Полюс для вакуумного выключателя

• 1 История создания
• 2 Принцип действия
• 3 Разновидности вакуумных выключателей
• 4 Достоинства и недостатки
• 5 Ссылки
• 6 Примечания
• 7 См. также

Первые разработки вакуумных выключателей были начаты в 30-е годы XX века, действующие модели могли отключать небольшие токи при напряжениях до 40 кВ. Достаточно мощные вакуумные выключатели в те годы так и не были созданы из-за несовершенства технологии изготовления вакуумной аппаратуры и, прежде всего, из-за возникших в то время технических трудностей по поддержанию глубокого вакуума в герметизированной камере.

Для создания надежно работающих вакуумных дугогасительных камер, способных отключать большие токи при высоком напряжении электрической сети, потребовалось выполнить обширную программу исследовательских работ. В ходе проведения этих работ примерно к 1957 г. были выявлены и научно объяснены основные физические процессы, происходящие при горении дуги в вакууме.

Переход от единичных опытных образцов вакуумных выключателей к их серийному промышленному производству занял ещё два десятилетия, поскольку потребовал проведения дополнительных интенсивных исследований и разработок, направленных, в частности, на отыскание эффективного способа предотвращения опасных коммутационных перенапряжений, возникавших из-за преждевременного обрыва тока до его естественного перехода через нуль, на решение сложных проблем, связанных с распределением напряжения и загрязнением внутренних поверхностей изоляционных деталей осаждавшимися на них парами металла, проблем экранирования и создания новых высоконадежных сильфонов и др.

В настоящее время в мире налажен промышленный выпуск высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях среднего (6, 10, 35 кВ) и высокого напряжения (до 220 кВ включительно).

2. 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. Устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов.

Один из них выполняется подвижным, а второй – стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течение длительного периода времени. Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки.

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.

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

Особенности конструкции

Каждая модификация низковольтного и высоковольтного вакуумного выключателя различается по своей компоновочной схеме. Это связано с работой при разном номинале значения тока и напряжения. Производители тоже не остаются в стороне. Каждый реализует свои инновационные идеи в железе, что сказывается на комплектности аппарата дополнительными элементами и компоновке. Мы же не будем разбираться в фирменных «фишках», а посмотрим на конструкцию аппарата в целом и разберемся, как он устроен и работает.

Выключатель состоит из общего корпуса с приводом коммутации, на котором закреплены 3 полюса силовых цепей. Внутри каждого установлена герметичная вакуумная камера, состоящая из контактной группы и специальных экранов, защищающих внутренние изолирующие поверхности от металлического налета, вследствие эрозии контактов.

Контактная система включает 2 элемента: неподвижный контакт, жестко закрепленный к нижнему фланцу, и подвижный, соединенный с верхним фланцем так, что герметичность вакуумной дугогасительной камеры не нарушается.

Принцип действия выключателя сводится к размыканию подвижных контактов трех полюсов одновременно посредством приводного пружинного механизма вручную или автоматически. Управление происходит по стандартным релейным схемам либо посредством электронных блоков коммутации. Эти элементы могут устанавливаться непосредственно на корпусе выключателя или сделаны в выносном исполнении в виде специальной панели (пульта) или шкафа.

Установка и подключение прибора

Прежде чем начинать устанавливать вакуумный выключатель, необходимо провести осмотр всех внешне доступных элементов, дабы убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем производится чистка изоляционных поверхностей полюсов с помощью сухой безворсовой ветоши.

Не допускается внедрение оборудования в систему, если на изоляционных поверхностях присутствуют сколы, трещины, деформированные участки. Обязательно подлежит проверке схема вторичных цепей, а также подключение корпусной шины.

Перед установкой работоспособность выключателя следует проверить методом ручного включения (вхолостую без питания) и убедиться в правильности положения индикаторов панели управления. Затем нужно проверить наличие крышек полюсов. Если применяется аппаратура под номинал 1600А и выше, крышки защиты перед монтажом требуется снять.

Подключение непосредственно в сеть

Клеммы контактных наконечников проводников силовых кабелей перед присоединением к выводам выключателя необходимо зачистить.

Процедура зачистки отличается в зависимости от применяемого материала клемм:

• Для медных и алюминиевых клемм без дополнительного покрытия зачистка осуществляется наждачной бумагой зернистостью М20 или ниже, с последующим обезжириванием поверхности металла.
• Если клеммы медные или алюминиевые покрыты слоем серебра, их достаточно очистить безворсовой тканью.

Недопустимо применять кабели, серебряное покрытие клемм которых повреждено на площади более 5%. В этом случае повреждённый элемент требуется заменить. Подробнее о клеммах для соединения проводов можно прочесть в этом материале.

Внешние проводники подводятся к выводам вакуумного выключателя с таким расчётом, чтобы не создавались механические усилия на выводы прибора со стороны внешних проводников. Соединения производятся посредством болтовой сцепки с применением плоских упругих металлических шайб.

Как производится заземление?

Приборы стационарного исполнения подключаются к «земляной» площадке посредством болтового соединения (М12) непосредственно в точке, обозначенной маркировкой «Заземление».

Область контактной точки «Заземление» перед соединением требуется обезжирить. Заземляющим проводником следует выбирать шину достаточного сечения (Правила устройства электроустановок), гибкий провод или проводник сплетённый жгутом. До накладки проводника на контактную площадку поверхности контакта смазать специальной смазкой (ЦИАТИМ-203).

Конструкция выкатного типа заземляется при помощи элементов аппаратной тележки. Заземление вакуумного выключателя осуществляется через конструкцию аппаратной тележки, для чего также имеются элементы крепежа.

Ввод устройства в эксплуатацию

Запуск устройства в эксплуатацию производится после дополнительной проверки установленного и подготовленного оборудования. В частности, проверяется надёжность заземления, состояние крепежа сборочных компонентов, доступ охлаждающей среды к потенциально нагревающимся элементам.

Поверхности токоведущих стержней, контактирующих с ламелями розеточных контактных групп, необходимо обработать небольшим объёмом смазки ЦИАТИМ. В целом, необходимо выполнить все процедуры, предусмотренные ПЭУ на случай приёмо-сдаточных испытаний, и убедиться в соответствии величины оперативного напряжения допустимым пределам.

Управлять вакуумным выключателем допускается персонал, имеющий разрешение на обслуживание электроустановок, функционирующих под напряжением выше 1000 вольт. Утверждённая группа допуска для обслуживающих лиц должна быть не ниже третьей. Перед началом работы с оборудованием, персонал проходит техминимум с целью изучения тонкостей конкретной модели оборудования.

Ручное отключение выключателя

Ручное оперативное отключение выключателя осуществляется путем механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая в свою очередь через толкатель, шарнирно связанный с валом 10 выключателя, воздействует через этот вал на якоря 7 электромагнитов привода. При этом разрывается магнитная система привода, ее магнитная энергия уменьшается, после чего механической энергии пружины отключения 8 оказывается достаточно для размыкания контактов 1 и 3 выключателя.

Кнопка ручного отключения одновременно выполняет функцию указателя положения выключателя «ВКЛ — ОТКЛ».

Ручное включение выключателя не предусмотрено. Для первого включения выключателя, когда на подстанции отсутствует питание цепей оперативного тока, разработан способ включения выключателя электрическим путем от автономного источника питания.

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.

Выключатели вакуумные трехполюсные типа ВВТЭ-М-10-20

Общие сведения

Выключатели вакуумные типа ВВТЭ-М-10-20 предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью частотой 50 и 60 Гц с номинальным напряжением до 12 кВ.
Устанавливаются в шкафы комплектных распределительных устройств (КРУ) экскаваторов, а также в другие установки, отвечающие техническим требованиям на выключатели.

Структура условного обозначения

ВВТЭ-М-10-20/Х УХЛ2:
В — выключатель;
В — вакуумный;
Т — трехполюсный;
Э — специального исполнения;
М — модернизированный;
10 — номинальное напряжение выключателя, кВ;
20 — номинальный ток отключения выключателя, кА;
Х — номинальный ток выключателя,А;
УХЛ2 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ
15150-69.

Условия эксплуатации

Высота над уровнем моря не более 2000 м.
Верхнее рабочее значение температуры воздуха, окружающего КРУ с выключателем:
На номинальный ток 630, 1000 А 55°С,
На номинальный ток 1600 А 40°С.
Нижнее рабочее значение температуры при эксплуатации не менее минус 60°С.
Относительная влажность воздуха 80% при температуре 20°С.
Верхнее значение относительной влажности воздуха 100% при температуре 25°С.
Окружающая среда невзрывоопасная, атмосфера типа II (промышленная).
Содержание коррозионно-активных агентов по ГОСТ 15150-69.
Значения механических факторов внешней среды:
Вибрационные нагрузки в диапазоне частот от 1 до 35 Гц с максимальным ускорением до 0,5 g.
Одиночные удары с ускорением до 3 g длительностью от 2 до 20 мс.
Рабочее положение выключателя в пространстве вертикальное.
Выключатель обеспечивает нормальную работу при крене и дифференте до 15°.
Требования техники безопасности по ГОСТ 12.2.007.3-75.
Выключатели соответствуют ТУ 16-91 ИНЛЯ. 674152.007 ТУ. ТУ 16-91 ИНЛЯ.674152.007 ТУ

Технические характеристики

Напряжение, кВ: номинальное — 10 наибольшее рабочее — 12 Номинальный ток, А — 630,1000,1600 Номинальный ток отключения, кА — 20 Содержание апериодической составляющей, %, не более — 50 Ток включения (наибольший пик), кА, не менее — 51 Начальное действующее значение периодической составляющей, кА, не менее — 20 Параметры тока короткого замыкания: наибольший пик(ток электродинамической стойкости), кА — 51 начальное действующее значение периодической составляющей, кА, не менее — 20 среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости), кА — 20 время протекания тока (время короткого замыкания), с — 3 Бестоковая пауза при АПВ, с, не менее — 0,3 Время отключения, с, не более: собственное — 0,02 полное — 0,04 Собственное время включения выключателя, с, не более — 0,1 Номинальное напряжение электромагнитов управления и элементов вспомогательных цепей от сети переменного тока через выпрямительный блок, В — 220 То же постоянного тока, В — 110,220 Рабочее напряжение электромагнитов управления и элементов вспомогательных цепей от сети переменного тока через выпрямительный блок, В — от 187 до 242 Емкость конденсатора для срабатывания отключающего электромагнита, мкФ, не менее — 144 Габаритные размеры выключателя, мм — 370x560x640 Масса выключателя, кг, не более — 78 Показатели надежности: коммутационный ресурс при номинальном токе, циклов В-t п -О (включение-произвольная пауза-отключение) при номинальном токе: 630 А — 50000 1000 А — 40000 1600 А — 30000 коммутационный ресурс, циклов ВО (включение-отключение), при токе короткого замыкания, кА: 10 — 100 20 — 50 механический ресурс, циклов В-tп-О при номинальном токе: 630 А — 50000 1000 А — 40000 1600 А — 30000 установленная безотказная наработка, циклов В-tп-О — 14000 срок службы до среднего (капитального) ремонта, лет, не менее — 10 срок службы, лет, не менее: выключателя до списания, если до этого срока не исчерпаны механический и коммутационный ресурсы выключателя — 25 между средними ремонтами — 5 Ток потребления включающего электромагнита при номинальном напряжении, А, не более: при U = 220 В — 60 при U = 110 В — 100 Технические параметры коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей: номинальное напряжение переменного тока частотой 50 и 60 Гц, В — 24-660 номинальный ток, А, не более — 10 Ход подвижного контакта, мм, не более — 8 + 1 Полный ход изоляционных тяг, мм — 15 — 2 Средняя скорость подвижного контакта, м/с: — при отключении на расстоянии 3/4 хода от замкнутого положения — 1,1-1,6 при включении на расстоянии 2/4 хода до замкнутого положения — 0,5-1,1 Электрическое сопротивление токопровода главной цепи любого полюса выключателя после выполнения 10 циклов В-t п -О, мкОм, не более: для тока 630 А — 60 для тока 1000 А — 50 для тока 1600 А — 40
Гарантийный срок для выключателей, поставляемых для нужд народного хозяйства, — 5 лет со дня ввода в эксплуатацию.

Конструкция и принцип действия

Общий вид выключателя показан на рис. 1. На раме устанавливаются вал выключателя с механизмом свободного расцепления, буфер, встроенный электромагнитный привод, панель с элементами управления, полюсы, лицевая крышка, тяги изоляционные, кнопка ручного аварийного отключения.

Габаритные и присоединительные размеры выключателя
1 — встроенный электромагнитный привод;
2 — буфер;
3 — вал выключателя;
4 — тяги изоляционные;
5 — полюсы;
6 — рама;
7 — лицевая крышка;
8 — панель с элементами управления;
9 — механизм свободного расцепления;
10 — кнопка ручного аварийного отключения
Операция включения выключателя осуществляется за счет тягового усилия включающего электромагнита.
Отключается выключатель за счет энергии, предварительно запасенной отключающей пружиной при включении.
Принцип действия выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей между контактами, в вакууме. Ввиду высокой электрической прочности вакуумного промежтка и отсутствии среды, поддерживающей горение дуги, время горения дуги минимальное. В дугогасильных устройствах (вакуумные дугогасительные камеры — ВДК) расположены подвижный и неподвижный контакты. Их замыкание и размыкание происходят в результате прямоходового движения подвижного контакта. Управление выключателем осуществляется встроенным электромагнитным приводом зависимого (прямого) действия. При подаче команды на включение напряжение подается на зажимы обмотки включающего электромагнита. Движение якоря привода через рычаги механизма свободного расцепления передается валу выключателя, а затем через изоляционные тяги, узлы поджатия — подвижным контактам ВДК. В процессе включения взводится пружина отключения. В конце хода после касаний контактов камер происходит поджатие контактных пружин (провал контактов), которое обеспечивает нормированные параметры и характеристики выключателей. Выключатель удерживается во включенном положении механической защелкой. При подаче команды на отключение напряжение от конденсатора подается на зажимы обмотки отключающего электромагнита. Якорь отключающего электромагнита воздействует на рычаг, который выбивает защелку механизма свободного расцепления, и под действием отключающей пружины выключатель возвращается в отключенное (первоначальное) положение.
Электрическая принципиальная схема приведена на рис. 2.

Электрическая принципиальная схема выключателя
YACI — блок-контакт;
YATI — отключающий электромагнит;
SQ1 — SQ4 — блок-контакт;
VS1, VS2 — включающие тиристоры;
KV1, KV2 — реле включения;
RCI — счетчик;
C1 — C5 — конденсаторы;
R1 — R5 — резисторы;
VD1 — VD10 — диоды
Назначение схемы управления:
оперативное и неоперативное отключение выключателя;
блокирование против повторения операций включения и отключения выключателя, когда команда на включение остается поданной после автоматического отключения;
сигнализация о положении выключателя с помощью коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей, а также для цепей контроля и управления в КРУ.

В комплект поставки входят: выключатель; ЗИП: диод ДЛ-122-32.10 УХЛ2.1, ТУ 16-729.227-79 (2 шт.); блок-контакт БКМ 5БК.559051-04;
рычаг для ручного включения выключателя; пружина (2 шт.);
эксплуатационная документация: паспорт на выключатель, техническое описание и инструкция по эксплуатации. =