Почему вакуумный выключатель — это лучшее решение для распределительных сетей 6-10 кВ

Почему вакуумный выключатель — это лучшее решение для распределительных сетей 6-10 кВ?

Развитие городской инфраструктуры, постройка новых мощных промышленных комплексов, уплотнительные застройки в центре городов-миллионников ставят перед энергетиками непростые задачи по обеспечению электроэнергией потребителей без снижения качества и надежности электроснабжения. В связи со столь высоким ростом объёмов потребления Стратегия ПАО «Россети» направлена на увеличение объёма генерации не менее чем на 13,3% в периоде 2016-2020 гг.

Помимо роста объёмов потребления и генерации электроэнергии не менее важно её распределение, за которое отвечают, как правило, тупиковые подстанции на классы напряжения 6, 10, 20 и 35кВ. Однако более половины таких подстанций находятся в эксплуатации не менее 30 лет. Оборудование данных подстанций сильно изношено, морально устарело и нуждается в замене.

Стоит отметить, что на каждой электрической подстанции основным элементом защиты цепей являются силовые выключатели. Исходя из этих факторов, а также статистических данных ФСК и МРСК можно сделать вывод о том, что в России ежегодно потребляется не менее 20000 силовых выключателей с классами напряжения 6 и 10кВ. Очевидно, что на столь массовый и ответственный элемент системы электроснабжения налагаются жёсткие требования, как со стороны потребителя, так и со стороны надзорных органов. Основными требованиями, предъявляемыми к силовым выключателям, можно выделить:

• Соответствие техническим параметрам электросети (Наибольшее рабочее напряжение, отключающая способность, и т.п.)
• Безопасность персонала при эксплуатации
• Высокий уровень надёжности
• Компактность
• Минимальная необходимость в обслуживании
• Энергоэффективность

Достичь всех этих качеств в одном аппарате – задача нетривиальная, и далее мы рассмотрим тот путь, который пришлось пройти выключателям для достижения современного уровня их технического развития.

Виды выключателей 6-10 кВ

Первыми выключателями, которые защищали отходящие линии 6-10 кВ в комплектных распределительных устройствах, были баковые многообъёмные масляные выключатели, такие как ВМБ-10. Данный выключатель представляет собой металлический бак, массой 170 кг, который вмещает в себя 50 килограммов трансформаторного масла. Трансформаторное масло выступает в качестве изолирующей контакты разных полюсов среды, также в ней происходит разрыв контактов и гашение электрической дуги. При таком способе гашения дуги масло разлагается, образуя газопаровую смесь, состоящую из 70% водорода и паров испаряющегося трансформаторного масла. Данная смесь охлаждает и расщепляет дугу, а также деионизирует место её возникновения, что способствует скорейшему восстановлению электрической прочности масла. Этот процесс протекает достаточно бурно, давление в газовом пузыре может достигать 12 атмосфер. Именно присутствие масла в конструкции данного типа выключателей и определило их основные недостатки. Таким аппаратам требуется постоянный контроль уровня масла, его доливка, замена после относительного небольшого количества отключений. Выделение водорода, вкупе с высоким давлением внутри выключателя делает данный способ дугогашения достаточно опасным, нередки случаи взрывов и пожаров при применении таких выключателей. Для исключения разлива масла в случае аварии также необходимо строительство маслоприёмников, способных вместить полный объём масла, находящегося в выключателе.

Очевидно, что данный конструктив выключателей был далёк от идеала и не удовлетворял большинству требований, названных ранее. Именно поэтому следующим этапом развития этого класса аппаратов стали маломасляные выключатели.

Масляный малообъемный выключатель (крупно: указатель уровня масла)

В маломасляных выключателях масло уже не несёт в себе изоляционные свойства, а лишь служит газогенерирующей средой. Это позволило снизить общую массу аппарата, и, что особенно важно, объём заливаемого трансформаторного масла. Так, например, выключатель ВМП-10 требует заливки лишь 5кг масла. Помимо этого значительно выросли номинальный ток и отключающая способность, с 1000А до 1500А и с 5,7кА до 20кА соответственно (относительно выключателя ВМБ-10). Обновлённый конструктив масляных выключателей также позволил отказаться от необходимости возведения маслоприёмников. Вместе с тем недостатки, характерные для маслонаполненных выключателей, всё же сохранялись. К тому же на базе масляных малообъемных выключателей было невозможно реализовать быстродействующее АПВ (автоматическое повторное включение). Кроме того, само масло представляло опасность для экологии, и поэтому нельзя было допустить утечку и попадание масла в грунтовые воды.

Трансформаторное масло, как дугогасящая среда, исчерпало себя, поэтому дальнейшее улучшение конструктива не несло в себе каких либо существенных плюсов для характеристик выключателя. Именно поэтому возникла необходимость в поиске более эффективной среды дугогашения. В СССР подобные исследования велись уже в 30-х годах. В ЛФТИ, под руководством известного учёного Б. М. Гохберга, были исследованы электрические свойства ряда газов. Данная работа позволила выявить некоторые полезные свойства шестифтористой серы (SF6), которая получила название «элегаз». Данный газ характеризуется высочайшей электрической прочностью – 89кВ на 1 см. Но промышленное производство элегаза удалось освоить только в конце 1980-х годов.

Масляные малообъемные выключатели серии ВК

Следующим поколением выключателей, которое пришло на смену масляным, стали элегазовые. В отличие от масляных малообъемных выключателей они являются взрыво- и пожаробезопасными, имеют более высокую коммутационную способность (до 40кА), гораздо больший коммутационный ресурс, а также сниженные массогабаритные характеристики. Однако при эксплуатации элегазового оборудования есть несколько важных моментов. После первого гашения дуги в элегазовой среде образуются химически активные и вредные для человека примеси. Вредны они настолько, что, при замене отработавшего элегаза следует быть особо осторожным: использовать респираторы, обеспечить защиту глаз, а внутреннюю поверхность газовых корпусов нужно обязательно нейтрализовать при помощи раствора гашеной извести. Помимо этого, в закрытых распредустройствах требуется установка специальных датчиков, осуществляющих контроль утечек элегаза. К тому же гексафторид серы был признан вредным для атмосферы, как разрушающий озоновый слой. В связи с этим во всех европейских странах, в том числе и в России, стараются избегать применения элегазового оборудования в сетях 6-10 кВ.

С развитием коммутационной электротехники, в сетях 6-10 кВ на смену элегазовым пришли вакуумные выключатели, которые в настоящее время заняли доминирующее положение в структуре распределительных сетей. Особенности конструкции вакуумных выключателей заключаются в использовании вакуумных камер сравнительно небольших размеров и применении глубокого вакуума (давление в камере составляет порядка 5×10-5 мм.рт.ст.) в качестве среды для гашения дуги, что позволило добиться следующих преимуществ по сравнению с выключателями предыдущих поколений:

• высокая надежность
• не требуют обслуживания
• сниженные массогабаритные характеристики
• широкий диапазон рабочих температур
• отсутствие вредных выбросов
• малая потребляемая мощность в цепях оперативного тока
• возможность любого расположения в пространстве

Несмотря на высочайшие показатели электрической прочности вакуума, долгое время использование данной технологии было ограничено техническим развитием. Однако с момента первых промышленных образцов технические характеристики вакуумных выключателей заметно улучшились. В частности, можно отметить возросшие значения отключаемых токов короткого замыкания (до 50кА). Это стало возможным благодаря особенной геометрии контактов.

В конструкции вакуумных выключателей OptiMat V от КЭАЗ применены спиралевидные контакты . Такая форма контактов вакуумной камеры создаёт радиальное магнитное поле по всей области дуги, что вызывает её быстрое вращение по поверхности контактов и скорейшее затухание, а также минимизирует тепловую нагрузку, позволяет избегать локальных перегревов, выгорания металла контактов, что уменьшает их износ, а также исключает возможность повторного зажигания дуги после прохождения тока через ноль.

Такие разработки позволяют увеличивать общий коммутационный ресурс выключателя.

Контактная система с радиальным магнитным полем вакуумных выключателей OptiMat V

Кроме того, сниженные весо-габаритные параметры вакуумных выключателей (особенно заметно по сравнению с распространенными в России масляными малообъемными выключателями), позволяют специалистам электросетевых компаний производить монтажные и ремонтные работы значительно проще. Сравните: масса вакуумного выключателя OptiMat V — 56 кг, масляного малообъемного серии ВК от 160 до 200 кг + 12 кг масла, а элегазового выключателя ВГП — 120 кг (разница в массе составляет от 2 до 5 раз).

Также большое значение имеет широкий температурный диапазон. Ведь при эксплуатации в зимний период нужно учитывать дополнительные траты на подогрев масла в выключателях предыдущих поколений (масло густеет и препятствует скорейшему расхождению контактов). Здесь же стоит упомянуть и разные токи для катушек включения приводов: 3,9 А при 220 В у вакуумных выключателей OptiMat V и 100 А при 220 В у масляных малообъемных выключателей серии ВК.

Таким образом, вакуумные выключатели, на сегодняшний день, являются самыми современными, технологичными, надежными и экономичными коммутационными аппаратами в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ.

Применение вакуумных выключателей в России

Современное состояние электрических сетей и подстанций в России требует замены устаревшего морально и физически оборудования. Техническое состояние российских сетей и трансформаторных подстанций напряжением 10 кВ и ниже вызывает серьезные опасения.

Доля оборудования сетей 6-10 кВ, требующего ремонта и замены, достигает 60-70 процентов. Мировая тенденция развития электротехнического оборудования такова, что ранее распространенные масляные и маломасляные выключатели на напряжение 6-10 кВ повсеместно заменяются на вакуумные выключатели (ВВ). Уже к концу 90-х по данным компании Siemens соотношение между различными типами выключателей, продаваемых в мире на среднее напряжение, составляло в процентах: маломасляные-12, элегазовые-24, вакуумные-64.

В России на данный момент прослеживается аналогичная тенденция. Число продаваемых >вакуумных выключателей в нашей стране составляет порядка 50% от остальных типов. Отечественные заводы серийно выпускают ВВ с 1981 г. Разработанные ВВ на напряжение 10 и 35 кВ используются на подстанциях распределительных сетей, а также в различных отраслях промышленности:

• в металлургическом производстве, на печных трансформаторах сталеплавильных печей;
• в электрооборудовании нефтегазового и химического производства;
• на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и метрополитена;
• в электрооборудовании для открытых горных работ для мощных экскаваторов, комплектных трансформаторных подстанций (КТП);
• в конденсаторных установках на напряжение 6-10 кВ и т.д.

В качестве отличительных достоинств вакуумных выключателей, обеспечивающих им преимущества перед другими типами выключателей (будем их в дальнейшем называть “традиционные выключатели”) на средний класс напряжений, можно отметить следующее:

1. Высокая надежность

К показателям надежности элементов схем электрических соединений относят частоту отказов, время восстановления, частоту и длительность капитального и текущего ремонтов.

При прочих равных условиях, то есть, если даже принять в расчет, что частота отказов и время восстановления после аварии равны для вакуумных и традиционных выключателей, то частота и длительность ремонта последних несомненно выше.

Например, для маломасляного выключателя ВК-10, масло необходимо заменить после 10 операций отключения тока 20 кВ. После совершения выключателем 2000 циклов операций включения и отключения, необходимо проводить техническое обслуживание привода. После совершения выключателем 3000 циклов операций включения-отключения (ВО) необходимо проводить капитальный ремонт. А средний ремонт выключателя должен производиться н6е реже одного раза в 4 года.

Вакуумные выключатели являются практически необслуживаемыми. Осмотр и периодические проверки ВВ рекомендуется проводить один раз в 3-5 лет. Во время этих проверок необходимо провести высоковольтные испытания вакуумной дугогасительной камеры и изоляции выключателя, а также проверить переходное сопротивление контактов.

2. Низкие эксплуатационные затраты

Этот пункт напрямую вытекает из предыдущего. Низкие эксплуатационные затраты определяются отсутствием необходимости содержания масляного и компрессорного хозяйств, кроме того вакуумная дугогасительная камера (ВДК) не требует пополнения дугогасящей среды. Высокая коммутационная износостойкость позволяет значительно сократить расходы по обслуживанию ВВ, а также перерывы в электроснабжении, связанные с выполнением регламентных работ.

3. Высокий коммутационный и механический ресурс

Число отключений номинальных токов, допускаемое без ревизий и ремонта ВДК, достигает 50 тысяч, а номинальных токов отключения (токов короткого замыкания) – от 20 до 200 в зависимости от типа ВДК и значения тока. Как уже было ранее отмечено, при эксплуатации маломасляных выключателей необходимо производить ревизию после 1000-2000 отключений номинального тока или 3-12 отключений номинального тока отключения.

Высокий механический ресурс ВВ обусловлен в первую очередь тем, что ход контактов ВДК составляет от 6 до10 мм на напряжения 6-10 кВ. Для масляных и электромагнитных выключателей на эти же напряжения ход контактов достигает 100-200 мм, а, следовательно, применяется более сложная конструкция привода, требующая больших затрат энергии на включение и отключение выключателя, что приводит к необходимости постоянного ухода и проверок состояния деталей привода, что также повышает эксплуатационные расходы на содержание выключателя.

Высокий коммутационный и механический ресурс позволяют применять ВВ в схемах с частыми коммутационными: для трансформаторов сталеплавильных печей; для коммутаций насосов, компрессоров и т.д.

4. Безопасность эксплуатации и экологичность

Для ВВ характерны малая энергия привода, малые динамические нагрузки и отсутствие выброса газов, масла. Масса и габариты ВВ значительно ниже массы и габаритов традиционных выключателей при одинаковых номинальных параметрах тока и напряжения. Все это обеспечивает бесшумность работы и предотвращает загрязнение окружающей среды.

Герметичное исполнение ВДК и отсутствие среды, поддерживающей горение, обеспечивает высокую пожаро- и взрывобезопасность и возможность работы в агрессивных средах.

Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели все шире применяются как при строительстве новых комплектных распределительных устройств, так и для замены морально и физически устаревших традиционных выключателей при реконструкции комплектных распределительных устройств, находящихся в эксплуатации.

Если брать в рассмотрение более высокую стоимость вакуумных выключателей, то в настоящее время психология заказчиков постепенно меняется. Многие начинают понимать, что пусть дорогое, но качественное оборудование в конце концов себя окупит.

По стоимости и надежности, сейчас можно выделить три основные позиции в коммутационном оборудовании 6-10 кВ:

• дешевые и ненадежные традиционные отечественные выключатели;
• дорогие и надежные вакуумные и элегазовые импортные выключатели;
• надежные отечественные вакуумные выключатели, по стоимости превосходящие традиционные, но уступающие в цене западным образцам;

По концепции АООТ “РОСЭП”, головного института РАО “ЕЭС России” по проектированию сетей среднего напряжения, выключатели на 10 киловольт должны быть вакуумными, на 35 киловольт допустимы и вакуумные, и элегазовые, ана 110 киловольт и выше – только элегазовые. К тому же, элегазовые выключатели по цене в 2-3 раза превосходят вакуумные.

Выбор оборудования в этой ситуации зависит от заказчика, от его требований к надежности снабжения, от его финансовых возможностей.

Все права защищены. Вся информация, размещенная на сайте, является собственностью ЗАО РКЦ "Калугаэнерго-финанс".
Ее использование, копирование, тиражирование — возможны только с разрешения ЗАО РКЦ "Калугаэнерго-финанс".

Вакуумные выключатели — Выключатели высокого напряжения

4 Па. При таком вакууме дугогасительный промежуток имеет очень высокую электрическую прочность — примерно 100 кВ/мм. Малая плотность воздуха создает возможность гашения дуги без ДУ за время 0,01— 0,02 с. Все это дает возможность создать выключатели с малым износом контактов, работающие при минимальном техническом обслуживании в течение нескольких десятков лет. Это определяет перспективность развития и широкого применения вакуумных выключателей. Процесс гашения дуги в вакууме рассмотрен ранее. Здесь добавим, что образующиеся под действием высокой температуры ионы движутся к электродам, создавая вблизи них соответствующие объемные заряды. Поток электронов направляется к аноду и производит его бомбардировку. Освобождающиеся из анода положительные ионы движутся к катоду и разрушают его. Эти процессы определяют срок службы контактов.
Следует отметить, что высокие значения напряженности электрического поля (при малых расстояниях между контактами) являются также причиной возникновения дуги в вакууме благодаря автоэлектронной эмиссии.

Малая плотность среды обусловливает очень высокую скорость диффузии зарядов из-за большой разницы плотностей частиц в разряде и вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокая электрическая прочность вакуума позволяют эффективно гасить дугу в вакуумном выключателе.
Для работы вакуумного выключателя имеет большое значение дегазация контактов, так как адсорбированные ими газы при разогреве выделяются и ухудшают вакуум. С целью удаления газовых включений из контактов их нагревают в течение нескольких часов до красного каления.
При работе выключателя распыленные материалы контактов осаждаются на поверхности изоляционного цилиндра, что создает возможность перекрытия изоляции. Для защиты цилиндра от паров металла электроды защищаются специальными металлическими экранами 8, 9 (рис. 27). При отсутствии экранов электрон, разгоняясь в электрическом поле по длинному пути, приобретает высокую энергию и при столкновении с молекулой может вызывать ее ионизацию. Благодаря экранам 8 и 9 электрическое поле разбито на два небольших участка (между электродами 9 и 8 и между электродами 8 и 9). Возможность перекрытия внутри камеры резко снижается.
При переменном токе после прохождения тока через нуль происходит быстрое рассасывание зарядов вследствие диффузии, и через 10 мкс между контактами восстанавливается электрическая прочность вакуума. Быстрое нарастание электрической прочности промежутка после прохождения тока через нуль является большим достоинством вакуумных выключателей.
Для вакуумной дуги характерен обрыв (срез) тока при подходе к нулевому значению. При уменьшении тока падает давление паров металла, дуга становится неустойчивой и гаснет. Резкие уменьшения тока могут вызывать перенапряжения, опасные для отключаемого оборудования. Ток среза зависит как от параметров отключаемой цепи, так и от свойств материала контактов. Вольфрам обладает устойчивостью к свариванию, высокой температурой плавления и износостойкостью. Однако при вольфрамовых контактах значения тока среза и перенапряжений очень высоки, так как пары вольфрама создают низкое давление. Перенапряжения при медных контактах в 2,5 раза ниже, но они более подвержены свариванию и износу. Эти противоречия устраняются, если часть контактной поверхности выполнена из дугостойкого металла (молибден), а другая часть — из материала с высоким давлением паров (сурьма). Хорошие результаты дает специальная металлокерамика. Наличие вакуума ухудшает охлаждение контактов. Однако за счет увеличения размеров подводящих шин, совершенствования конструкции ДУ и контактных материалов удается довести длительные токи до необходимых значений.
В вакуумной дугогасительной камере (рис. 27) контактный стержень 4 с контактным наконечником 1—2 жестко укреплен в металлическом фланце 6 керамического корпуса 10. Контактный стержень подвижного контакта 5 связан с сильфоном 7, выполненным из нержавеющей стали. Сильфон представляет собой цилиндрическую эластичную гармошку. Поэтому стержень 5 имеет возможность осевого перемещения. Внутренняя полость сильфона связана с атмосферой, поэтому контакт 3 верхнего контакта нажимает на контакт 3 нижнего контакта с силой, равной произведению площади сильфона Sc на атмосферное давление. Допустим, Sc=100 см2, тогда контактное нажатие равно 1000 Н, что достаточно для пропускания небольшого номинального тока. При больших номинальных токах и для получения необходимой динамической стойкости ставится дополнительная пружина, создающая необходимое нажатие контактов. Металлические экраны 8 и 9 служат для выравнивания электрического поля между контактами с целью повышения электрической прочности. Экран 8 защищает также керамику 10 от напыления паров металла, образующихся при гашении дуги. Контакты 1 и 2 имеют форму, показанную на рис. 28. Касание контактов 1 происходит в шести точках, что позволяет снизить переходное сопротивление и уменьшить температуру контактов. Следует отметить, что тепло, выделяемое в контактах 1, V и контактных стержнях 4, 5, отводится в основном теплопроводностью к нижнему фланцу 6 и шинам, соединяемым с контактом 5. Из-за высокого вакуума отдача тепла в радиальном направлении идет только за счет излучения.

Рис. 27. Вакуумная дугогасительная камера

Рис. 28. Контакты ДУ

Поперечное магнитное поле в месте перехода тока из контакта 1 в контакт 1′ быстро перебрасывает дугу на криволинейные сегменты 2 (рис. 28). Перемещение дуги по контактам с большой скоростью позволяет уменьшить эрозию контактов и снизить количество паров металла в вакуумной дуге. При таких контактах удалось поднять номинальный ток отключения до 31,5 кА при напряжении 10 кВ. Однако при больших токах отключения напряжение на дуге начинает расти с увеличением тока (до 100В и выше). При этом энергия дуги увеличивается, процесс гашения затрудняется. Как показали исследования, если мощная вакуумная дуга находится в продольном магнитном поле (индукция направлена по оси камеры), то удается снизить напряжение на дуге при больших токах (до 50 В) и отключать токи 100 кА при напряжении сети 10 кВ [9].

Параметры камеры КДВ-10-1600-20
Номинальное напряжение, кВ. 10
Номинальный ток отключения, кА. 20
Длительный ток, кА, при дополнительном поджатии контактов
1600 Н . 1,6
Средний ток среза, А, не более. 10
Электрическая износостойкость, циклов ВО:
при токе 1600 А. 10000
при токе 20 кА. 25
Механическая износостойкость, циклов ВО. 2-104
Допустимый износ контактов, мм. 4
Ход подвижного контакта, мм. 12
Скорость подвижного контакта, м/с:
при включении. 0,5—0,7
при отключении. 2
Срок службы ДУ, лет. 25

Общий вид выключателя, использующего ДУ по рис. 27, дан на рис. 29. Дугогасительные камеры 1, залитые в эпоксидный компаунд, имеют выходные контакты 2 в виде розеток. ДУ укреплены на тележке 3, в которой расположены механизм и привод выключателя.
Параметры вакуумных ДУ приведены в [3.1]. Высокая износостойкость вакуумных ДУ позволила создать вакуумные контакторы, примером которых может быть трехфазный контактор КВТ-6/10-400-4-У2 со следующими параметрами: номинальное напряжение 6 и 10 кВ; номинальный ток 400 А; номинальный ток отключения 4 кА; коммутационная износостойкость при номинальном токе 105 циклов ВО, при токе 4 кА—50 циклов ВО; механическая износостойкость 106 циклов ВО; частота включений в час 300.

Рис. 29. Вакуумный выключатель

В настоящее время ведутся работы по увеличению номинального напряжения одного разрыва выключателя до 80 кВ при токе отключения 40 кА.
В заключение следует отметить следующие преимущества вакуумных выключателей перед другими типами:
1) отсутствие специальной дугогасящей среды, требующей замены;
2) высокая износостойкость, обеспечивающая срок службы выключателей до 25 лет при минимальных эксплуатационных затратах;
3) быстрое восстановление электрической прочности междуконтактного промежутка;
4) полная взрыво- и пожаробезопасиость, отсутствие выбросов продуктов горения дуги в окружающее пространство;
5) высокое быстродействие, обусловленное малой массой контактов и их малым ходом;
6) широкий диапазон рабочих температур — от 70 до +200 °С.
К недостаткам можно отнести: возникновение больших перенапряжений при отключении индуктивной нагрузки, что может приводить к повреждению изоляции; большие трудности при создании выключателей на номинальное напряжение 100 кВ и выше, когда приходится соединять несколько разрывов последовательно; сложность разработки и изготовления, большие затраты для организации производства. Тем не менее при массовом производстве себестоимость вакуумного выключателя приближается к себестоимости маломасляных и электромагнитных. При напряжении до 35 кВ вакуумный выключатель является наиболее перспективным, особенно при отключении больших токов высокой частоты.
При массовом производстве вакуумные выключатели всего на 5—15% дороже маломасляных и дешевле электромагнитных. Экономия эксплуатационных расходов обусловливает все более широкое распространение вакуумных выключателей (в Японии 50 % всех выключателей вакуумные).

Вакуумный выключатель: понятие, история появления

Вакуумный выключатель представляет из себя коммутационный аппарат, предназначенный для операций включения и отключения электрической сети в нормальном режиме, а также при возникновении аварии. Принцип работы выключателя данного типа основан на гашении возникшей в процессе коммутации электрической дуги в вакууме, который характеризуется высокой электрической прочностью. Согласно общепринятым стандартам диспетчерское наименование вакуумного выключателя ВВ. Пример: ВВ-10кВ, ВВ-35кВ.

История создания вакуумного выключателя берет начала в тридцатые годы двадцатого века. Первые аппараты данного типа характеризовались сравнительно невысокими техническими показателями: невысокая отключающая способность и максимальное рабочее напряжение до 40кВ. В то время основной проблемой при создании мощного ВВ было отсутствие технической возможности поддержания глубокого вакуума в камере.

К шестидесятым годам было проведено множество исследований, которые позволили найти ответы на множество вопросов и объяснить с научной точки зрения течение процессов в вакуумном выключателе. Полученные данные и еще два десятилетия упорных трудов позволили перейти к серийному производству аппаратов.

Возникает вопрос: почему процесс разработки вакуумного выключателя затянулся еще на столь продолжительный период? Необходимо было найти наиболее эффективный метод борьбы с перенапряжением при коммутации, которое, по сути, является опасным явлением. Резкий скачок напряжения при отключении тока нагрузки обусловлен обрывом тока еще до перехода его через ноль.

В наше время производстводятся ВВ рабочим напряжением от 6 до 110 кВ, имеющие высокую отключающую способность.

Принцип работы вакуумного выключателя

Рассмотрим принцип работы вакуумного выключателя на конкретном примере.

Включение и отключение коммутационного аппарата осуществляется за счет соответствующих пружин. Срабатывание пружин осуществляется воздействием специальных электромагнитов (соленоидов) включения и отключения, либо нажатием кнопок включения и отключения непосредственно в приводе ВВ.

Перед включением выключателя необходимо привести в рабочее положение пружину включения, то есть взвести ее. Взвод пружины происходит при подаче оперативного тока на электпродвигатель привода ВВ. При отсутствии возможности подачи оперативного тока, например при обесточении распределительного щита постоянного тока, взвести пружину можно вручную при помощи специальной рукоятки.

Итак, для включения выключателя дистанционно, через ключ управления подается оперативный ток (как правило постоянный) на соленоид включения. Для управления выключателем с места нажимается кнопка включения. В обоих случаях происходит воздействие на защелку включения, которая освобождает пружину включения, которая включает вакуумный выключатель. При этом заводится пружина отключения. Электрическая схема привода устроена таким образом, что после включения аппарата происходит автоматический взвод пружины включения.

Достоинства и недостатки вакуумных выключателей

В электроустановках до 110 кВ широко применяются вакуумные выключатели, которые хорошо зарекомендовали себя своей высокой надежностью и практичностью. Среди достоинств ВВ следует выделить:

— простая и надежная конструкция;

— высокая коммутационная устойчивость;

— сравнительно небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Не смотря на множество достоинств, как и у любого другого выключателя, у ВВ существуют свои недостатки:

— малый ресурс дугогасительной камеры при коммутации тока к.з.

— сравнительно невысокая отключающая способность (по сравнению с элегазовыми и масляными аппаратами).

Преимущество вакуумных выключателей перед масляными

Иван Засыпкин, менеджер по продажам электроаппаратов
Вячеслав Скубачевский, директор по продажам электроаппаратов
ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара»

Уже более 65 лет самарский «Электрощит» является крупнейшим в России производителем трансформаторных подстанций блочного типа.
Сегодня ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара» предлагает ряд услуг по обслуживанию и модернизации старых подстанций. Одна из них – замена старых масляных выключателей наружной установки на напряжение 35 кВ новыми вакуумными ВВН-СЭЩ-35.

Используемые масляные выключатели требуют постоянной профилактики и затрат на обслуживание. Наличие масла в выключателе – это постоянная угроза для жизни персонала и безопасности подстанции. Предлагаемые ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара» вакуумные выключатели позволяют избежать таких проблем, как течь масла, потеря со временем изоляционных свойств диэлектрического материала. Отпадает необходимость в профилактическом осмотре выключателя, что позволяет экономить на обслуживании время и средства. Еще одно преимущество вакуумных выключателей перед масляными – невозможность взрыва при потере баком герметичности. Гарантировать безопасность обслуживающего персонала – приоритетная задача конструкторов предприятия при разработке новых изделий.
Все выключатели производства ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара», в том числе и ВВН-СЭЩ-35, могут комплектоваться приводами двух типов по выбору заказчика – пружинно-моторными или электромагнитными. Разработанные техническими специалистами компании, приводы являются унифицированными и подходят для выключателей как наружной, так и внутренней установки. Оба типа привода имеют механическую защелку, удерживающую контакты аппарата во включенном положении, и механизм свободного расцепления, который обеспечивает отключение независимо от положения остальных элементов привода. Наиболее интересен для энергетиков выключатель ВВН-СЭЩ-35 с пружинно-моторным приводом. Привод сконструирован так, что включающая пружина всегда находится во взведенном состоянии и выключатель в любой момент времени может сделать полный цикл АПВ без дополнительного завода пружины.
Для включения масляного выключателя, потребляющего 150–200 А, нужно создавать сложную схему питания, что снижает надежность электроснабжения объекта. В то же время ток, необходимый электродвигателю для завода пружины привода ВВН-СЭЩ-35, не превышает 3 А. Это дает возможность до предела упростить схему питания привода аппарата и подключить его к трансформатору собственных нужд. Отсутствие необходимости в аккумуляторной батарее также выгодно для заказчика. Важнейшее условие работы ВВН-СЭЩ-35 – возможность его ручного включения под нагрузку при отсутствии напряжения на шинках управления. Привод способен работать как на постоянном токе напряжением 110 или 220 В, так и на переменном.
В отличие от выключателей с фарфоровой изоляцией полюсов, ВВН- СЭЩ-35 комплектуется вакуумной дугогасящей камерой (ВДК) с полимерной изоляцией. Полюса изготавливаются на высококачественном немецком оборудовании, что гарантирует надежную работу выключателя в течение 30 лет вплоть до списания. Применение полимерной изоляции в качестве диэлектрического материала полюса – одно из отличий ВВН-СЭЩ-35 от выключателей предыдущих поколений.
ВВН-СЭЩ-35 надежен и не нуждается в техническом обслуживании. Вес выключателя составляет 550 кг, что вкупе с малыми габаритами и невосприимчивостью к температурным колебаниям позволяет рекомендовать его применение на всей территории Российской Федерации.
Помимо ВВН-СЭЩ-35, ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара» готовит к серийному выпуску однополюсный выключатель наружной установки ВВН-СЭЩ- 27,5 кВ для использования в сети тяговых подстанций железных дорог. Практика доказала, что эксплуатация оборудования, выпущенного одним производителем, уменьшает риск неправильных действий персонала и повышает безопасность электроснабжения. Сегодня ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара» – единственное российское предприятие, предлагающее на рынке электротехники широчайший выбор оборудования для модернизации КТПБ.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна