Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Чтобы выключить свет в комнате, достаточно нажать клавишу выключателя. Проводники прекратят соприкасаться, и электрическая цепь разорвется. С высоким напряжением так не получится. Если рассоединить проводники с разностью потенциалов в тысячи вольт, то загорится крайне опасная высоковольтная дуга. Поэтому для коммутации ВВ цепей необходим вакуумный выключатель.

Упоминания о первых вакуумных выключателях датируются 30 годами прошлого века. В тот период они использовались преимущественно для коммутации слаботочных цепей с напряжением не более 40 кВ.

Для развивающихся нужд электроэнергетики этого было недостаточно. Поэтому проводились соответствующие исследования по улучшению имеющихся на тот момент вакуумных выключателей.

В результате в 1957 году были подробно рассмотрены процессы, возникающие при горении высоковольтной электрической дуги.

В последующие 20 лет образцы первых устройств вышли за пределы лабораторий и поступили в массовое производство.

Назначение

Вакуумные выключатели используются для быстрой и безопасной коммутации высоковольтных цепей с большими токами. Из наиболее востребованных сфер применения отмечаются следующие:

• оперативные и аварийные переключения в схемах распределительных подстанций;
• управление высоковольтными электрическими двигателями напряжением 6 кВ;
• в металлургической промышленности для включения и отключения силовых печных трансформаторов.

Работа устройства

Принцип работы основан на замыкании и размыкании медных контактов. В устройстве их 2: подвижный и неподвижный. Когда они плотно прижаты друг к другу, выключатель находится во включенном состоянии и пропускает ток. Когда размыкаются, выключатель считается отключенным. Для перемещения контактов используется пружинно-моторный привод.

При размыкании между электродами загорается электрическая дуга. Она находится в искусственно созданном вакууме, где отсутствуют частицы воздуха. В безвоздушной среде нет носителей заряда, что препятствует дальнейшему развитию дугового процесса.

Вакуумная дугогасительная камера

Это интересно! Дуга в безвоздушной среде поддерживается за счет испарения металла контактов. Для данных устройств характерен вакуумный тип ионизации. В момент перехода напряжения через ноль разряд гаснет. Вакуумный промежуток восстанавливает электрическую прочность. Испарившейся металл конденсирует на контактах и внутренних стенках камеры.

Особенности работы

Выключатели вакуумного типа обладают малыми габаритными размерами. Поэтому изначально их планировали использовать в комплексных распределительных устройствах (КРУ). Однако со временем технология становилась более востребованной и вакуумные устройства стали устанавливать даже в открытых распределительных устройствах.

На сегодняшний день энергетические компании планомерно переходят на вакуумные выключатели. Объясняется это особенностями их применения:

• нет необходимости в постоянной замене масла или газовой среды;
• отсутствие протечек масла (экологичность);
• повышенный срок службы до 20 лет.

Основные элементы конструкции

Каждая модель устройства обладает индивидуальными конструктивными особенностями. Однако имеются и общие элементы, входящие в конструкцию большинства вакуумных выключателей:

1. Корпус. Нижняя часть аппарата выполнена из износоустойчивого металла. Верхняя – прозрачная.
2. Выводы. Состоят из электротехнической меди. Предназначены для подключения устройства к высоковольтной сети.
3. Электромеханический привод. Используется для мгновенного переключения устройства. Получает команду с пульта управления.

Конструкция высоковольтного выключателя

Плюсы и минусы использования

Вакуумные выключатели постепенно вытесняют с рынка масляные или элегазовые устройства. Объясняется это достоинствами, которыми они обладают над другими коммутаторами:

• простая установка вакуумных аппаратов на место устаревших маслонаполненных;
• легкость ремонта и технического обслуживания;
• повышенный срок эксплуатации;
• малые габаритные размеры и масса;
• пониженный риск возгорания аппарата;
• сейсмостойкость и общая устойчивость к вибрации;
• хорошие экологические характеристики.

Имеются у вакуумных выключателей и недостатки. Их сравнительно меньше:

• плохая устойчивость к токам КЗ;
• повышенная стоимость устройства;
• риск перенапряжений при отключении;
• устройство не включается без дежурного источника питания.

Дополнительная информация. К недостаткам маслонаполненных коммутаторов относится повышенная взрывоопасность. При развитии в них дуговых процессов масло активно выделяет горючие пары. При недостаточном наполнении дугогасящих камер возможен взрыв. Таким образом, вакуумный прибор на порядок безопаснее масляного.

Классификация вакуумных выключателей

Основная характеристика данных устройств – это максимальное рабочее напряжение. Поэтому выключатели принято классифицировать именно по вольтажу.

Номинальное напряжение, кВ	Особенности и сфера применения
6-10 кВ	Небольшие распределительные устройства. Подстанции местного назначения. Коммутация отдельных высоковольтных потребителей.
10-35 кВ	Районные подстанции. Коммутация протяженных воздушных и кабельных линий.
110-220 кВ	Региональные сети электроснабжения. Передача электроэнергии на дальние расстояния.

Вакуумный выключатель на 110 кВ на подстанции

Выбор коммутатора

Выбором коммутаторов занимаются подготовленные люди. В случае ошибки возникает риск аварийных ситуаций и несчастных случаев. При выборе необходимо руководствоваться следующими критериями:

• номинальное рабочее напряжение;
• характеристики системы управления, ее понятность для оперативного персонала;
• максимальный ток КЗ и номинальные рабочие характеристики;
• скорость переключения аппарата;
• необходимая периодичность профилактического обслуживания;
• климатические и эксплуатационные характеристики.

Важно! К выбору вакуумного коммутатора необходимо подходить с особой ответственностью. Ошибки способны привести к выходу прибора из строя в самый неподходящий момент. В результате возникает риск незапланированных отключений потребителей.

Правильный монтаж устройства

Перед установкой выключателя вакуумного типа проводится тщательный осмотр всех комплектующих. Необходимо убедиться, что в комплекте имеется все необходимое. Для этого следует воспользоваться списком и чертежами из руководства по эксплуатации.

К монтажу оборудования допускается обученный персонал. Для работы в электроустановке специалисты должны иметь соответствующие разрешения и допуски по электробезопасности. Обычно монтажом подобного оборудования занимаются профильные компании.

Во время монтажа контролируется чистота и отсутствие царапин и неровностей на всех токопроводящих поверхностях. Если имеются загрязнения, они устраняются смоченной в спирте тканью. Пыль и грязь на изолирующих частях и корпусе убираются сухой ветошью.

Перед установкой несколько раз проводится ручное включение и отключение выключателя. Это необходимо, чтобы убедиться в подвижности его механических частей и исключить их заклинивание в рабочем режиме.

Подключение кабельной линии

Для подключения к устройству кабелей используются наконечники. Лучше применять новые наконечники из упаковки. Если используются старые, их необходимо тщательно зачистить. Методика очистки определяется видом материала.

Алюминиевые или медные наконечники без серебряного покрытия зачищаются наждачной бумагой с размером зерна не более 20. Затем они обезжириваются смоченной в спирте тканью.

Коммутационный модуль реклоузера

Наконечники с покрытием из серебра очищаются неворсистой тканью без применения растворителей. Использование наждачной бумаги недопустимо. Есть риск повреждения защитного слоя.

Заземление вакуумного выключателя

Выключатели для стационарной работы подсоединяются к заземлению с помощью винта М12. Для этого на корпусе аппарата предусмотрен соответствующий контакт с пометкой «земля».

Место подключения заземления перед установкой необходимо обезжирить и избавить от прочих загрязнителей. При подборе заземляющей шины следует обратить внимание на ее сечение. Оно выбирается в соответствии с ПУЭ и технической документацией на выключатель.

Существуют также выключатели с выкатным элементом. В таких устройствах заземление является составной частью тележки. Перед вводом в эксплуатацию следует убедиться в надежности состыковки контактов такого заземлителя.

Ввод в работу и периодичность осмотра

Вакуумные выключатели управляются с помощью современных цифровых приборов. Работа с ними определенно вызовет затруднения у неподготовленного персонала. Поэтому перед тем как начать нажимать на кнопки, необходимо выяснить их назначение, то есть подробно ознакомиться с руководством по эксплуатации прибора. Там же имеется обозначение на схеме самого выключателя и периферийных устройств.

Аппараты вакуумного типа обладают плохой устойчивостью к токам короткого замыкания. Поэтому после каждого аварийного отключения выключателя по КЗ производится визуальный контроль состояния его контактов. При штатной эксплуатации такой осмотр рекомендуется производить не реже 1 раза в месяц и при нахождении проблем осуществлять технический ремонт.

Управление выключателем

Для контроля за положением контактов выключателя (вкл/выкл) используется отдельный электронный прибор. На нем располагаются необходимые для переключения кнопки и дисплей, отображающий текущее состояние выключателя.

При возникновении аварийной ситуации контроль над действиями переходит к системе РЗиА. Релейная защита подаст команду на выключение в случае перегрузки, КЗ или любых других проблем с питающей сетью или потребителем.

Распространенные модели

Существуют модели вакуумных выключателей, которые положительным образом зарекомендовали себя на отечественных подстанциях. Эти устройства являются хорошим вариантом при модернизации распределительных подстанций и переходе от устаревших масляных и воздушных выключателей к современным вакуумным.

Модель выключателя	Краткое описание характеристик
ВВЭ-М-10–20	Устройство модернизированное, с электромагнитным приводом. Рассчитано на номинальное напряжение 10 кВ. Рабочий ток отключения 20 кА
ВВЭ-М-10–40	Электромагнитный привод, модернизированное. Рабочее напряжение 10 кВ. Номинальный ток 40 кА.
ВВТЭ-М-10–20	Выключатель вакуумный, трехполюсной. Напряжение 10 кВ. Ток 20 кА. Модернизированного исполнения.

Вакуумные выключатели медленно, но верно вытесняют с распределительных подстанций маслонаполненные и элегазовые устройства. Этому способствуют их преимущества: малые габаритные размеры, простота обслуживания и повышенный срок эксплуатации.

Вакуумный выключатель ВВТЭ-М

При внедрении вакуумных выключателей в подстанцию необходимо обратить внимание на рабочее напряжение и ток отключения. В отдельных случаях учитывается высота над уровнем моря, так как прибор имеет герметичные камеры. Монтаж устройства производится людьми, имеющими соответствующую подготовку и опыт.

Вакуумный выключатель: сфера применения, монтаж и обслуживание

Вакуумные выключатели: устройство, принцип работы, установка

Для повышения качества поставляемой от электрических сетей энергии, распределительные устройства комплектуются современными высоковольтными выключателями с вакуумной дугогасительной средой.

Благодаря качественному отличию от устаревших автоматических выключателей, вакуумная аппаратура используется и для вновь возводимых подстанций, и для замены коммутационного оборудования на уже существующих.

Ряд преимуществ вакуумных дугогасительных устройств обуславливается более эффективным принципом гашения дуги, создает предпосылки для предотвращения аварийных режимов энергосистемы и позволяет существенно сократить затраты на обслуживание.

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.

Различные этапы образования плазмы Начало разведения контактов Развитие ионизации 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.

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.

Сфера применения

Если первые модели, выпущенные еще в СССР, обеспечивали отключение, сравнительно небольших нагрузок из-за конструктивного несовершенства вакуумной камеры и технических характеристик контактов, то современные модели могут похвастаться куда более термоустойчивым и прочным материалом поверхности. Это обуславливает возможность  установки таких коммутационных агрегатов практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Сегодня вакуумные выключатели используются в таких сферах:

• В распределительных электроустановках как электрических станций, так и распределительных подстанций;
• В металлургии для питания печных трансформаторов, снабжающих сталеплавильное оборудование;
• 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.

В любой, из вышеперечисленных отраслей народного хозяйствования, вакуумные выключатели повсеместно вытесняют устаревшие масляные и воздушные модели.

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.

Ошиновка производиться металлическими шинами из меди или алюминия, которые перед монтажом предварительно зачищаются для получения минимальных показателей переходного сопротивления.

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.

Как осуществляется эксплуатация устройства?

После ввода в эксплуатацию вакуумный выключатель обязательно проходит периодические осмотры и испытания – текущий и капитальный ремонт, профконтроль, осмотр. Которые устанавливаются правилами технической эксплуатации, а также заводскими инструкциями.

Помимо регламентных работ коммутационный агрегат может отключаться от аварийных нагрузок, что может существенно повредить рабочую поверхность контактов.

Поэтому после срабатывания в аварийном режиме, обслуживающий персонал обязан произвести внеплановый осмотр коммутационного устройства на предмет выявления подгаров, оплавлений, пятен выброса металла и прочих дефектов, свидетельствующих о возможном снижении проводимости или изоляционных свойств, номинальных характеристик и т.д. Результаты осмотров вакуумного выключателя после аварийных отключений должны заноситься в соответствующий журнал.

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

Критерии выбора ВВ

При выборе конкретной модели обязательно учитываются следующие параметры:

• Напряжение электроустановки – в соответствии с которым определяется тип изоляции;
• Электродинамическая стойкость, в случае возникновения тока короткого замыкания;
• Термическая стойкость, при удаленных от места установки вакуумного выключателя авариях;
• Климатическое исполнение.

Производители и распространенные модели

Наиболее известными производителями вакуумных выключателей являются отечественные компании: «Таврида электрик», «НПП Контакт», ОАО «Самарский трансформатор», «ПО ЭЛКО», «РЗВА» и другие. Из зарубежных: Siemens, ABB, HEAG.

В таблице ниже можно увидеть сравнительные характеристики некоторых наиболее популярных вакуумных выключателей.

Выключатель серии	Номинальное напряжение, кВ.	Номинальный ток, А	Ток отключения, А	Термическая стойкость, кА	Динамическая стойкость, кА
ВВЭ-М-10	10 – 11	630, 1000, 1600, 2000, 2500, 3150	20; 31,5; 31,5; 40	20; 31,5; 31,5; 40	51, 81, 81, 128
BB/AST 10-12,5/1000	10 — 12	1000	12,5	12,5	32
BB/TEL-10-12,5/1000 У2	10	1000	12,5	12,5	32
15ADV20 AA3F1	13,8 — 15	1200	20	20	38
ВВЭЛ-110-20/1600	110 — 126	1600	20	20	41

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

К преимуществам данного вида коммутационных аппаратов следует отнести:

• Сравнительно небольшие габариты, в отличии от масляных и воздушных;
• Отличаются малыми габаритами и возможностью быстрой замены, особенно в выкатных ячейках;
• Не производят такого большого шума при переключениях;
• Отлично выполняют свои функции не зависимо от положения камер в пространстве;
• Полностью экологичны и безопасны для здоровья в отличии от элегазовых выключателей;
• Не требуют дозаправки и содержания отдельного хозяйства для этой цели;
• Отличаются высокой надежностью.

К недостаткам вакуумных выключателей относят:

• Неспособность выдерживать большие токи короткого замыкания;
• Возникновение перенапряжения при отсекании малых индуктивных токов;
• Малый коммутационный ресурс отключения аварийных токов.

Список использованной литературы

• Солянкин А. Г., Павлов М. В., Павлов И. В., Желтов И. Г. «Теория и конструкции выключателей» 1982.
• Кравченко А. Н., Метельский В. П., Рассальский А.Н. «Высоковольтные выключатели 6—10 кВ»  2006
• К.А. Набатов, В.В. Афонин «Высоковольтные вакуумные выключатели распределительных устройств» 2010

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.
• 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.

1. Назначение

Вакуумные выключатели предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока (частота 50 Гц), номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной, компенсированной, заземлённой через резистор или дугогасительный реактор нейтралью.

они предназначены для установки в новых и реконструируемых комплектных распределительных устройствах станций, подстанций и других устройств, осуществляющих распределение и потребление электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства, в том числе нефтегазодобывающей и перерабатывающей, нефтехимической, химической, горнорудной и др. отраслях.

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

3. 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.

4. Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

Преимущетсва:

• Небольшие габариты, в сравнении с масляными и воздушными выключателями.
• Возможность быстрой замены, особенно в выкатных ячейках.
• Сравнительно низкий уровень шума.
• Экологичность.
• Не требуют периодической компенсации уровня рабочей среды, снижая объемы работ по обслуживанию к минимуму.
• Высокая надежность.

Недостатки:

• Возникновение перенапряжения при отсекании малых индуктивных токов.
• Малый коммутационный ресурс отключения аварийных токов.

5. Особенности эксплуатации

Несмотря на неприхотливость выключателей от 6 до 35 кВ, их ревизию, обслуживание нужно проводить не реже 1 раза в 4 года.

К общим рекомендациям можно отнести:

• Необходимость периодической проверки скорости срабатывания;
• Использование для установки силовых розеток;
• Необходимость проверки корректности работы после скачков напряжения;
• При поломке в первую очередь проверяется на состояние контактов и проводки.

6. Особенности выбора

Ввиду наличия высокого спроса на такой вид выключателей, их производство налажено огромным количеством независимых компаний. Это порождает различие конструкций, технических характеристик, а значит, вынуждает использовать определенные критерии выбора:

• Номиналы напряжения, мощности, сопротивления.
• Значения токов отключения, динамической устойчивости.
• Номинал теплового импульса сети.
• Принцип работы бортового микропроцессора.
• Входные/выходные значения сигнала.

7. 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.

Выводы

Вакуумные выключатели с номинальным напряжением 6, 10 и 35 кВ являются одним из наиболее востребованных сегодня типов коммутационного оборудования высоковольтных сетей.

Они более надежны в эксплуатации, долговечны и безопасны для обслуживающего персонала и окружающей среды. Вакуумные выключатели от других видов устройств отличаются относительной простой и надёжной структурой.

Поэтому этот вид оборудования служит длительное время без особых нареканий.

Ресурс естественного износа определяется числом операций, равным не менее 20000. При условии своевременного производства технического обслуживания этот ресурс возрастает на 5-10%. Между тем, техническое обслуживание ВВ ограничивается небольшим количеством лёгких операций.

Вакуумные выключатели

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

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