Вакуумный выключатель: Вакуумный выключатель внутренней установки VD4 — Выключатели внутренней установки (Выключатели)

Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

1. Главная →
2. Статьи →
3. Масляные и вакуумные выключатели: конструкция, назначение, обозначение

Основная задача высоковольтных выключателей — отключение нагрузки в электрических сетях в рабочих и аварийных режимах. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала в ходе ремонтных и других работ. В этой статье мы поговорим о масляных и вакуумных высоковольтных выключателях, их назначении, а также особенностях их конструкции. Мы также расскажем о преимуществах современных коммутационных аппаратов.

Содержание

1. Назначение вакуумных и масляных выключателей
2. Конструкция масляных выключателей
3. Виды масляных выключателей
4. Эксплуатация масляных выключателей
5. Конструкция вакуумных выключателей
6. Принцип работы вакуумного выключателя
7. Особенности применения вакуумных выключателей
8. Преимущества вакуумных выключателей над масляными

Назначение вакуумных и масляных выключателей

Любой коммутационный аппарат в высоковольтных сетях должен выполнять две основные функции.

Отключение электрических цепей как под нагрузкой, так и без нее.Коммутационный аппарат должен работать как в нормальном, так и в аварийном режиме. Это значит, что он должен не только в течении долгого времени выдерживать номинальные токи, но и быть способным отключить кратковременные токи короткого замыкания, в несколько раз превосходящие по величине рабочие токи. В аварийном режиме выключатель должен автоматически отключить электрическую цепь, чтобы предотвратить повреждение аппаратуры и подключенных приборов.

Важно!

Выключатели классифицируют в зависимости от того, в какой среде происходит гашение дуги.

При выборе коммутационного аппарата также учитывают его свойства, в том числе

• надежность, длительный срок службы, безопасность для подключенного оборудования и окружающих;
• быстродействие — малое время отклика и отключения;
• удобство в обслуживании и управлении. Работу современных аппаратов можно контролировать удаленно;
• простота и скорость монтажа;
• небольшой вес и габариты;
• доступная цена, ремонтопригодность.

Конструкция масляных выключателей

Каждый коммутационный аппарат этого вида включает в себя следующие элементы:

1. Силовая контактная группа. Она состоит из свечи (подвижного элемента) и розетки (стационарного элемента). Между контактами возникает электрическая дуга, которая гасится аппаратом.
2. Изоляторы. Они изолируют токопроводящие части от корпуса и друг от друга.
3. Баки с маслом. В различных моделях их число варьируется от 1 до 3. В масляной среде происходит гашение электрической дуги.
4. Блок-контакты. Они делятся на группы, которые обеспечивают управление аппаратурой и контрольную функцию.
5. Приводы. Они могут быть автоматическими и ручными. В масляных выключателях они собраны на основе крупной включающей катушки соленоида (ее иногда называют просто катушкой включения/отключения). Отключающая катушка выполняет роль ударного механизма, сбивающего с защёлки включенное устройство выключателя.
6. Отключающие пружины. Они необходимы для размыкания силовой части и определяют скорость расхождения контактов.

Виды масляных выключателей

Основных видов конструкции два:

1. Баковые выключатели. Обычно эти устройства рассчитаны на небольшие токи отключения. Масло в них выполняет две функции: гасит дугу и обеспечивает изоляцию токоведущих частей и дугогасительного аппарата.
Конструкции, рассчитанные на напряжение до 20 кВ, снабжаются одним баком для масла. Все три полюса находятся в нем.
Модели, предназначенные для работы с напряжением 35 кВ и выше, оборудованы тремя баками. Соответственно, каждая из фаз расположена отдельно от других. Приводы в таких коммутационных аппаратах могут быть персональными (пофазными) и групповыми, электромагнитными или воздушными. В некоторых моделях также предусмотрена функция автоматического повторного включения (АПВ). Особенностью масляных выключателей на 35 кВ и более является наличие встроенных трансформаторов тока.

2. Маломасляные выключатели.  В отличие от баковых коммутационных аппаратов, масло в них служит исключительно для гашения дуги. Для изолирования токоведущих деталей и дугогасительного аппарата применяются твердые диэлектрики, например, керамика или текстолит, а также эпоксидные смолы. Масляные выключатели с такой конструкцией имеют обозначение ВМП или ВМГ.
Аппараты этого типа отличаются меньшими габаритами и массой. Они также обеспечивают более высокий уровень защиты от пожаров и взрывов. В некоторых моделях маломасляных выключателей присутствуют емкостные трансформаторы напряжения и тока. Такие аппараты отличаются более крупными габаритами и сложной конструкцией.

