Вакуумный выключатель 10 кв принцип работы: Принцип работы вакуумного выключателя

Принцип работы вакуумного выключателя

Высоковольтные вакуумные выключатели

  • Высоковольтные вакуумные выключатели
  • Типы вакуумных выключателей
  • Принцип действия
  • Конструкция
  • Принцип работы
  • Принцип действия вакуумного выключателя
  • Конструкции вакуумных выключателей
  • Источники:

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.

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.

Выключатель рассчитан на:

  1. нормальный режим работы;

  2. аварийный, то есть должен выдерживать  кратковременные  токи короткого замыкания.

Принцип действия

Механизм гашения дуги в вакуумных выключателях основан на высокой электрической прочности и усиленных диэлектрических свойствах вакуума. В момент размыкания контактов  в вакуумном промежутке возникает электрическая дуга, которая поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности контактов. При переходе тока через ноль, происходит гашение дуги и восстановление диэлектрических свойств вакуумного промежутка, и дуга между разомкнутыми контактами  больше не возникает. Из-за большой электрической прочности вакуума гашение дуги может произойти до перехода тока через ноль, это явление называют срезом тока. Срез тока негативно влияет на сеть, так как вызывает коммутационные перенапряжения, которые могут достигать огромных величин.

Конструкция

Вакуумный выключатель состоит из двух основных элементов: подвижного и неподвижного контактов. У прибора есть три полюса, на которые установлены пофазно встроенные электромагнитные приводы. Они размещены на одном основании. Фазные приводы, которые расположены внутри выключателя, соединены механически между собой общим валом, синхронизирующим фазы, предохраняющим от режимов неполных фаз, задействующим дополнительные контакты. Также он механически блокирует соседние распределительные устройства, управляет индикацией положения контактов выключателя.

Принцип работы

Вакуумный выключатель обладает определенным принципом работы.

Когда размыкаются контакты, в промежутке (в вакууме) ток коммутации создает электрический разряд – дугу.

Ее существование поддерживается за счет испаряющегося металла с поверхности самих контактов в промежуток с вакуумом.

Образованная парами ионизированного металла плазма – проводящий элемент. Она поддерживает условия протекания электрического тока. В тот момент, когда кривая переменного тока проходит через ноль, электрическая дуга начинает гаснуть, а пары металла фактически мгновенно (за десять микросекунд) восстанавливают электрическую прочность вакуума, конденсируясь на поверхностях контактов и внутренностях дугогасящей камеры.

В это время восстанавливается напряжение на контактах, которые к тому моменту уже разведены. Если остаются после восстановления напряжения перегретые локальные участки, то они могут стать источниками эмиссии частичек заряженных, что вызовет пробой вакуума и протекание тока. Для этого используют управление дугой, поток тепла равномерно распределяют на контактах.

Принцип действия вакуумного выключателя

Вакуумный выключатель призван обеспечивать:

  • надежность прохождения электрического тока номинальной мощности при долговременной работе;

  • возможность коммутаций электрооборудования при оперативных переключениях в автоматическом или ручном режиме;

  • оперативную ликвидацию аварийных ситуаций в автоматическом режиме.

Две контактные пластины работают в вакууме, который образован при откачке газа из дугоносительной камеры. Таким образом, возникает повышенная электрическая прочность с усиленными диэлектрическими параметрами.

Во время работы между контактами появляется вакуумный промежуток. В нем после нагревания испаряется металл. Ток нагрузки вызывает образование электроразрядов, которые и создают дугу внутри вакуума. Она продолжает развиваться за счет отрыва паров металла. Затем образованные ионы создают плазму.

Конструкции вакуумных выключателей

Конструкции вакуумных выключателей близки к маломасляным и часто отличаются только тем, что имеют вакуумную дугогасительную камеру.

Существует много различных конструкций вакуумных дугогасительных камер.

Одна из распространенных конструкций (рис. 9.16) имеет два изоляционных цилиндрических кожуха 1, 2, снабженных по торцам металлическими фланцами 4 , 15.

Неподвижный контакт 12 при помощи токоввода 13 жестко крепится к фланцу 15, подвижный контакт 11 связан с фланцем 4 при помощи сильфона 5.

Токоподвод 7 подвижного контакта 11 перемещается в направляющих 6 корпуса 8, соединенного с фланцем 4.

Как правило, в конструкции ВДК имеются экраны 3, 9, 10, 14, выполняющие функции повышения электрической прочности камеры за счет выравнивания градиента напряженности электрических полей и защиты внутренних изоляционных частей от металлизации распыленным контактным материалом.

Как следует из рис. 9.14 (кривая 1), электрическая прочность контактного промежутка очень высока. Это приводит к тому, что расстояние между контактами при напряжениях до 35 кВ не превышает 5 мм.

Несмотря на то, что сильфоном создаются определенные усилия на контакт, общее контактное усилие с учетом токов КЗ 40—100 кА в ВДК может достигать 1000—4000 Н.

Вакуумные выключатели находят все более широкое применение, часто заменяя и вытесняя менее надежные и более металло- и материалоемкие масляные и электромагнитные выключатели. 

Источники:

  • Asutpp

  • amperof.ru

  • SYL.ru

  • MegaObzor. com

  • Студопедия

  • cyberpedia.su

  • Энерготехмонтаж

  • studopedia.su

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

устройство и принцип действия, 10 и 6 кВ, достоинства и недостатки, монтаж

При отключении и включении значительных нагрузок между контактами коммутационных аппаратов возникает электрическая дуга, приводящая к повреждению самих контактов и к перекрытию дугой соседних токоведущих частей. Такая ситуация провоцирует серьезные аварии или пожар.

Для предотвращения этого в конструкции имеется специальная камера. В ней происходит гашение дуги. Высоковольтные выключатели оборудуются дугогасящими камерами, где дуга разрывается под воздействием масла, потоком сжатого воздуха или в среде элегаза.

Одно из перспективных направлений – создание высоковольтных выключателей с вакуумной дугогасящей камерой. В этой статье рассмотрен вакуумный выключатель, его устройство и принцип работы наиболее распространенных моделей, их достоинства и недостатки.

Содержание:

1. Что это такое и для чего нужно

2. Принцип действия

3. Устройство и конструктивные особенности

4. Распространённые модели

5. Основные технические характеристики

6. Правила выбора и монтажа

7. Особенности эксплуатации

8. Заключение

Что это такое и для чего нужно

Назначение этих коммутационных аппаратов заключается в следующем:

  • Обеспечении надежной коммутации электрической цепи в рабочем и аварийном режиме за минимально возможное время.
  • Ликвидации аварийных отключений воздушных линий за счет возможности автоматического повторного включения.

Разработка первых образцов началась в 30-х годах прошлого века. В это время еще не было совершенных технологических решений, позволяющих создавать аппаратуру, способную поддерживать глубокий вакуум. Поэтому первые образцы коммутационных аппаратов позволяли отключать только незначительные токи при напряжении до 40 кВ.

После проведенной обширной исследовательской работы к 1957 г. удалось объяснить процессы, происходящие при появлении электрической дуги в разреженном газе. Дальнейшие усилия исследователей в течение 20 лет были направлены на поиск способов, позволяющих предотвратить появление перенапряжений, вариантов предотвращения загрязнения внутренних частей дугогасящей камеры частицами металла, проблем герметичности, методов экранирования.

Результатом работы исследователей стало создание вакуумных выключателей — высоковольтных коммутационных аппаратов, способных работать в трехфазных сетях переменного тока. Диапазон напряжений, при котором используются такие выключатели, охватывает электроустановки как до 1000 В, так и до 220 кВ.

