Вакуумный выключатель, фото

Что такое вакуумный выключатель и для чего он нужен?

Руслан Коновалов Руслан Коновалов

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

Вакуумный выключатель

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.

Достоинства и недостатки

Вакуумный выключатель имеет множество преимуществ в сравнении с электромагнитными и масляными:

  1. В теории и на практике доказано, что самый простой метод гашения электродуги состоит в использовании вакуумного выключателя. Дугогасящие качества позволяют создавать выключатели для напряжения даже в 6-10 кВт.
  2. Эксплуатация устройства гораздо проще, чем у конкурентов.
  3. В условиях вакуума дугогасительной камеры дистанции свободного передвижения электронов и молекул могут достигать сотен метров, то есть гораздо больше, чем расстояния между контактами. Причем ударной ионизации почти нет, а значит, промежуток в вакууме не становится причиной появления заряженных частиц. Такие частицы, однако, могут возникнуть при определенных обстоятельствах на контактных поверхностях.
  4. Хотя вакуумные выключатели все еще дороги в изготовлении, при серийном производстве их себестоимость лишь на 5-15% выше себестоимости маломасляных устройств. Электромагнитные же выключатели и вовсе проигрывают в этом отношении вакуумным.
  5. Камеры характеризуются незначительными размерами. Причина в электрической прочности вакуума и отсутствии необходимости в значительных расстояниях между контактами: обычно достаточно 2-2,5 сантиметров. Компактность означает еще и небольшой вес.
  6. Устройство отличается безопасностью применения. Выключатель работает при небольших динамических нагрузках, бесшумен, отсутствует риск утечки масла.
  7. Работает вакуумная камера в автономном режиме, поскольку отсутствует потребность в пополнении среды. Результатом автономности является снижение эксплуатационных расходов.
  8. Серьезный механический ресурс. Число включений и отключений без проведения ремонта может доходить до нескольких десятков тысяч. Отключение токов короткого замыкания может осуществляться десятки или даже сотни раз. Те же маломасляные устройства нуждаются в ремонте уже после нескольких сотен отключений при рабочем токе и всего лишь после десятка отключений при коротких замыканиях.
  9. Быстродействие. Причина быстрой работы состоит в малом ходу контактов, так как дистанция между ними не более 10 миллиметров. Для примера: расстояние между контактами в маломасляных выключателях достигает десятков сантиметров.

Вакуумный выключатель ВВД8

Недостатки вакуумных выключателей:

  1. Вероятность коммутационных перенапряжений в случае отключения небольших индуктивных токов.
  2. Сложный процесс изготовления, так как нужно создать контактные материалы. Работа с вакуумом требует особых производственных условий.
  3. Необходимость значительных инвестиций в производство, что напрямую сказывается на себестоимости продукции.

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).

Вакуумный выключатель

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.

Рисунок вакуумного выключателя
Рисунок выключателя

Особенности одного из полюсов с номинальным током 2 тысячи ампер показаны на рисунке ниже.

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.

Принцип работы

При размыкании контактов в вакууме коммутируемый ток провоцирует электрический разряд — вакуумную дугу, которая существует благодаря металлу, исходящему в виде испарений от поверхности контактов в период вакуумного промежутка. Ионизированные пары образуют проводящую плазму, которая способствует току между контактами вплоть до его прохода через ноль.

Когда ток перешел через ноль, дуга прекращает свое существование, а металлические пары стремительно (в течение 8-10 микросекунд) образовывают конденсат на контактных поверхностях и других частях дугогасящей камеры. Таким образом, воссоздается приложенное к контактам напряжение.

Если после возобновления напряжения на контактной поверхности сохраняются перегретые места, они становятся источником продуцирования заряженных частиц, пробивающих вакуумный промежуток, через который затем проникает ток. Чтобы избежать таких отказов, нужно управлять дугой так, чтобы поток тепла распределялся по контактной поверхности как можно равномернее: на поверхность направляется продольная дуга, с таким же направлением, как и у тока. Такой принцип управления дугой реализован в дугогасящих камерах вакуумных выключателей серии BB/TEL.

Модели вакуумных выключателей

Ниже рассмотрим технические характеристики популярных моделей выключателей.

ВВЭ-М-10-20

Аббревиатура расшифровывается как «выключатель вакуумный электромагнитный модернизированный». Число 10 обозначает номинальное напряжение — 10 кВт, а 20 — указывает на номинальный ток отключения. Устройство монтируется в КРУ следующих видов: К-104, К-49, К-59 и КМ-1Ф. Выключатели ВВЭ-М-10-20 могут без каких-либо проблем быть заменены на модели ВКЭ-10 или ВК-10.

Выключатели ВК-10

Благодаря используемой схеме управления, можно достичь следующих характеристик системы:

  • быстрого и отложенного во времени включения или отключения устройства;
  • сигнализации расположения выключателя с использованием контактов коммутирования для внешних дополнительных цепей управления и контроля в КРУ;
  • отключения вручную.

Выключатели могут эксплуатироваться при соблюдении следующих параметров:

  • климатические условия согласно требованиям ГОСТ 15150-89;
  • высота оборудования над уровнем моря до 1 километра;
  • температура окружающей среды — от 45 градусов мороза до 40 градусов тепла;
  • отсутствие поблизости или в воздухе легковоспламеняющихся или взрывоопасных веществ.

Срок эксплуатации выключателя до проведения ремонта средней сложности составляет примерно 10 лет. Капитальный ремонт, согласно заявлению производителя, предстоит не ранее, чем через 25 лет. Вес выключателя — 93 килограмма. Включение устройства производится благодаря тяговому усилию магнита подключения. Время включения — 1/10 секунды, время отключения — 1/50 секунды.

ВВЭ-М-10-40

Прибор рассчитан на номинальный ток отключения в 40 кА. Монтируется в КРУ моделей К-59 и К-105. Кроме того, ВВЭ-М-10-40 применяется в качестве замены масляных и электромагнитных выключателей во всех разновидностях распределительных систем. Управленческая схема и эксплуатационные условия для этого выключателя такие же, как и в случае с моделью ВВЭ-М-10-20.

ВВТЭ-М-10-20

Данный выключатель работает на постоянном или переменном токе. Может устанавливаться в ячейки таких разновидностей, как КРУЭ-6П, 2КВЭ-6М, КРУП-6П. Модель может применяться как замена масляных выключателей во всех типах распределительных приборов.

Аппарат используется в нефтегазовой промышленности, высокомощной экскаваторной технике, мобильных электрогенерирующих станциях, электроподстанциях, шахтах и метрополитенах. Также устройство применяется в оборудовании для оросительных систем и на промышленных предприятиях различных отраслей.

Похожие статьи
Добавить комментарий