Устройство и принцип действия
Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки.
Общий вид вакуумного автоматического выключателя
Устройство вакуумного выключателя.
Из картинки ниже видно, что внутри устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов. Один из них выполняется подвижным, второй стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течении длительного периода времени (несколько десятков лет). Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки. Именно этот элемент стал камнем преткновения для реализации такого выключателя в 30-е годы прошлого века.
Современные технологии предоставляют возможность сохранения вакуума внутри емкости, в том числе, с учетом динамических нагрузок, которые ей приходится претерпевать во время коммутаций. Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры при перемещении подвижного контакта.
Конструкция вакуумного выключателя
Принцип гашения электрической дуги.
При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. Если в воздушных выключателях с методом электромагнитного дутья эту ионизацию искусственно растягивают на несколько метров, а в элегазовых и масляных выключателях стараются погасить диэлектрическим материалом, то в вакуумных применяется другая технология. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное к выделению заряженных частиц. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла.
Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения, их место быстро занимает пустое пространство с высокой электрической прочностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Но чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.
Вакуумные выключатели ВВР-10 (20кА)
Вакуумные выключатели серии ВВР-10 о встроенным пружинно-моторным приводом предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью частоты 50Гц с номинальным напряжением 10кВ. Выключатели серии ВВР-10 устанавливается в шкафах КРУ (комплектных распределительных устройств), а также используется для замены маломасляных и электромагнитных выключателей. Принцип работы выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей между контактами в вакууме, обладающей высокой электрической прочностью. Операция включения осуществляется за счет энергии пружин включения, а отключение за счет отключающих пружин и пружин поджатия контактов, которые срабатывают при воздействии одного из электромагнитов отключения или кнопки отключения на защелку привода, удерживающую выключатель во включенном положении.
| Исполнения вакуумных выключателей серии ВВР-10 |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630А УХЛ2, 100В, 50Гц (015-08) |
| Примечание: межфазное расстояние 150мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630А УХЛ2, 220В, 50Гц (015-08) |
| Примечание: межфазное расстояние 150мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630А УХЛ2, 100В, 50Гц (017-08) |
| Примечание: межфазное расстояние 180мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630А УХЛ2, 220В, 50Гц (017-08) |
| Примечание: межфазное расстояние 180мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630А УХЛ2, 100В, 50Гц (028-09) |
| Примечание: межфазное расстояние 200мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630А УХЛ2, 220В, 50Гц (028-09) |
| Примечание: межфазное расстояние 200мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1000А УХЛ2, 100В, 50Гц (015-09) |
| Примечание: межфазное расстояние 150мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1000А УХЛ2, 220В, 50Гц (015-09) |
| Примечание: межфазное расстояние 150мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1000А УХЛ2, 100В, 50Гц (017-09) |
| Примечание: межфазное расстояние 180мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1000А УХЛ2, 220В, 50Гц (017-09) |
| Примечание: межфазное расстояние 180мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1000А УХЛ2, 100В, 50Гц (028-10) |
| Примечание: межфазное расстояние 200мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1000А УХЛ2, 220В, 50Гц (028-10) |
| Примечание: межфазное расстояние 200мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1600А УХЛ2, 100В, 50Гц (028-11) |
| Примечание: межфазное расстояние 200мм |
| Вакуумный выключатель ВВР-10-20/1600А УХЛ2, 220В, 50Гц (028-11) |
| Примечание: межфазное расстояние 200мм |
Вакуумные выключатели серии ВВР-10, прошедшие процедуру обязательного декларирования, обладают знаками соответствия стандартам качества. Применение вакуумных выключателей серии ВВР-10 позволяет полностью отказаться от затрат на обслуживание выключателя, так как на протяжении всего срока службы, выключатели серии ВВР-10 не требуют проведения средних и капитальных ремонтов. Весь ассортимент продукции производимый нашей компанией прошел процедуры сертификации стандартам качества.
Руководство по эксплуатации на вакуумные выключатели серии ВВР-10 —
Принцип работы трехбакового выключателя
Трехбаковый выключатель имеет несколько иной принцип работы, что связано с его использованием в сети с высоким напряжением. Масляный выключатель, который используется в сети с напряжением выше 35 кВ, в камере гашения дуги имеет специальный механизм, создающий дутье. Используемая дугогасительная система может состоять из нескольких режимов работы. Они позволяют увеличить скорость гашения дуги во время разведения контакта.
Для того чтобы обезопасить этот процесс, передающие электричество элементы помещают в специальный резервуар с маслом, при этом для каждой фазы используется отдельный бак. Также используются различные приводы масляных выключателей, позволяющие подавать рабочую жидкость в выбранном направлении. В системе имеется специальный элемент для контроля размера дуги, который представлен шунтом. После пропадания образованной дуги подача тока прекращается окончательно.
Особенности установки выключателя
Установка вакуумного выключателя выполняется в уже имеющиеся ячейки, шкафы КРУ, остающиеся из-под масляных или воздушных выключателей, или монтируются в новую ячейку на этапе строительства распредустройства, подстанции или электроустановки. Болтовые крепления к металлическим конструкциям должны плотно затягиваться, обеспечивая и неподвижность коммутационного аппарата при интенсивных динамических колебаниях.
Весь процесс должен осуществляться в строгом соответствии с требованиями, как указаний завода изготовителя, так и нормативных документов, регламентирующих работу устройств в соответствующей отрасли. Обязательными для применения в любых цепях являются нормативные величины, устанавливаемые ПУЭ. Где указаны расстояния от токоведущих частей до заземленных конструкций, электрические параметры и прочие требования к установке вакуумных выключателей.
После завершения установки и подключения управленческих цепей к блоку контроля выключателем или приводу, необходимо осуществить ряд манипуляций и проверок:
- Очистить поверхность наружных изоляторов от всевозможных засорителей для исключения возможности протекания токов утечки;
- Проверка работоспособности привода, ручное отключение и соответствие обозначения флажка на нем действительному положению –вкл/выкл;
- Испытание изоляционных свойств смонтированного устройства посредством подачи напряжения промышленной частоты;
- Измерение величины переходного сопротивления между контактами;
В случае хранения вакуумного устройства на складе более двух лет, перед подключением к коммутационным цепям необходимо производить комплекс испытаний, чтобы убедиться в прочности промежутка на случай отключения токов кз.
Эксплуатация и техническое обслуживание
Неприхотливые в обслуживании вакуумные выключатели рекомендуется проверять не реже 1 раза в 4 года. Но периодичность может быть иная. Все зависит от конструктивного исполнения коммутационного аппарата и регламентируется в технической документации.
Обслуживание вакуумных выключателей подразумевает проверку изоляторов на наличие трещин, сколов, загрязнения и следов разрядов.
Камера полюса герметичная, вакуум сохраняется весь срок службы устройства. Поэтому полюса не ремонтируют, а заменяют целиком.
Вдобавок проводятся различные электротехнические испытания:
• Измерение сопротивления изоляции.
• Испытание повышенным напряжением.
• Проверка механических частей.
• Замер времени срабатывания.
• Осмотр состояния контактов (метод основан на измерении сопротивления постоянному току).
После всех проведенных испытаний составляется нормативный документ, свидетельствующий о работоспособности аппарата или его непригодности к дальнейшей эксплуатации.
Энергия дуги
Горение дуги в элегазе при отключении основано на генерации дугой высокотемпературной проводящей плазмы. Для гашения дуги необходимо иметь дугогасящую камеру, обеспечивающую одновременно охлаждение и выдувание плазмы элегазом под высоким давлением. В связи с этим, современные элегазовые дугогасящие камеры представляют собой сложную конструкцию, состоящую более чем из 20 подвижных механических частей.
Рис. 15 Энергия дуги Горение дуги в вакуумной камере при отключении токов основано на проводящей среде паров металла контактов, которая еще до полного расхождения контактов конденсируется в течение нескольких микросекунд и диэлектрическая прочность вакуума восстанавливается полностью . Это явление в значительной мере обеспечивается тем, что энергия горения дуги паров металла из специально подобранных сплавов контактных материалов, в вакууме гораздо меньше, чем энергия горения дуги в плазме элегаза в дугогасительной камере элегазового выключателя (рис. 15). При этом вакуумная дугогасительная камера имеет только две подвижные части (рис. 12.).
Воздушные выключатели
В воздушных выключателях гашение дуги происходит сжатым воздухом при давлении 2-4 МПа, а изоляция токоведущих частей и дугогасительного устройства осуществляется фарфором или другими твердыми изолирующими материалами. Конструктивные схемы воз-душных выключателей различны и зависят от их номинального напряжения, способа создания изоляционного промежутка между контактами в отключенном положении, способа подачи сжатого воздуха в дугогасительное устройство.
В выключателях на большие номинальные токи имеется главный и дугогасительный контур подобно маломасляным выключателям МГ и МГГ. Основная часть тока во включенном положении выключателя проходит по главным контактам 4, расположенным открыто. При отключении выключателя главные контакты размыкаются первыми, после чего весь ток проходит по дугогасительным контактам, заключенным в камере 2. К моменту размыкания этих контактов в камеру подается сжатый воздух из резервуара 1, создается мощное дутье, гасящее дугу. Дутье может быть продольным или поперечным.
Необходимый изоляционный промежуток между контактами в отключенном положении создается в дугогасительной камере путем разведения контактов на достаточное расстояние. Выключатели, выполненные по конструктивной схеме с открытым отделителем, изготовляются для внутренней установки на напряжение 15 и 20 кВ и ток до 20000 А (серия ВВГ). В данном типе выключателей после отключения отделителя 5 прекращается подача сжатого воздуха в камеры и дугогасительные контакты замыкаются.
Конструктивные схемы воздушных выключателей 1 – резервуар со сжатым воздухом; 2 – дугогасительная камера; 3 – шунтирующий резистор; 4 – главные контакты; 5 – отделитель; 6 – емкостный делитель напряжения на 110 кВ – два разрыва на фазу (г)
В воздушных выключателях для открытой установки на напряжение 35 кВ (ВВ-35) достаточно иметь один разрыв на фазу.
В выключателях напряжением 110 кВ и выше после гашения дуги размыкаются контакты отделителя 5 и камера отделителя остается заполненной сжатым воздухом на все время отключенного положения. При этом в дугогасительную камеру сжатый воздух не подается и контакты в ней замыкаются.
По данной конструктивной схеме созданы выключатели серии ВВ на напряжение до 500 кВ. Чем выше номинальное напряжение и чем больше отключаемая мощность, тем больше должно быть разрывов в дугогасительной камере и в отделителе.
По конструктивной схеме рис, г выполняются воздухонаполненные выключатели серии ВВБ. Напряжение модуля ВВБ 110 кВ при давлении сжатого воздуха в гасительной камере 2 МПа. Номинальное напряжение модуля выключателя серии ВВБК (крупномодульного) составляет 220 кВ, а давление воздуха в гасительной камере 4 МПа. Аналогичную конструктивную схему имеют выключатели серии ВНВ: модуль напряжением 220 кВ при давлении 4 МПа.
Для выключателей серии ВВБ количество дугогасительных камер (модулей) зависит от напряжения (110 кВ – одна; 220 кВ – две; 330 кВ – четыре; 500 кВ – шесть; 750 кВ – восемь), а для крупномодульных выключателей (ВВБК, ВНВ) количество модулей соответст-венно в два раза меньше.
Вакуумный выключатель: полюса и камеры, привод
В вакуумных выключателях внутренней установки используются литые из эпоксидного компаунда полюса. В выключателях наружной установки – цельнолитые полюса в кремнийорганической изоляции. Полюса комплектуются самыми современными вакуумными камерами, которые специально разработаны и оптимальным образом подходят для использования в литых полюсах.
Контакты вакуумных камер выполнены из специальных легированных сплавов. Горение дуги, которая возникает при разведении контактов при отключении нагрузки, поддерживается металлическими парами за счет испарения электродного материала. Электрическая дуга мягко гасится при естественном переходе тока через ноль, поэтому исключается возможность возникновения перенапряжений при коммутации большинства видов нагрузок.
В вакуумных выключателях применяется универсальный электромагнитный привод. Для удержания выключателя во включенном или отключенном положениях используется энергия мощных постоянных магнитов. Фиксация происходит за счет использования принципа «магнитной защелки», а именно, замыкания магнитной цепи включения или отключения якорем, который механически связан с подвижными контактами вакуумных камер.
Для управления приводом используется электронный блок управления, которым оснащен вакуумный высоковольтный выключатель. Блок управления может быть встроен в корпус выключателя или изготовлен в выносном исполнении. Отключение происходит за счет энергии предварительно заряженных конденсаторов.
В выключателях также применяются пружинные приводы, которые помимо нормированного включения/отключения выключателя обеспечивают возможность ручного включения и отключения.
| Номинальное напряжение, кВ | 10 | 27,5 | 35 | 110 |
| Наибольшее рабочее напряжение, кВ | 12 | 30,5 | 40,5 | 126 |
| Номинальный ток, А | 630–3 150 | 1 600; 2 000 | 1 600 | 2 500; 3 150 |
| Номинальный ток отключения, кА | 20–40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
| Ток термической стойкости , кА (3 с) | 20–40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
| Ток электродинамической стойкости, кА | 52–102 | 64 | 64 | 81; 102 |
| Полное время отключения, мс, не более | 57–70 | 70 | 80 | 47 |
| Собственное время включения, мс, не более | 90–120 | 100 | 80 | 80 |
| Собственное время отключения, мс, не более | 35–55 | 30–55 | 60 | 32 |
| Механический ресурс, циклов ВО | 30 000–100 000 | 30 000 | 25 000 | 10 000 |
| Коммутационный ресурс при номинальных токах, циклов ВО | 30 000–50 000 | 30 000 | 20 000 | 10 000 |
| Коммутационный ресурс при номинальных токах отключения, циклов ВО | 40–100 | 30 | 30 | 25 |
| Масса, кг | 65–285 | 270 | 640 | 1 645 |
У нас вы можете посмотреть полный каталог вакуумных выключателей, а также выбрать продукты, оптимальным образом отвечающие вашим текущим потребностям.
Также рекомендуем ознакомиться с нашими статьями про вакуумную коммутационную аппаратуру и вакуумный выключатель BB.
Чтобы узнать какова цена на вакуумные выключатели в Екатеринбурге, Москве, Новосибирске или других городах Вы можете
Отправить заявку
Принцип действия
Работа вакуумных выключателей, независимо от номинала напряжения (6, 10, 35 кВ), подчиняется определенным принципам. Вся теория их использования строится вокруг явления возникновения дуги между размыкаемыми/замыкаемыми контактами. Причиной ее возникновения является ток коммутации, вызывающий процесс ионизации, испарения металла на контактных поверхностях. Пар закономерно образует плазму, являющуюся токопроводящим элементом. За счет зоны вакуума, куда происходит испарение, в момент, когда значение тока достигает о, дуга угасает, пар мгновенно конденсируется. Одновременно происходит восстановление напряжения на контактах.
Историческая справка
Внешний вид вакуумного выключателя
Впервые вакуумные выключатели упоминаются в начале 30-х годов XX века, когда устройства использовались для отключения относительно слаботочных цепей, работающих под напряжением до 40 кВ. Чтобы получить надежные вакуумные гасители, способные отключать значительные по величине токи в цепях при высоком потенциале, потребовалась целая серия исследований. При их проведении ориентировочно к 1957 году были полностью изучены и систематизированы процессы, наблюдающиеся при высоковольтном горении дуги. Для перехода от опытных образцов, выпускаемых в единичных экземплярах, к серийному производству современных устройств потребовалось еще два долгих десятилетия.
Принцип работы
Вакуумный выключатель (10 кВ, 6 кВ, 35 кВ – не имеет значения) 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.
Вакуумный выключатель, цена на который зависит от фирмы-производителя, благодаря своим эксплуатационных свойствам, может сэкономить значительное количество ресурсов. В зависимости от напряжения, изготовителя, изоляции цены могут колебатся от 1500 у.е. до 10000 у.е.
Масляные выключатели
Различают масляные выключатели двух видов – баковые и маломасляные. Методы деионизации дугового промежутка в этих выключателях одинаковы. Различие заключается лишь в изоляции контактной системы от заземленного основания и в количестве масла.
До недавнего времени в эксплуатации находились баковые выключатели следующих типов: ВМ-35, С-35, а также выключатели серии У напряжением от 35 до 220 кВ. Баковые выключатели предназначены для наружной установки, в настоящее время не производятся.
Основные недостатки баковых выключателей: взрыво- и пожароопасность; необходимость периодического контроля за состоянием и уровнем масла в баке и вводах; большой объем, масла, что обусловливает большую затрату времени на его замену, необходимость больших запасов масла; непригодность для установки внутри помещений.
Схемы электрические принципиальные работы выключателей
Назначение схемы управления:
- оперативное включение и отключение выключателя;
- блокирование против повторения операций включения и отключения выключателя, когда команда на включение остается поданной после автоматического отключения;
- сигнализация положения выключателя с помощью коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей и для цепей контроля.
Описание работы схемы
Подготовка схемы к включению
Для подготовки схемы к включению подается переменное оперативное напряжение или постоянное (выпрямленное) на клеммы ХТ:26 и ХТ:27 (цепи мотор-редуктора заводки пружины включения). Мотор-редуктор взводит пружину включения. После завершения взвода срабатывают блок-контакты положения привода SQM1,2, размыкая цепь питания мотор-редуктора.
Также при этом срабатывает реле повторения сигнала положения привода KV1 по цепи: клемма ХТ:26, блок-контакт положения привода SQM1-2, диодный мост VD4, обмотка реле блокировки KBS, блок-контакт положения привода SQM2-2, клемма ХТ:27. Реле своими контактами KV1-3 подготавливает цепь включения, контактами KV1-2 подготавливает внешние цепи контроля (РКВ), контактами KV1-1 разрывает цепи блокировки от повторного включения.
Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630 Нажмите на картинку для увеличения
Включение выключателя
Для включения, переменное оперативное напряжение или постоянное (выпрямленное) подается на контакты ХТ:23 и ХТ:25, при этом напряжение питания через выпрямитель на диодном мосте VD1 подается на катушку электромагнита включения YAC по цепи: ХТ:23, н.з. контакты реле блокировки KBS, н.о. контакты реле повторения сигнала положения привода KV1.3, н.з. контакты положения выключателя Q6.1, диодный мост VD1, самовосстанавливающийся предохранитель FU1, контакт ХТ:25.
Советуем изучить Экспертный обзор всех существующих вариантов соединения проводов
Электромагнит включения YAC срабатывает, выключатель включается. При включении срабатывают и блок-контакты выключателя Q1…Q10. Блок-контакты Q7.1, Q8.1 подготавливают команду отключения.
Отключение выключателя
Для отключения, переменное оперативное напряжение или постоянное (выпрямленное) подается на контакты ХТ:28 и ХТ:29, при этом напряжение питания через выпрямитель на диодном мосте VD5 подается на катушку электромагнита включения YAТ по цепи: ХТ:28, н.з. контакты положения выключателя Q8.2, диодный мост VD5, самовосстанавливающийся предохранитель FU3, контакт ХТ:29.
Электромагнит отключения YAТ срабатывает и выключатель отключается.
Отключение выключателя также может производиться от токовых электромагнитов YAA1 и YAA2 для схем с дешунтированием или электромагнитом отключения YAV независимого источника питания.
Для отключения выключателя может использоваться конденсатор С3, установленный в схеме выключателя. Конденсатор С3 заряжается после подачи напряжения на контакты 26,27 блока зажимов выключателя. Для отключения выключателя необходимо внешними цепями управления соединить контакт ХТ:32 с контактом ХТ:28 блока зажимов(при этом контакты ХТ:26 И ХТ:29 должны быть объединены в общую цепь). Отключение выключателя произойдет по цепи (+) С3, самовостанавливающийся предохранитель FU2, ХТ:32, ХТ:29, Q7.1, Q8.1, VD5, YAT, ХТ:27(ХТ:29). Для отключения от конденсатора можно использовать и другие электромагниты, установленные в схеме выключателя (кроме токовых).
