Вакуумный выключатель

Среди выключателей высокого напряжения вакуумные выключатели обладают большими техническими преимуществами, что позволяет им занимать лидирующее положение. Они постепенно вытесняют масляные, воздушные выключатели в сетях 6-35, а также 110 кВ. Для повышения надежности систем электроснабжения используют вакуумные выключатели (ВВ), основную массу которых составляют выключатели на номинальный ток 630-1000 А и номинальный ток отключения 12,5-20 кА. Из всех существующих типов выключателей вакуумные выключатели по надежности, экологичности, обслуживанию при эксплуатации, диапазонам номинальных параметров и экономичности являются наиболее целесообразными. Одним из основных требований, которые предъявляются к вакуумным выключателям нового поколения, является работа ВВ без текущих и средних ремонтов в течение всего срока их службы (25 лет) с минимальными периодическими проверками их состояния. Если при создании выключателей нового поколения, не требующих ремонта в течение 25 лет, ремонтопригодность отступает на задний план, то на первый план выступает долговременная надежная работа, которая может быть достигнута за счет применения простой конструкции привода с эффективной кинематической схемой.

а - общий вид: 1- полюс; 2 - привод; 3 - рама; 4 - механизм привода полюса;

5 - опорный изолятор; 6 - токоведущие шины;
б - полюс выключателя: 1 - крышка; 2, 6 - фланцы; 3 - фарфоровый изолятор; 4,7 - тяги; 5 - вакуумная камера; 8 - механизм привода

Рисунок 3.1- Вакуумный выключатель ВВК-35Б-20/1000У1

На рисунке 3.1,а показан общий вид вакуумного выключателя ВВК-35Б-20/1000У1, предназначенного для частых коммутаций в нормальных и аварийных режимах в электроустановках 35 кВ. Выключатель рассчитан на открытую установку. На общей раме крепятся с помощью фарфоровых изоляторов три полюса. В каждом полюсе в фарфоровом изоляторе 3, армированном фланцами 2 и 6, заключена дугогасительная камера 5. Для надежной изоляции полюсы заливаются маслом, и в крышке 1 имеется маслоуказатель. Механизм привода полюса 8 тягами 7 и 4 связан с подвижным контактом. Гашение дуги осуществляется в вакуумной камере 5.

Рисунок 3.2- Вакуумный выключатель компании АВВ

Гашение дуги происходит в вакуумной камере. Коммутационная камера (4) находится между двумя керамическими изоляторами (3). Неподвижный и подвижный контакты подключаются внешним токовым вводам. Неподвижный контакт жестко прикрепляется к корпусу выключателя, а подвижный контакт - к приводу выключателя, который может перемещаться в вакуумной камере без нарушения вакуума только на несколько миллиметров за счет наличия металлического сильфона («гармошка» из металла цельнотянутая или сварная).

Процесс отключения тока в вакуумной камере происходит следующим образом. После расхождения контактов дуга отключаемого тока, вызвавшая испарение материала контактов, гасится при первом переходе тока через нуль. Пары металла, образованные дугой отключаемого тока, конденсируются на поверхности контактов в течение нескольких микросекунд после погасания дуги, теряя при этом свои токопроводящие свойства. После конденсации паров металла на поверхности контактов изоляционный промежуток между ними восстанавливает свои изоляционные свойства. Пары металлов в очень малом количестве конденсируются на поверхности коммутационной камеры (4), которая защищает керамические изоляторы (3) от напыления проводящим металлическим слоем и, тем самым, защищает от нарушения их изоляционных свойств, т.е. коммутационная камера выступает как защита от нарушения диэлектрической прочности изоляторов (3).

1 - неподвижный контакт;2 - место подключения;3 - изолятор (керамический);4 - коммутационная камера;5 - металлический сильфон;

6 - направляющая шайба;7 - подвижный контакт;8 - резьба для присоединения к приводу

Рисунок 3.3- Вакуумная камера

Контактная система вакуумного выключателя работает в тяжелых условиях. Наличие вакуума, окружающего контакты, ухудшает охлаждение, которое происходит в основном за счет теплопроводности тела контактов и лучеиспускания. За счет совершенствования конструкции камеры и применения новых контактных материалов ток отключения вакуумных камер доведен до 40 кА при напряжении 15 кВ.

Обычно камеры выпускаются на напряжение не более 20-35 кВ. при более высоких напряжениях необходимо последовательно соединять большое число 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.

а) RMF(radialmagneticfield) радиальная; б)AMF(axialmagneticfield)

аксиальная

Рисунок 3.4-Контактные системы:

В вакуумных выключателях гашение дуги происходит в высоком вакууме. Высокие дугогасящие свойства этой среды позволили создать выключатели на напряжение до 35кВ. Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели вытесняют другие выключатели, в том числе и электромагнитные, особенно в диапазоне напряжений 6-10кВ. Дугогасительное устройство (ДУ) выключателя выполняется как герметичный сосуд, давление внутри которого равно 1,33(10^-4....10^-6) Па. Нажатие подвижного контакта на неподвижный создается за счет атмосферного давления. При больших номинальных токах ставится дополнительная контактная пружина.

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.

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 агрессивных средах.

4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна работа ВДК

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. Быстрое нарастание электрической прочности промежутка после прохождении тока через нуль. Поэтому вакуумные выключатели начинаю широко применяться для отключения конденсаторных батарей.

К недостаткам ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия специальных мер по защите оборудования, а также сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения.

Поиск по сайту: