Устройство и принцип работы вакуумных выключателей

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

Правила выбора и монтажа

Выключатель выбирают на основании его технических характеристик. Учитывают рабочие параметры уже действующих схем электрических сетей. Выбор осуществляется исходя из максимальных показателей рабочих режимов сети.

Номинальное напряжение должно быть равным или большим, чем номинальное напряжение электрической сети. Выбор по длительному рабочему току производится исходя из максимально возможных параметров. Уставки защит обоснуются расчетами работы при наиболее тяжелых режимах.

Установка вакуумного выключателя проводится с соблюдением всех требований, указанных в нормативно-технической документации, с учетом организационных и технических мероприятий для безопасных работ.

Перед началом монтажа выключателя необходимо убедиться в комплектности и отсутствии дефектов путем внешнего осмотра. При обнаружении на поверхности изоляторов сколов или трещин установка оборудования не допускается.

После проверки внешние поверхности очищаются ветошью без ворса

При этом уделяется особое внимание очистке изоляции полюсов выключателя. Перед установкой коммутационного аппарата проверяется работоспособность и целостность схемы вторичных цепей путем включения и отключения выключателя

Схемы электрические принципиальные работы выключателей

Назначение схемы управления:

• оперативное включение и отключение выключателя;
• блокирование против повторения операций включения и отключения выключателя, когда команда на включение остается поданной после автоматического отключения;
• сигнализация положения выключателя с помощью коммутирующих контактов для внешних вспомогательных цепей и для цепей контроля.

Описание работы схемы

Подготовка схемы к включению

Для подготовки схемы к включению подается переменное оперативное напряжение или постоянное (выпрямленное) на клеммы ХТ:26 и ХТ:27 (цепи мотор-редуктора заводки пружины включения). Мотор-редуктор взводит пружину включения. После завершения взвода срабатывают блок-контакты положения привода SQM1,2, размыкая цепь питания мотор-редуктора.

Также при этом срабатывает реле повторения сигнала положения привода KV1 по цепи: клемма ХТ:26, блок-контакт положения привода SQM1-2, диодный мост VD4, обмотка реле блокировки KBS, блок-контакт положения привода SQM2-2, клемма ХТ:27. Реле своими контактами KV1-3 подготавливает цепь включения, контактами KV1-2 подготавливает внешние цепи контроля (РКВ), контактами KV1-1 разрывает цепи блокировки от повторного включения.

Вакуумный выключатель ВВР-10-20/630 Нажмите на картинку для увеличения

Включение выключателя

Для включения, переменное оперативное напряжение или постоянное (выпрямленное) подается на контакты ХТ:23 и ХТ:25, при этом напряжение питания через выпрямитель на диодном мосте VD1 подается на катушку электромагнита включения YAC по цепи: ХТ:23, н.з. контакты реле блокировки KBS, н.о. контакты реле повторения сигнала положения привода KV1.3, н.з. контакты положения выключателя Q6.1, диодный мост VD1, самовосстанавливающийся предохранитель FU1, контакт ХТ:25.

Советуем изучить Сфера применения токопроводящих клеев и изготовление своими руками: общий взгляд

Электромагнит включения YAC срабатывает, выключатель включается. При включении срабатывают и блок-контакты выключателя Q1…Q10. Блок-контакты Q7.1, Q8.1 подготавливают команду отключения.

Отключение выключателя

Для отключения, переменное оперативное напряжение или постоянное (выпрямленное) подается на контакты ХТ:28 и ХТ:29, при этом напряжение питания через выпрямитель на диодном мосте VD5 подается на катушку электромагнита включения YAТ по цепи: ХТ:28, н.з. контакты положения выключателя Q8.2, диодный мост VD5, самовосстанавливающийся предохранитель FU3, контакт ХТ:29.

Электромагнит отключения YAТ срабатывает и выключатель отключается.

Отключение выключателя также может производиться от токовых электромагнитов YAA1 и YAA2 для схем с дешунтированием или электромагнитом отключения YAV независимого источника питания.

Для отключения выключателя может использоваться конденсатор С3, установленный в схеме выключателя. Конденсатор С3 заряжается после подачи напряжения на контакты 26,27 блока зажимов выключателя. Для отключения выключателя необходимо внешними цепями управления соединить контакт ХТ:32 с контактом ХТ:28 блока зажимов(при этом контакты ХТ:26 И ХТ:29 должны быть объединены в общую цепь). Отключение выключателя произойдет по цепи (+) С3, самовостанавливающийся предохранитель FU2, ХТ:32, ХТ:29, Q7.1, Q8.1, VD5, YAT, ХТ:27(ХТ:29). Для отключения от конденсатора можно использовать и другие электромагниты, установленные в схеме выключателя (кроме токовых).

Как работает вакуумный выключатель

При отключении и включении значительных нагрузок между контактами коммутационных аппаратов возникает электрическая дуга, приводящая к повреждению самих контактов и к перекрытию дугой соседних токоведущих частей. Такая ситуация провоцирует серьезные аварии или пожар.

Для предотвращения этого в конструкции имеется специальная камера. В ней происходит гашение дуги. Высоковольтные выключатели оборудуются дугогасящими камерами, где дуга разрывается под воздействием масла, потоком сжатого воздуха или в среде элегаза.

Одно из перспективных направлений – создание высоковольтных выключателей с вакуумной дугогасящей камерой. В этой статье рассмотрен вакуумный выключатель, его устройство и принцип работы наиболее распространенных моделей, их достоинства и недостатки.

Вакуумные выключатели

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

Благодаря качественному отличию от устаревших автоматических выключателей, вакуумные выключатели используются и для вновь возводимых подстанций, и для замены коммутационного оборудования на уже существующих.

• 1. Назначение
• 2. Устройство и принцип действия
• 3. Принцип гашения электрической дуги
• 4. Преимущества и недостатки вакуумных выключателей
• 5. Особенности эксплуатации
• 6. Особенности выбора
• 7. Сферы применения вакуумных выключателей
• Выводы

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

Рисунок 1 – Общий вид вакуумного автоматического выключателя

Вакуумный выключатель — это устройство, предназначенное для эксплуатации в составе электрических высоковольтных сетей. Название он унаследовал от особенности конструкции – вакуумной камеры, благодаря которой достигается моментное гашение электрической дуги. Прибор используют в качестве коммутаторов, призванных выполнять отключение оборудования на случай аварийных ситуаций.

Что это такое и для чего нужно

Назначение этих коммутационных аппаратов заклю чается в следующем :

• О беспечении надежной коммутации электрической цепи в рабочем и аварийном режиме за минимально возможное время.
• Л иквидации аварийных отключений воздушных линий за счет возможности автоматического повторного включения.

Разработка первых образцов началась в 30-х годах прошлого века. В это время еще не было совершенных технологических решений, позволяющих создавать аппаратуру, способную поддерживать глубокий вакуум. Поэтому первые образцы коммутационных аппаратов позволяли отключать только незначительные токи при напряжении до 40 кВ .

После проведенной обширной исследовательской работы к 1957 г. удалось объяснить процессы, происходящие при появлении электрической дуги в разреженном газе. Дальнейшие усилия исследователей в течение 20 лет были направлены на поиск способов, позволяющих предотвратить появление перенапряжений, вариантов предотвращения загрязнения внутренних частей дугогасящей камеры частицами металла, проблем герметичности, методов экранирования.

Результатом работы исследователей стало создание вакуумных выключателей — высоковольтных коммутационных аппаратов, способных работа ть в трехфазных сетях переменного тока. Диапазон напряжений, при котором используются такие выключатели, охватывает электроустановки как до 1000 В, так и до 220 к В.

Какие бывают вакуумные выключатели

Все вакуумные выключатели подразделяются на две большие группы: выключатели для напряжения до 35кВ и устройства для напряжения свыше 35кВ.

На рамке первого вида прикрепляются три полюса. При этом на каждом из них выполняется дугогасительная камера, а также узел поджатия соединений. Кроме этого, на раме установливается электромагнитный привод. С помощью этого привода происходит руководство дугогасительной вакуумной камерой.

Устройство, рассчитанное на напряжение свыше 35кВ, имеет на каждой раме уже по несколько камер. Если их две, то они располагаются напротив друг друга. Руководство ими происходит посредством изоляционной тяги. В случае если камер три, они устанавливаются в ряд друг за другом. В этом случае ими управляет гидравлическая система.

Вакуумные выключатели типа ВВЭ-10, предназначаются для электролиний, где присутствует напряжение 10кВ, с частотой от 50-6оГц, при этом номинальный ток 630-3200А. При этом сила включаемых ударных токов от 52 до 82кА, а выключаемых – от 20 до 31,5кА.

На основании этого устройства изготовливаются дугогасительные камеры двух полюсов с электрическими подводками и электромагнитным приводом, который руководит функциями срабатывания данного прибора. На лицевой панели располагаются дополнительные устройства, которые регулируют систему управления и сигнализации.

Вакуумные устройства типа ВВ/TEL-10-8/800У2. Используется в электроцепях с напряжением до 20кВ трехфазного переменного тока, соответствующего величине в 50Гц и заземленным нулем. Номинальный ток данного выключателя составляет 8кА.

Благодаря конструктивным особенностям выключатель обладает рядом преимуществ:

• при работе от сети потребляет малое количество энергии;
• обеспечен функцией телесигнализации;
• надежный в эксплуатации;
• не требует ремонта в период своей службы, срок которой составляет 25 лет;
• устанавливается в любых электрошкафах различной модификации;
• безопасен в использовании для окружающей среды.

Как работает вакуумный выключатель

Номинальный ток выключения системы составляет 20-40 кА, при этом занимая 45 миллисекунд времени на отключение. Вся конструкция выключателя собирается на одном общем приводе, в то же время для каждой фазы существует отдельный изолятор. Соответственно входные проводники подсоединяются на шины подстанции, а выводные – на отходящие контакты.

Принцип работы вакуумного выключателя

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

Стенки вакуумной камеры изготавливаются из специального вещества и различных сплавов, это создает условия для хорошей герметичности и сохранение ее на долгое время. Конструкция имеет сильфонное устройство, которое исключает попадание воздуха.

Также в нем установливается якорь электромагнита, который способен замыкать и размыкать соединения. Группа пружин создает условия для необходимых скоростей движения якоря при переключениях. В корпусе размещается две системы – электрическая и кинематическая, которые регулируют выключатель в любом положении.

Процесс включения и выключения данного устройства производится посредством специальных пружин. При этом на них воздействуют специальные электромагниты или кнопка отключения. Перед использованием необходимо пружину отключения взвести в рабочее положение. Это делается вручную при отсутствии тока или посредством подачи тока в электродвигатель привода. Так, через ключ управления подается ток на соленоид включения.

В процессе этого заводится пружина включения, которая приводит в рабочее состояние вакуумный выключатель. Кроме этого автоматически взводится пружина срабатывания, которая автоматически отключает прибор.

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.

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.

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.

• 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.

Элегазовые выключатели принцип действия

Метод гашения дуги разнообразными газовыми смесями давно известен как в научной физике, так и производственном процессе.

Современное оборудование, имеющее внутри себя подготовленный газ, широко используют в производственных целях для предотвращения аварийных ситуаций.

Но то, какие именно процессы в этот момент происходят в самом приборе, известно далеко не всем. Потому ниже мы рассмотрим принципы, на которых основан такой прибор как элегазовый выключатель.

Особенности конструкции

Элегазовый выключатель – прибор, предназначенный для контроля и осуществления надзора за высоковольтными электросетями. По своим конструкционным принципам он близок к масляному выключателю, но вместо масляной смеси внутри находится газ. Также подобное сравнение показывает, что элегазовый аппарат порядком долговечнее и требует меньшего ухода.

Обычно в качестве газа применяют серу, но существую и иные смеси.

Существуют следующие разновидности конструкции:

Также данный прибор классифицируют исходя из метода гашения:

• вращающий;
• воздушный;
• продольный.

Принцип работы и сфера применения

Работа устройства основана на изоляции фаз методом использования элегаза.

Детально принцип работы колонкового выключателя выглядит следующим образом:

1. Поступление сигнала выключения заставляет сигналы камер разомкнуться.
2. После этого встроенные контакты прибора создают дугу.
3. Среда с активированной дугой заставляет газ активно делится на частицы.
4. Вызванное этим процессом высокое давление, снижает саму качественную проводимость среды и дуга тухнет.

В некоторых конструкциях предусмотрен отдельный компрессор, который помогает нагнетать ситуацию в приборах работающих не низком давлении. Также, при газовом дутье применяется шунтирование, благодаря которому сила тока выравнивается и процесс стабилизируется.

Принципы работы колонковых устройств несколько отличаются:

• контроль прибора осуществляется трансформаторами и дополнительными приводами. Такой подход обеспечивает возможность удерживания дуги в рамках определенной мощности, а также контролируемое выключение и включение всей сети;
• сами приводы бывают гидравлическими и пружинными. Сугубо пружинные механизмы полностью построены на механических сочленениях, потому они конструктивно простые и надежные. Гидравлические приводы — являются дополненной гидравликой версией пружинного механизма.

Гидравлическая система более надежна благодаря гидравлической страховке, но при этом обременена рисками, связанными с ней же.

Достоинства и недостатки

Любой механизм или прибор обладает рядом преимуществ и недостатков.

В нашем случае к первым относят:

1. Многофункциональность – напряжений, с которыми не мог бы справиться прибор, попросту не существует.
2. Скорость – скорость реакции элегаза измеряется тысячными секунды, что позволяет произвести аварийное отключение в действительно короткие сроки.
3. Пожаробезопасность и устойчивость к вибрации.
4. Срок эксплуатации – корпус устройства надежно защищен, а контакты, защищаемые газовой средой, не подлежат износу в принципе.
5. Работоспособность в сетях высокого напряжения – те же вакуумные приборы этого не могут.

Советуем изучить Взрывозащищенные светильники. характеристика и применение

На этом лучшие особенности такого выключателя заканчиваются, потому перейдем к недостаткам:

1. Цена – сама элегазовая смесь стоит дорого, при этом и работы по созданию прибора являются достаточно затратными, потому этот выключатель достаточно дорогой.
2. Низкие температуры – самый большой минус этого аппарата. Прибор в принципе не способен работать при маленьких температурах, ведь они сильно влияют на физические свойства содержимого, нарушая работоспособность всей системы.
3. Дорогое обслуживание – работы по ремонту устройств данного типа достаточно редкое явление. Его конструктивные особенности помогают ему оставаться надежным почти всегда, но если ремонт необходим – он будет стоить очень дорого. Во-первых, производить такой ремонт можно только высокоточной техникой, которая сама по себе редкость, во-вторых, специалисты, умеющие обращаться с этой техникой, также просят высокую плату.
4. Дорогой монтаж – ситуация полностью аналогична обслуживанию. Монтаж крайне сложен в исполнении, потому работы по подготовке специальной платформы может производить только профессионал.

Подробнее ознакомиться с устройством и принципом действия элегазового выключателя вы можете на видео ниже:

Напоследок

Надеемся, что теперь для вас не осталось пробелов в теоретических принципах работы элегазовых выключателей высокого напряжения.

Плюсы вакуумного переключателя

Вакуумный выключатель имеют ряд преимуществ:

1. Элементарная конструкция. Агрегат не имеет дополнительных устройств, усложняющих устройство.
2. Надежность в использовании. Поломка такого электрооборудования практически исключается
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

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.

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.

Свойства элегаза.

Элегаз (электротехнический газ) представляет собой шестифтористую серу SF6 . При рабочих давлениях и обычной температуре элегаз — бесцветный, без запаха, не горюч, в 5 раз тяжелее воздуха. Элегаз не стареет, т.е, не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность. При температурах до 1000 К элегаз инертен и нагревостоек, до температур Порядка 500 К химически не активен и не агрессивен по отношению к металлам, литьевой смоле и резинам. Элегаз является «электроотрицательным» газом. Его молекулы в электрическом поле обладают способностью захватывать электроны, образуя малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы. Благодаря этому элегаз обладает высокой электрической прочностью. При давлении 0,23 МПа разрядное напряжение в элегазе равно разрядному напряжению трансформаторного масла. В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, в несколько раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при том же давлении молекулы элегаза улавливают электроны дугового столба; потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, т.е, при газовом дутье, электроны из дугового столба поглощаются еще более интенсивно. Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном поле, поэтому конструкция отдельных элементов выключателя должна обеспечивать наибольшую равномерность и однородность электрического поля. В неоднородном поле появляются местные перенапряженности электрического поля, которые вызывают коронирующие разряды. Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя низшие фториды, действующие неблагоприятно на конструкционные материалы, используемые в дугогасящем устройстве. Во избежание разрядов поверхности металлических экранов, выравнивающих поле, должны быть чистыми, гладкими, без заусенцев. Грязь, пыль, металлические частицы на поверхности экранов создают локальную неоднородность поля, ухудшающую электрическую прочность элегазовой изоляции. Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, а надежное гашение дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность выключателей и уменьшают нагрев токоведущих частей. Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25 %. Недостатком элегаза является переход его в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах (-40°С), что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации, например, бак элегазового выключателя нагревают до +12С.

Советуем изучить В чем измеряется работа тока

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.

Устройство и конструктивные особенности

Кроме дугогасящей камеры с контактами в конструкцию полюса вакуумного выключателя входит привод и тяговый изолятор. Для сохранения вакуума внутри дугогасящей камеры применяют сильфон. Он не позволяет проникать другим газам внутрь при движении контакта.

Рисунок 3. Конструкция вакуумного выключателя

Один из контактов закреплен неподвижно, второй – подвижный. Он получает движение через тяговый изолятор посредством электромагнитного привода. Меняя полярность постоянного тока, подаваемого на электромагнит, можно размыкать или замыкать контакты. Для удержания деталей привода в выбранном положении используется постоянный круговой магнит.

Для обеспечения оптимальной скорости движения якоря и уменьшения переходного сопротивления контактов применяется пружинная система. Привод выключателя собран в одном корпусе, куда также входят кинематическая и электрическая схемы для контроля и управления работой. У в ыключателя три полюса, которые разделены между собой.

Управление выключателем осуществляется через блок управления, который выносится на отдельную панель (шкаф) или располагается в корпусе выключателя. Блок управления может быть микропроцессорным или работать на электромеханических реле.

Ресурс по включению и отключению контактов – не менее 20 000 операций. Во время всего срока службы выключатель не требует сложного технического обслуживания. Дугогасящая камера не подлежит ремонту и при необходимости заменяется новой. Конструкция привода предусматривает возможность включения и отключения выключателя вручную.

По исполнению вакуумные выключатели выпускаются для установки как в закрытых распределительных устройствах, так и в открытых. Вакуумные выключатели, предназначенные для установки в закрытых распредустройствах, могут быть выкатного или стационарного исполнения. В этом случае они отделяются от токоведущих частей видимым разрывом, осуществляемым при помощи линейного и шинного разъединителей.

Распространённые модели

Впервые промышленные модели вакуумных выключателей стали появляться в США, ФРГ и Великобритании в 60-х годах прошлого века. Они производились компаниями General Electric и Siemens. В нашей стране промышленное производство таких выключателей началось в 1980 г.

Среди первых промышленных моделей, введенных в эксплуатацию, стал вакуумный выключатель марки ВВВ-10-2/320. Он был рассчитан на токи отключения до 2000 А и номинальный ток 320 А. Рабочее напряжение составляло 10 000 В.

На данный момент российские производители занимают лидирующие позиции на отечественном рынке и рынках стран СНГ.

Наиболее известна продукция отечественных предприятий:

• ПО «ЭЛКО».
• «Таврида Электрик».
• ОАО «Самарский трансформатор».
• АО НПП «Контакт».

Среди иностранных производителей наиболее распространенными являются:

• Siemens.
• ABB .

Компания «Таврида Электрик» специализируется на проектировании и выпуске вакуумных коммутационных аппаратов напряжением до 35 кВ. Наиболее популярные модели – вакуумные выключатели BB/TEL- 10. Также компания выпускает реклоузеры Smart35 для установки на опорах ВЛ 35 кВ.

Крупнейший отечественный изготовитель вакуумной техники ПО «ЭЛКО» производит выключатели, рассчитанные на работу с напряжением 6- 10 кВ ( серий ВБСК, ВБЧСЭ, ВБП, ВББ), и на напряжение 35 кВ серии ВБН.

ОАО «Самарский трансформатор» производит вакуумные выключатели марок ВВВСТ-10 и ВВСТ-35 по лицензии компании Siemens, рассчитанные на напряжение 10, 20,35 кВ соответственно.

АО «НПП»Контакт» – один из крупнейших российских производителей вакуумных приборов. Ассортимент выпускаемой продукции включает низковольтные вакуумные автоматические выключатели напряжением 1,14 кВ таких марок: КВТ-1,14-2,5/160, КВТ-1,14-2,5/250, КВТ-1,14-4/400, высоковольтные вакуумные выключатели напряжением 6 кВ, 10 кВ (марки ВБЭ, ВБММ, ВБ, ВБПП), 20 кВ (марки ВБ, ВБХ), 27,5 кВ, 35 кВ (марки ВБС, ВБ, ВБЭТ, ВБД, ВБПК) и 110 кВ (марка ВБП-110 кВ).

Компания Siemens предлагает широкий ассортимент вакуумных выключателей марки SION для применения в электроустановках напряжением от 6 до 20 кВ и вакуумные выключатели марки 3 AF напряжением до 40,5 кВ для наружной установки.

Компания АВВ производит вакуумные выключатели для внутренней установки марки VD4 для работы в электроустановках напряжением до 40,5 кВ и выключатели наружной установки марок OVB-SDB, OVB-VBF, PVB/PVB-S.

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.