Вакуумные выключатели

ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

В настоящее время выключатели с вакуумными и элегазовыми дугогасящими устройствами (ДУ) начинают все больше вытеснять масляные, электромагнитные и воздушные выключатели. Дело в том, что ДУ вакуумные и элегазовые не требуют ремонта по крайней мере в течение 20 лет, в то время как в масляных выключателях масло при отключениях загрязняется частицами свободного углерода и, кроме того, изоляционные свойства масла снижаются из-за попадания в него влаги и воздуха. Это приводит к необходимости смены масла не реже 1 раза в 4 года. Дугогасящие устройства электромагнитных выключателей примерно в эти же сроки требуют очистки от копоти, пыли и влаги; ДУ вакуумных и элегазовых выключателей заключены в герметичные оболочки, и их внутренняя изоляция не подвергается воздействию внешней среды. Электрическая дуга при отключениях в вакууме или в элегазе также практически не снижает свойств дугогасящей и изолирующей среды.

Современные выключатели  должны обладать коммутационными и механическими ресурсами, обеспечивающими межремонтный период в эксплуатации 15—20 лет. Эти условия трудно выполнимы при традиционных методах гашения дуги в масле или воздухе. Возможности дальнейшего существенного совершенствования выключателей с традиционными способами гашения дуги практически исчерпаны. Однако выпуск этих выключателей пока будет продолжаться из-за того, что технология их изготовления проста и цена их ниже вновь осваиваемых воздушных и элегазовых выключателей.

В СССР разработаны и  с 1980 г. серийно изготовляются вакуумные выключатели на напряжение 10 кВ с номинальными токами отключения до 80 кА.

Конструкция вакуумных  выключателей (ВВ) типа ВБЭ разработана  применительно к конструкции  шкафов КРУ с маломасляным выключателем. Шкафы КРУ с ВВ могут использоваться совместно со шкафами КРУ с маломасляными выключателями. При питании вспомогательных цепей на выпрямленном токе (встроенный электромагнитный привод зависимого действия, непосредственно использующий электрическую энергию выпрямленного тока) для обеспечения полного включения ВВ необходимо использовать устройства комплектного питания типа УКП2, ВАЗП. Вакуумные выключатели типа ВБЭ предназначены для использования в промышленных и сетевых установках с частыми коммутационными операциями. Модернизация ВБЭ предусматривает верхнюю компоновку встроенного привода ВВ, улучшающую условия технического обслуживания.

Вакуумные выключатели типа ВБТЭ и  ВБТП предназначены для использования в экскаваторах, передвижных электростанциях на автомобильном ходу, буровых установках, роторных комплексах, насосных станциях и других электроустановках. Они выполнены в виде выдвижного элемента шкафа КРУ, содержат выпрямительный мост для питания отключающего электромагнита, включающий контактор, цепи заряда конденсатора отключения, блокировку от многократных повторных включений и элементы блокировок от ошибочных операций с выкатным элементом. Выключатели имеют фиксированный расцепитель, который обеспечивает возможность отключения выключателя только из полностью включенного положения в отличие от свободного расцепителя у выключателей типа ВБЭ (свободный расцепитель обеспечивает возвращение главных контактов выключателя в отключенное положение и фиксацию их в этом положении в случае, даже если при этом удерживается команда на включение). Достоинством выключателей типа ВБТЭ и ВБТП является верхняя компоновка встроенного электромагнитного привода, которая обеспечивает удобство технического обслуживания в эксплуатации.

На напряжение 10 кВ разработаны вакуумные дугогасительные камеры (ВДК) с токами отключения 40 и 50 кА. На рис. 1.1 показан схематический разрез вакуумной дугогасительной камеры с поперечным магнитным дутьем с серповидными контактами, применяемой в вакуумных выключателях на номинальные напряжения 10 кВ с номинальным током 1600 А и током отключения до 31,5 кА. Поперечное магнитное поле быстро перемещает дугу, что позволяет уменьшить износ контактов и улучшает процесс гашения дуги.

Рис 1.1 Вакуумная дугогасительная камера вакуумного  выключателя на 10 кВ,1600А

а- схематический разрез камеры; б- контактная система камеы;1-контакты; 2-дугогасящие электроды; 3-зазор  между контактами и дугогасящими электродами; 4-медный неподвижный ввод; 5-то же подвижный; 6- концевые фланцы; 7- сильфон из нержавеющей стали; 8- экран, изолированный от вводов; 9-концевые экраны, находящиеся под  потенциалом соответствующего ввода; 10-керамические изоляторы;11-металлическая прокладка;12- напрявляющая из силумина

 

2. ПРЕИМУЩЕСТВА  И НЕДОСТАТКИ

В последние годы широкое распространение в мировой практике получили вакуумные коммутационные аппараты. В них гашение дуги при коммутации электрической цепи осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) рис 1.1, которая состоит из изоляционной цилиндрической  оболочки, снабженной по концам металлическими фланцами, внутри которой помещаются подвижный и неподвижный контакты и электростатические экраны. Неподвижный контакт жестко крепится к одному фланцу, а подвижный соединяется с другим фланцем сильфоном из нержавеющей стали, обеспечивающим возможность перемещения контакта без нарушения герметичности ВДК. Экраны предназначены для защиты оболочки от брызг и паров металла, образующихся при горении дуги а также для выравнивания распределения, напряжения по камере. Оболочка ВДК изготовляется из специальной газоплотной керамики (в некоторых конструкциях - из стекла). Внутри оболочки создается вакуум, в ВДК применяют контакты торцевого типа достаточно сложной конфигурации, выполненные из специальных сплавов. В выключателях напряжением до 35 кВ предназначенных для работы в сетях трехфазного переменного тока промышленной частоты, используются три ВДК (по одной на полюс выключателя), снабженные общим приводом - пружинным или электромагнитным. При напряжении выше 35 кВ в каждом полюсе выключателя используются несколько ВДК,  соединенных последовательно.

 

Основные достоинства  вакуумных выключателей, определяющие их широкое применение:                           

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».

3. Полная взрыво- и пожаробезопасность и возможность работы в aгрессивных средах.

4. Широкий диапазон температур окружающей среды, в котором возможна работа ВДК

5. Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малой массы и компактной конструкции аппарата.

  6. Произвольное рабочее положение и малые габариты, что позволяет создавать различные компоновки распределительных устройств, в том числе и шкафы с несколькими выключателями при двух-трехъярусном их расположении.

  7. Бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные малым выделением энергии в дуге и отсутствием выброса масла, газов при 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.

 

 

 

 

 

3. ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ 10, 35 KB ДЛЯ КРУ И 110 КВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК С ЧАСТЫМИ КОММУТАЦИЯМИ

Вакуумные выключатели  типа ВБЭ-10 (рис. 1.2) используются в серийных КРУ общепромышленного назначения (типа КМ-1, КМ-1Ф, К-104), климатическое исполнение У, категория размещения 3 по ГОСТ 1550-69*.

Разработаны вакуумные выключатели с пружинным приводом для КРУ общепромышленного исполнения типа ВБ-10-20/1600 и ВБ-10-31,5/3150 на токи отключения 20 и 31,5 кА соответственно. Отличие этих выключателей от ВБЭ-10 в типе привода.

Кроме перечисленных выключателей выпускаются также вакуумные выключатели с номинальным напряжением 10 кВ:

ВБТЭ-10-10/630У2 - для технического перевооружения действующего парка экскаваторов (номинальный ток 630 А, ток отключения  10  кА);  ВБТЭ( 2 )-10-20/630-1000 УХЛ2 — для экскаваторов (номинальный ток 630 и 1000 А, ток отключения 20 кА);

ВБТШ-10-20/630 ХЛ5 - для электроснабжения шахт (номинальный ток 630 А, ток отключения 20 кА).

Вакуумные       выключатели ВБЛ - 35 выкатного типа (рис. 1.3) разработаны для КРУ напряжением 35 кВ. Климатическое исполнение У, категория размещения 3 по ГОСТ 15150-69*. Выключатели предназначены для коммутации электрических цепей дуговых сталеплавильных печей и других установок с частыми коммутациями в трехфазных сетях переменного тока. Управление выключателем осуществляется электромагнитным приводом (общий на три полюса).

Условное обозначение  выключателя — ВБЛ-35-31,5/1600 УЗ и ВБЛ-35-31,5/2500 УЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1.2 Вакуумный выключатель типа ВБЭ-10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1.3 Вакуумный выключатель типа ВБЛ-35

 

 

Разработаны вакуумные выключатели  наружной установки типа ВБК-35Б-20/1000У1. Они представляют собой коммутационные аппараты, состоящие из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых электромагнитным приводом. Отличие этих выключателей от ВБЛ-35 по параметрам:

номинальный ток - 1000 А; номинальный ток отключения — 20 кА; механический ресурс—40000 циклов «ВО» с заменой камер через 20000 циклов. Для повышения уровня изоляции наружной поверхности ВДК она помещена в фарфоровую покрышку, залитую трансформаторным маслом. Габариты выключателя с приводом (ширина, глубина, высота) — 2,23 х 0,575 х 2,09 м. Масса выключателя с маслом - 880 кг.

Вакуумные выключатели  типа ВБК-110Б-20/1000У1 предназначены для  выполнения коммутационных операций в нормальных и аварийных режимах электроустановок с частыми коммутациями.

Вакуумный     выключатель     типа ВБК-110Б-20/1000У1. климатическое исполнение У, категория  размещения  1  но ГОСТ 15160—69*, состоит из трех полюсов, установленных на общей раме и управляемых пружинным приводом типа ППК-1000.

В состав каждого полюса входят четыре камеры типа КВД-35-20/1250УХЛ2, соединенные последовательно, опорная изоляция и механизм.

В конструкции выключателя  предусмотрено устройство для выравнивания напряжения по камерам полюса.

Габариты выключателя  с приводом (ширина х глубина х высота) — 4,38 х 0,75 х х4,58 м. Масса выключателя 2270 кг.

 

4. ВАКУУМНЫЕ   И  ЭЛЕГАЗОВЫЕ  КОМПЛЕКТНЫЕ  РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА 35 KB

Для приема и распределения  электроэнергии трехфазного тока номинальным напряжением 35 кВ в установках металлургических предприятий (дуговые сталеплавильные печи, прокатные станы и др.) разработаны КРУ, оборудованные вакуумными или элегазовыми выключателями выкатного типа.  Применение этих КРУ резко сокращает габариты распределительных устройств (по сравнению с РУ, оборудованными воздушными выключателями), повышает их монтажную готовность, надежность работы и удобство эксплуатации.

Климатическое исполнение КРУ—УХЛ категория размещения 3 по ГОСТ 15150 — 69* КРУ состоят из шкафов с аппаратурой раз личного назначения, соединенных между собой по сборным шинам.

Таблица 1.1. Основные характеристики шкафов КРУ 35 кВ

Параметр	Норма
Номинальное напряжение, кВ	35
Наибольшее рабочее  напряжение, кВ	40,5
Номинальный ток сборных  шин, А	1600, 2500
Номинальный ток главных  цепей шкафов, А	630, 1600,2500
Электродинамическая стойкость, кА	80
Термическая стойкость (2 с), кА	31,5

 

5. ВАКУУМНЫЙ  ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВБТЭ-10-20

 

 

Выключатель предназначен для работы в шкафах комплектных распределительных устройств (КРУ), шкафах КСО, а также замены маломасляных выключателей в распределительных устройствах напряжением 6-10 кВ

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Параметры	Значение
Номинальное напряжение, кВ	10
Номинальный ток, А	630-1600
Время включения, сек  не более	0,1
Время отключения, сек не более	0,02
Номинальное напряжение питания цепей управления. В:  постоянного тока   переменного тока, 50 Гц	220  220
Ток потребления:  включающего электромагнита, А не более  отключающих электромагнитов, А не более:  электромагнит отключения	50
Постоянный ток	2
Переменный ток	1
Электромагнит отключения от независимого источника питания	1
Ток срабатывания максимальных расцепителей тока, А	5
Число циклов "ВО":  а) при номинальном токе   6) при номинальном токе отключения	50000  50
Габариты, мм	612х550х840
Масса, кг, не более	100

 

 

 

 

 

6. Вакуумные выключатели серии BB/TEL

 

          

это коммутационные аппараты нового поколения, в основе принципа действия которых лежит гашение возникающей  при размыкании контактов электрической  дуги в глубоком вакууме, а фиксация контактов вакуумных дугогасительных камер (ВДК) в замкнутом положении осуществляется за счет остаточной индукции приводных электромагнитов («магнитная защелка»).

Отличительная особенность конструкции  вакуумных выключателей серии BB/TEL по сравнению с традиционными коммутационными аппаратами заключается в использовании принципа соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя, которые механически соединены между собой общим валом.