к содержанию ↑

Принцип действия

Для гашения дуги между контактами выключателя применяется среда сильно разреженного газа — технический вакуум.  Благодаря тому, что электрическая прочность вакуума во много десятков раз выше, чем у любого другого газа, стало возможным создание быстродействующих коммутационных аппаратов небольших размеров.

Рассмотрим подробнее принцип гашения дуги. В момент размыкания контактов в вакууме между ними возникает электрический разряд, который поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности. При этом проводник электрического тока — плазма.

Рисунок 1. Образование дуги в вакуумном промежутке

Так как переменный электрический ток с течением времени меняется не только по величине, но и по направлению, при переходе синусоиды через ноль электрическая дуга гаснет. Частицы металла между контактов за небольшой промежуток времени (от 7 до 10 микросекунд) оседают на контактах и стенках камеры. Это приводит к восстановлению электрической прочности пространства между контактами.

Рисунок 2. Прекращение горения дуги в вакуумном промежуткек содержанию ↑

Устройство и конструктивные особенности

Кроме дугогасящей камеры с контактами в конструкцию полюса вакуумного выключателя входит привод и тяговый изолятор. Для сохранения вакуума внутри дугогасящей камеры применяют сильфон. Он не позволяет проникать другим газам внутрь при движении контакта.

Рисунок 3. Конструкция вакуумного выключателя

Один из контактов закреплен неподвижно, второй – подвижный. Он получает движение через тяговый изолятор посредством электромагнитного привода. Меняя полярность постоянного тока, подаваемого на электромагнит, можно размыкать или замыкать контакты. Для удержания деталей привода в выбранном положении используется постоянный круговой магнит.

Для обеспечения оптимальной скорости движения якоря и уменьшения переходного сопротивления контактов применяется пружинная система. Привод выключателя собран в одном корпусе, куда также входят кинематическая и электрическая схемы для контроля и управления работой. У выключателя три полюса, которые разделены между собой.

Рисунок 4. Вакуумный выключатель Рисунок 5. Вакуумный выключатель в разрезе

Управление выключателем осуществляется через блок управления, который выносится на отдельную панель (шкаф) или располагается в корпусе выключателя. Блок управления может быть микропроцессорным или работать на электромеханических реле.

Отличительная конструктивная особенность вакуумных выключателей – длительный срок службы (около 20 лет).

Ресурс по включению и отключению контактов – не менее 20 000 операций. Во время всего срока службы выключатель не требует сложного технического обслуживания. Дугогасящая камера не подлежит ремонту и при необходимости заменяется новой. Конструкция привода предусматривает возможность включения и отключения выключателя вручную.

По исполнению вакуумные выключатели выпускаются для установки как в закрытых распределительных устройствах, так и в открытых. Вакуумные выключатели, предназначенные для установки в закрытых распредустройствах, могут быть выкатного или стационарного исполнения. В этом случае они отделяются от токоведущих частей видимым разрывом, осуществляемым при помощи линейного и шинного разъединителей.

Рисунок 7. Вакуумный выключатель наружной установки Рисунок 6. Выкатной элемент вакуумного выключателя к содержанию ↑

Распространённые модели

Впервые промышленные модели вакуумных выключателей стали появляться в США, ФРГ и Великобритании в 60-х годах прошлого века. Они производились компаниями General Electric и Siemens. В нашей стране промышленное производство таких выключателей началось в 1980 г.

Среди первых промышленных моделей, введенных в эксплуатацию, стал вакуумный выключатель марки ВВВ-10-2/320. Он был рассчитан на токи отключения до 2000 А и номинальный ток 320 А. Рабочее напряжение составляло 10 000 В.

На данный момент российские производители занимают лидирующие позиции на отечественном рынке и рынках стран СНГ.

Наиболее известна продукция отечественных предприятий:

  • ПО «ЭЛКО».
  • «Таврида Электрик».
  • ОАО «Самарский трансформатор».
  • АО НПП «Контакт».

Среди иностранных производителей наиболее распространенными являются:

  • Siemens.
  • ABB.

