Вакуумный выключатель: устройство и принцип работы + нюансы выбора и подключения

Для чего необходим вакуумный выключатель и как он работает

Электроприбор вакуумный выключатель — это устройство, предназначенное для эксплуатации в составе электрических высоковольтных сетей. Своё название он получил от особенности конструкции – вакуумной камеры, благодаря которой достигается моментное гашение электрической дуги.

Прибор используется в качестве коммутаторов, призванных выполнять отключение оборудования на случай аварийных ситуаций или в рамках текущей эксплуатации.

Как действует высоковольтный вакуумный коммутатор

Основой функциональности вакуумных камер, применяемых в конструкции выключателей, являются физические свойства газа, находящегося в разряженном состоянии. При таких условиях свойство газа, характеризуемое как электрическая прочность, существенно изменяется в сторону увеличения.

Этот эффект высокой разряженной среды (диапазон от 10-6  до 10-8 Н/см2) успешно используется в конструкциях выключателей, дополненных газовыми вакуумными камерами, сквозь которые проходят электрические контактные группы.

Одна из моделей вакуумного выключателя – прибора, который используется при эксплуатации силовых электрических сетей.

Обратите внимание

Устройство считается более современным и надёжным в сравнении с аналогичными устройствами, но другого типа исполнения

Текущий через контактные группы ток (в момент разъёма контакта) формирует электрический разряд – дугу.

Горение дуги проходит за счёт частичной ионизации паров металла, неизбежно образующихся от высокой температуры. Прохождение тока между контактами через образованную плазму поддерживается до момента перехода тока к нулевой шине.

Как только наступает момент перехода через «ноль», электрическая дуга гаснет. Время общего процесса занимает не более 7-10 микросекунд.

Устройство выключателей вакуумного исполнения

Разнообразие вакуумных выключателей, с учётом их конструктивного исполнения, достаточно велико. Поэтому сложно выдавать характеристику этих приборов в целом. Между тем, независимо от конструктивных различий, принцип действия остаётся неизменным.

Структурная схема ВВ: 1 – верхний вывод; 2 – вакуумная камера; 3 – полимерный изолятор; 4 – нижний вывод; 5 – ленточный контакт; 6 – силовая пружина; 7 – тяговый шток; 8 – пружина отключения; 9 – рычаг передачи; 10 – вал привода; 11 – расцепитель; 12 — корпус

Рассмотрим для общего ознакомления трёхполюсный вакуумный выключатель, оснащённый пружинно-моторным приводом. Этот прибор рассчитан под внутреннюю установку или под инсталляцию на открытом воздухе. В любом случае, его монтаж выполняется внутри специальных распределительных металлических коробов.

Эксплуатироваться приборы могут в самых разных сферах народного хозяйства. Однако есть некоторые ограничения. Так, вакуумные выключатели не предназначены для установки с последующей эксплуатацией в следующих условиях:

• помещения, где пожаро-, взрывоопасная атмосфера;
• установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
• установки мобильного (передвижного) типа;
• энергетические системы морских и речных судов.

Выключателям вакуумного типа обычно присущи два типа исполнения конструкции:

1. Под стационарную инсталляцию.
2. Под инсталляцию с аппаратной тележкой.

Независимо от исполнения, корпусная область прибора содержит три полюса, оснащённых дугогасительными камерами.

Внутри вакуумных камер работают подвижные контакторы, приводимые в действие пружинно-моторным механизмом. Корпус прибора дополняется фронтальной панелью, где содержатся элементы индикации и управляющие устройства.

Внешние главные элементы выключателя: 1 – полюса прибора; 2 – механизм блокировки включения; 3 – окно для подъёма; 4 – рукоятка механики, блокирующей внешние цепи

Три полюса главной цепи выполнены в форме колонн.

Расположение полюсов, как правило, на задней части шасси пружинно-моторного привода. Каждый полюс дополнен камерой гашения дуги, которая заключена внутри полимерного изолятора.

С целью усиления электрической прочности корпус изолятора имеет ребристую форму.

Внутри каждой вакуумной камеры смонтирована контактная группа из двух элементов —  подвижного, неподвижного. Элемент подвижного контакта через тяговый изолятор связан с механизмом переключения. Далее связь с нижним контактным выводом. А неподвижный контакт через конусную посадку соединяется с верхним контактным выводом прибора.

Как работает привод выключателя

Подвижные контакты вакуумных камер механическим способом соединены с валом пружинно-моторного привода. За счёт силовой пружины, предварительно взведённой (установленной в состояние растяжения), привод легко привести в действие простым нажатием кнопки управления или иным механизмом.

Структурная схема вакуумной камеры: 1 – клеммник неподвижного контакта; 2 – неподвижный контакт; 3 – подвижный контакт; 4 – металлический экран; 5 – изолятор керамический (полимерный); 6 – сильфон; 7 – клеммник подвижного контакта

Пружина (обычно две пружины) взводится посредством цепной передачи. Нормальный режим работы оборудования предусматривает взвод пружины при помощи электродвигателя, оснащённого редуктором. Вместе с тем, есть рукоятка ручного взвода, которой пользуются на случай аварий или потери питания.

Взведённая пружина фиксируется спусковым механизмом. Этот механизм управляется через электромагнитный привод или через кнопку включения.

Важно

Как только активирован режим включения, фиксация снимается, сила растяжения пружины приводит в действие кулачковый механизм.

Тот, в свою очередь воздействует на вал, который механически соединён с механизмом переключения подвижных контактов вакуумных камер.

Операция на отключение вакуумного выключателя выполняется активацией режима «Отключено» — электромагнитом или кнопкой. Последовательность действий практически аналогична первому режиму. Здесь также задействованы силовые пружины отключения, состояние которых устанавливает спусковой механизм отключения.

Панель управления и элементы индикации: 1 – режим «включено»; 2 – режим «отключено»; 3 – взведённое состояние пружины; 4 — состояние освобождённой пружины

Удобство эксплуатации и контроль работы прибора обеспечивает панель управления. По фронту панели располагаются элементы: счётчик числа циклов, индикатор состояния пружины взвода, индикатор состояния вакуумного выключателя.

Особенности выкатных конструкций

Аппаратура выкатного исполнения собрана на базе специальной аппаратной тележки. При помощи этого аксессуара выключатель вводится внутрь шкафа или выводится из него.

Аппаратная тележка действует не только как транспорт прибора, но также выполняет функцию контроллера включения прибора в режим теста или в рабочий режим, как только выключатель задвинут в шкаф.

Аппаратная тележка: 1 – каток (4 шт.); 2 – основание; 3, А – основание подвижное; 4 – рукоятка (2 шт.

); 5 – гнездо воротка; 6 – планка блокировки; 7 – фиксирующий элемент; 8 – разъём для вторичной цепи; 9 – механика блокировки прибора; 10 – блокировочные контакты; 11 – планка фиксации винта; Б – неподвижная часть

Вакуумный выключатель закрепляется непосредственно к подвижной части тележки.

Крепёж выполняется болтовыми соединениями. Между тем. аппаратная тележка имеет ещё и неподвижную часть, где закреплён привод подвижной части. Движение подвижного модуля относительно неподвижного выполняется за счёт винта рукоятки управления тележкой.

Подвижная часть – металлическое основание на четырёх колёсах, обработанное гальваническим покрытием. Здесь присутствует внешняя механическая блокировка (нажимная планка) заземлителя, блокировка винта привода, блок-контакты, механизм блокировки выключателя и прочие элементы, коими обеспечивается движение или фиксация.

Установка и подключение прибора

Прежде чем начинать устанавливать вакуумный выключатель, необходимо провести осмотр всех внешне доступных элементов, дабы убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем производится чистка изоляционных поверхностей полюсов с помощью сухой безворсовой ветоши.

Не допускается внедрение оборудования в систему, если на изоляционных поверхностях присутствуют сколы, трещины, деформированные участки. Обязательно подлежит проверке схема вторичных цепей, а также подключение корпусной шины.

Проверка установленного прибора. Здесь важно тщательно проверить каждую деталь, каждый элемент крепежа.

Совет

Высоковольтные аппараты не прощают даже малейшей ошибки

Перед установкой работоспособность выключателя следует проверить методом ручного включения (вхолостую без питания) и убедиться в правильности положения индикаторов панели управления.

Затем нужно проверить наличие крышек полюсов. Если применяется аппаратура под номинал 1600А и выше, крышки защиты перед монтажом требуется снять.

Подключение непосредственно в сеть

Клеммы контактных наконечников проводников силовых кабелей перед присоединением к выводам выключателя необходимо зачистить. Процедура зачистки отличается в зависимости от применяемого материала клемм:

• Для медных и алюминиевых клемм без дополнительного покрытия зачистка осуществляется наждачной бумагой зернистостью М20 или ниже, с последующим обезжириванием поверхности металла.
• Если клеммы медные или алюминиевые покрыты слоем серебра, их достаточно очистить безворсовой тканью.

Недопустимо применять кабели, серебряное покрытие клемм которых повреждено на площади более 5%. В этом случае повреждённый элемент требуется заменить.

Внешние проводники подводятся к выводам вакуумного выключателя с таким расчётом, чтобы не создавались механические усилия на выводы прибора со стороны внешних проводников. Соединения производятся посредством болтовой сцепки с применением плоских упругих металлических шайб.

Как производится заземление

Приборы стационарного исполнения подключаются к «земляной» площадке посредством болтового соединения (М12) непосредственно в точке, обозначенной маркировкой «Заземление».

Элементы конструкции аппаратной тележки и шасси выключателя, через которые выполняется заземление устройства.

Как правило, эти точки отмечаются соответствующим знаком, нанесённым рядом с элементом

Область контактной точки «Заземление» перед соединением требуется обезжирить.

Заземляющим проводником следует выбирать шину достаточного сечения (Правила устройства электроустановок), гибкий провод или проводник сплетённый жгутом. До накладки проводника на контактную площадку поверхности контакта смазать специальной смазкой (ЦИАТИМ-203).

Конструкция выкатного типа заземляется при помощи элементов аппаратной тележки. Заземление вакуумного выключателя осуществляется через конструкцию аппаратной тележки, для чего также имеются элементы крепежа.

Ввод устройства в эксплуатацию

Запуск устройства в эксплуатацию производится после дополнительной проверки установленного и подготовленного оборудования. В частности. проверяется надёжность заземления, состояние крепежа сборочных компонентов, доступ охлаждающей среды к потенциально нагревающимся элементам.

Поверхности токоведущих стержней, контактирующих с ламелями розеточных контактных групп, необходимо обработать небольшим объёмом смазки ЦИАТИМ. В целом, необходимо выполнить все процедуры, предусмотренные ПЭУ на случай приёмо-сдаточных испытаний, и убедиться в соответствии величины оперативного напряжения допустимым пределам.

Установка вакуумного выключателя. Монтажные работы проводит только квалифицированный персонал.

Обратите внимание

Те же требования предъявляются к персоналу, который подбирается на обслуживание высоковольтного оборудования

Управлять вакуумным выключателем допускается персонал, имеющий разрешение на обслуживание электроустановок, функционирующих под напряжением выше 1000 вольт.

Утверждённая группа допуска для обслуживающих лиц должна быть не ниже третьей. Перед началом работы с оборудованием, персонал проходит техминимум с целью изучения тонкостей конкретной модели оборудования.

Как выбрать вакуумный выключатель

Прибор выбирают с учётом его номинальных параметров, которые рассматриваются относительно параметров действующей сети по месту установки. Выбор делается по критерию максимально нагруженных режимов работы, предполагаемых для условий эксплуатации.

Номинальное напряжение вакуумного выключателя допускается равным (либо увеличенным) по отношению к номинальному напряжению системы, запитанной через выключатель.

Параметр номинального долговременного тока выбирают выше номинального значения тока питаемой системы. Параметр номинального тока отсечки выбирается выше максимального значения расчетного тока КЗ (учитывается момент расхождения контактов).

Табличка с технической характеристикой – первое, на что обращается внимание при выборе выключателя. Опираясь на значения параметров, уже можно определить, подходит прибор под конкретную установку или нет

С точки зрения возможных условий КЗ выбор делается с учётом наиболее тяжелых режимов.

Апериодическая слагающая величина рассчитывается с оглядкой на условия КЗ с нулевым напряжением в любой из фазных линий. При этом следует учитывать параметр апериодического тока, установленный изготовителем оборудования.

Выводы и полезное видео по теме

Еще больше материала об устройстве, принципе работы и условиях монтажа вакуумного выключателя вы можете узнать из следующего видеоролика:

Вакуумные выключатели от других видов устройств отличаются относительно 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%.

Важно

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.

Совет

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:

Электрическая основная высоковольтная часть разделена между фазами и содержит следующие элементы:

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:

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

Вакуумный выключатель: устройство и принцип работы + нюансы выбора и подключения

Электрический прибор выключатель вакуумного типа — это приспособление, которое предназначено для эксплуатации в составе электрических высоковольтных сетей. Своё наименование он получил от конструкционной особенности – вакуумной камеры, благодаря которой достигается моментное гашение дуговой сварки.

Прибор применяется в качестве коммутаторов, призванных исполнять выключение оборудования на случай опасных ситуаций или в рамках текущей эксплуатации.

Как действует высоковольтный вакуумный коммутатор

Основой функциональности вакуумных камер, используемых в конструкции выключателей, являются физические свойства газа, находящегося в разряженном состоянии. При подобных условиях свойство газа, характеризуемое как электрическая надёжность, значительно меняется в сторону повышения.

Данный эффект высокой разряженной среды (диапазон от 10-6  до 10-8 Н/см2) удачно применяется в конструкциях выключателей, дополненных газовыми вакуумными камерами, сквозь которые проходят электрические контактные группы.

Одна из моделей вакуумного выключателя – прибора, который применяется при эксплуатировании силовых электро сетей. Приспособление считается наиболее современным и надёжным если сравнивать с подобными устройствами, но иного типа выполнения

Обратите внимание

Нынешний через контактные группы ток (в момент разъёма контакта) создает электрический ток в газах – дугу. Горение дуги проходит за счёт частичной ионизации паров металла, непременно образующихся от большой температуры. Прохождение тока между контактами через образованную плазму поддерживается до момента перехода тока к нулевой шине.

Как только приходит период перехода через «ноль», электродуга гаснет. Время общего процесса занимает не больше 7-10 микросекунд.

Приспособление выключателей вакуумного выполнения

Многообразие выключателей вакуумного типа, с учитыванием их конструктивного выполнения, очень велико. Благодаря этому тяжело выдавать характеристику данных приборов в общем. Между тем, это не зависит от конструктивных различий, рабочий принцип остаётся постоянным.

Структурная схема ВВ: 1 – верхний вывод; 2 – вакуумная камера; 3 – полимерный изолятор; 4 – нижний вывод; 5 – ленточный контакт; 6 – силовая пружина; 7 – тяговый шток; 8 – пружина выключения; 9 – рычажок передачи; 10 – вал привода; 11 – расцепитель; 12 — корпус

Рассмотрим для всеобщего знакомства трёхполюсный выключатель вакуумного типа, оборудованный пружинно-моторным приводом. Данный прибор рассчитывается под внутреннюю установку или под инсталляцию на чистом воздухе. При любых обстоятельствах, его монтаж исполняется в середине специализированных сортировочных металлических коробов.

Использоваться устройства могут в самых разных областях народного хозяйства. Но есть определенные ограничения. Так, вакуумные выключатели не предназначаются для установки с дальнейшей эксплуатацией в следующих условиях:

• помещения, где пожаро-, взрывоопасная обстановка;
• установки, конструктивно предусматривающие частую коммутацию;
• установки мобильного (мобильного) типа;
• энергетические системы морских и речных судов.

Выключателям вакуумного типа в большинстве случаев характерны два типа выполнения конструкции:

1. Под стационарную инсталляцию.
2. Под инсталляцию с аппаратной тележкой.

Это не зависит от выполнения, корпусная область прибора имеет три полюса, оборудованных дугогасительными камерами.

В середине вакуумных камер работают двигающиеся пускатели, приводимые в воздействие пружинно-моторным механизмом. Корпус прибора дополняется фронтальной панелью, где содержатся детали индикации и управляющие устройства.

Наружные основные детали выключателя: 1 – полюса прибора; 2 – механизм блокировки включения; 3 – окно для подъёма; 4 – рукоять механики, блокирующей наружные цепи

Важно

Три полюса главной цепи выполнены в форме колонн. Размещение полюсов, в основном, на задней части шасси пружинно-моторного привода. Каждый полюс восполнен камерой гашения дуги, которая заключена в середине полимерного изолятора. Для улучшения электрической прочности корпус изолятора имеет ребристую форму.

В середине каждой вакуумной камеры установлена контактная группа из 2-ух компонентов —  подвижного, неподвижного. Компонент подвижного контакта через тяговый изолятор связан с механизмом переключения. Дальше связь с нижним контактным выводом. А неподвижный контакт через конусную посадку совмещается с верхним контактным выводом прибора.

Как работает привод выключателя

Двигающиеся контакты вакуумных камер механическим способом соединены с валом пружинно-моторного привода. За счёт силовой пружины, заранее взведённой (установленной в состояние растяжения), привод легко привести в воздействие примитивным нажатием кнопки управления или другим механизмом.

Структурная схема вакуумной камеры: 1 – клеммник неподвижного контакта; 2 – неподвижный контакт; 3 – подвижный контакт; 4 – железный экран; 5 – изолятор керамический (полимерный); 6 – сильфон; 7 – клеммник подвижного контакта

Пружина (в большинстве случаев две пружины) взводится при помощи цепной передачи. Обычный рабочий режим оборудования учитывает взвод пружины с помощью электрического двигателя, оборудованного редуктором. К тому же, есть рукоять ручного взвода, которую используют на случай аварий или потери питания.

Взведённая пружина крепится спусковым механизмом. Данный механизм управляется через электромагнитный привод или через кнопку включения.

Как только активирован режим включения, фиксация снимается, сила растяжения пружины приводит в воздействие кулачковый механизм.

Тот, со своей стороны действует на вал, который механически соединён с механизмом переключения подвижных контактов вакуумных камер.

Операция на выключение вакуумного выключателя исполняется активацией режима «Отключено» — электромагнитом или кнопкой. Очередность действий почти что аналогична первому режиму. Тут также использованы силовые пружины выключения, состояние которых устанавливает спусковой механизм выключения.

Панель управления и детали индикации: 1 – режим «включено»; 2 – режим «отключено»; 3 – взведённое состояние пружины; 4 — состояние освобождённой пружины

Удобство использования и контроль работы прибора обеспечивает панель управления. По фронту панели размещаются детали: счётчик числа циклов, указатель состояния пружины взвода, указатель состояния вакуумного выключателя.

Специфики выкатных конструкций

Аппаратура выкатного выполнения собрана на базе специализированной аппаратной тележки. С помощью данного атрибута выключатель вводится в середину шкафа или выводится из него.

Аппаратная тележка действует не только как транспорт прибора, но еще создает роль контроллера включения прибора в режим теста или в режим функционирования, как только выключатель задвинут в шкаф.

Аппаратная тележка: 1 – каток (4 шт.); 2 – основание; 3, А – основание подвижное; 4 – рукоять (2 шт.); 5 – гнездо воротка; 6 – рейка блокировки; 7 – фиксирующий компонент; 8 – разъём для вторичной цепи; 9 – механика блокировки прибора; 10 – блокировочные контакты; 11 – рейка фиксации винта; Б – неподвижная часть

Совет

Выключатель вакуумного типа крепится конкретно к подвижной части тележки. Крепёж исполняется соединениями болтового типа. Между тем. аппаратная тележка имеет ещё и неподвижную часть, где закреплён привод подвижной части. Движение подвижного модуля относительно неподвижного исполняется за счёт винта рукояти управления тележкой.

Подвижная часть – металлическое основание на четырёх колёсах, отделаное гальваническим покрытием. Тут есть наружная механическая блокировка (нажимная рейка) заземлителя, блокировка винта привода, блок-контакты, механизм блокировки выключателя и другие компоненты, коими обеспечивается движение или фиксация.

Установка и подключение прибора

Перед тем как начинать ставить выключатель вакуумного типа, нужно провести осмотр всех снаружи доступных компонентов, чтобы удостовериться в отсутствии повреждений и недостатков. Потом выполняется чистка изоляционных поверхностей полюсов при помощи сухой безворсовой ветоши.

Не разрешается внедрение оборудования в систему, если на изоляционных поверхностях присутствуют трещины и сколы, деформированные участки. В первую очередь подлежит проверке схема вторичных цепей, а еще подключение корпусной шины.

Проверка поставленного прибора. Тут важно четко сверить любую деталь, каждый крепёжный элемент. Высоковольтные аппараты не прощают даже малейшей ошибки

Перед монтажем трудоспособность выключателя необходимо проверить способом ручного включения (попусту без питания) и удостовериться в правильности положения индикаторов панели управления. Потом необходимо проверить наличие крышек полюсов. Если применяется аппаратура под номинал 1600Но и выше, крышки защиты перед монтажными работами требуется снять.

Подключение конкретно в сеть

Клеммы контактных наконечников проводников силовых кабелей перед присоединением к выводам выключателя нужно почистить. Процедура зачистки различается в зависимости от используемого материала клемм:

• Для алюминиевых и медных клемм без добавочного покрытия очистка выполняется шлифовальной бумагой зернистостью М20 или ниже, с дальнейшим обезжириванием металлические поверхности.
• Если клеммы медные или металлические покрыты слоем серебра, их достаточно почистить безворсовой тканью.

Непозволительно использовать кабели, серебряное покрытие клемм которых повреждено на площади более 5%. В данном варианте повреждённый компонент требуется сменить.

Наружные проводники подводятся к выводам вакуумного выключателя с подобным расчётом, дабы не строились механичные усилия на выводы прибора со стороны внешних проводников. Соединения производятся при помощи болтовой сцепки с использованием плоских упругих металлических шайб.

Как выполняется заземление

Устройства стационарного выполнения подсоединяются к «земляной» площадке при помощи соединения из болтов (М12) конкретно в точке, обозначенной маркировкой «Заземление».

Конструкционные элементы аппаратной тележки и шасси выключателя, через которые исполняется заземление устройства. В основном, эти точки отмечаются подобающим знаком, нанесённым рядом с элементом

Обратите внимание

Область контактной точки «Заземление» перед соединением требуется обезжирить. Заземляющим проводником необходимо подбирать шину достаточного сечения (Правила устройства электрических установок), эластичный провод или проводник сплетённый жгутом. До накладки проводника на контактную площадку поверхности контакта промазать специализированной смазкой (ЦИАТИМ-203).

Конструкция выкатного типа заземляется с помощью компонентов аппаратной тележки. Заземление вакуумного выключателя выполняется через конструкцию аппаратной тележки, для чего также есть крепежные элементы.

Ввод устройства в эксплуатирование

Пуск устройства в эксплуатирование выполняется после добавочной проверки поставленного и подготовленного оборудования. В особенности. исследуется прочность заземления, состояние крепежа сборочных элементов, доступ охлаждающей среды к потенциально нагревающимся элементам.

Поверхности токоведущих стержней, контактирующих с ламелями розеточных контактных групп, стоит обработать маленьким объёмом смазки ЦИАТИМ. В общем, нужно сделать все процедуры, предусмотренные ПЭУ на случай приёмо-сдаточных испытаний, и удостовериться в согласии величины своевременного напряжения возможным пределам.

Установка вакуумного выключателя. Сборочные работы проводит только профессиональный штат сотрудников. Такие же потребности предъявляют к персоналу, который выбирается на работы по обслуживанию высоковольтного оборудования

https://www.youtube.com/watch?v=KjzHuZkDao0

Управлять вакуумным выключателем разрешается штат сотрудников, имеющий разрешение на работы по обслуживанию электрических установок, функционирующих под напряжением выше 1000 вольт.

Утверждённая группа допуска для обслуживающих лиц обязана быть не ниже третьей.

Перед тем как приступить к работе с оборудованием, штат сотрудников проходит техминимум с целью изучения тонкостей определённой модели оборудования.

Как подобрать вакуумный выключатель

Прибор подбирают с учитыванием его номинальных показателей, которые рассматриваются относительно показателей работающей сети по месту установки. Подбор выполняется по условию максимально нагруженных рабочих режимов, возможных для эксплуатационных условий.

Фактическое напряжение вакуумного выключателя разрешается равным (либо увеличенным) в отношении к номинальному напряжению системы, запитанной через выключатель.

Параметр номинального долгосрочного тока подбирают выше номинального значения тока питаемой системы. Параметр минимального тока отсечки подбирается выше предельного показателя расчетного тока КЗ (принимается во внимание момент расхождения контактов).

Табличка с технической спецификой – во первых, на что обращается внимание во время выбора выключателя. Опираясь на значения показателей, уже можно определить, подходит прибор под определенную установку или нет

С точки зрения предполагаемых условий КЗ подбор выполняется с учитыванием намного более тяжёлых режимов.

Апериодическая слагающая величина рассчитывается с оглядкой на условия КЗ с нулевым напряжением в каждой из фазных линий. При этом необходимо учесть параметр апериодического тока, Поставленный производителем оборудования.

Нужное видео по теме

Еще побольше материала про устройство, рабочем принципе и условиях процесса установки вакуумного выключателя вы можете выяснить из следующего видеоролика:

Вакуумные выключатели от остальных видов устройств выделяются относительно примитивный и надёжной структурой. Благодаря этому такой вид оборудования служит долгое время без особенных упреков.

Важно

Ресурс естественного износа устанавливается числом операций, равным не меньше 20000. При условиях своевременного производства техобслуживания данный ресурс увеличивается на 5-10%.

Между тем, техобслуживание ВВ исчерпывается незначительным количеством лёгких операций.

Для энергетиков. КРУ-6кВ и выключатель ВЭМ-6

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.

Совет

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 плазмыНачало разведения контактовРазвитие ионизацииЗаключительные 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.

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.

Обратите внимание

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.

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.

Вакуумный выключатель – конструкция и принцип работы :

Вакуумный выключатель- это новейший высоковольтный коммутационный аппарат, который получил широкое распространение в распределительных сетях. Что это за устройство?

Общие сведения

Вакуумный выключатель – высоковольтный аппарат для коммутации (периодические отключения и включения) электрического переменного тока в рабочих и аварийных режимах (короткие замыкания). Электрическая дуга, которая возникает между контактами устройства во время короткого замыкания, гасится.

По всему миру такой прибор, как вакуумный выключатель, завоевывает все большую популярность по сравнению со своими предшественниками (масляными и маломасляными аппаратами). В сетях с напряжением до 35 киловольт в Китае их использование составляет почти 100 %, в развитых странах Европы достигает 70%.

Конструкция

Вакуумный выключатель состоит из двух основных элементов: подвижного и неподвижного контактов. У прибора есть три полюса, на которые установлены пофазно встроенные электромагнитные приводы. Они размещены на одном основании.

Фазные приводы, которые расположены внутри выключателя, соединены механически между собой общим валом, синхронизирующим фазы, предохраняющим от режимов неполных фаз, задействующим дополнительные контакты.

Также он механически блокирует соседние распределительные устройства, управляет индикацией положения контактов выключателя.

Принцип работы

Вакуумный выключатель (10 кВ, 6 кВ, 35 кВ – не имеет значения) обладает определенным принципом работы. Когда размыкаются контакты, в промежутке (в вакууме) ток коммутации создает электрический разряд – дугу. Ее существование поддерживается за счет испаряющегося металла с поверхности самих контактов в промежуток с вакуумом.

Образованная парами ионизированного металла плазма – проводящий элемент. Она поддерживает условия протекания электрического тока.

В тот момент, когда кривая переменного тока проходит через ноль, электрическая дуга начинает гаснуть, а пары металла фактически мгновенно (за десять микросекунд) восстанавливают электрическую прочность вакуума, конденсируясь на поверхностях контактов и внутренностях дугогасящей камеры.

В это время восстанавливается напряжение на контактах, которые к тому моменту уже разведены. Если остаются после восстановления напряжения перегретые локальные участки, то они могут стать источниками эмиссии частичек заряженных, что вызовет пробой вакуума и протекание тока. Для этого используют управление дугой, поток тепла равномерно распределяют на контактах.

Вакуумный выключатель, цена на который зависит от фирмы-производителя, благодаря своим эксплуатационных свойствам, может сэкономить значительное количество ресурсов. В зависимости от напряжения, изготовителя, изоляции цены могут колебатся от 1500 у.е. до 10000 у.е.

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.