Масляные выключатели выпускаются в двух исполнениях:

1. Модели, в которых дугогасительная камера расположена снизу. Подвижный контакт в таких аппаратах движется сверху вниз.
2. Модели, в которых дугогасительная камера расположена сверху. В них контакт движется снизу вверх. Модели такого типа на сегодняшний день считаются наиболее технически совершенными среди масляных выключателей.

Конструкция масляных выключателей может предусматривать наличие встроенной системы защиты и управления. Она может включать в себя различные реле:

• выдержки времени;
• максимального тока моментального действия;
• минимального напряжения;
• электромагниты отключения.

Эксплуатация масляных выключателей

Любая коммутационная аппаратура в высоковольтных сетях требует соблюдения ряда правил при монтаже, пуско-наладке и эксплуатации. Перед вводом выключателя в эксплуатацию необходимо провести ряд мероприятий:

1. Провести регулировку силовой контактной группы. Важно убедиться, что подвижный элемент (свеча) входит в розетку на необходимое расстояние. Регулировка проводится после установки аппарата. Сотрудник открепляет свечу контактной группы, а затем фиксирует ее на необходимом уровне.
2. Провести испытания. Они включают в себя различные виды проверок изоляции и других элементов конструкции масляного выключателя. В обязательном порядке проводятся испытания повышенным напряжением промышленной частоты, частым включением/выключением и так далее. После окончания всех проверок составляется протокол, в котором фиксируются полученные результаты. На их основе принимается решение о возможности ввода аппарата в эксплуатацию, необходимости его ремонта.

О том, как они проходят, вы можете прочитать в другой нашей статье.

Перед вводом выключателя в эксплуатацию также необходимо проверить

• наличие масла в баке или в баках, его уровень и качество;
• крепление всех элементов привода;
• состояние изоляторов;
• чистоту блок-контактов.

Все манипуляции должны проводиться квалифицированной бригадой при соблюдении всех требований безопасности.

Конструкция вакуумных выключателей

Конструкция каждой модели вакуумных выключателей имеет свои особенности, обусловленные различными типами привода, номинальными рабочими напряжениями и токами. Вакуумные выключатели различных производителей непохожи друг на друга. Тем не менее, все ключевые элементы остаются неизменными и присутствуют в любом выключателе. К ним относятся:

1. Корпус. Он должен иметь высокий запас прочности, поэтому делается из металла. Внутри корпуса устанавливается привод включения/выключения.
2. Полюса токоведущих частей. Как и в выключателях других типов, их три. Они обеспечивают подключение к сети и отключение от нее.
3. Диэлектрический корпус вакуумной камеры. Он изготавливается методом литья и содержит силиконовые и эпоксидные смолы.
4. Тележка для перемещения в конструкции КРУ. Важно обратить особое внимание на этот элемент, так как у различных производителей он может сильно отличаться.

Стандартно вакуумные выключатели имеют 3 полюса (по числу фаз). В конструкции полюсов выделяют следующие элементы:

1. Верхний токопроводящий вывод.
2. Дугогасительная камера.
3. Диэлектрический корпус.
4. Подвижная часть силовой контактной группы.
5. Нижний отходящий токопроводящий вывод.
6. Гибкий элемент токоведущей шины.
7. Тяга с изолятором.

Отдельного упоминания заслуживает конструкция вакуумной камеры. Этот элемент выключателя является неразборным. Оценить состояние контактной системы и уровня вакуума можно только в процессе испытаний с помощью измерительных приборов. При выходе камеры из строя ее не ремонтируют, а заменяют на новую. Основными элементами ее конструкции являются:

1.  Подвижный и неподвижный силовые контакты. Между ними и образуется электрическая дуга.
2. Экранирующий механизм. Он помогает снизить помехи при коммутации.
3. Изоляционный корпус. Обычно он производится из керамики.
4. Сильфон. Он не допускает разгерметизации вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) при движении контактов.
5. Выводы подвижного и неподвижного контактов.

Современные модели выключателей могут управляться как по месту установки, так и дистанционным способом. Любой коммутационный аппарат также может функционировать в аварийных режимах. В этом случае сигнал на отключение поступает от блока релейной защиты или специальной автоматики. В такой ситуации происходит подача питания на электромагнит отключения, после чего токопроводящие силовые контакты размыкаются.

Важно!

Некоторые производители выпускают модели коммутационных устройств, в составе которых присутствует и релейная защита, и противоаварийная автоматика. Такие устройства называются реклоузерами.

Принцип работы вакуумного выключателя

В первую очередь нас интересует процесс гашения дуги. Он основан на свойствах вакуума, в частности — на высокой электрической прочности и диэлектрических характеристиках. Дуга возникает при разрывании контактов и поддерживается за счет испаряющегося с их поверхности металла. Ее гашение происходит при переходе тока через ноль. За счет диэлектрических свойств вакуума и быстрого процесса деионизации повторно дуга не возникает.

Важно!

У данного вида коммутационных аппаратов есть серьезный недостаток, который заключается в возможности появления среза тока. Это явление происходит в случаях, когда гашение дуги происходит до перехода тока через ноль. Срез тока вызывает коммутационные перенапряжения, которые негативно влияют на всю технику, подключенную к сети. Для того, чтобы избежать повреждений, используются ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН).

Особенности применения вакуумных выключателей

Современные коммутационные аппараты этого типа могут устанавливаться как в комплектных, так и в открытых распределительных устройствах. Вакуумные выключатели отличаются высокой скоростью работы и длительным сроком службы. Многие модели, выпускаемые сегодня, могут работать минимум 30 лет при условии регулярного обслуживания и правильной эксплуатации. Сегодня вакуумные выключатели все чаще используются в электроустановках классов напряжения 1000 В и более.

Важно!

Все выключатели, вне зависимости от типа, должны оснащаться механизмом ручного отключения, позволяющим произвести отключение выключателя даже в случае выхода из строя его привода либо цепей управления.

Преимущества вакуумных выключателей над масляными

Сегодня в промышленности применяются оба этих вида коммутационных устройств, но последние быстро сдают свои позиции. В Китае, например, от масляных выключателей отказались полностью. Их заменили более совершенными аппаратами.

Ученые на практике доказали, что гашение дуги в вакууме значительно более эффективно, чем в масляной среде. Само электрооборудование можно считать более практичным за счет меньших габаритов. К другим преимуществам вакуумных выключателей относятся:

1. Простота в обслуживании. Конструкция масляных выключателей требует постоянного поддержания уровня наполнения бака либо дугогасительной камеры маслом.
2. Долговечность. Срок службы вакуумных коммутационных аппаратов в 1,5-2 раза превышает показатели масляных выключателей.
3. Минимум шума и отходов, требующих специальной утилизации. При отключении токов КЗ не происходит выброса газов и масла из вакуумного выключателя.
4. Простой ремонт. Вакуумную камеру легко заменить в случае ее выхода из строя.
5. Небольшие габариты, простота монтажа и регулировки.

Форма обратной связи

Вакуумный выключатель ВВ-ENRG-10 — АО «Энергомера»

Нормативно-правовое обеспечение

• ГОСТ Р 52565-2006 «Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ».

Область применения

Эксплуатация в сетях трехфазного переменного тока с номинальным напряжением 10 кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью.

Конструктивные особенности

• Специальное конструктивное решение позволяет устанавливать ВВ-ENRG-10 в любом пространственном положении, что дает широкие возможности для применения выключателей при реализации программ ретрофита.
• Благодаря компактным габаритным размерам и малому весу, установка выключателей серии ВВ-ENRG-10 возможна во все типы камер сборных одностороннего обслуживания.
• (КСО) и комплектных распределительных устройств (КРУ).

Условия эксплуатации

Работа при следующих условиях окружающей среды:

• высота установки над уровнем моря – не более 1 000 м
• рабочий диапазон температур окружающего воздуха от –55 до +44 °С
• относительная влажность воздуха – 100% при температуре +25 °С

Гарантии

• Срок гарантии – 7 лет со дня ввода в эксплуатацию, но не более 8 лет со дня отгрузки предприятием-изготовителем.
• Срок службы — не менее 30 лет.

Преимущества

• Соответствуют требованиям ГОСТ Р 52565-2006.
• Минимальные массогабаритные показатели в своем классе: вес коммутационного модуля 28-32 кг.
• Надежная работа в условиях повышенной вибрации. Стойкость к механическим воздействиям и вибрациям по группе М6.
• Широкий диапазон рабочих температур.
• Длительная и надежная работа оборудования: коммутационный ресурс – 50 000 циклов.
• Быстрый и простой монтаж за счет сниженного веса коммутационного модуля.
• Малогабаритный блок управления с возможностью питания от токовых цепей.
• Сохранение работоспособности и способности выполнения операций отключения – 120 секунд и операции включения в течение 1 минуты после потери оперативного питания.
• Не требует установки радиаторов в месте присоединения выводов к токоведущим шинам при токе 1 000 А.
• Быстродействие: время отключения – 25 мс, время включения 35 мс.
• Межполюсное расстояние: 150, 200, 210, 250 мм.

Вакуумный выключатель

Что такое вакуумный выключатель? Конструкция, работа, преимущества, преимущества и применение вакуумного выключателя

Выключатель, в котором для гашения дуги используется вакуум, называется вакуумным выключателем. В этом выключателе неподвижный и подвижный контакты заключены в постоянно герметичный вакуумный прерыватель. Дуга гаснет, так как контакты разъединяются в высоком вакууме. Он в основном используется для среднего напряжения в диапазоне от 11 кВ до 33 кВ.

Вакуумный автоматический выключатель имеет высокую изоляционную среду для гашения дуги по сравнению с другим автоматическим выключателем. Давление внутри вакуумного прерывателя составляет примерно 10 ^-4 торрент, и при этом давлении в прерывателе находится очень мало молекул. Вакуумный выключатель обладает главным образом двумя феноменальными свойствами.

1. Высокая изоляционная прочность: по сравнению с различными другими изоляционными средами, используемыми в автоматических выключателях, вакуум является превосходной диэлектрической средой. Лучше всех других сред кроме воздуха и SF ₆ , которые используются при высоком давлении.
2. При размыкании дуги путем разведения контактов в вакууме происходит прерывание при первом нулевом токе. При обрыве дуги их диэлектрическая прочность увеличивается в тысячи раз по сравнению с другими выключателями.

Два вышеуказанных свойства делают гидромолоты более эффективными, менее громоздкими и дешевыми. Их срок службы также намного больше, чем у любого другого автоматического выключателя, и почти не требует обслуживания.

Конструкция вакуумного выключателя

Конструкция очень проста по сравнению с любым другим выключателем. Их конструкция в основном разделена на три части: неподвижные контакты, подвижный контакт и дугогасительный экран, расположенный внутри дугогасительной камеры.

Внешняя оболочка вакуумного выключателя изготовлена ​​из стекла, так как стеклянная оболочка облегчает осмотр выключателя снаружи после его эксплуатации. Если стекло становится молочным из-за его первоначальной отделки серебристым зеркалом, это указывает на то, что прерыватель теряет вакуум.

Неподвижные и подвижные контакты выключателя размещены внутри дугогасительного щитка. Давление в вакуумном прерывателе во время отпаивания поддерживается на уровне около 10 ^-6 торр. Подвижные контакты автоматического выключателя перемещаются на расстояние от 5 до 10 мм в зависимости от рабочего напряжения.

Металлический сильфон из нержавеющей стали используется для перемещения подвижных контактов. Конструкция металлического сильфона очень важна, поскольку срок службы вакуумного выключателя зависит от способности компонента удовлетворительно выполнять повторяющиеся операции.

Рабочий вакуумный выключатель

Когда в системе возникает неисправность, контакты выключателя раздвигаются, и между ними возникает дуга. При раздвигании токоведущих контактов температура их соединительных частей очень высока, из-за чего происходит ионизация. За счет ионизации контактное пространство заполняется парами положительных ионов, которые выводятся из контактного материала.

Плотность пара зависит от тока дуги. Из-за убывающей моды волны тока их скорость выделения паров падает, и после обнуления тока среда восстанавливает свою диэлектрическую прочность при условии снижения плотности паров вокруг контактов. Таким образом, повторного возгорания дуги не происходит, так как пары металла быстро удаляются из зоны контакта.

Отключение тока в вакуумном выключателе

Отключение тока в вакуумном выключателе зависит от давления паров и свойств электронной эмиссии материала контакта. На уровень измельчения также влияет теплопроводность – чем ниже теплопроводность, тем ниже уровень измельчения.

Можно уменьшить уровень тока, при котором происходит прерывание, путем выбора контактного материала, который выделяет достаточно паров металла, чтобы позволить току достичь очень низкого значения или нулевого значения, но это делается редко, так как это влияет на диэлектрические свойства силы отрицательно.

Вакуумное дуговое восстановление вакуумного выключателя

Высокий вакуум обладает чрезвычайно высокой диэлектрической прочностью. При нулевом токе дуга гасится очень быстро, и диэлектрическая прочность устанавливается очень быстро. Это восстановление диэлектрической прочности связано с тем, что испаренный металл, локализованный между контактами, быстро диффундирует из-за отсутствия молекул газа. После отключения дуги сила восстановления в течение первых нескольких микросекунд составляет 1 кВ/мкс в секунду при токе дуги 100 А.

