Вакуумные выключатели.

Вакуумный выключатель в энергетике — это высоковольтный коммутационный аппарат для выполнения операций включения и отключения электрического тока в рабочем и аварийном режиме — режиме короткого замыкания. При этом средой гашения дуги является вакуум.

Электрическая прочность вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении. Это свойство используется в вакуумных дугогасительных камерах. При расхождении контактов площадь их соприкосновения быстро уменьшается, на основании чего температура в точке соприкосновения, за счет проходящего тока, резко повышается, образуется мостик из расплавленного металла. За очень короткое время этот мостик нагревается и испаряется.

В среде паров металла загорается дуга [11]. Вследствие глубокого вакуума происходит быстрая диффузия заряженных частиц в окружающее пространство. При переходе тока через «нуль» дуга гаснет. Примерно через 10 мкс между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума.

На рисунке 1.9 приведено устройство простейшей вакуумной камеры. В положении «включено» электроды 5 прижаты друг к другу пружиной привода, в процессе отключения контакты размыкаются, зажигается дуга, которая горит в парах металла. Металлические пары непрерывно покидают дуговой промежуток и конденсируются на поверхности центрального экрана, изолированного от электродов. При приближении тока к «нулю» дуга гаснет и парообразование прекращается. При этом уменьшается напряжение на дуге и энергия, выделяемая в дуговом промежутке, увеличивается отключающая способность (эрозия контактов минимальна).

Рис.1.9. Устройство простейшей вакуумной камеры:

1 — стеклокерамическая оболочка; 2 — стальные торцевые фланцы; 3 — неподвижный контакт; 4 — подвижный контакт; 5 — электрод; 6 — стальной ребристый сильфон; 7, 8, 9— экраны

Камера имеет цилиндрический корпус, внутрь которого через верхний фланец входит неподвижный контакт, а через нижний фланец и сильфонное уплотнение — подвижный контакт, ход которого составляет всего 2—2,5 мм. Так как контакты выполнены из тугоплавкого металла, то камера может выдерживать большое число отключений.

Основные достоинства вакуумных выключателей.

  • 1. Высокая эксплуатационная надежность. Число отказов вакуумных выключателей на порядок ниже по сравнению с традиционными масляными выключателями.
  • 2. Быстродействие и повышенный механический ресурс, что обеспечивается благодаря тому, что дугогасительная вакуумная камера допускает ход контактов не более 6—10 мм (у масляных — 100—200 мм).
  • 3. Высокая коммутационная износостойкость и сокращение расходов на обслуживание. Число отключений рабочих токов вакуумных выключателей без ревизий и ремонтов достигает 20 000, а отключений токов короткого замыкания составляет в среднем 20—200 в зависимости от значений токов и типа выключателя (для масляных выключателей эти цифры, соответственно, 100—500 и 3—10; для воздушных выключателей — 1000-2500 и 6-15).
  • 4. Безопасность и удобство эксплуатации. Масса вакуумных выключателей значительно ниже, чем у других типов выключателей (при одинаковых номинальных параметрах коммутируемых токов и напряжений). Бесшумность работы, экологическую безопасность и высокую пожарную и взрывобезопасность работы в средах с высокой агрессивностью обеспечивает малая энергия привода, небольшие динамические нагрузки и отсутствие утечки газов и масла.
  • 5. Автономность работы. Это связано с тем, что вакуумная дуто гасительная камера не нуждается в пополнении дугогасяшей среды. Последнее снижает расходы на эксплуатацию вакуумного выключателя.
  • 6. Высокая скорость коммутации и готовность к повторным включениям.

Кроме того, отличительными особенностями вакуумных выключателей серии BB/TEL являются также питание цепей управления от сети постоянного, выпрямленного и перемещенного оперативного тока в широком диапазоне напряжений (24—220 В), малое потребление мощности по цепи оперативного питания (10—100 Вт, 15—120 ВА), простое построение схем релейной защиты и автоматики с микропроцессорными защитами всех производителей, возможность отключения при потере оперативного питания, полная взаимозаменяемость с устаревшими маломасляными выключателями по главным и вспомогательным цепям, возможность работы в любом пространственном положении, малые габариты и масса.

Одним из основных требований, которые предъявляются к вакуумным выключателям нового поколения, является работа этих выключателей без текущих и средних ремонтов в течение всего срока их службы (25 лет) с минимальными периодическими проверками их состояния. Если при создании выключателей нового поколения, не требующих ремонта в течение 25 лет, ремонтопригодность отступает на задний план, то на первый план выступает долговременная надежная работа, которая может быть достигнута за счет применения простой конструкции привода с эффективной кинематической схемой.

Вакуумные выключатели — это самые «чистые» типы выключателей: они не имеют никаких проблем с загрязнением распределительных устройств и выделением небезопасных для экологии веществ. Они практически бесшумны в работе. Следует отметить невысокую стоимость эксплуатации вакуумных выключателей, которая сводится к протирке изоляции, текущим ремонтам привода (малая мощность) и очень редко требуемая замена дугогасительных камер. Малые габариты и возможность произвольного их расположения позволяют уменьшить размеры распределительного устройства и обеспечивают свободу в их компоновке, например, в размещении ячеек в несколько ярусов.

Установленные на линейных присоединениях вакуумные выключатели без проблем отключают зарядные токи кабельных и воздушных линий, находящихся под напряжением. Однако при отключении вакуумными выключателями небольших индуктивных токов (холостой ток силовых трансформаторов) имеется вероятность коммутационных перенапряжений. В случае потери вакуума в одной из дугогасительных камер происходит приваривание контактов. Поэтому необходим постоянный контроль отсутствия напряжения на всех трех фазах после отключения присоединения. Ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания не очень большой.

Широко используются вакуумные выключатели многих российских и зарубежных производителей. Ниже в качестве примера рассмотрены вакуумные выключатели серии BB/TEL компании «Таврида Электрик». Эти выключатели имеют высокий механический и коммутационный ресурс, малое энергопотребление по шинам оперативного напряжения, малые габариты и массу, легко и просто адаптируются в любые типы комплектных распределительных устройств (КРУ) и камер стационарного одностороннего обслуживания (КСО) внутренней и наружной установки класса напряжения до 20 кВ трехфазного переменного тока 50 Гц, не обслуживаются в течение всего срока эксплуатации.

Высоких технических показателей вакуумных выключателей данной серии удалось достичь без проведения ремонтных работ в результате применения:

  • • простой кинематической схемы;
  • • небольшого числа деталей;
  • • движущихся частей, имеющих незначительное трение и способность работать без смазки;
  • • магнитной защелки вместо механической для удержания вакуумного выключателя во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита;
  • • электромагнитного привода;
  • • вакуумных дугогасительных камер, коммутационный ресурс которых в два раза превышает требования ГОСТ.

Выключатели серии BB/TEL предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с изолированной, компенсированной или заземленной нейтралью.

В основе конструктивного решения выключателя лежит использование пофазных электромагнитных приводов с магнитной защелкой. Блоки управления БУ/TEL позволяют существенно сократить энергопотребление по цепи оперативного питания, так как практически не потребляют мощности из сети при включении и полностью не потребляют ее при отключении выключателя, обеспечивая при этом стабильно минимальное время на коммутационную операцию, а также передачу информации в схему релейной защиты и автоматики. Даже в отсутствия оперативного питания блоки управления серии TEL сохраняют возможность оперативного отключения выключателя BB/TEL или его включение с использованием блока механического включения БМВ/TEL.

Многолетний опыт разработки и производства вакуумных выключателей, а также постоянный их мониторинг в условиях реальной эксплуатации, подтвердивший их высокую надежность, позволил компании «Таврида Электрик» установить для них гарантийный срок службы семь лет, причем в ряде случаев этот срок может быть увеличен до десяти лет.

Климатические условия эксплуатации вакуумных выключателей BB/TEL:

1) климатическое исполнение и категория

размещения У2;

  • 2) высота над уровнем моря не более 3000 м;
  • 3) диапазон рабочих температур 40 °С...+55 °С;
  • 4) относительная влажность воздуха 100% при +25 °С.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >