схемой она меньше в диаметре, но имеет большую длину. Это получается потому, что главный электростатический экран здесь является частью корпуса, а его изоляция от контактов осуществляется двумя изоляционными цилиндрами.

Третья схема построения дугогасительной камеры приведена на рис. 4 28. Данная схема наиболее редко применяемая. Ее используют при напряжении не более 3 кВ, поскольку для нее трудно создать изоляцию, обладающую достаточной механической и диэлектрической прочностью.

Достоинством данной конструкции является простота и дешевизна герметизации уплотнительного узла на стыке металлического корпуса и изоляционных фланцев, осуществляемой эластичными уплотнениями.

Для обеспечения высокой отключающей способности вакуумной дугогасительной камеры достаточно, чтобы давление внутри нее находилось в пределах 0,13 -1,3 Па. На практике, для гарантии высокой надежности, на протяжении всего срока эксплуатации используют гораздо более низкие давления, порядка 1,3-10"² - 1,3-10"⁵ Па и ниже.

Конструкция вакуумной дугогасительной камеры

Вакуумная дугогасительная камера, построенная по первой схеме, приведена на рис. 4.29.

Важнейшее значение в дугогасительной камере имеет материал контактов. Дуга в вакуумных выключателях горит в парах, образованных испарением материалов контактов. Поэтому материал контактов оказывает решающее значение на возникновение перенапряжений при отключении выключателя; с материалом контактов связан вопрос долговечности и надежности работы всей дугогасительной камеры и т.п.

В связи с этим к конструкции контактов и их материалу предъявляют повышенные требования:

Контакты должны обладать малым удельным сопротивлением. Для уменьшения выделения тепла (поскольку его отвод в вакууме затруднен).

Они должны легко отрываться при сваривании (в вакууме практически отсутствуют оксидные пленки, в связи с чем резко возрастает склонность контактов к свариванию).

Они должны слабо изнашиваться при отключении токов нагрузки и токов короткого замыкания.

Материал контактов должен обеспечивать высокую диэлектрическую прочность межконтактного промежутка (особенно после коммутации токов). Пары материалов контактов, образующиеся при коммутации, должны быстро абсорбироваться материалом контактов.

Для обеспечения высокой отключающей способности температура кипения материала контакта должна быть не менее 3500 К.

Твердость материала контакта должна быть не менее 1000 МПа по Бринеллю.

Материал контактов должен обеспечивать малый ток среза (ток среза - это резкий обрыв тока при его подходе к нулю) для исключения коммутационных перенапряжений.

Все эти и другие требования невозможно обеспечить применением однокомпонентного материала для изготовления контактов (вольфрам использовавшийся ранее для изготовления контактов обладает высокой

тугоплавкостью, однако имеет и большой ток среза вызывающий коммутационные перенапряжения).

В первых вакуумных выключателях, выпускавшихся в Европе в 60-х годах, а также в первых аппаратах, выпускавшихся в бывшем Советском Союзе в 80-х годах, ток среза составлял от 20 до 35 А. Поэтому при отключении у первых вакуумных выключателей коэффициент перенапряжения доходил до 9, что было недопустимым для эксплуатации.

Однако в конце 70-х годов в странах западной Европы уменьшили ток среза, введя в основной материал контактов легирующие добавки, такие, как хром, и другие. Уже в начале 80-х эти материалы стали применять для изготовления контактов вакуумных камер, уменьшив ток среза до 1,5-3 А.

Преобладающая часть контактных материалов, используемых ныне, представляет собой трехкомпонентные сплавы, полученные. методом порошковой металлургии.

Контакты, кроме материала, из которого они изготовлены, характеризуются также и конструкцией, которая также оказывает большое влияние на эффективность работы дугогасительной камеры.

В дугогасительных камерах на напряжение 10 кВ и номинальные токи отключения до 31.5 кА применяют контакты с поперечным (по отношению к дуге) магнитным дутьем, которое быстро перемещает дугу в пространстве, растягивая ее и повышая тем самым эффективность дугогашения, и увеличивая срок службы самих контактов (рис. 4.30)

На большие рабочие напряжения и токи (до 100 кА и более) применяют конструкцию контактов с продольным магнитным дутьем (рис. 4.31).

Внешний вид некоторых конструкций вакуумных выключателей представлен на рис. 4.32

Поиск по сайту: