Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Вакуумный выключатель представляет собой высоковольтное коммутационное устройство нового типа. Данная разновидность оборудования приобретает заслуженную популярность, вытесняя конкурирующие с ней маломасляные и электромагнитные выключатели.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Под коммутацией понимаются периодические подключения и отключения аппарата. За счет включения и отключения начинается или прекращается подача тока в рабочих режимах. Также выключатель используется в аварийной ситуации (при коротком замыкании). В этом случае электрическая дуга, находящаяся между контактами, прекращает свое существование.

История создания

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).

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.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

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.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

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.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Различные этапы образования плазмы

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Начало разведения контактов

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Развитие ионизации

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Заключительные процессы

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.

Особенности применения и эксплуатации

Вакуумные выключатели конструктивно разрабатывались сначала как устройство, применяемое только в шкафах КРУ (комплектное распределительное устройство). В настоящее время они используются и для открытых распределительных устройств (ОРУ).

Современный высоковольтный вакуумный выключатель представляет собой быстродействующий коммутационный аппарат нового поколения, рассчитанный на более долгий срок службы, нежели его предшественники с масляной  или элегазовой средой для тушения электрической дуги. Статистически процент их применения в электроустановках выше 1000 Вольт стабильно растёт.

Китайские энергетики уже полностью отказались от устаревших масляников и полностью перешли на более компактные и не требующие частой профилактики вакуумные выключатели. Вакуумный выключатель довольно неприхотлив и не требует регулярной чистки контактов и смене масла, которое зачастую довольно обильно вытекает из баков.

Согласно паспортным данным срок эксплуатации вакуумных выключателей составляет порядка 20 лет.

Во время эксплуатации приводной механизм может выйти со строя, а подать питание на определённый важный механизм в производственной цепочке необходимо, поэтому все выключатели должны быть оборудованы механизмом ручного взвода пружины. А также обязательным является присутствие аварийной кнопки отключения механизмов блокировки выкатывания во включенном состоянии. Это безопасность персонала, поэтому этот момент очень важен.

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.

Вторым критерием является мощность отключаемого потребителя, в соответствии с которой модели отличаются по максимальному рабочему току или по мощности.

Конструктивные особенности

Конструкция вакуумного выключателя включает два элемента: подвижный и неподвижный контакты. Устройство оснащается тремя полюсами, на каждом из которых имеются пофазно установленные электромагнитные приводы. Эти приводы монтируются на одном основании.

Размещенные внутри прибора фазные приводы соединяются друг с другом за счет вала, который осуществляет синхронизацию фаз и защищает от неполных фаз. Кроме того, вал предназначен для механической блокировки расположенных поблизости распределительных систем и управления индикацией расположения контактов.

В качестве примера рассмотрим особенности вакуумного выключателя от компании «Таврида Электрик» (серия BB/TEL).

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Условные обозначения:

  1. Вакуумная камера с функцией дугогашения.
  2. Основание.
  3. Крышка.
  4. Вал синхронизации.
  5. Дополнительные контакты.
  6. Блокировочная тяга.
  7. Привод.
  8. Узел блокировочный торцевой.

На рисунке видно, что вакуумный выключатель нагрузки включает в себя три полюса, которые имеют пофазно встроенные приводы электромагнитного типа. Приводы установлены на общем основании. Все приводы соединяются друг с другом при помощи вала.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Условные обозначения:

  1. Вывод в верхней части.
  2. Дугогасящая камера, вмонтированная в полые изоляторы. Подвижные контакты за счет изоляционных тяг скреплены жестким соединением с приводами.
  3. Дополнительные контакты.
  4. Кулак.
  5. Блокировочная тяга.
  6. Вал синхронизации.
  7. Электромагнитный вал, оснащенный защелкой на магните.
  8. Пружина для прижатия контактов.
  9. Пружина отключения контактов.
  10. Приводной якорь.
  11. Кольцевой магнит.
  12. Приводная катушка.
  13. Плоский привод.
  14. Тяговый изолятор.
  15. Опорное изолирующее устройство.
  16. Нижний вывод.

Магнитный привод может располагаться в одном из двух положений: «включено» или «выключено». Закрепление якоря в указанных положениях осуществляется без использования механических щеколд.

Фиксация возможна благодаря упругой пружине в положении «выключено» и кольцевому магниту в положении «включено».

Подключение и отключение производится за счет передачи управляющих импульсов разнополярных напряжений на обмоточную катушку привода.

Область применения

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Выключатели применяются в трехфазных сетях переменного тока, частота которых составляет от 50Гц до 60Гц. Электрооборудование устанавливается в районах крайнего Севера, а также в жаркой местности. Они выносят температуру от -60 до +40, их работоспособность при этом не уменьшается.

Разновидности вакуумных выключателей

  • вакуумные выключатели до 35 кВ;
  • вакуумные выключатели выше 35 кВ;
  • вакуумные выключатели нагрузки — современная замена автогазовым выключателям нагрузки;
  • Вакуумные контакторы до и свыше 1000 В.

Плюсы вакуумного переключателя

Вакуумные переключатели имеют некоторые преимущества:

  1. Элементарная конструкция. Агрегат не имеет дополнительных устройств, усложняющих устройство.
  2. Надежность в использовании. Поломка такого электрооборудования практически исключена.
  3. Быстродействующий прибор.
  4. Высокая скорость восстановления прочности между контактами.
  5. Для их работы не требуются масла или другие горючие вещества.

Кроме этого отмечают ряд дополнительных плюсов:

  • устройство не имеет больших весовых и габаритных характеристик;
  • бесшумность при использовании; невысокая стоимость.

К тому же производители гарантируют небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Достоинства и недостатки

Достоинства

  • простота конструкции;
  • простота ремонта — при выходе из строя камеры она заменяется как единый блок;
  • возможность работы выключателя в любом положении в пространстве;
  • надежность;
  • высокая коммутационная износостойкость;
  • малые размеры;
  • пожаро- и взрывобезопасность;
  • отсутствие шума при операциях;
  • отсутствие загрязнения окружающей среды;
  • удобство эксплуатации;
  • малые эксплуатационные расходы.

Недостатки

  • сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;
  • возможность коммутационных перенапряжений, обусловленных срезом тока, при отключении малых индуктивных токов — современная разработка вакуумного выключателя с возможностью синхронной коммутации решает эту проблему;
  • небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания;
  • относительная высокая стоимость в виду сложности технологии изготовления.

Особенности выбора

Для того чтобы правильно подобрать данный вид высоковольтных выключателей, в соответствии с местными условиями работы и конкретного оборудования, стоит обратить внимание на следующие критерии:

  1. Номинальное напряжение;
  2. Динамическая устойчивость;
  3. Параметры систем управления;
  4. Номинальный ток в рабочем режиме и режиме короткого замыкания;
  5. Частота включений и отключений;
  6. Климатическое исполнение;
  7. Скорость срабатывания выключателя ;
  8. Частота профилактических ремонтов и осмотров, в электроустановках без местного дежурного персонала это очень важный аспект;
  9. Износостойкость при коротких замыканиях;
  10. Габариты и размер вакуумной установки.
Читайте также:  Короб для труб в туалете: обзор лучших вариантов маскировки коммуникаций

Особенности контроля и управления вакуумными выключателями?

Управление может осуществляться как дистанционно, так и вручную. Все коммутационные операции производятся через управленческий блок, который перерабатывает команды и передает их на привод устройства.

Универсальный электромагнитный привод позволяет удерживать рабочие контакты в заданном положении.

Все современные модели обеспечиваются магнитной защелкой, обеспечивающей четкую фиксацию положения вне зависимости от его исправности.

Информация о работе коммутационного аппарата отображается на блоке управления или передается через управленческие сети на пульт оперативного персонала. Поэтому функции контроля могут осуществляться диспетчерским персоналом через систему телемеханики, где все команды посылаются через оперативные токи и не требуют личного присутствия.

Ручное отключение напрямую воздействует на привод, но требует личного присутствия работников возле ячейки или шкафа выкатного типа.

Пример схемы конструкции привода вакуумного выключателя VF12

Видео вакуумный выключатель

Источник: https://kachestvolife.club/elektrika/vakuumnye-vyklyuchateli

Вакуумный выключатель: преимущества и недостатки, типы и конструкция

Для оформления отводов от высоковольтных линий передач традиционно используются специальные коммутирующие устройства. Их общее название – вакуумный выключатель, что объясняется особенностями дугогасящей камеры. Подробно ознакомиться с этими приборами удается только после изучения предыстории их появления.

Историческая справка

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетВнешний 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 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.

Особенности применения и эксплуатации

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетПо своей конструкции на начальном этапе этот тип выключателей разрабатывался как прибор, предназначенный для установки в шкафах КРУ (в комплексных устройствах). В настоящее время они монтируются и в открытых распределительных конструкциях (ОРУ). Современный вакуумный выключатель – это быстродействующий коммутационный аппарат, рассчитанный на длительные сроки службы в сравнении со своими предшественниками, располагающими масляной и газовой средами.

Большинство современных энергетических хозяйств отказались от устаревших конструкций и окончательно перешли на достаточно компактные и не нуждающиеся в профилактике новые выключатели. Это объясняется следующими причинами:

  • вакуумный прибор неприхотлив и не нуждается в регулярной чистке контактов или обновлении среды;
  • при эксплуатации масляного устройства наполнитель постоянно протекает;
  • согласно данным паспорта срок эксплуатации вакуумных устройств достигает 20 лет, что намного выше того же показателя для других типов выключателей.

В процессе эксплуатации приводной механизм нередко выходит из строя в самый неподходящий для этого момент. Для поддержания его в работоспособном состоянии в приборе предусмотрен особый узел ручного взвода пружины.

Обязательным для этих устройств является и наличие аварийной кнопки, позволяющей отключать механизм блокировки выкатывания модулей КРУ при включенном состоянии шкафа.

Указанный момент касается безопасности обслуживающего оборудование персонала и требует к себе пристального внимания.

Конструктивные особенности

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетКонструкция вакуумного выключателя

Каждая модель высоковольтного вакуумного переключателя обладает индивидуальными характеристиками, поскольку предназначается для эксплуатации в сетях с различными электрическими показателями. Помимо этого производителями также вносятся некоторые коррективы в конструкцию выпускаемых ими изделий. Однако в целом состав комплектующих этих устройств остается неизменным. Основные элементы:

  • Корпус, изготавливаемый на основе прочного металла, внутри которого смонтирован привод включения и отключения (бывает пружинным или иного типа).
  • 3-х полюсный токосъемник, предназначенный для подключения к сети 380 Вольт и отключаемый при переводе КРУ из рабочего режима в выкаченное положение.
  • Тележка для размещения внутри корпуса, по своему исполнению отличающаяся от других подобных конструкций.

Электрическая часть изделия имеет специальные перегородки, отделяющие фазные секции одну от другой. Она также отличается сложным устройством и содержит в своем составе целый ряд элементов, описываемых в паспорте.

Разновидности вакуумных выключателей

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетМаркировка вакуумных выключателей

Изделия принято классифицировать по классу коммутируемого ими потенциала.

Среди всего многообразия выделяются следующие типы:

  • Приборы для работы с напряжениями 6-10 кВ.
  • Устройства для коммутации более высоких уровней – до 35-ти кВ.
  • Приборы, рассчитанные на сверхвысокие напряжения 110-220 кВ.

Еще одним «рабочим» критерием классификации выключателей является мощность, которую они способны передать в нагрузку. Согласно этому параметру их деление производится аналогично классификации самого потребителя.

Достоинства и недостатки

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетК достоинствам вакуумного выключателя относятся небольшие размеры

К достоинствам приборов относят:

  • небольшие габариты;
  • возможность оперативной замены отдельных секций;
  • бесшумность и независимость от ориентации в пространстве;
  • безопасность для здоровья обслуживающего персонала.

Они не нуждаются в пополнении защитной среды и отличаются высокой надежностью. Но и эти изделия не обошлись без проблем, присущих многим электротехническим приборам. К числу недостатков вакуумных выключателей относятся:

  • ограниченность рабочих токов;
  • «склонность» к перенапряжениям;
  • небольшой коммутационный ресурс.

Несмотря на имеющиеся недостатки, эти устройства прочно заняли свое место в перечне самого современного коммутирующего оборудования для ВВ.

Особенности выбора и монтажа

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетМонтаж вакуумного выключателя

В процессе выбора выключателя учитываются следующие важные моменты:

  • защитные характеристики прибора должны соответствовать параметрами сети, в которой его предполагается эксплуатировать;
  • выключатель выбирается исходя из наиболее тяжелого рабочего режима;
  • номинальные ток и напряжение должны превышать соответствующие параметры для защищаемой сети;
  • ток размыкания не должен превышать величину, гарантированную заводом-изготовителем.

Перед установкой вакуумного выключателя необходимо внимательно обследовать место его монтажа и убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем потребуется очистить изолированные поверхности полюсов посредством сухой ветоши.

Не допускается устанавливать новое оборудование в систему, на изоляционных поверхностях которой имеются сколы, трещины и сильно деформированные участки.

Обязательной проверке подлежит схема вторичных цепей с последующим подключением «земляной» шины. Сам вакуумный выключатель крепится прямо к подвижной части тележки с помощью специальных болтовых метизов.

Самые распространённые модели

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работаетВакуумный выключатель ВВЭ-М

Среди наиболее распространенных моделей вакуумных камер выделяются следующие:

  • ВВЭ-М-10–20.
  • ВВЭ-М-10–40.
  • ВВТЭ-М-10–20.

Почти все образцы изделий из этого перечня являются дальнейшим развитием старых масляных выключателей и способны работать в цепях переменного и постоянного тока.

Монтаж, последующая настройка и запуск в эксплуатацию высоковольтных вакуумных устройств относятся к трудоемким процедурам, определяющим их дальнейшую функциональность.

Поэтому перечисленные операции доверяются только специалистам, имеющим соответствующую квалификацию.

При установке прибора должна соблюдаться последовательность операций по настройке. Соблюдение этого требования – основа безопасности оперативного персонала или дежурного электрика, допущенного к работе с высоковольтным оборудованием.

Изделия, относящиеся к категории вакуумных выключателей, нуждаются в профессиональном подборе и оценке, поскольку их эксплуатация связана с высокими напряжениями.

Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/ustrojstvo-i-princip-raboty-vakuumnyx-vyklyuchatelej/

Вакуумный выключатель — конструкция и принцип работы :

Вакуумный выключатель- это новейший высоковольтный коммутационный аппарат, который получил широкое распространение в распределительных сетях. Что это за устройство?

Общие сведения

Вакуумный выключатель – высоковольтный аппарат для коммутации (периодические отключения и включения) электрического переменного тока в рабочих и аварийных режимах (короткие замыкания). Электрическая дуга, которая возникает между контактами устройства во время короткого замыкания, гасится.

По всему миру такой прибор, как вакуумный выключатель, завоевывает все большую популярность по сравнению со своими предшественниками (масляными и маломасляными аппаратами). В сетях с напряжением до 35 киловольт в Китае их использование составляет почти 100 %, в развитых странах Европы достигает 70%.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

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.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

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.

Читайте также:  Обзор электрических водонагревательных котлов отопления

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.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Достоинства

Вакуумный выключатель 6 кВ – 35 кВ обладает безусловными преимуществами перед другими типами коммутационных устройств подобного назначения. Перечислим их.

  1. Безопасность. Вакуумный выключатель 6 кВ – 35 кВ намного более легкий, чем его аналоги (при равных параметрах номинальных напряжений и токов). Малые динамические нагрузки, небольшая энергия привода, отсутствие газов утечки и масла, бесшумная работа делают его удобным и абсолютно безопасным в плане экологии и взрывчатых свойств.
  2. Автономная работа. Дугогасительная вакуумная камера автономна, то есть нет необходимости пополнять среду. Это снижает расходы, которые идут на эксплуатацию коммутационного устройства.
  3. Высокое быстродействие, значительный механический ресурс. Основная причина – ход контактов (расстояние между ними) в дугогасительной вакуумной камере составляет всего десять миллиметров. У масляных выключателей это же расстояние доходит до нескольких сотен миллиметров. Естественно, прочность самого вакуума на пробой намного выше аналогичного показателя воздушных и масляных сред гашения дуги.

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Кроме того, обязательно нужно упомянуть и следующие параметры.

  1. Коммутационная стойкость, высокий ресурс, низкие расходы на обслуживание. Число отключений рабочего тока без ремонтов и ревизий составляет десятки тысяч. Вакуумный выключатель способен отключать токи короткого замыкания в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен раз (в зависимости от изготовителя и величины ударного тока и его периодической составляющей). К примеру: масляные выключатели нуждались в ревизии всего после нескольких сотен отключений рабочего тока и до десяти отключений токов КЗ (короткого замыкания). Воздушные выключатели – соответственно от 1000 до 2000 и от о 5 до 15.
  2. Надежность эксплуатации. Количество отказов у «вакуумника» намного ниже, чем у традиционных выключателей.

Источник: https://www.syl.ru/article/197301/new_vakuumnyiy-vyiklyuchatel—konstruktsiya-i-printsip-rabotyi

Принцип работы вакуумного выключателя

В современной электротехнике для нормальной работы электрических сетей необходимо специальное оборудование, способное производить в них коммутацию. Одним из таких приспособлений является вакуумный выключатель.

Областью применения данного электрооборудования представляются электрические цепи от 6 -35 кВ и реже 110-220В.

Вакуумный выключатель способен оградить электрическую сеть от высокого напряжения в процессе коммутации. Одним из плюсов данного оборудования является долгий срок службы, производители заявляют около 25 лет.

Профессионалы в данной области прогнозируют вытеснение многих видов выключателей вакуумными заменителями.

Какие бывают

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

На рамке первого вида прикреплены три полюса. При этом на каждом из них выполнена дугогасительная камера, а также узел поджатия соединений. Кроме этого на раме установлен 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 расположены 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, предназначены 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 изготовлены дугогасительные камеры двух полюсов с электрическими подводками и электромагнитным приводом, который руководит функциями срабатывания данного прибора. На лицевой панели расположены 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

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Внутренность дугогасительной камеры состоит из работающих силовых контактов, имеющих минимальное сопротивление. Механизм создан таким образом, что верхняя его часть надежно закреплена, а нижняя – перемещается в осевой направленности.

Стенки вакуумной камеры изготовлены 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 установлен якорь электромагнита, который способен замыкать и размыкать соединения. Группа пружин создает условия для необходимых скоростей движения якоря при переключениях. В корпусе размещены две системы – электрическая и кинематическая, которые регулируют выключатель в любом положении.

Главным отличием данного устройства от других типов является то, что электрическая дуга в этом случае гасится вакуумом.

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.

Область применения

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Выключатели применяются в трехфазных сетях переменного тока, частота которых составляет от 50Гц до 60Гц. Электрооборудование устанавливается в районах крайнего Севера, а также в жаркой местности. Они выносят температуру от -60 до +40, их работоспособность при этом не уменьшается.

Плюсы вакуумного переключателя

Вакуумные переключатели имеют некоторые преимущества:

  1. Элементарная конструкция. Агрегат не имеет дополнительных устройств, усложняющих устройство.
  2. Надежность в использовании. Поломка такого электрооборудования практически исключена.
  3. Быстродействующий прибор.
  4. Высокая скорость восстановления прочности между контактами.
  5. Для их работы не требуются масла или другие горючие вещества.

Кроме этого отмечают ряд дополнительных плюсов:

  • устройство не имеет больших весовых и габаритных характеристик;
  • бесшумность при использовании; невысокая стоимость.

К тому же производители гарантируют небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Источник: https://uzotoka.ru/uzo-i-avtomaty/vakuumniy-viklyuchatel.html

Вакуумные выключатели

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Любой выключатель, применяемый в высоковольтных сетях, должен надёжно и быстро отключать и включать электрические цепи и оборудование в нормальном и аварийном режимах энергосистемы. При  коммутации в высоковольтных сетях, токи в которых могут  достигать десятки тысяч ампер при коротких замыканиях, возникает электрическая дуга между контактами выключателя. Это может привести к человеческим жертвам, повреждениям самого выключателя и близстоящего оборудования. Для предотвращения возникновения дуги в высоковольтных выключателях используют специальное дугогасительное устройство (дугогасительная камера), в которой расположены контакты выключателя. Внутри камеры создается вакуум с давлением около 10−5 мм рт. ст., электрическая прочность которого в десятки раз больше воздуха в нормальных условиях.

Таким образом, вакуумный высоковольтный выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для операций включения и выключения в цепях от 6 кВ и выше, который в качестве среды для гашения дуги используют вакуум.

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.

Особенности применения и эксплуатации

Знакомство с масляным выключателем

Вакуумные выключатели конструктивно разрабатывались сначала как устройство, применяемое только в шкафах КРУ (комплектное распределительное устройство). В настоящее время они используются и для открытых распределительных устройств (ОРУ).

Современный высоковольтный вакуумный выключатель представляет собой быстродействующий коммутационный аппарат нового поколения, рассчитанный на более долгий срок службы, нежели его предшественники с масляной  или элегазовой средой для тушения электрической дуги. Статистически процент их применения в электроустановках выше 1000 Вольт стабильно растёт.

Китайские энергетики уже полностью отказались от устаревших масляников и полностью перешли на более компактные и не требующие частой профилактики вакуумные выключатели. Вакуумный выключатель довольно неприхотлив и не требует регулярной чистки контактов и смене масла, которое зачастую довольно обильно вытекает из баков.

Согласно паспортным данным срок эксплуатации вакуумных выключателей составляет порядка 20 лет.

Во время эксплуатации приводной механизм может выйти со строя, а подать питание на определённый важный механизм в производственной цепочке необходимо, поэтому все выключатели должны быть оборудованы механизмом ручного взвода пружины. А также обязательным является присутствие аварийной кнопки отключения механизмов блокировки выкатывания во включенном состоянии. Это безопасность персонала, поэтому этот момент очень важен.

Конструктивные особенности

Особенности работы и применения воздушных высоковольтных выключателей

Читайте также:  Водяной насос "агидель": схема устройства, установка, обзор характеристик

Каждый  высоковольтный вакуумный выключатель обладает своими характеристиками и конструктивными особенностями, так как используется в сетях с разным напряжением и током. Также разные производители вносят свои индивидуальные коррективы в устройство и конструкцию своих изделий. Но основные элементы всё же остаются неизменными.

Основные элементы конструкции вакуумного выключателя это:

1-Корпус из прочного металлического материала, внутри которого установлен привод включения и отключения, в этом случае он пружинный; 2-Три полюса токоведущих частей, которые предназначены для подключения к сети и для отсоединения от неё при эксплуатации в контрольное, рабочее и выкаченное положения; 3-Литой диэлектрический корпус, содержащий силиконовые и эпоксидные смолы, с вакуумной дугогасительной камерой; 4-Тележка для перемещения внутри ячейки КРУ, этот механизм зачастую у разных производителей различный.

Электрическая основная высоковольтная часть разделена между фазами и содержит следующие элементы:

1-Верхний токопроводящий вывод; 2-Дугогасительная камера, содержащая вакуум; 3-Диэлектрический корпус полюса; 4-Подвижная часть контактной системы; 5-Нижний отходящий токопроводящий вывод; 6-Гибкий элемент токоведущей шины; 7-Специальная тяга, оборудованная прочным изолятором.

В свою очередь, сама дугогасящая камера является тоже очень важным хоть и не разборным элементом, зачастую в случае неисправности они не ремонтируются, а заменяются новыми.

Вот основные её части и механизмы:

1-Вывод неподвижного силового контакта; 2-Неподвижный силовой контакт; 3-Подвижный силовой контакт; 4-Экранирующий механизм, снижающий помехи при коммутации; 5-Керамический изоляционный корпус; 6-Сильфон, сохраняющий  герметичность во время движения контакта; 7-Вывод подвижного элемента контактной системы.

Выключатель управляется местным или дистанционным способом. В аварийных режимах отключается от релейной защиты или от противоаварийной автоматики (подается питание на электромагнит отключения и токопроводящие контакты размыкаются).

На данный момент некоторые производители изготавливают высоковольтные выключатели в комплекте с релейной защитой и противоаварийной автоматикой, такое устройство называется реклоузером.

Преимущества и недостатки

Применение и эксплуатация элегазовых выключателей

Как и любой механизм или устройство данный выключатель тоже имеет свои положительные и отрицательные стороны и понимание их при выборе очень важно.

Преимущества

  • Простая конструкция и установка в ячейки после вывода из эксплуатации устаревших выключателей;
  • Несложный ремонт, при неисправности камеры она подлежит немедленной замене;
  • Возможность работы не только в горизонтальном положении;
  • Надёжность во время всего длительного срока эксплуатации;
  • Хорошая коммутационная износостойкость;
  • Компактные небольшие размеры и вес;
  • Низкая пожароопасность;
  • Не загрязняет окружающую среду;
  • Небольшие расходы на ремонтные и профилактические работы.

Недостатки

  • Небольшой ресурс во время токов короткого замыкания;
  • Есть вероятность появления коммутационных перенапряжений;
  • Довольно высокая стоимость как всего устройства, так и комплектующих.

Особенности выбора

Для того чтобы правильно подобрать данный вид высоковольтных выключателей, в соответствии с местными условиями работы и конкретного оборудования, стоит обратить внимание на следующие критерии:

  1. Номинальное напряжение;
  2. Динамическая устойчивость;
  3. Параметры систем управления;
  4. Номинальный ток в рабочем режиме и режиме короткого замыкания;
  5. Частота включений и отключений;
  6. Климатическое исполнение;
  7. Скорость срабатывания выключателя ;
  8. Частота профилактических ремонтов и осмотров, в электроустановках без местного дежурного персонала это очень важный аспект;
  9. Износостойкость при коротких замыканиях;
  10. Габариты и размер вакуумной установки.

Самые распространённые модели

Вот несколько самых распространенных моделей ВВЭ-М-10–20, ВВЭ-М-10–40, ВВТЭ-М-10–20, а на рисунке указано как их расшифровывать и структура условных обозначений, так как модели могут содержать в своём названии до 10–12 букв и цифр. Почти все они являются заменой устаревших масляных выключателей, а работать могут как для коммутации цепей переменного тока, так и постоянного.

Настройка, установка и включение в работу высоковольтных вакуумных выключателей это трудоемкий процесс, от которого напрямую зависит вся дальнейшая работа энергосистемы, а также всех элементов и оборудования, подключаемого к ним, поэтому все работы лучше положить на плечи квалифицированного инженерно-электротехнического персонала. Управление вакуумным выключателем должно выполняться чётко и по определённым командам, от этого зависит жизнь и здоровье людей работающих на питаемом оборудовании.

Видео вакуумный выключатель

Источник: https://amperof.ru/elektropribory/vakuumnye-avtomaticheskie-vyklyuchateli.html

Основные достоинства вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:

Использование
вакуума в качестве дугогасящей среды

Любая
дугогасящая среда в первую очередь
должна быть хорошим диэлектриком, чтобы
препятствовать протеканию тока через
него. Вакуум не исключение из правил:
он имеет интересные и все же специфические
диэлектрические свойства по сравнению
с другими изоляционными газами, которые
обычно используются под давлением выше
или равным 1 бар.

Вакуум
относится к газам «высокого»
давления (диапазон давлений от 10-1 до
10-5 Пап, то есть 10-3 к 10-7 мБар) , но в вакуумном
защитном выключателе (см. рис. 2) является
фактически газом низкого давления: в
новых выключателях обычное давление
10-6 мБар.

Вакуумные
дугогасительные камеры.

При
таком давлении 1 кубический миллиметр
объема все еще содержит 27.106 молекул
газа, но их взаимодействия незначительны,
так как среднее свободное расстояние
между двумя столкновениями соизмеримо
ста метрам: таким образом термин «вакуум»
является соответствующим, так как каждая
молекула ведет себя, как будто она
фактически одна.

Принимая
во внимание, что элегаз используется
во всех диапазонах среднего и высокого
напряжения, то вакуум прежде всего
получил распространение в диапазонах
среднего напряжения, с ограниченным
применением в цепях низкого и высокого
напряжения. Две названные технологии
конкурируют друг с другом только в
диапазоне среднего напряжения.

Так,
универсальным средством, которое
противостоит перенапряжениям
при
отключении электродвигателей,
ненагруженных трансформаторов и т.д.,
являются ОПН, применение которых при
установке вакуумных выключателей в
отдельных случаях просто необходимо.

+ в
условиях вакуумной среды при расстоянии
между контактами 10 мм значения
выдерживаемого напряжения в 4 раза
превышают аналогичные для элегазовой
среды и в 20 раз — для воздуха. Поэтому,
безусловные преимущества вакуума в
конструкции коммутационных аппаратов
определяются его диэлектрической
прочностью и скоростью ее восстановления.

  • 1. Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и
  • номинальных
    токов отключения. Число отключений
    номинальных токов вакуумным
  • выключателем
    (ВВ) без замены ВДК составляет 10-50 тыс.
  • число
    отключений номинального тока отключения
    — 20-200 что в 10 -20 раз
  • превышает
    соответствующие параметры маломасляных
    выключателей
  • 2. Резкое снижение эксплуатационных затрат по сравнению с
  • маломасляными
    выключателями. Обслуживание ВВ сводится
    к смазке механизма и
  • привода,
    проверке износа контактов по меткам 1
    раз в 5 лет

или
через 5-10 тыс. циклов «включение-отключение».

  1. 3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в
  2. aгрессивных
    средах.
  3. 4.
    Широкий диапазон температур окружающей
    среды, в котором возможна
  4. работа
    ВДК
  5. 5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам
  6. вследствие
    малой массы и компактной конструкции
    аппарата.
  7. 6.
    Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет
  8. создавать
    различные компоновки распределительных
    устройств, в том числе и
  9. шкафы
    с несколькими выключателями при
    двух-трехъярусном их расположении.
  10. 7.
    Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым
  11. выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при
  12. отключении
    токов КЗ.

8.
Отсутствие загрязнения окружающей
среды.

  • 9.
    Высокая надежность и безопасность
    эксплуатации, сокращение времени
  • на
    монтаж.
  • К
    недостаткам
    ВВ следует отнести повышенный уровень коммутационных
  • перенапряжении, что в ряде случаев вызывает необходимость принятия
  • специальных
    мер по защите оборудования.
  • ЭЛЕГАЗ
  • Последний
    являет собой безвредный, химически не
    активный, не горючий газ, который обладает
    высокой электрической прочностью и
    теплопроводимостью. 

Применение
элегаза в качестве дугогасящей среды
позволило существенно снизить габариты
оборудования. За счет инертности и
негорючести, элегаз обладает дугогасящими
свойствами, намного превосходящими
свойства других дугогасящих сред.

Однако
в определенных режимах работы высокая
пробивная устойчивость элегаза может
иметь негативный характер.

К
достоинствам элегаза можно отнести
также то, что он не требует ухода (как
например трансформаторное масло), не
стареет, не оказывает пагубного влияния
на конструктивные части аппарата (при
нормальной эксплуатации) и плюс ко всему
является сравнительно недорогим.

Дугогасительное
устройство выключателя элегазового
типа отличается простотой конструкции
и небольшим размером. Гашение
дуги производится при
небольшом количестве разрывов и
достаточно быстро. Ниже рассмотрим
конструктивные особенности и принцип
гашения дуги в выключате

В
тоже время у элегаза есть и некоторые
недостатки, связанные с его химическими
свойствами и технологией производства:

  • переход в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах
  • опасность отравления продуктами распада элегаза
  • достаточно высокая стоимость.

Однако
это преимущество становится недостатком
элегаза при низких температурах по
причине перехода его в жидкое состояние
и потере изоляционных свойств, что
определяет дополнительные требования
к температурному режиму элегазового
оборудования в эксплуатации. На рис. 4
приведена зависимость состояния элегаза
от давления и температуры.

Преимущества
и недостатки элегазовых выключателей
  К
преимуществам элегазовых выключателей
можно отнести 

  • возможность применения на все классы напряжений свыше 1 кВ;
  • гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу;
  • относительно малые габариты и масса;
  • пожаро- и взрывобезопасность;
  • быстрота действия;
  • высокая отключающая способность;
  • надежное отключение малых индуктивных и емкостных токов в момент перехода тока через нуль без среза и возникновения перенапряжений;
  • малый износ дугогасительных контактов;
  • бесшумная работа;
  • возможность создания серий с унифицированными узлами;
  • пригодность для наружной и внутренней установки.
  • К недостаткам элегазовых выключателей можно отнести 
  • сложность и дороговизна изготовления — при производстве необходимо соблюдать высокую чистоту и точность;
  • высокие требования к качеству элегаза;
  • температурные недостатки SF6, необходимость подогрева и использования смесей элегаза с азотом, хладоном и другими веществами, позволяющими работать элегазовым выключателям в условиях низких температур окружающей среды;
  • необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки и очистки SF6;
  • относительно высокая стоимость SF6;
  • требуется более внимательное отношение к использованию и учету элегаза.

Источник: https://studfile.net/preview/2827932/

Ссылка на основную публикацию