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 3 AF 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.
Преимущества использования вакуумного выключателя
- Высокая эффективность: Вакуумные выключатели обеспечивают высокую степень надежности и эффективности в отключении и управлении электрическими цепями. Они способны обеспечивать надежную защиту от перегрузки и короткого замыкания.
- Длительный срок службы: Вакуумные выключатели характеризуются длительным сроком службы благодаря использованию вакуумных прерывателей, которые не требуют поддержания или замены. Они обладают высокой стабильностью работы в течение длительного времени.
- Высокая степень безопасности: Вакуумные выключатели обеспечивают высокую степень безопасности при работе с электроэнергией. Они имеют низкую степень возгораемости, отсутствие выбросов газов и существенно снижают риск возникновения пожара.
- Малые габариты и вес: Вакуумные выключатели имеют компактные размеры и небольшой вес, что делает их удобными в установке и эксплуатации. Они занимают меньшее пространство по сравнению с другими типами выключателей.
- Минимальное обслуживание: Вакуумные выключатели не требуют постоянного обслуживания и контроля, что снижает затраты на их эксплуатацию. Они обладают высокой автономностью и надежностью работы.
Вакуумные выключатели широко используются в электрических системах различных отраслей промышленности, включая энергетику, нефтегазовую и химическую промышленности. Вакуумный выключатель является надежным и эффективным решением для обеспечения безопасности и контроля электрических цепей.
Что это такое и для чего нужно
Назначение этих коммутационных аппаратов заклю чается в следующем :
- О беспечении надежной коммутации электрической цепи в рабочем и аварийном режиме за минимально возможное время.
- Л иквидации 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 работа ть в трехфазных сетях переменного тока. Диапазон напряжений, при котором используются такие выключатели, охватывает электроустановки как до 1000 В, так и до 220 к В.
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
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 в ыключателя три полюса, которые разделены между собой.
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.
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.
Принцип гашения электрической дуги
При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. В вакуумных выключателях применяется технология, отличная от воздушных и масляных. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное выделять заряженные частицы. 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 и их место занимает пустое пространство с высокой электрической плотностью 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. Однако чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.
Сферы применения вакуумных выключателей
- В распределительных электроустановках электрических станций и подстанций.
- В металлургии для питания печных трансформаторов, снабжающих оборудование для выплавки стали.
- В нефтегазовой и химической промышленности на пунктах перекачки, переключающих пунктах и трансформаторных подстанциях.
- Для работы первичных и вторичных цепей тяговых подстанций на железнодорожном транспорте, осуществляет питание вспомогательного оборудования и не тяговых потребителей.
- На горнодобывающих предприятиях для питания комбайнов, экскаваторов и других видов тяжелой техники от комплектных трансформаторных подстанций.
Область применения вакуумных выключателей
Основная область применения вакуумных выключателей — среднее и высокое напряжение. Они используются для защиты электрических сетей от коротких замыканий, перегрузок и других аварийных ситуаций. Благодаря своей конструкции, вакуумные выключатели обеспечивают быстрое и надежное отключение электрической цепи в случае возникновения неисправностей или неполадок.
Кроме того, вакуумные выключатели используются в энергетических комплексах и подстанциях, где требуется коммутация и управление электрическим оборудованием. Они могут быть установлены как на уличных столбах, так и внутри помещений. Вакуумные выключатели также находят широкое применение в металлургической и химической промышленности, нефтяной и газовой отраслях, а также в водоочистных и насосных станциях.
Вакуумные выключатели являются заменителями более традиционных выключателей, таких как масляные или газовые. Они обладают рядом преимуществ, таких как более низкая стоимость эксплуатации и обслуживания, отсутствие загрязнения окружающей среды, а также более компактная конструкция. Благодаря этим преимуществам, вакуумные выключатели становятся все более популярным выбором для различных отраслей промышленности и энергетики.
Конструктивные особенности вакуумного выключателя
Основными конструктивными особенностями вакуумного выключателя являются:
1. Контактная система. Вакуумный выключатель имеет пару контактов, обычно выполненных из меди или медно-хромового сплава. Они могут иметь различные формы: дисковые, пальчиковые или в виде пластин.
2. Вакуумная камера. Она обеспечивает создание и поддержание вакуума внутри выключателя. Вакуум служит для предотвращения возникновения дуги при открытии или закрытии контактов.
3. Механизм управления. Для открытия и закрытия контактов используется механизм, который может быть электрическим, механическим или электромагнитным. Он контролирует процесс переключения цепей и обеспечивает быструю и точную работу выключателя.
4. Изоляционные элементы. Вакуумный выключатель имеет различные изоляционные элементы, например, изоляционные пластины или полимерные материалы, которые обеспечивают безопасность работы выключателя при высоких напряжениях.
5. Датчики и устройства защиты. Для контроля работы выключателя могут быть установлены различные датчики и устройства защиты, которые обеспечивают автоматическое отключение при возникновении опасных ситуаций.
Все эти конструктивные особенности вакуумного выключателя обеспечивают его надежную и безопасную работу как в условиях повседневной эксплуатации, так и при чрезвычайных ситуациях. Благодаря использованию вакуума, выключатель способен обеспечивать высокую степень надежности и защиты электрических цепей в высоковольтных системах.
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
Как работает вакуумный выключатель
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.
Какие бывают вакуумные выключатели
Все вакуумные выключатели подразделяются на две большие группы: выключатели для напряжения до 35кВ и устройства для напряжения свыше 35кВ.
На рамке первого вида прикрепляются три полюса. При этом на каждом из них выполняется дугогасительная камера, а также узел поджатия соединений. Кроме этого, на раме установливается электромагнитный привод. С помощью этого привода происходит руководство дугогасительной вакуумной камерой.
Устройство, рассчитанное на напряжение свыше 35кВ, имеет на каждой раме уже по несколько камер. Если их две, то они располагаются напротив друг друга. Руководство ими происходит посредством изоляционной тяги. В случае если камер три, они устанавливаются в ряд друг за другом. В этом случае ими управляет гидравлическая система.
Вакуумные выключатели типа ВВЭ-10, предназначаются для электролиний, где присутствует напряжение 10кВ, с частотой от 50-6оГц, при этом номинальный ток 630-3200А. При этом сила включаемых ударных токов от 52 до 82кА, а выключаемых – от 20 до 31,5кА.
На основании этого устройства изготовливаются дугогасительные камеры двух полюсов с электрическими подводками и электромагнитным приводом, который руководит функциями срабатывания данного прибора. На лицевой панели располагаются дополнительные устройства, которые регулируют систему управления и сигнализации.
Вакуумные устройства типа ВВ/TEL-10-8/800У2. Используется в электроцепях с напряжением до 20кВ трехфазного переменного тока, соответствующего величине в 50Гц и заземленным нулем. Номинальный ток данного выключателя составляет 8кА.
Благодаря конструктивным особенностям выключатель обладает рядом преимуществ:
- при работе от сети потребляет малое количество энергии;
- обеспечен функцией телесигнализации;
- надежный в эксплуатации;
- не требует ремонта в период своей службы, срок которой составляет 25 лет;
- устанавливается в любых электрошкафах различной модификации;
- безопасен в использовании для окружающей среды.
Как работает вакуумный выключатель
Номинальный ток выключения системы составляет 20-40 кА, при этом занимая 45 миллисекунд времени на отключение. Вся конструкция выключателя собирается на одном общем приводе, в то же время для каждой фазы существует отдельный изолятор. Соответственно входные проводники подсоединяются на шины подстанции, а выводные – на отходящие контакты.
Принцип работы вакуумного выключателя
Внутренность дугогасительной камеры состоит из работающих силовых контактов, имеющих минимальное сопротивление. Механизм создан таким образом, что верхняя его часть надежно закрепляется, а нижняя – перемещается в осевой направленности.
Стенки вакуумной камеры изготавливаются из специального вещества и различных сплавов, это создает условия для хорошей герметичности и сохранение ее на долгое время. Конструкция имеет сильфонное устройство, которое исключает попадание воздуха.
Также в нем установливается якорь электромагнита, который способен замыкать и размыкать соединения. Группа пружин создает условия для необходимых скоростей движения якоря при переключениях. В корпусе размещается две системы – электрическая и кинематическая, которые регулируют выключатель в любом положении.
Процесс включения и выключения данного устройства производится посредством специальных пружин. При этом на них воздействуют специальные электромагниты или кнопка отключения. Перед использованием необходимо пружину отключения взвести в рабочее положение. Это делается вручную при отсутствии тока или посредством подачи тока в электродвигатель привода. Так, через ключ управления подается ток на соленоид включения.
В процессе этого заводится пружина включения, которая приводит в рабочее состояние вакуумный выключатель. Кроме этого автоматически взводится пружина срабатывания, которая автоматически отключает прибор.
Принцип действия
В основе принципа гашения дуги заложен известный из физики факт высокой электрической прочности и особых изоляционных свойств полученного искусственным путем вакуума. При размыкании силовых контакторов в камере, куда они помещены, формируется электрическая дуга, поддерживаемая испаряющимися с их поверхности частицами металла. Отсутствие условий для ее стабилизации предотвращает развитие пика процесса за счет высоких диэлектрических свойств вакуумной среды.
Из-за значительной диэлектрической прочности вакуума момент гашения дуги смещается в точку, предшествующую максимуму его развития. В электротехнике это явление называется «срезом тока». Его наличие отрицательно влияет на электрические сети, поскольку следствием этого процесса являются коммутационные перенапряжения.
Вакуумные выключатели
Для повышения качества поставляемой энергии от электрических сетей, распределительные устройства комплектуются современными высоковольтными выключателями с вакуумной дугогасительной средой.
Благодаря качественному отличию от устаревших автоматических выключателей, вакуумные выключатели используются и для вновь возводимых подстанций, и для замены коммутационного оборудования на уже существующих.
- 1. Назначение
- 2. Устройство и принцип действия
- 3. Принцип гашения электрической дуги
- 4. Преимущества и недостатки вакуумных выключателей
- 5. Особенности эксплуатации
- 6. Особенности выбора
- 7. Сферы применения вакуумных выключателей
- Выводы
Ряд преимуществ вакуумных дугогасительных устройств обуславливается более эффективным принципом гашения дуги и создает предпосылки для предотвращения аварийных режимов энергосистемы и позволяет существенно сократить затраты на обслуживание.
Рисунок 1 – Общий вид вакуумного автоматического выключателя
Вакуумный выключатель — это устройство, предназначенное для эксплуатации в составе электрических высоковольтных сетей. Название он унаследовал от особенности конструкции – вакуумной камеры, благодаря которой достигается моментное гашение электрической дуги. Прибор используют в качестве коммутаторов, призванных выполнять отключение оборудования на случай аварийных ситуаций.
Технические характеристики вакуумных выключателей
Основные технические характеристики вакуумных выключателей включают:
- Номинальный ток: это максимальный электрический ток, который выключатель может коммутировать без перегрузки.
- Номинальное напряжение: это максимальное напряжение, которое выключатель может коммутировать.
- Номинальная мощность: это мощность, которую выключатель может коммутировать без перегрузки.
- Изоляционное напряжение: это напряжение, при котором изоляция выключателя сохраняет свои электроизоляционные свойства.
- Время коммутации: это время, в течение которого выключатель осуществляет процесс коммутации, то есть переключает токовую цепь.
- Тепловая стойкость: это способность выключателя работать при повышенных температурах, не теряя своих характеристик.
Технические характеристики вакуумных выключателей определяют их возможности и применимость в конкретных системах энергоснабжения. При выборе выключателя необходимо учитывать требования к мощности и нагрузке, которые они должны выдерживать, а также условия эксплуатации.