Благодаря вышеупомянутому свойству вакуумного выключателя он способен без труда справляться с тяжелыми переходными процессами восстановления, связанными с короткими замыканиями на линии.

Свойства материала контактов

Материал контактов вакуумного выключателя должен обладать следующими свойствами.

• Материал должен иметь высокую электропроводность, чтобы пропускать обычные токи нагрузки без перегрева.
• Материал контактов должен иметь низкое сопротивление и высокую плотность.
• Материал должен обладать высокой теплопроводностью, чтобы быстро рассеивать большое количество тепла, выделяемого при дуговом разряде.
• Материал должен обладать высокой устойчивостью к дуге и низким уровнем прерывания тока.

Преимущества вакуумного выключателя

• Вакуумный выключатель не требует дополнительной заливки масла или газа. Они не нуждаются в периодической дозаправке.
• Быстрое восстановление высокой диэлектрической прочности при прерываниях тока, при которых возникает только полпериода или меньше дугового разряда после надлежащего размыкания контактов.

Блок выключателя

• компактен и автономен. Он может быть установлен в любой необходимой ориентации.
• Из-за вышеуказанных причин, а также экономических преимуществ, вакуумный выключатель получил широкое признание.

Недостатки вакуумного выключателя

• Требования высоких технологий производства вакуумных выключателей.
• Требуются дополнительные ограничители перенапряжений для прерывания малых токов намагничивания в определенном диапазоне.
• Потеря вакуума из-за повреждения или отказа при транспортировке делает весь прерыватель бесполезным, и его нельзя отремонтировать на месте.

Применение вакуумного выключателя

• Из-за короткого зазора и отличного восстановления вакуумного выключателя они очень полезны в качестве высокоскоростных переключателей во многих промышленных приложениях.
• Когда напряжение высокое, а отключаемый ток низкий, эти выключатели имеют определенное преимущество перед другими выключателями.
• Для устройств с низкой отключающей способностью стоимость ниже по сравнению с другими отключающими устройствами.
• Из-за минимальных требований к техническому обслуживанию эти выключатели очень подходят для систем, требующих напряжения от 11 до 33 кВ

Как работают вакуумные выключатели? – Автоматический выключатель оптом

Вакуумные автоматические выключатели часто используются в электрических системах высокого напряжения для выполнения той же функции, что и выключатели в домашнем электрическом щите. Основной функцией вакуумного выключателя является отключение питания от электрических розеток в случае короткого замыкания или электрической неисправности, чтобы обеспечить ручное отключение цепей для их ремонта. Примечательной особенностью вакуумных выключателей является то, что они содержат вакуумированные пространства.

Основы выключателей

Чтобы понять, как работают вакуумные автоматические выключатели, важно сначала понять, как работают обычные автоматические выключатели. Основные автоматические выключатели состоят из двух металлических контактов, соединенных между собой подпружиненным механизмом, который действует как расцепитель.

Подпружиненный механизм отключения содержит механический датчик температуры, который контролирует уровень электричества, проходящего через электрические розетки. Механический датчик температуры отключает автоматический выключатель при повышении уровня температуры из-за перегрузки электрических проводников.

Магнитный датчик на подпружиненном расцепителе отключает выключатель в случае короткого замыкания. Механизм отключения помогает контролировать перегрузку и короткое замыкание, раздвигая контакты, чтобы остановить поток электричества в цепи.

Проблема с дуговым разрядом

Автоматические выключатели часто вызывают дуговой разряд между контактами в течение нескольких микросекунд, когда они срабатывают, разъединяя электрические контакты. Дугообразование автоматического выключателя может ионизировать воздух и заставить его проводить электричество или обеспечить путь для прохождения электричества мимо выключателя. Это одна из основных причин, по которой в высоковольтных системах используются вакуумные выключатели, потому что они не могут быть ионизированы, обеспечивая путь для прохождения электричества мимо выключателя. Хотя вакуумные выключатели также подвержены дуговому разряду, электричество не может пройти через выключатель до того, как контакты оторвутся друг от друга.

Сила вакуума

Как следует из названия, вакуумные выключатели содержат вакуум между контактами. Вакуум — это просто пустое пространство, в котором нет ни твердого тела, ни жидкости, ни газа. Вакуум является одним из лучших доступных изоляторов. В нем нет места для дугового разряда, а электричество не может проходить через вакуум. Следовательно, вакуум является подходящей средой для гашения дуги. В некоторых высоковольтных выключателях для разрыва дуги используется струя воздуха под высоким давлением.