Компания «Таврида Электрик» специализируется на проектировании и выпуске вакуумных коммутационных аппаратов напряжением до 35 кВ. Наиболее популярные модели – вакуумные выключатели BB/TEL-10. Также компания выпускает реклоузеры Smart35 для установки на опорах ВЛ 35 кВ.

Крупнейший отечественный изготовитель вакуумной техники ПО «ЭЛКО» производит выключатели, рассчитанные на работу с напряжением 6-10 кВ (серий ВБСК, ВБЧСЭ, ВБП, ВББ), и на напряжение 35 кВ серии ВБН.

ОАО «Самарский трансформатор» производит вакуумные выключатели марок ВВВСТ-10 и ВВСТ-35 по лицензии компании Siemens, рассчитанные на напряжение 10, 20,35 кВ соответственно.

АО «НПП»Контакт» – один из крупнейших российских производителей вакуумных приборов. Ассортимент выпускаемой продукции включает низковольтные вакуумные автоматические выключатели напряжением 1,14 кВ таких марок: КВТ-1,14-2,5/160, КВТ-1,14-2,5/250, КВТ-1,14-4/400, высоковольтные вакуумные выключатели напряжением 6 кВ, 10 кВ (марки ВБЭ, ВБММ, ВБ, ВБПП), 20 кВ (марки ВБ, ВБХ), 27,5 кВ, 35 кВ (марки ВБС, ВБ, ВБЭТ, ВБД, ВБПК) и 110 кВ (марка ВБП-110 кВ).

Компания Siemens предлагает широкий ассортимент вакуумных выключателей марки SION для применения в электроустановках напряжением от 6 до 20 кВ и вакуумные выключатели марки 3AF напряжением до 40,5 кВ для наружной установки.

Компания АВВ производит вакуумные выключатели для внутренней установки марки VD4 для работы в электроустановках напряжением до 40,5 кВ и выключатели наружной установки марок OVB-SDB, OVB-VBF, PVB/PVB-S.

к содержанию ↑

Основные технические характеристики

Ассортимент выпускаемых вакуумных коммутационных аппаратов разнообразен. Выбирая подходящую модель в соответствии с местными условиями, обращают внимание на основные технические характеристики:

  • Класс напряжения.
  • Номинальный рабочий ток и ток короткого замыкания.
  • Динамическая и термическая устойчивость.
  • Коммутационный ресурс.
  • Тип исполнения.
  • Климатическое исполнение.
  • Совместимость систем управления.
  • Скорость срабатывания.
  • Габаритные размеры и масса выключателя.

к содержанию ↑

Правила выбора и монтажа

Выключатель выбирают на основании его технических характеристик. Учитывают рабочие параметры уже действующих схем электрических сетей. Выбор осуществляется исходя из максимальных показателей рабочих режимов сети.

Номинальное напряжение должно быть равным или большим, чем номинальное напряжение электрической сети. Выбор по длительному рабочему току производится исходя из максимально возможных параметров. Уставки защит обоснуются расчетами работы при наиболее тяжелых режимах.

Установка вакуумного выключателя проводится с соблюдением всех требований, указанных в нормативно-технической документации, с учетом организационных и технических мероприятий для безопасных работ.

Перед началом монтажа выключателя необходимо убедиться в комплектности и отсутствии дефектов путем внешнего осмотра. При обнаружении на поверхности изоляторов сколов или трещин установка оборудования не допускается.

После проверки внешние поверхности очищаются ветошью без ворса. При этом уделяется особое внимание очистке изоляции полюсов выключателя. Перед установкой коммутационного аппарата проверяется работоспособность и целостность схемы вторичных цепей путем включения и отключения выключателя.

к содержанию ↑

Особенности эксплуатации

После ввода в эксплуатацию обязательно проводятся осмотры с частотой, указанной в технической документации производителя. Выключатель должен проходить периодическое техническое обслуживание — текущие и капитальные ремонты.

После аварийного отключения выключатель осматривается для выявления повреждений, которые могут возникать вследствие электродинамических нагрузок, оплавления, следов выброса раскаленного металла и т. п.

Несложная и надежная конструкция.

Простота ремонта – если выйдет из строя дугогасящая камера, она подлежит замене без разборки.

Высокий ресурс.

Небольшие габаритные размеры и масса.

Отсутствие угрозы взрыва и возгорания.

Низкий уровень шума при отключении и включении.

Отсутствие негативного воздействия на окружающую среду.

Невысокие расходы при эксплуатации.

Небольшой диапазон токов отключения по сравнению с другими типами высоковольтных выключателей.

Вероятность перенапряжений, обусловленных отключением индуктивных токов малой величины.

Невысокий ресурс дугогасящей камеры при отключении токов короткого замыкания.

к содержанию ↑

Заключение

Благодаря совокупности уникальных характеристик вакуумные выключатели – одни из самых востребованных типов высоковольтных коммутационных аппаратов. Они надежны и долговечны, безопасны для обслуживающего персонала, не загрязняют окружающую среду. Техническое обслуживание ограничивается небольшим числом операций.

Предыдущая

ЭлектрикаКак правильно сделать электрику в ванной комнате

Следующая

ЭлектрикаПроводка на балкон своими руками

Принцип действия вакуумного выключателя | Строительство | Рабочая

В принципе вакуумного выключателя вакуум (степень вакуума находится в диапазоне от 10 -7 до 10 -5 торр) используется в качестве среды гашения дуги. Поскольку вакуум обеспечивает самую высокую изоляционную прочность, он обладает гораздо лучшими свойствами гашения дуги, чем любая другая среда. Например, при размыкании контактов выключателя в вакууме прерывание происходит при первом нулевом токе, при этом диэлектрическая прочность между контактами нарастает в тысячи раз быстрее, чем у других автоматических выключателей.

Возникновение дуги в вакуумном выключателе и ее гашение можно объяснить следующим образом: Когда контакты выключателя размыкаются в вакууме (от 10 7 до 10 -5 торр), возникает дуга. между контактами за счет ионизации паров металла контактов. Однако дуга быстро гаснет, так как образующиеся во время дуги металлические пары, электроны и ионы быстро конденсируются на поверхностях контактов выключателя, что приводит к быстрому восстановлению диэлектрической прочности. Читатель может отметить характерную особенность вакуума как среды гашения дуги. Как только дуга возникает в вакууме, она быстро гаснет из-за высокой скорости восстановления диэлектрической прочности в вакууме.

Конструкция и работа вакуумного выключателя:

На рис. 19.12 показаны части типового вакуумного выключателя. Он состоит из неподвижного контакта, подвижного контакта и дугового экрана, установленных внутри вакуумной камеры. Подвижный элемент соединен с механизмом управления сильфоном из нержавеющей стали. Это обеспечивает постоянную герметизацию вакуумной камеры, чтобы исключить возможность утечки. В качестве внешнего изолирующего тела используется стеклянный сосуд или керамический сосуд. Дугозащитный экран предотвращает ухудшение внутренней диэлектрической прочности, предотвращая попадание паров металла на внутреннюю поверхность внешнего изолирующего покрытия.

При срабатывании выключателя подвижный контакт отделяется от неподвижного, и между контактами возникает дуга. Возникновение дуги связано с ионизацией ионов металлов и во многом зависит от материала контактов. Дуга быстро гаснет, потому что образующиеся во время дуги металлические пары, электроны и ионы диффундируют за короткое время и захватываются поверхностями подвижных и неподвижных элементов и экранов. Поскольку вакуум имеет очень быструю скорость восстановления диэлектрической прочности, гашение дуги в вакуумном выключателе происходит при коротком размыкании контактов (скажем, 0,625 см).

Преимущества вакуумного выключателя:

  • Они компактны, надежны и имеют более длительный срок службы.
  • Опасностей возгорания нет.
  • Нет образования газа во время и после работы.
  • Они могут прервать любой ток неисправности. Отличительной особенностью автоматического выключателя является то, что он может полностью отключать любой большой ток короткого замыкания непосредственно перед тем, как контакты достигнут определенного разомкнутого положения.
  • Они требуют минимального обслуживания и бесшумны в работе.
  • Они успешно выдерживают удары молнии.
  • У них низкая энергия дуги.
  • Имеют малую инерцию и, следовательно, требуют меньшей мощности для механизма управления.

Использование вакуумного автоматического выключателя:

Для такой страны, как Индия, где расстояния довольно велики и доступ к отдаленным районам затруднен, установка таких наружных, необслуживаемых автоматических выключателей должна иметь определенное преимущество. Вакуумные выключатели используются для наружного применения в диапазоне от 22 кВ до 66 кВ. -4 торр.

Материал, используемый для токоведущих контактов, играет важную роль в характеристиках вакуумного выключателя. Такие сплавы, как медь-висмут или медь-хром, являются идеальным материалом для изготовления контактов VCB.

Состоит из неподвижного контакта, подвижного контакта и вакуумного прерывателя. Подвижный контакт соединен с механизмом управления сильфоном из нержавеющей стали. Дугозащитные экраны поддерживаются изолирующим кожухом таким образом, что они закрывают эти экраны, и предотвращается конденсация на изолирующем кожухе.

Возможность протечки исключена за счет постоянной герметизации вакуумной камеры, для чего в качестве внешнего изолирующего корпуса используется стеклянный или керамический сосуд.

Работа вакуумного выключателя:

Вид в разрезе вакуумного выключателя показан на рисунке ниже, когда контакты размыкаются из-за каких-либо ненормальных условий, между контактами возникает дуга, дуга возникает из-за к ионизации ионов металлов и очень сильно зависит от материала контактов.

Отключение дуги в вакуумных прерывателях отличается от других типов автоматических выключателей. Разъединение контактов вызывает выделение пара, заполняющего контактное пространство. Он состоит из положительных ионов, высвобождаемых из контактного материала. Плотность пара зависит от силы тока в дуге.

При уменьшении тока скорость выделения пара уменьшается, и после тока нуля среда восстанавливает свою диэлектрическую прочность , если плотность пара уменьшается. Когда отключаемый ток в вакууме очень мал, дуга имеет несколько параллельных путей.

Общий ток делится на множество параллельных дуг, которые отталкиваются друг от друга и распространяются по поверхности контакта. Это называется диффузной дугой, которую можно легко прервать.

При высоких значениях тока дуга концентрируется в небольшой области. Это вызывает быстрое испарение контактной поверхности. Прерывание дуги возможно, если дуга остается в рассеянном состоянии. Если ее быстро убрать с контактной поверхности, дуга загорится повторно.

Гашение дуги в вакуумных выключателях во многом зависит от материала и формы контактов, а также от метода учета паров металла. Путь дуги продолжает двигаться, так что температура в любой точке не будет высокой.

После окончательного отключения дуги быстро нарастает диэлектрическая прочность, характерная для вакуумного выключателя. Они подходят для переключения конденсаторов, так как это обеспечивает работу без повторного пробоя.

Малый ток прерывается до нулевого естественного тока, что может вызвать прерывание, уровень которого зависит от материала контакта.

Преимущества VCB:

Вакуум обеспечивает максимальную изоляционную способность. Таким образом, он обладает чрезвычайно высокими свойствами гашения дуги, чем любая другая среда.

  •  Вакуумный автоматический выключатель имеет долгий срок службы.
  • В отличие от масляного выключателя (OCB) или воздушного выключателя (ABCB), взрыв VCB исключен.
    Вакуумный выключатель 10 кв принцип работы: Принцип работы вакуумного выключателя