Принцип действия вакуумного выключателя: принцип действия, плюсы и минусы, выбор — Мир Антенн

Содержание

принцип действия, плюсы и минусы, выбор

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:

нормальный режим работы;
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

Вакуумные выключатели конструктивно разрабатывались сначала как устройство, применяемое только в шкафах КРУ (комплектное распределительное устройство). В настоящее время они используются и для открытых распределительных устройств (ОРУ).

Современный высоковольтный вакуумный выключатель представляет собой быстродействующий коммутационный аппарат нового поколения, рассчитанный на более долгий срок службы, нежели его предшественники с масляной или элегазовой средой для тушения электрической дуги. Статистически процент их применения в электроустановках выше 1000 Вольт стабильно растёт. Китайские энергетики уже полностью отказались от устаревших масляников и полностью перешли на более компактные и не требующие частой профилактики вакуумные выключатели. Вакуумный выключатель довольно неприхотлив и не требует регулярной чистки контактов и смене масла, которое зачастую довольно обильно вытекает из баков. Согласно паспортным данным срок эксплуатации вакуумных выключателей составляет порядка 20 лет.

Во время эксплуатации приводной механизм может выйти со строя, а подать питание на определённый важный механизм в производственной цепочке необходимо, поэтому все выключатели должны быть оборудованы механизмом ручного взвода пружины. А также обязательным является присутствие аварийной кнопки отключения механизмов блокировки выкатывания во включенном состоянии. Это безопасность персонала, поэтому этот момент очень важен.

Конструктивные особенности

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:

1-Корпус из прочного металлического материала, внутри которого установлен привод включения и отключения, в этом случае он пружинный; 2-Три полюса токоведущих частей, которые предназначены для подключения к сети и для отсоединения от неё при эксплуатации в контрольное, рабочее и выкаченное положения; 3-Литой диэлектрический корпус, содержащий силиконовые и эпоксидные смолы, с вакуумной дугогасительной камерой; 4-Тележка для перемещения внутри ячейки КРУ, этот механизм зачастую у разных производителей различный.

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

1-Верхний токопроводящий вывод; 2-Дугогасительная камера, содержащая вакуум; 3-Диэлектрический корпус полюса; 4-Подвижная часть контактной системы; 5-Нижний отходящий токопроводящий вывод; 6-Гибкий элемент токоведущей шины; 7-Специальная тяга, оборудованная прочным изолятором.

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:

1-Вывод неподвижного силового контакта; 2-Неподвижный силовой контакт; 3-Подвижный силовой контакт; 4-Экранирующий механизм, снижающий помехи при коммутации; 5-Керамический изоляционный корпус; 6-Сильфон, сохраняющий герметичность во время движения контакта; 7-Вывод подвижного элемента контактной системы.

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

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:

Номинальное напряжение;
Динамическая устойчивость;
Параметры систем управления;
Номинальный ток в рабочем режиме и режиме короткого замыкания;
Частота включений и отключений;
Климатическое исполнение;
Скорость срабатывания выключателя ;
Частота профилактических ремонтов и осмотров, в электроустановках без местного дежурного персонала это очень важный аспект;
Износостойкость при коротких замыканиях;
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

Вакуумные выключатели › Устройство и принцип действия, эксплуатация, выбор, преимущества и недостатки

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

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

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

Рисунок 1 – Общий вид вакуумного автоматического выключателя

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

1. Назначение

Вакуумные выключатели предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока (частота 50 Гц), номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной, компенсированной, заземлённой через резистор или дугогасительный реактор нейтралью. они предназначены для установки в новых и реконструируемых комплектных распределительных устройствах станций, подстанций и других устройств, осуществляющих распределение и потребление электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства, в том числе нефтегазодобывающей и перерабатывающей, нефтехимической, химической, горнорудной и др. отраслях.

2. Устройство и принцип действия

Вакуумные выключатели предназначены для совершения коммутационных операций в электроснабжающих сетях высокого напряжения. Конструктивно вакуумный выключатель состоит из трех отдельных полюсов или колонок (по одной на каждую фазу). Все колонки устанавливаются на одном приводе посредством опорного изолятора из полимера, фарфора или текстолита. У каждой из них имеются два вывода для подключения ошиновки. Устройство состоит из двух контактов, подведенных под соответствующие потенциалы полюсов.

Один из них выполняется подвижным, а второй – стационарным, как и в других типах выключателей. Силовые контакты вакуумного выключателя располагаются внутри герметичной камеры, способной сохранять вакуум в течение длительного периода времени. Для чего в состав камеры включаются специальные металлические сплавы и керамические добавки.

Для постоянного поддержания состояния сильно разреженной газовой среды, внутри вакуумной камеры, устройство комплектуется сильфонным компонентом. Он исключает возможность проникновения воздуха или другого газа внутрь вакуумной камеры.

Рисунок 2 – Конструкция вакуумного выключателя

3. Принцип гашения электрической дуги

При разрыве контактов между поверхностями возникает ионизация пространства. В вакуумных выключателях применяется технология, отличная от воздушных и масляных. Основной принцип основан на том, что в идеальном вакууме отсутствует какое-либо вещество, способное выделять заряженные частицы. Поэтому в момент разделения контактов, из-за разности потенциалов, единственным источником ионизации являются пары раскаленного металла. Они продолжают движение между контактными поверхностями, но при переходе синусоиды электрического тока через ноль, заряженные частицы утрачивают энергию для ионизации и перемещения и их место занимает пустое пространство с высокой электрической плотностью и дуга рвется. Ионы металлов примыкают к ближайшей поверхности – контактам или стенкам камеры. Такой принцип действия позволяет сократить время на прекращение горения дуги и предоставляет ряд преимуществ, в сравнении с другими типами коммутационных аппаратов. Однако чрезмерные коммутационные перенапряжения могут привести к деформации поверхности, что будет препятствовать нормальному замыканию контактов, увеличит переходное сопротивление и вызовет перегрев внутри вакуумной камеры.

4. Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

Преимущетсва:

Небольшие габариты, в сравнении с масляными и воздушными выключателями.
Возможность быстрой замены, особенно в выкатных ячейках.
Сравнительно низкий уровень шума.
Экологичность.
Не требуют периодической компенсации уровня рабочей среды, снижая объемы работ по обслуживанию к минимуму.
Высокая надежность.

Недостатки:

Возникновение перенапряжения при отсекании малых индуктивных токов.
Малый коммутационный ресурс отключения аварийных токов.

5. Особенности эксплуатации

Несмотря на неприхотливость выключателей от 6 до 35 кВ, их ревизию, обслуживание нужно проводить не реже 1 раза в 4 года.

К общим рекомендациям можно отнести:

Необходимость периодической проверки скорости срабатывания;
Использование для установки силовых розеток;
Необходимость проверки корректности работы после скачков напряжения;
При поломке в первую очередь проверяется на состояние контактов и проводки.

6. Особенности выбора

Ввиду наличия высокого спроса на такой вид выключателей, их производство налажено огромным количеством независимых компаний. Это порождает различие конструкций, технических характеристик, а значит, вынуждает использовать определенные критерии выбора:

Номиналы напряжения, мощности, сопротивления.
Значения токов отключения, динамической устойчивости.
Номинал теплового импульса сети.
Принцип работы бортового микропроцессора.
Входные/выходные значения сигнала.

7. Сферы применения вакуумных выключателей

В распределительных электроустановках электрических станций и подстанций.
В металлургии для питания печных трансформаторов, снабжающих оборудование для выплавки стали.
В нефтегазовой и химической промышленности на пунктах перекачки, переключающих пунктах и трансформаторных подстанциях.
Для работы первичных и вторичных цепей тяговых подстанций на железнодорожном транспорте, осуществляет питание вспомогательного оборудования и не тяговых потребителей.
На горнодобывающих предприятиях для питания комбайнов, экскаваторов и других видов тяжелой техники от комплектных трансформаторных подстанций.

Выводы

Вакуумные выключатели с номинальным напряжением 6, 10 и 35 кВ являются одним из наиболее востребованных сегодня типов коммутационного оборудования высоковольтных сетей. Они более надежны в эксплуатации, долговечны и безопасны для обслуживающего персонала и окружающей среды. Вакуумные выключатели от других видов устройств отличаются относительной простой и надёжной структурой. Поэтому этот вид оборудования служит длительное время без особых нареканий.

Ресурс естественного износа определяется числом операций, равным не менее 20000. При условии своевременного производства технического обслуживания этот ресурс возрастает на 5-10%. Между тем, техническое обслуживание ВВ ограничивается небольшим количеством лёгких операций.

Устройство и принцип работы вакуумных выключателей

Для оформления отводов от высоковольтных линий передач традиционно используются специальные коммутирующие устройства. Их общее название – вакуумный выключатель, что объясняется особенностями дугогасящей камеры. Подробно ознакомиться с этими приборами удается только после изучения предыстории их появления.

Впервые вакуумные выключатели упоминаются в начале 30-х годов XX века, когда устройства использовались для отключения относительно слаботочных цепей, работающих под напряжением до 40 кВ. Чтобы получить надежные вакуумные гасители, способные отключать значительные по величине токи в цепях при высоком потенциале, потребовалась целая серия исследований. При их проведении ориентировочно к 1957 году были полностью изучены и систематизированы процессы, наблюдающиеся при высоковольтном горении дуги. Для перехода от опытных образцов, выпускаемых в единичных экземплярах, к серийному производству современных устройств потребовалось еще два долгих десятилетия.

Принцип действия
В основе принципа гашения дуги заложен известный из физики факт высокой электрической прочности и особых изоляционных свойств полученного искусственным путем вакуума. При размыкании силовых контакторов в камере, куда они помещены, формируется электрическая дуга, поддерживаемая испаряющимися с их поверхности частицами металла. Отсутствие условий для ее стабилизации предотвращает развитие пика процесса за счет высоких диэлектрических свойств вакуумной среды.

Из-за значительной диэлектрической прочности вакуума момент гашения дуги смещается в точку, предшествующую максимуму его развития. В электротехнике это явление называется «срезом тока». Его наличие отрицательно влияет на электрические сети, поскольку следствием этого процесса являются коммутационные перенапряжения.

Особенности применения и эксплуатации
По своей конструкции на начальном этапе этот тип выключателей разрабатывался как прибор, предназначенный для установки в шкафах КРУ (в комплексных устройствах). В настоящее время они монтируются и в открытых распределительных конструкциях (ОРУ). Современный вакуумный выключатель – это быстродействующий коммутационный аппарат, рассчитанный на длительные сроки службы в сравнении со своими предшественниками, располагающими масляной и газовой средами.

Большинство современных энергетических хозяйств отказались от устаревших конструкций и окончательно перешли на достаточно компактные и не нуждающиеся в профилактике новые выключатели. Это объясняется следующими причинами:

вакуумный прибор неприхотлив и не нуждается в регулярной чистке контактов или обновлении среды;
при эксплуатации масляного устройства наполнитель постоянно протекает;
согласно данным паспорта срок эксплуатации вакуумных устройств достигает 20 лет, что намного выше того же показателя для других типов выключателей.
В процессе эксплуатации приводной механизм нередко выходит из строя в самый неподходящий для этого момент. Для поддержания его в работоспособном состоянии в приборе предусмотрен особый узел ручного взвода пружины. Обязательным для этих устройств является и наличие аварийной кнопки, позволяющей отключать механизм блокировки выкатывания модулей КРУ при включенном состоянии шкафа. Указанный момент касается безопасности обслуживающего оборудование персонала и требует к себе пристального внимания.

Конструктивные особенности

Конструкция вакуумного выключателя
Каждая модель высоковольтного вакуумного переключателя обладает индивидуальными характеристиками, поскольку предназначается для эксплуатации в сетях с различными электрическими показателями. Помимо этого производителями также вносятся некоторые коррективы в конструкцию выпускаемых ими изделий. Однако в целом состав комплектующих этих устройств остается неизменным. Основные элементы:

Корпус, изготавливаемый на основе прочного металла, внутри которого смонтирован привод включения и отключения (бывает пружинным или иного типа).
3-х полюсный токосъемник, предназначенный для подключения к сети 380 Вольт и отключаемый при переводе КРУ из рабочего режима в выкаченное положение.
Тележка для размещения внутри корпуса, по своему исполнению отличающаяся от других подобных конструкций.
Электрическая часть изделия имеет специальные перегородки, отделяющие фазные секции одну от другой. Она также отличается сложным устройством и содержит в своем составе целый ряд элементов, описываемых в паспорте.

Разновидности вакуумных выключателей

Маркировка вакуумных выключателей
Изделия принято классифицировать по классу коммутируемого ими потенциала.

Среди всего многообразия выделяются следующие типы:

Приборы для работы с напряжениями 6-10 кВ.
Устройства для коммутации более высоких уровней – до 35-ти кВ.
Приборы, рассчитанные на сверхвысокие напряжения 110-220 кВ.

Еще одним «рабочим» критерием классификации выключателей является мощность, которую они способны передать в нагрузку. Согласно этому параметру их деление производится аналогично классификации самого потребителя.

Достоинства и недостатки

К достоинствам вакуумного выключателя относятся небольшие размеры
К достоинствам приборов относят:

небольшие габариты;
возможность оперативной замены отдельных секций;
бесшумность и независимость от ориентации в пространстве;
безопасность для здоровья обслуживающего персонала.
Они не нуждаются в пополнении защитной среды и отличаются высокой надежностью. Но и эти изделия не обошлись без проблем, присущих многим электротехническим приборам. К числу недостатков вакуумных выключателей относятся:

ограниченность рабочих токов;
«склонность» к перенапряжениям;
небольшой коммутационный ресурс.
Несмотря на имеющиеся недостатки, эти устройства прочно заняли свое место в перечне самого современного коммутирующего оборудования для ВВ.

Особенности выбора и монтажа

Монтаж вакуумного выключателя
В процессе выбора выключателя учитываются следующие важные моменты:

защитные характеристики прибора должны соответствовать параметрами сети, в которой его предполагается эксплуатировать;
выключатель выбирается исходя из наиболее тяжелого рабочего режима;
номинальные ток и напряжение должны превышать соответствующие параметры для защищаемой сети;
ток размыкания не должен превышать величину, гарантированную заводом-изготовителем.

Перед установкой вакуумного выключателя необходимо внимательно обследовать место его монтажа и убедиться в отсутствии повреждений и дефектов. Затем потребуется очистить изолированные поверхности полюсов посредством сухой ветоши.
Не допускается устанавливать новое оборудование в систему, на изоляционных поверхностях которой имеются сколы, трещины и сильно деформированные участки.

Обязательной проверке подлежит схема вторичных цепей с последующим подключением «земляной» шины. Сам вакуумный выключатель крепится прямо к подвижной части тележки с помощью специальных болтовых метизов.

Самые распространённые модели

Вакуумный выключатель ВВЭ-М
Среди наиболее распространенных моделей вакуумных камер выделяются следующие:

ВВЭ-М-10–20.
ВВЭ-М-10–40.
ВВТЭ-М-10–20.
Почти все образцы изделий из этого перечня являются дальнейшим развитием старых масляных выключателей и способны работать в цепях переменного и постоянного тока. Монтаж, последующая настройка и запуск в эксплуатацию высоковольтных вакуумных устройств относятся к трудоемким процедурам, определяющим их дальнейшую функциональность. Поэтому перечисленные операции доверяются только специалистам, имеющим соответствующую квалификацию.

При установке прибора должна соблюдаться последовательность операций по настройке. Соблюдение этого требования – основа безопасности оперативного персонала или дежурного электрика, допущенного к работе с высоковольтным оборудованием.

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Выключатель вакуумный трехфазный ВВ/TEL | Подстанции

Страница 1 из 3

Одним из лидеров в производстве вакуумной коммутационной техники является предприятие «Таврида Электрик» (г. Москва). Продукция предприятия выпускается под общей маркой TEL. Выключатели вакуумные серии BB/TEL предназначены для коммутации электрических цепей с изолированной нейтралью при нормальных и аварийных режимах работы в сетях переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 6—10 кВ.

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 камеры в каждом полюсе выключателя, которые механически соединены между собой общим валом.

Оригинальность конструкции выключателей BB/TEL позволила достичь следующих преимуществ по сравнению с другими коммутационными аппаратами:
высокий механический и коммутационный ресурс;
малые габариты и вес;
небольшое потребление энергии по цепям управления;
возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока;
простота встраивания в различные типы КРУ и КСО и удобство организации необходимых блокировок;
отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока службы;
доступная цена.

Принцип фиксации контактов ВДК в замкнутом положении с применением магнитной защелки в настоящее время активно используется в новых конструкциях вакуумных выключателей ряда различных фирм (GEC Alsthom, Whipp & Bourne, Cooper), однако «Таврида Электрик» является первым предприятием-изготовителем, открывшим дорогу вакуумным выключателям с магнитной защелкой к массовому потребителю (оригинальность выключателей BB/TEL защищена патентом Российской Федерации № 2020631).
Благодаря своим преимуществам вакуумные выключатели BB/TEL широко применяются во вновь разрабатываемых комплектных распределительных устройствах (КРУ, КСО, КРН), а также для реконструкции ячеек КРУ, находящихся в эксплуатации и имеющих в своем составе на момент реконструкции выключатели других конструкций, которые устарели морально и физически.

Устройство и работа выключателя ВВ/TEL

Выключатель вакуумный серии BB/TEL состоит из трех полюсов, установленных на общем основании. Все три полюса имеют одинаковую конструкцию, изображенную на рис. 1 .

Рис. 1. Устройство выключателя ВВ/TEL

Привод вакуумного выключателя серии BB/TEL состоит из электромагнитов (по одному на каждую фазу), электрически соединенных между собой параллельно, и блока управления БУ.
Механически якори 7 приводных выключателей соединены между собой общим валом 10, который в процессе включения и отключения поворачивается вокруг своей продольной оси, и обеспечивает выполнение следующих функций:
управление указателем положении выключателя «ВКЛ — ОТКЛ»;
ручное отключение выключателя при аварийных ситуациях;
управление контактами для внешних вспомогательных цепей с помощью постоянного магнита;
предотвращение срабатывания выключателя в неполно-фазном режиме.

Включение выключателя

Исходное разомкнутое состояние контактов 1, 3 вакуумной дугогасительной камеры выключателя обеспечивается за счет воздействия на подвижный контакт 3 отключающей пружины 8 через тяговый изолятор 4. При подаче сигнала «ВКЛ» блок управления выключателя формирует импульс напряжения положительной полярности, который прикладывается к катушкам 9 электромагнитов. При этом в зазоре магнитной системы появляется электромагнитная сила притяжения, по мере своего возрастания преодолевающая усилие пружин отключения 8 и поджатия 5, в результате чего под действием разницы указанных сил якорь электромагнита 7 вместе с тяговыми изоляторами 4 и 2 в момент времени 1 начинают движение в направлении неподвижного контакта 1, сжимая при этом пружину отключения 8.
После замыкания основных контактов (момент времени 2 на осциллограммах) якорь электромагнита продолжает двигаться вверх, дополнительно сжимая пружину поджатия 5. Движение якоря продолжается до тех пор, пока рабочий зазор в магнитной системе электромагнита не станет равным нулю (момент времени 2а на осциллограммах). Далее кольцевой магнит 6 продолжает запасать магнитную энергию, необходимую для удержания выключателя во включенном положении, а катушка 9 по достижении момента времени 3 начинает обесточиваться, после чего привод оказывается подготовленным к операции отключения. Таким образом, выключатель становится на магнитную защелку, т.е. энергия управления для удержания контактов 1 и 3 в замкнутом положении не потребляется.
В процессе включения выключателя пластина 11, входящая в прорезь вала 10, поворачивает этот вал, перемещая установленный на нем постоянный магнит 12 и обеспечивая срабатывание герконов 13, коммутирующих внешние вспомогательные цепи.

Отключение выключателя

При подаче сигнала «ОТКЛ» блок управления формирует импульс тока, который имеет противоположное направление по отношению к току включения и меньшее амплитудное значение (интервал времени 4 — 5 на осциллограммах). Магнит 6 при этом размагничивается, привод снимается с магнитной защелки, и под действием энергии, накопленной в пружинах отключения 8 и поджатия 5 якорь 7 перемещается вниз, в процессе движения ударяя по тяговому изолятору 4, связанному с подвижным контактом 3. Контакты 1 и 3 размыкаются (момент времени 5 на осциллограммах), и выключатель отключает нагрузку.

Ручное отключение выключателя

Ручное оперативное отключение выключателя осуществляется путем механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая в свою очередь через толкатель, шарнирно связанный с валом 10 выключателя, воздействует через этот вал на якоря 7 электромагнитов привода. При этом разрывается магнитная система привода, ее магнитная энергия уменьшается, после чего механической энергии пружины отключения 8 оказывается достаточно для размыкания контактов 1 и 3 выключателя.
Кнопка ручного отключения одновременно выполняет функцию указателя положения выключателя «ВКЛ — ОТКЛ».
Ручное включение выключателя не предусмотрено. Для первого включения выключателя, когда на подстанции отсутствует питание цепей оперативного тока, разработан способ включения выключателя электрическим путем от автономного источника питания.

Конструктивные исполнения выключателя ВВ/TEL

В настоящее время выпускаются выключатели двух основных конструктивных исполнений:
конструктивное исполнение с межполюсным расстоянием
200 мм;
конструктивное исполнение с межполюсным расстоянием 250 мм.
Выключатели конструктивного исполнения с межполюсным расстоянием 200 мм предназначены преимущественно для замены в ячейках КРУ выключателей типов ВМР-10, ВМПЭ-10, ВМПП-10, ВК-10, ВКЭ-10 и других, а также для применения во вновь разрабатываемых ячейках КРУ.
Выключатели данного конструктивного исполнения выпускаются двух модификаций:
с выводом толкателя кнопки ручного отключения в сторону силовых токосъемников;
с выводом толкателя кнопки ручного отключения в сторону, противоположную силовым токосъемникам.
Выключатели конструктивного исполнения с межполюсным расстоянием 250 мм предназначены преимущественно для замены в камерах КСО и КРН выключателей типа ВМГ-133 и других, а также для применения во вновь разрабатываемых камерах КСО и КРН.

Техническая характеристика выключателей серии BB/TEL

Номинальное напряжение, кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ.	12
Номинальный ток, А.	630, 1000
Номинальный ток отключения, кА	1 2,5	20
Сквозной ток короткого замыкания, наибольший пик, кА	32	52
Нормированное процентное содержание апериодической составляющей, %, не более..	40	40
Время отключения полное, мс, не более.	25	25
Время отключения собственное, мс, не более.	15	15
Время включения собственное, мс, не более.	70	70
Ресурс по коммутационной стойкости при отключении: номинального тока, операций «ВО»	50 000	50 000
(60 — 100) % от номинального тока отключения, операций	1 00	100
Ресурс по механической стойкости, операций «ВО».	50 000	50 000
Номинальное напряжение электромагнитов управления, В	220	220
Диапазон напряжений электромагнитов при включении, % от номинального значения..	85—110	85— 11 0
Диапазон напряжений электромагнитов при отключении, % от номинального значения	65— 1 20	65— 1 20
Наибольший ток электромагнитов управления при номинальном напряжении, А	10	10
Срок службы до списания, лет	25	25
Масса, кг:
исполнение с межполюсным расстоянием 200 мм	32	32
исполнение с межполюсным расстоянием 250 мм	35,5	35,5

Условия эксплуатации выключателей

Вакуумные выключатели серии BB/TEL предназначены для эксплуатации в следующих условиях.
Климатическое исполнение и категория размещения У2 по ГОСТ 15150—69, при этом:
наибольшая высота над уровнем моря — до 1000 м;
верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха не должно превышать плюс 55 °С, эффективное значение температуры окружающего воздуха — плюс 40 °С;
нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха — минус 40 °С;
верхнее значение относительной влажности воздуха 1 00 % при температуре плюс 25 °С;
окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая газов и паров, вредных для изоляции, не насыщенная токопроводящей пылью в концентрациях, снижающих параметры выключателя;
рабочее положение выключателей в пространстве — любое.

Устройства управления вакуумными выключателями BB/TEL

Устройства управления вакуумными выключателями серии TEL являются неотъемлемой частью привода этих выключателей, хотя конструктивно они выполняются в виде отдельных модулей и могут быть установлены как в релейном отсеке шкафов КРУ, так и на выкатных элементах этих шкафов.
Устройства управления серии TEL обеспечивают функционирование вакуумных выключателей BB/TEL при управлении ими от любого источника постоянного, выпрямленного или переменного оперативного тока.

В настоящее время выпускаются следующие виды устройств управления:
блок управления BU/TEL-220-05;
блок управления BU/TEL-220-02.

Для адаптации блоков управления типа BU/TEL-01-220-05 к различным источникам оперативного питания и различным схемам вторичных соединений шкафов КРУ разработаны и выпускаются следующие дополнительные виды устройств управления:
блок управления и размножения сигналов PR/TEL-01; блок управления и размножения сигналов PR/TEL-03; блок питания ВР/TEL-01-220-02-У2; фильтр O/TEL-220-01; фильтр O/TEL-220-02;
блок автономного включения BU/TEL-220-02.
Выбор необходимых устройств управления для организации вторичных цепей модернизируемых КРУ определяется видом источника оперативного питания (аккумуляторная батарея, БПНС, БПТ, УПНС и др.), а также схемой цепей защит и управления этих КРУ. Выбор устройств управления для вновь разрабатываемых КРУ осуществляется на стадии их проектирования.

Предприятием «Таврида Электрик» разработан ряд схем подключения выключателя BB/TEL и устройств управления ко вторичным цепям шкафов различных КРУ.
В настоящее время разработан проект привода БУ/TEL-220-10У2, который совмещает в себе функции всех перечисленных устройств управления и является функционально взаимозаменяемым с большинством приводов других выключателей.

Принцип работы вакуумного выключателя

Высоковольтные вакуумные выключатели

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.

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.

Выключатель рассчитан на:

нормальный режим работы;
аварийный, то есть должен выдерживать кратковременные токи короткого замыкания.

Принцип действия

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 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.

Принцип действия вакуумного выключателя

Вакуумный выключатель призван обеспечивать:

надежность прохождения электрического тока номинальной мощности при долговременной работе;
возможность коммутаций электрооборудования при оперативных переключениях в автоматическом или ручном режиме;
оперативную ликвидацию аварийных ситуаций в автоматическом режиме.

Две контактные пластины работают в вакууме, который образован при откачке газа из дугоносительной камеры. Таким образом, возникает повышенная электрическая прочность с усиленными диэлектрическими параметрами.

Во время работы между контактами появляется вакуумный промежуток. В нем после нагревания испаряется металл. Ток нагрузки вызывает образование электроразрядов, которые и создают дугу внутри вакуума. Она продолжает развиваться за счет отрыва паров металла. Затем образованные ионы создают плазму.

Конструкции вакуумных выключателей

Конструкции вакуумных выключателей близки к маломасляным и часто отличаются только тем, что имеют вакуумную дугогасительную камеру.

Существует много различных конструкций вакуумных дугогасительных камер.

Одна из распространенных конструкций (рис. 9.16) имеет два изоляционных цилиндрических кожуха 1, 2, снабженных по торцам металлическими фланцами 4 , 15.

Неподвижный контакт 12 при помощи токоввода 13 жестко крепится к фланцу 15, подвижный контакт 11 связан с фланцем 4 при помощи сильфона 5.

Токоподвод 7 подвижного контакта 11 перемещается в направляющих 6 корпуса 8, соединенного с фланцем 4.

Как правило, в конструкции ВДК имеются экраны 3, 9, 10, 14, выполняющие функции повышения электрической прочности камеры за счет выравнивания градиента напряженности электрических полей и защиты внутренних изоляционных частей от металлизации распыленным контактным материалом.

Как следует из рис. 9.14 (кривая 1), электрическая прочность контактного промежутка очень высока. Это приводит к тому, что расстояние между контактами при напряжениях до 35 кВ не превышает 5 мм.

Несмотря на то, что сильфоном создаются определенные усилия на контакт, общее контактное усилие с учетом токов КЗ 40—100 кА в ВДК может достигать 1000—4000 Н.

Вакуумные выключатели находят все более широкое применение, часто заменяя и вытесняя менее надежные и более металло- и материалоемкие масляные и электромагнитные выключатели.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Вакуумный выключатель | Блог инженера теплоэнергетика

Здравствуйте! Вакуумный выключатель — это коммутационный аппарат, применяемый для коммутации переменного электрического тока частотой 50 Гц номинального значения в силовых цепях высокого напряжения, а также для защиты оборудования от коротких замыканий.

Доля применения этого вида выключателей в высоковольтных сетях составляет около 60% всех коммутационных аппаратов напряжением до 35 кВ. Использование в линиях 110 кВ, пока только начинает набирать обороты. Работающее оборудование еще не исчерпало свой ресурс и заменяется постепенно. Чем же обоснован спрос на этот вид коммутационных аппаратов? Давайте разберемся: узнаем, принцип работы, конструктивные особенности «вакуумника», коснемся преимуществ, недостатков и характеристик.

Виды

Вакуумные аппараты имеют следующую классификацию:

• Применяемые в сетях напряжением до 35 кВ.

• Свыше 35 кВ.

• Выключатели нагрузки.

• Выкатного и стационарного исполнения.

• Однополюсные и трехполюсные.

Назначение

«Вакуумники» используются в ячейках КРУ (комплектных распределительных устройствах) и для коммутации асинхронных двигателей. Наиболее целесообразно использование в сетях 6, 10, 35 кВ. Аппараты подходят для открытых распределительных устройств напряжением 110 кВ, комплектных трансформаторных подстанций, модернизации уже существующих линий, как альтернатива устаревшим воздушным и масляным устройствам.

Вакуумный выключатель выполняет те же функции, что и его аналоги. Аппарат обеспечивает:

1. Гарантированную коммутацию оборудования персоналом в ручном и автоматическом режиме.

2. Отключение при возникновении аварийной ситуации за короткий срок.

3. Надежное прохождение электрических нагрузок.

Отличие только в способе гашения дуги, возникающей при разрыве силовых контактов в момент срабатывания. У «воздушника» разряд буквально сдувается мощнейшим потоком воздуха, в масляных – создается диэлектрическая среда. А здесь в ход идет вакуум.

Особенности конструкции

Каждая модификация низковольтного и высоковольтного вакуумного выключателя различается по своей компоновочной схеме. Это связано с работой при разном номинале значения тока и напряжения. Производители тоже не остаются в стороне. Каждый реализует свои инновационные идеи в железе, что сказывается на комплектности аппарата дополнительными элементами и компоновке. Мы же не будем разбираться в фирменных «фишках», а посмотрим на конструкцию аппарата в целом и разберемся, как он устроен и работает.

Выключатель состоит из общего корпуса с приводом коммутации, на котором закреплены 3 полюса силовых цепей. Внутри каждого установлена герметичная вакуумная камера, состоящая из контактной группы и специальных экранов, защищающих внутренние изолирующие поверхности от металлического налета, вследствие эрозии контактов.

Контактная система включает 2 элемента: неподвижный контакт, жестко закрепленный к нижнему фланцу, и подвижный, соединенный с верхним фланцем так, что герметичность вакуумной дугогасительной камеры не нарушается.

Принцип действия выключателя сводится к размыканию подвижных контактов трех полюсов одновременно посредством приводного пружинного механизма вручную или автоматически. Управление происходит по стандартным релейным схемам либо посредством электронных блоков коммутации. Эти элементы могут устанавливаться непосредственно на корпусе выключателя или сделаны в выносном исполнении в виде специальной панели (пульта) или шкафа.

Способ гашения дуги

Работа выключателя основана на определенных физических процессах, независимо от номинала напряжения аппарата. Рассмотрим подробную схему функционирования.

Оба контакта работают в вакуумной среде, достигаемой за счет удаления газов из дугогасительной камеры. Благодаря этому достигается высокая диэлектрическая прочность. Во время отключения аппарата приводом, между контактами образуется вакуумный зазор. При размыкании поверхностей появляется металлический пар, через который продолжает протекать электрический ток нагрузки. Под действием высокого напряжения, ионы металла движутся в одном направлении, и нагреваются до состояния плазмы.

Выключатель работает на переменном токе, который меняет свое направление по синусоидальному закону. При его нулевом значении происходит угасание дуги, а ионы металла больше не выделяются и оседают на поверхностях контакта или электростатических экранах дугогасительной камеры. Одновременно, в промежутке между контактами образуется вакуум, который препятствует дальнейшему протеканию тока нагрузки и в следующий полупериод синусоиды дуговой разряд не может возникнуть.

Благодаря такому принципу работы, обеспечивается хорошее быстродействие, а разрушение контактов при разряде минимальное.

Преимущества

Все свои положительные качества вакуумные выключатели проявляют в электроустановках, где совершается большое количество коммутаций. Поэтому аппараты работают особо эффективно в системах управления трансформаторов и электродвигателей.

Выделим следующие преимущества:

• Высокая надежность по сравнению с масляными или воздушными выключателями. Что это значит? Количество отказов вакуумных выключателей существенно ниже, чем у вышеупомянутых коммутационных устройств. Это с уверенностью можно назвать главным преимуществом.

• Длительный срок эксплуатации. Выключатель способен прослужить 25 лет, после чего его заменяют новым.

• Быстродействие. Причина этому — более серьезный показатель вакуума на пробой электрическим током, чем масло или воздушная среда. Поэтому ход контактов дугогасительной камеры у выключателя составляет всего 6—10 мм, против 100 мм у масляных моделей. Скорость срабатывания около 2 мс, то есть, очень быстро. Вдобавок вакуумная конструкция обладает длительным механическим ресурсом.

• Низкие эксплуатационные расходы. Это обусловлено дугогосящей средой. В тех же воздушных или масляных выключателях есть необходимость в пополнении оной. Вакууму ничего подобного не нужно. Полюса изготавливаются в герметичном и неразборном исполнении.

• Относительная простота конструкции. Нет дополнительных элементов в виде масляных баков или компрессорных установок, за которыми требуется постоянно следить и обслуживать.

• Выключатель справляется со своими функциями одинаково эффективно независимо от ориентации в пространстве.

• Высокая коммутационная стойкость. Выключатель без ревизии и ремонта способен выдержать до 20 тыс. отключений с рабочей величиной токов и до 200 отключений при токе КЗ (ресурс зависит от конкретной модификации аппарата и величины тока КЗ). Ни один вид выключателей не способен обеспечить такой рабочий срок без профилактических мероприятий.

• Удобство ремонта и обслуживания. Вся конструкция построена по блочному принципу. Один заменяется на другой без необходимости разбора и восстановления.

• Малые габариты. При одних и тех же рабочих значениях токов и напряжений, размеры и масса вакуумного выключателя будут существенно меньше, чем аналогов.

• Безопасность. Отсутствие утечек масла или газа определяют высокую степень пожарной и экологической безопасности коммутационного аппарата. Срабатывает вакуумный выключатель тише, нежели воздушник. Последний «бьет» очень громко, как выстрел ружья, который слышно за 500 м.

Недостатки

Если с достоинствами конструкции все предельно понятно, то с минусами немного сложнее. Они несущественны. Но определенного внимания заслуживают.

• Более высокая стоимость по сравнению с аналогами. Да, вакуумный аппарат дороже, но эксплуатационные расходы ниже.

• Возможность разгерметизации вакуумной камеры, вследствие ее повреждения. Случается такое очень и очень редко, производители уделяют качеству продукции должное внимание.

• При коммутации небольших токов возможны перенапряжения. Поэтому в связке с «вакуумником» должна устанавливаться соответствующая защита для оборудования.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Неприхотливые в обслуживании вакуумные выключатели рекомендуется проверять не реже 1 раза в 4 года. Но периодичность может быть иная. Все зависит от конструктивного исполнения коммутационного аппарата и регламентируется в технической документации.

Обслуживание вакуумных выключателей подразумевает проверку изоляторов на наличие трещин, сколов, загрязнения и следов разрядов.

Камера полюса герметичная, вакуум сохраняется весь срок службы устройства. Поэтому полюса не ремонтируют, а заменяют целиком.

Вдобавок проводятся различные электротехнические испытания:

• Измерение сопротивления изоляции.

• Испытание повышенным напряжением.

• Проверка механических частей.

• Замер времени срабатывания.

• Осмотр состояния контактов (метод основан на измерении сопротивления постоянному току).

После всех проведенных испытаний составляется нормативный документ, свидетельствующий о работоспособности аппарата или его непригодности к дальнейшей эксплуатации.

Рекомендации по выбору

Чтобы правильно подобрать вакуумный выключатель, следует учесть ряд показателей:

• Характеристики оборудования, для которого устанавливается аппарат.

• Номинальные значения напряжения, сопротивления и мощности.

• Величина токов отключения и динамическая стойкость.

• Мощность дуги.

• Тип управления.

О производителях

Сегодня вакуумные выключатели выпускают множество фирм, среди которых особо выделяются: General Electric, Siemens, ABB, группа «Таврида Электрик» и другие известные бренды.

Специалисты считают, что вакуумные выключатели — перспективная разновидность коммутационных устройств. Благодаря своим достоинствам и высоким эксплуатационным параметрам, эти аппараты наиболее приемлемы в использовании. Конструкции постоянно усовершенствуются, а характеристики улучшаются. Так, в 2007 г. появились опытные образцы, рассчитанные на функционирование в сетях напряжением 220 кВ. Но производители не останавливаются на достигнутом результате, ведутся разработки по созданию вакуумных дугогасительных камер, рассчитанных на 750 кВ.

Вакуумный выключатель: плюсы использования, какие бывают

В современной электротехнике для нормальной работы электрических сетей необходимо специальное оборудование, способное производить в них коммутацию. Одним из таких приспособлений является вакуумный выключатель.

Областью применения данного электрооборудования представляются электрические цепи от 6 -35 кВ и реже 110-220В. Вакуумный выключатель способен оградить электрическую сеть от высокого напряжения в процессе коммутации. Одним из плюсов данного оборудования является долгий срок службы, производители заявляют около 25 лет. Профессионалы в данной области прогнозируют вытеснение многих видов выключателей вакуумными заменителями.

Какие бывают вакуумные выключатели

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

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

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

Быстрый и проверенный способ от экспертов, как подключить розетку

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

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

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

Благодаря конструктивным особенностям выключатель обладает рядом преимуществ:

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

Как работает вакуумный выключатель

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

Принцип работы вакуумного выключателя

Как определить где фаза, ноль и земля. Цвета проводов вам помогут.

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

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

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

Главным отличием данного устройства от других типов является то, что электрическая дуга в этом случае гасится вакуумом.

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

Что делать если человека ударило током? Это должен знать каждый, читать всем!

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

Область применения

По своим функциям данное устройство практически ничем не отличается от своих собратьев. Выключатель предназнается для тех же целей: выключатель гарантирует при длительной эксплуатации прохождение номинальных электрических напряжений; обеспечивает надежную коммутацию электрооборудования электротехниками вручную, а также автоматически для изменения конфигурации действующей схемы; устройство обладает функцией отключения электрической системы при возникновении аварийных ситуаций.

Принцип работы вакуумного выключателя

Лучшие производители розеток и выключателей для вашего дома. ТОП самых покупаемых, по мнению покупателей.

Выключатели применяются в трехфазных сетях переменного тока, частота которых составляет от 50Гц до 60Гц. Электрооборудование устанавливается в районах крайнего Севера, а также в жаркой местности. Они выносят температуру от -60 до +40, их работоспособность при этом не уменьшается.

Плюсы вакуумного переключателя

Вакуумный выключатель имеют ряд преимуществ:

Элементарная конструкция. Агрегат не имеет дополнительных устройств, усложняющих устройство.
Надежность в использовании. Поломка такого электрооборудования практически исключается
Быстродействующий прибор.
Высокая скорость восстановления прочности между контактами.
Для их работы не требуются масла или другие горючие вещества.

Кроме этого отмечают ряд дополнительных плюсов:

устройство не имеет больших весовых и габаритных характеристик;
бесшумность при использовании; невысокая стоимость.

К тому же производители гарантируют небольшие расходы на эксплуатацию и ремонт.

Конструкция, работа и ее применение

Технология вакуумных прерывателей была впервые представлена в 1960 году. Но, тем не менее, это развивающаяся технология. Со временем размер вакуумного прерывателя уменьшился по сравнению с размером начала 1960-х годов из-за различных технических разработок в этой области техники. Автоматический выключатель — это устройство, которое прерывает электрическую цепь для предотвращения негарантированного тока, вызванного коротким замыканием, обычно возникающим в результате перегрузки.Его основная функция — прервать прохождение тока после обнаружения неисправности. В этой статье обсуждается обзор вакуумного силового выключателя и его работы. Чтобы узнать больше о автоматических выключателях, прочтите эту статью Типы автоматических выключателей и их значение.

Что такое вакуумный автоматический выключатель?

Вакуумный выключатель — это разновидность выключателя, в котором гашение дуги происходит в вакуумной среде. Операция включения и замыкания токоведущих контактов и взаимосвязанного прерывания дуги происходит в вакуумной камере выключателя, которая называется вакуумным выключателем.

Вакуумный автоматический выключатель

Вакуум, который используется в качестве средства гашения дуги в автоматическом выключателе, известен как вакуумный выключатель, поскольку вакуум обеспечивает высокую изоляционную прочность благодаря превосходным гашению дуги. Это подходит для большинства приложений со стандартным напряжением, поскольку для более высоких напряжений была разработана вакуумная технология, но это нецелесообразно с коммерческой точки зрения.

Работа токоведущих контактов и связанное с этим прерывание дуги происходит в вакуумной камере выключателя, известной как вакуумный прерыватель.Этот прерыватель включает стальную дугогасительную камеру в центре симметрично расположенных керамических изоляторов. Поддержание вакуумного давления внутри вакуумного прерывателя может быть выполнено на уровне 10–6 бар. Характеристики вакуумного выключателя в основном зависят от материала, из которого изготовлены токоведущие контакты, например Cu / Cr.

Принцип работы

Принцип работы вакуумного выключателя заключается в том, что после размыкания контактов выключателя в вакууме между контактами может возникнуть дуга за счет ионизации паров металла в контактах.Но дугу можно легко погасить, поскольку электроны, ионы и пары металлов генерируются по всей дуге, быстро конденсируются на внешней стороне контактов выключателя, поэтому электрическая прочность диэлектрика может быть быстро восстановлена.

Самая важная особенность вакуума заключается в том, что как только дуга возникает в вакууме, ее можно быстро погасить благодаря быстрому повышению диэлектрической прочности вакуума.

Материалы контактов

Материал контактов VCB должен соответствовать следующим свойствам.

Высокая плотность
Контактное сопротивление должно быть меньше
Электропроводность высокая, чтобы пропускать обычные токи нагрузки без перегрева.
Теплопроводность высокая, что позволяет быстро рассеивать большое количество тепла, выделяемого во время дуги.
Термоэлектронная функция должна быть высокой, чтобы обеспечить преждевременное разрушение дуги.
Тенденция к сварке должна быть низкой.
Меньший уровень прерывания тока
Высокая устойчивость к дуге

Температура кипения должна быть высокой, чтобы уменьшить дуговую эрозию.-4 торр.

Материал, используемый для токоведущих контактов, играет важную роль в работе вакуумного выключателя. Такие сплавы, как медь-висмут или медь-хром, являются идеальным материалом для изготовления контактов VCB.

Конструкция вакуумного силового выключателя

Как показано на рисунке выше, вакуумный силовой выключатель состоит из неподвижного контакта, подвижного контакта и вакуумного прерывателя. Подвижный контакт соединен с механизмом управления сильфоном из нержавеющей стали. Дуговые экраны опираются на изолирующий кожух, так что они закрывают эти экраны и предотвращают конденсацию на изоляционном кожухе.Возможность утечки исключается за счет постоянного уплотнения вакуумной камеры, при этом стеклянный сосуд или керамический сосуд используется в качестве внешнего изоляционного тела.

Работа вакуумного выключателя

На рисунке ниже показан разрез вакуумного выключателя, когда контакты разъединены из-за каких-то ненормальных условий, между контактами возникает дуга, дуга возникает из-за ионизации ионы металлов и очень сильно зависят от материала контактов.

Прерывание дуги в вакуумных выключателях отличается от других типов автоматических выключателей. Разделение контактов вызывает выделение пара, который заполняет контактное пространство. Он состоит из положительных ионов, высвобождаемых из контактного материала. Плотность пара зависит от силы тока дуги. Когда ток уменьшается, скорость выделения пара уменьшается, и после обнуления тока среда восстанавливает свою диэлектрическую прочность, если плотность пара уменьшается.

Когда прерываемый ток в вакууме очень мал, дуга имеет несколько параллельных путей.Полный ток делится на множество параллельных дуг, которые отталкиваются друг от друга и распространяются по контактной поверхности. Это называется рассеянной дугой, которую можно легко прервать.

При высоких значениях тока дуга концентрируется в небольшой области. Это вызывает быстрое испарение контактной поверхности. Прерывание дуги возможно, если дуга остается в диффузном состоянии. Если ее быстро удалить с контактной поверхности, дуга снова зажжется.

На гашение дуги в вакуумных выключателях в значительной степени влияют материал и форма контактов, а также метод учета паров металлов.Путь дуги сохраняется, так что температура в любой точке не будет высокой.

После окончательного прерывания дуги происходит быстрое увеличение диэлектрической прочности, что характерно для вакуумного выключателя. Они подходят для переключения конденсаторов, так как это дает безостановочную работу. Небольшой ток прерывается до естественного нуля, что может вызвать прерывание, уровень которого зависит от материала контакта.

Прерывание тока

Прерывание тока в вакуумном выключателе в основном происходит в масляных выключателях, а также в воздухе из-за нестабильности дугового столба.В вакуумных выключателях прерывание тока в основном зависит от давления пара, а также от свойств электронной эмиссии в материале контакта. Таким образом, на уровень измельчения также влияет теплопроводность, когда теплопроводность меньше, тогда уровень измельчения будет ниже.

Можно уменьшить текущий уровень, на котором происходит прерывание, путем выбора материала контакта, обеспечивающего достаточное количество пара металла, чтобы позволить току приблизиться к чрезвычайно низкому значению, однако это не часто делается, поскольку это сильно влияет на диэлектрическую способность.

Свойства вакуумных автоматических выключателей

Изолирующая среда вакуумного силового выключателя является высокой для гашения дуги по сравнению с другими типами автоматических выключателей. Давление в вакуумном прерывателе составляет около 10-4 торрентов, что включает очень мало молекул внутри прерывателя. Этот автоматический выключатель имеет в основном два необычных свойства, например следующие.

По сравнению с другими изоляционными материалами, используемыми в автоматических выключателях, этот автоматический выключатель является лучшей диэлектрической средой.Он превосходит другие среды, кроме SF6 и воздуха, потому что они используются при высоком давлении.

Когда дуга открывается отдельно, перемещая контакты в вакууме, происходит разрыв при нулевом значении основного тока. При прерывании этой дуги их электрическая прочность увеличивается до тысячи раз по сравнению с другими видами выключателей.

Эти свойства сделают автоматические выключатели более производительными, более легкими, а также более дешевыми. Срок службы этих автоматических выключателей высок по сравнению с другими автоматическими выключателями, и они не нуждаются в обслуживании.

Детали вакуумного выключателя

: вакуумный прерыватель, клеммы, гибкие соединения, опорные изоляторы, рабочий стержень, тяговая штанга, общий рабочий сдвиг, рабочий кулачок, стопорный кулачок, замыкающая пружина, размыкающая пружина, нагрузочная пружина и главное звено.

Существует различных типов вакуумных выключателей. доступны в зависимости от производителей, которые обсуждаются ниже.

Вакуумный автоматический выключатель Mitsubishi

Эти автоматические выключатели произведены компанией Mitsubishi Electric.Они обеспечивают высокую безопасность, надежность и защиту окружающей среды. VCB Mitsubishi имеют следующие особенности.

Ассортимент продукции широк.
Нет требований для шести особо опасных материалов.
Название материала проиллюстрировано над основными пластиковыми деталями
Конструкция складывается для установки рамы
Простота обслуживания

Вакуумный автоматический выключатель Siemens

Вакуумные выключатели Siemens SION 3AE5 используются во всех типовых коммутациях. например, в промышленных сетях и распределительных сетях среднего напряжения, от токов короткого замыкания и коммутации нагрузки до секций сборных шин или соединительной сети.Их прочная структура, включая наименьшие размеры по глубине и ширине, поможет снизить потребность в различных панелях.

Таким образом, эти автоматические выключатели доступны через дополнительный заземляющий выключатель для съемных версий и фиксированного монтажа. К основным характеристикам этого автоматического выключателя можно отнести следующее.

Очень просто установить в КРУ среднего напряжения с воздушной изоляцией
Высокая надежность
Компактная конструкция
Дистанционное переключение с помощью пульта дистанционного управления
Низкие затраты на планирование
Длительный срок службы
Простое техническое обслуживание

Испытание вакуумного выключателя

Как правило, испытание выключателя в основном используется для проверки работы как отдельных механизмов переключения, так и времени всей системы отключения.Как только вакуумные прерыватели спроектированы иным образом используются в полевых условиях, то для подтверждения их функции используются в основном три вида испытаний, такие как контактное сопротивление, стойкость к высокому потенциалу и испытание на скорость утечки.

Разница между вакуумным контактором и вакуумным автоматическим выключателем

Вакуумный автоматический выключатель срабатывает из-за ошибки, такой как замыкание на землю, короткое замыкание, повышенное / пониженное напряжение. Контактор обычно подключается последовательно через предохранитель, который позволяет избежать тока короткого замыкания.Основные различия между вакуумным контактором и вакуумным выключателем перечислены ниже на основе различных характеристик.

Вакуумный выключатель	Вакуумный контактор
Коммутационная способность, он переключает токи с низких значений на ток короткого замыкания всей системы	Переключает токи с очень низких значений на Отключающая способность вакуумного контактора без предохранителей.Предохранители работают только на более высокие токи по сравнению с отключающей способностью вакуумного контактора, вплоть до отключающей способности предохранителя
Долговечность высока для механических	Долговечность чрезвычайно высока для механических, таких как 1 000 000 процессов, на срок до до 630A
Долговечность высока для электричества высока, как вакуум, который колеблется от 10k до 50k действий при номинальном постоянном токе. Для вакуума это от 30 до 100 операций при полном номинальном токе короткого замыкания.	Чрезвычайно высокий коммутируемый непрерывный ток составляет от 450000 до 1000000 срабатываний до 630 A. Коммутационный ток короткого замыкания, данные о стойкости не установлены при коротком замыкании Токовый выключатель, требующий замены предохранителей
Не применимы для приложений с очень высоким сроком службы.	Они используются для операций очень частого переключения.
Он работает от электричества	Он работает только от электричества
Он механически фиксируется, потому что выключатель остается замкнутым при потере напряжения в системе.	Обычно вакуумный контактор размыкается при пропадании напряжения в системе ; вакуумный контактор заблокируется, как только напряжение в системе вернется
В нем используются защитные реле	В нем используются защитные реле для защиты от перегрузки и предохранители для защиты от короткого замыкания
Пропуск энергии короткого замыкания составляет низкий	Короткое замыкание пропускает энергию низкая
Подходит дистанционное управление	Подходит дистанционное управление
Управляющая мощность используется для работы CB, защитных реле и обогревателей	Управляющая мощность используется для работы контактора, защитных реле и обогревателей
Он использует большую площадь	Он занимает меньше площади
Его стоимость высокая	Его стоимость умеренная
Его средний уровень обслуживания	Его обслуживание невысокое.

Преимущества VCB

Вакуум обеспечивает максимальную изоляционную прочность. Таким образом, он обладает превосходными характеристиками гашения дуги, чем любая другая среда.

Вакуумный выключатель имеет долгий срок службы.
В отличие от масляного автоматического выключателя (OCB) или воздушного выключателя (ABCB), взрыв VCB предотвращен. Это повышает безопасность обслуживающего персонала.
Нет опасности возгорания
Вакуумный выключатель быстро работает, поэтому идеально подходит для устранения неисправностей.VCB подходит для многократной эксплуатации.
Вакуумные выключатели практически не требуют обслуживания.
Отсутствие выброса газов в атмосферу и бесшумная работа.

Недостатки VCB

Основным недостатком VCB является то, что он неэкономичен при напряжениях, превышающих 38 кВ.
Стоимость выключателя становится чрезмерной при более высоких напряжениях. Это связано с тем, что при высоких напряжениях (выше 38 кВ) требуется последовательное включение более двух номеров выключателя.
Кроме того, производство ВКБ в небольших количествах нерентабельно.

Применение вакуумного выключателя

Вакуумный выключатель сегодня признан самой надежной технологией прерывания тока для распределительных устройств среднего напряжения. Он требует минимального обслуживания по сравнению с другими технологиями автоматических выключателей.

Эта технология в основном подходит для приложений среднего напряжения. Для более высокого напряжения была разработана вакуумная технология, но это нецелесообразно с коммерческой точки зрения.Вакуумные выключатели используются в распределительных устройствах в металлической оболочке, а также в автоматических выключателях в фарфоровом корпусе.

Таким образом, речь идет о работе и применении вакуумных автоматических выключателей (VCB). Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо идей электрических и электронных проектов, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Каков принцип работы VCB ?

Конструкция, работа и применение вакуумного силового выключателя

Вакуумный выключатель (также известный как вакуумный выключатель или VCB) использует процесс гашения дуги в вакууме в качестве коммутационной среды.^-5 торр. Он подходит для распределения электроэнергии среднего напряжения от 22 кВ до 66 кВ.

Конструкция вакуумного выключателя

На рисунке ниже показаны детали вакуумного силового выключателя и их конструкция.

Конструкция вакуумного силового выключателя

Вакуумный выключатель состоит из неподвижного контакта, подвижного контакта и дугового экрана, установленного в вакуумном выключателе. Внешний изолирующий корпус изготовлен из стекла и обладает высокой вакуумной способностью.Подвижный элемент соединен с сильфоном.

Дуговый экран предотвращает ухудшение внутренней диэлектрической прочности, предотвращая попадание металлических паров на внутреннюю поверхность внешнего изоляционного тела. Это позволяет снизить ток прерывания до 3,5 ампер. Для постоянного уменьшения утечки выполняется герметичное уплотнение камеры.

В контактах используется большой стержень с гранями в форме диска. Для отвода тепла при большом токе перегрузки во время горения дуги используются такие контактные материалы, как медный сплав.

Работа вакуумного выключателя

Принцип работы вакуумного выключателя (VCB) — гашение дуги с помощью вакуумных выключателей. Работа VCB зависит от механизма накопленной энергии , использующего замыкающую пружину. Пружинная система снижает рабочий ток включения.

Внутренний вид вакуумного силового выключателя

Заряд замыкающей пружины осуществляется электрически или вручную. В этих VCB замыкающая пружина автоматически перезаряжается после срабатывания цепи.Кнопка отключения активирует отключающую пружину сразу после обнаружения высокого напряжения и размыкает цепь.

Вспомогательные контакты переключателя и первичные контакты разделены. Вспомогательные контакты обеспечивают сигнал запуска для внешнего оборудования (цепи охранной сигнализации и пожарной сигнализации), чтобы инициировать отключение или предупредить пользователя о срабатывании выключателя.

Когда контакты VCB разделены, между контактами образуется дуга. Ионизация происходит из-за высокой температуры из-за образования дуги.Пространство заполнено паром положительных ионов за счет ионизации и разряда материала контакта.

Дуга быстро гаснет из-за металлических паров, ионы, образующиеся во время дуги, быстро рассеиваются. Это называется диффузным режимом.

Теперь обсудим преимущества и недостатки вакуумного силового выключателя.

Преимущества:

Компактный и надежный
Более длительный срок службы
Нет опасности возгорания
Малый ход переключения
Высокая диэлектрическая прочность
Простота обслуживания
Очень быстрое угасание дуги

Недостатки:

Стоимость VCB увеличится, если напряжение превысит 38кВ
Потеря вакуума из-за отказа делает полное отключение тока бесполезным

Приложения VCB

Вакуумный выключатель используется в :

Цепи высокого напряжения
Применяется в подстанциях и генераторах
Прерывание двойного замыкания на землю и токов вне фазы
Приложения, требующие высокой последовательности переключения, используют VCB
Железнодорожные приложения используют этот автоматический выключатель для переключения тягового тока и электроснабжения.
Для переключения моторных приводов.

Заключение

Вакуумные выключатели
(VCB) надежны для прерывания тока в системах среднего напряжения, поскольку они требуют минимального обслуживания. Диапазон напряжения вакуумного прерывателя цепи составляет от 11 киловольт до 33 киловольт.
Они должны включать и отключать весь ток в диапазоне номинальных напряжений. Они отключаются от малых емкостных и индуктивных токов до больших токов короткого замыкания.
Но он не подходит для приложений высокого напряжения, так как увеличивает стоимость и становится неэкономичным. В отличие от масляных или воздушных автоматических выключателей, VCB предотвращает риск возгорания или взрыва.
Вакуумный выключатель
Конструкция и принцип работы
Вакуумные автоматические выключатели (VCB):
В вакуумных автоматических выключателях в качестве среды гашения дуги используется вакуум (степень вакуума в диапазоне от 10-7 до 10-5 торр). любой другой носитель.Например, когда контакты выключателя размыкаются в вакууме, прерывание происходит при первом нулевом токе, при этом электрическая прочность изоляции между контактами нарастает со скоростью в тысячи раз выше, чем у других автоматических выключателей.
Принцип вакуумных автоматических выключателей:
Возникновение дуги в вакуумном выключателе и ее гашение можно объяснить следующим образом:

При размыкании контактов выключателя в вакууме (от 10-7 до 10-5 торр) между контактами возникает дуга за счет ионизации паров металлов контактов.Однако дуга быстро гаснет, так как пары металла, электроны и ионы, образующиеся во время дуги, быстро конденсируются на поверхностях контактов выключателя, что приводит к быстрому восстановлению электрической прочности. Читатель может отметить характерную особенность вакуума в гашении дуги. Как только дуга возникает в вакууме, она быстро гаснет благодаря быстрому восстановлению диэлектрической прочности в вакууме.
Конструкция вакуумных выключателей:
На рисунке ниже показана конструкция вакуумного выключателя .Он состоит из неподвижного контакта, подвижного контакта и дугового экрана, установленного внутри вакуумной камеры. Подвижный элемент соединен с механизмом управления сильфоном из нержавеющей стали. Это обеспечивает постоянное уплотнение вакуумной камеры, чтобы исключить возможность утечки. стеклянный сосуд или керамический сосуд используется в качестве внешнего изоляционного тела. Дуговой экран предотвращает ухудшение внутренней диэлектрической прочности, предотвращая попадание металлических паров на внутреннюю поверхность внешнего изоляционного покрытия.
Работа вакуумных автоматических выключателей:
Это срабатывание вакуумных выключателей . Когда выключатель срабатывает, подвижный контакт отделяется от неподвижного контакта и между контактами зажигается дуга. Образование дуги происходит из-за ионизации ионов металла и во многом зависит от Материал контактов. Дуга быстро гаснет, поскольку пары металла, электроны и ионы, образующиеся во время дуги, рассеиваются за короткое время и захватываются поверхностями подвижных и неподвижных элементов и экранов.Поскольку вакуум имеет очень высокую скорость восстановления электрической прочности, гашение дуги в вакуумном автоматическом выключателе происходит при коротком расстоянии между контактами (скажем, 0,625 см).
Преимущества вакуумных автоматических выключателей:
Вакуумные выключатели имеют следующие преимущества:

(i) Они компактны, надежны и имеют более длительный срок службы.

(ii) Нет опасности возгорания.

(iii) Во время и после работы нет образования газа.

(iv) Они могут отключать любой ток короткого замыкания. Отличительной особенностью VCB является то, что он может полностью отключить любой сильный ток короткого замыкания непосредственно перед тем, как контакты достигнут определенного открытого положения.

(v) Они не требуют особого обслуживания и работают бесшумно.

(vi) Они могут успешно противостоять ударам молнии.

(vii) Они имеют низкую энергию дуги.

(viii) Они имеют низкую инерцию и, следовательно, требуют меньшей мощности для механизма управления.
Применение вакуумных автоматических выключателей:
Для такой страны, как Индия, где расстояния довольно велики и доступ к удаленным районам затруднен, установка таких открытых, не требующих обслуживания автоматических выключателей должна стать несомненным преимуществом. Вакуумные выключатели используются для наружного применения в диапазоне напряжений от 22 кВ до 66 кВ.Даже с ограниченным рейтингом, скажем, от 60 до 100 МВА, они подходят для большинства приложений в сельской местности. Вакуумный выключатель
(VCB) — принцип, конструкция и работа
Что такое VCB?
VCB — это вакуумный автоматический выключатель. В вакуумных выключателях в качестве среды гашения дуги используется вакуум.
Вакуум обеспечивает высочайшую изоляционную прочность. Таким образом, он обладает гораздо лучшими гашением дуги, чем любая другая среда (CB масло в масле, SF6 в выключателе SF6).-5 Торр) между контактами возникает дуга за счет ионизации паров металлов контактов.
Однако дуга быстро гаснет, поскольку пары металлов, электроны и ионы, образующиеся во время дуги, быстро конденсируются на поверхностях контактов выключателя, что приводит к быстрому восстановлению электрической прочности диэлектрика.
Отличительной особенностью вакуума как средства гашения дуги является то, что как только дуга возникает в вакууме, она быстро гаснет из-за высокой скорости восстановления диэлектрической прочности в вакууме.
Конструкция вакуумного силового выключателя
Типичные детали вакуумного силового выключателя показаны на рисунке.
Он состоит из неподвижного контакта, подвижного контакта и дуговой защиты, установленных внутри вакуумной камеры (вакуумный прерыватель) . На данном рисунке он показан как изолирующий сосуд.
Подвижный элемент соединен с механизмом управления сильфоном из нержавеющей стали. Это обеспечивает постоянное уплотнение вакуумной камеры, чтобы исключить возможность утечки.
Детали вакуумного выключателя среднего напряжения
Стеклянный сосуд или керамический сосуд используется в качестве внешнего изоляционного тела.
Дуговый экран предотвращает ухудшение внутренней диэлектрической прочности, предотвращая попадание металлических паров на внутреннюю поверхность внешнего изоляционного покрытия.
Конструкция вакуумного выключателя (внешний и внутренний вид)
Вакуумный выключатель
Прерывание дуги в вакуумном автоматическом выключателе осуществляется с помощью вакуумных выключателей .
В принципе, вакуумный прерыватель имеет стальную дугогасительную камеру в центре и симметрично расположенные керамические изоляторы.
На рисунках ниже показаны основные части типичного вакуумного прерывателя. Современные конструкции этого прерывателя имеют металлический экран, окружающий дугогасительные контакты.
Диаметр контактов и их стержней согласован с диаметрами дуговой камеры и изоляторов. Подвижные контакты выполнены подвижными с помощью металлических сильфонов.
Дуговая камера приварена к фланцу корпуса, который, в свою очередь, припаивается к металлизированным керамическим изоляторам, таким образом образуя герметичный прерыватель. Давление вакуума обычно составляет 10 ^-6 бар.
Поперечное сечение вакуумного прерывателя
Контакты прерывателя как основная деталь, изготовленные из медно-хромового (CuCr) материала спиральной формы, имеют низкие характеристики контактного износа и превосходное выдерживаемое напряжение.
Внутри вакуумного прерывателя
Спиральные контакты создают дугу, возникающую между поверхностями контактов, вращающихся вокруг поверхности контакта, индуцированным магнитным полем, создаваемым спиральной структурой контакта.В результате предотвращается местное нагревание, что приводит к повреждению и мгновенному прерыванию.
Работа вакуумного выключателя
Вакуумный выключатель используется для наружных применений в диапазоне от 22 кВ до 66 кВ. Даже с ограниченным номиналом от 60 до 100 МВА они подходят для большинства приложений в сельской местности.
Работа вакуумных выключателей кратко поясняется ниже:
Когда выключатель срабатывает, подвижный контакт отделяется от неподвижного контакта, и между контактами возникает дуга.Возникновение дуги происходит из-за ионизации ионов металлов и во многом зависит от материала контактов.
Тюльпановые контакты вакуумного выключателя
Применение вакуумного выключателя
В настоящее время вакуумные выключатели применяются не только в энергосистемах среднего напряжения, но также в подстанциях высокого напряжения или в системах передачи.
Это связано с чрезвычайно выгодными характеристиками VCB, такими как высокая отключающая способность, длительный срок службы, безопасность и высокая стоимость.
Основываясь на применении этих высших характеристик, многие многообещающие новые продукты постоянно разрабатываются.
В последние годы вакуумные выключатели получили большое развитие и используются в различных областях, которые обсуждаются в этом разделе.
1. Применение высокого напряжения
После Киотского протокола 1997 года элегаз считается одним из основных газов глобального потепления.
С тех пор вакуумный выключатель стал наиболее вероятным кандидатом в потенциальное оборудование, заменяющее газовые выключатели SF6.
Поскольку он может прерывать ток в вакууме без образования какого-либо особого вредного газа для окружающей среды, а также состоит из обычных керамических или стеклянных и металлических компонентов, вакуумный автоматический выключатель считается более предпочтительным выключателем, чем SF6. один.
Следовательно, желательно увеличение его прикладываемого напряжения до более высокого для замены автоматических выключателей типа SF6.
2. Автоматический выключатель постоянного тока для других применений
VCB считается подходящим для прерывания постоянного тока, потому что VCB может прерываться в условиях очень высоких значений di / dt-dv / dt и при наложении высокочастотного тока на постоянный ток. ток, он может очень легко прервать постоянный ток.
Это означает, что вакуумный прерыватель прост в эксплуатации в условиях очень высоких частот, и, как результат, мы можем спроектировать прерыватель цепи постоянного тока очень небольшого размера.
Вакуумный автоматический выключатель или VCB и вакуумный прерыватель
Вакуумный выключатель — это такой выключатель, в котором гашение дуги происходит в вакууме. Технология подходит в основном для приложений среднего напряжения. Для более высокого напряжения вакуумная технология была разработана, но коммерчески нецелесообразна.Операция размыкания и замыкания токоведущих контактов и связанное с этим прерывание дуги происходит в вакуумной камере выключателя, которая называется вакуумным выключателем .
Вакуумный прерыватель состоит из стальной дуговой камеры, в центре которой расположены симметрично расположенные керамические изоляторы. Давление вакуума внутри вакуумного прерывателя обычно поддерживается на уровне 10 ^{— 6} бар.
Материал, используемый для токоведущих контактов, играет важную роль в работе вакуумного выключателя .Cu / Cr — идеальный материал для изготовления контактов VCB. Технология вакуумных прерывателей была впервые представлена в 1960 году. Но, тем не менее, это развивающаяся технология.
Со временем размер вакуумного прерывателя уменьшается по сравнению с его размером начала 1960-х годов из-за различных технических разработок в этой области техники. Геометрия контакта также улучшается со временем, от стыкового контакта в первые дни он постепенно меняется на спиральную форму, форму чашки и контакт осевого магнитного поля.Вакуумный выключатель сегодня признан самой надежной технологией прерывания тока для распределительных устройств среднего напряжения. Он требует минимального обслуживания по сравнению с другими технологиями автоматических выключателей.
Преимущества вакуумного выключателя или VCB
Срок службы вакуумного выключателя намного больше, чем у других типов автоматических выключателей. Нет такой опасности возгорания, как масляный выключатель. Он намного безопаснее для окружающей среды, чем автоматический выключатель SF ₆.Кроме того, сокращение VCB удобно для пользователя. Замена вакуумного прерывателя (VI) очень удобна.
Работа вакуумного автоматического выключателя
Основная цель любого автоматического выключателя — гасить дугу во время перехода тока через ноль, путем установления высокой диэлектрической прочности между контактами, так что восстановление дуги после нулевого тока становится невозможным.
Диэлектрическая прочность вакуума в восемь раз больше, чем у воздуха, и в четыре раза больше, чем у газа SF ₆.Такая высокая диэлектрическая прочность позволяет гасить вакуумную дугу в пределах очень небольшого контактного зазора. При коротком контактном зазоре, небольшой контактной массе и отсутствии сжатия среды энергия привода, необходимая для вакуумного выключателя, минимальна.
Когда две области контакта лицом к лицу просто разделяются друг с другом, они не разделяются мгновенно, площадь контакта на поверхности контакта уменьшается и в конечном итоге доходит до точки, а затем они, наконец, перестают касаться. Хотя это происходит за доли микросекунды, это факт.
В этот момент расцепления контактов в вакууме ток через контакты концентрируется в этой последней точке контакта на контактной поверхности и образует горячую точку.
Поскольку это вакуум, металл на контактной поверхности легко испаряется из-за этой горячей точки и создает проводящую среду для пути дуги. Затем дуга будет инициирована и продолжаться до следующего нулевого значения тока.

При нулевом токе эта вакуумная дуга гаснет, и пар проводящего металла повторно конденсируется на контактной поверхности.К этому моменту контакты уже разделены, поэтому вопрос о повторном испарении контактной поверхности для следующего цикла тока не возникает. Это означает, что дугу нельзя восстановить снова. Таким образом, вакуумный выключатель предотвращает возобновление дуги, создавая высокую диэлектрическую прочность в контактном промежутке после обнуления тока.
Есть два типа дуги. При отключении тока до 10 кА дуга остается диффузной и в виде парового разряда покрывает всю контактную поверхность.Выше 10 кА рассеянная дуга значительно сужается собственным магнитным полем и сжимается.
Явление вызывает перегрев контакта в его центре. Во избежание этого конструкция контактов должна быть такой, чтобы дуга не оставалась неподвижной, а двигалась под действием собственного магнитного поля. Специально разработанная форма контакта вакуумного выключателя заставляет сжатую стационарную дугу перемещаться по поверхности контактов, тем самым вызывая минимальную и равномерную эрозию контактов.
Вакуумный автоматический выключатель
в работе — ваше руководство по электрике
Привет, друзья, в этой статье я объясняю принцип работы и конструкцию вакуумного выключателя и надеюсь, что моя статья вам понравится.
Высокий вакуум имеет высокую диэлектрическую прочность, и прерывание тока в высоком вакууме происходит при первом нулевом токе. Эти два свойства высокого вакуума делают вакуумные силовые выключатели более эффективными, менее громоздкими и дешевыми. .
Известно, что во время разъединения контактов выключателя дуга образуется из-за ионизации частиц в среде между контактами. В то время как в вакуумных выключателях эта среда между контактами исключена.
Среда, имеющая давление ниже атмосферного (т. Е. 760 мм рт. Ст.), Называется вакуумом, а давление ниже примерно 10 ^-5 торр (1 торр = 1 мм рт. Давление газа от 10 ^-4 до 10 ^-6 торр используется для изоляции в вакуумных выключателях.При таких давлениях газа напряжение пробоя перестает зависеть от давления.
Он имеет очень простую конструкцию по сравнению с воздушным или масляным выключателем. В вакуумном автоматическом выключателе (VCB) токоведущие контакты разделены в вакууме. Разделение контактов и прерывание дуги происходит в вакуумной камере VCB, известной как вакуумный прерыватель .
Наружная оболочка вакуумного выключателя обычно изготавливается из стекла, поскольку стеклянная оболочка облегчает осмотр выключателя снаружи.Между контактами и оболочкой помещается экран для защиты от брызг, обычно из нержавеющей стали, чтобы пары металла не достигли оболочки, поскольку он снижает сопротивление пробою между контактами.
Внутри экрана напыления VCB имеет один фиксированный и один подвижный контакт. Расстояние между контактами должно составлять от 5 до 10 мм в зависимости от рабочего напряжения.
Для перемещения нижнего контакта используется металлический сильфон из нержавеющей стали. Медь-висмут, медь-свинец и медь-хром — это некоторые из сплавов, используемых в качестве контактных материалов.
Нижний конец прерывателя прикреплен к механизму с пружинным или соленоидным приводом, так что металлический сильфон внутри камеры вакуумного прерывателя может перемещаться вверх и вниз во время операций замыкания и размыкания соответственно.
Очень важно понять дугу VCB, чтобы понять принцип работы вакуумного выключателя . В других автоматических выключателях дуга образуется из-за ионизации частиц в среде между контактами.Но вакуумная дуга образуется за счет испарения материала ее поверхности и продолжается до следующего текущего нулевого момента.
В текущий нулевой момент дуга гаснет, и пары контактного металла снова конденсируются на контактной поверхности. Благодаря высокой диэлектрической прочности вакуума вакуумная дуга может быть погашена в пределах очень небольшого контактного зазора.
Ток должен быть отключен в момент нулевого тока; в противном случае из-за прерывания тока будут индуцироваться переходные процессы высокого напряжения. Следовательно, для успешного прерывания дуги она должна быть стабильной до момента, когда ток будет равен нулю.
Стабильность дуги во многом зависит от материала контакта. Таким образом, процесс гашения дуги в VCB зависит от материала и формы контактов, а также от метода конденсации паров металла. Контактная поверхность сконструирована таким образом, что корень дуги продолжает двигаться, так что температура в одной точке контакта не достигает очень высокого значения.
Преимущества вакуумных автоматических выключателей
Прерывание тока происходит при первом нулевом токе после разъединения контактов без повторного включения, что делает его очень подходящим для переключения конденсаторов и кабелей.
Они экологически чистые, невзрывоопасные и бесшумные.
Обеспечивают большое количество операций по нагрузке или короткому замыканию.
Пригоден для многократного использования.
Они имеют долгий срок службы и минимальные требования к обслуживанию.
Недостатки вакуумных выключателей
Для производства требуются высокотехнологичные заводы, а его производство экономично только в больших масштабах.
Номинальное напряжение одиночного прерывателя ограничено примерно 36 кВ.Если мы хотим использовать VCB при напряжении, превышающем это значение, мы должны соответственно использовать больше вакуумных прерывателей. Таким образом, становится неэкономичным при номинальном напряжении более 36кВ .
Применение вакуумных автоматических выключателей
Благодаря короткому зазору и отличным характеристикам восстановления они очень подходят для промышленных приложений с высокоскоростным переключением.
При низкой отключающей способности при коротких замыканиях стоимость VCB сравнительно ниже, чем других отключающих устройств.
Очень подходит и экономично для среднего диапазона напряжения . Обычно они используются при уровнях напряжения до 72 кВ. При превышении этого напряжения их использование становится очень дорогим.
Из-за минимальных требований к техническому обслуживанию эти гидромолоты очень подходят для сельской местности.
Спасибо, что прочитали «Принцип работы и конструкция вакуумного силового выключателя». Для получения более подробной информации посетите Википедию.
ПРИНЦИП И ТИПЫ РАБОТЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
— Электротехника 123
Хорошо известно, что автоматические выключатели — это устройства, которые используются для разрыва цепи и восстановления ее при необходимости.Обычно они известны как переключающие устройства, которые можно активировать вручную или автоматически для управления системами электроснабжения. В случае короткого замыкания или утечки большего количества тока автоматические выключатели автоматически срабатывают для отключения линии питания. Современные энергосистемы из-за огромной потребности в силовой нагрузке теперь работают с огромным количеством тока, поэтому интеллектуальное проектирование автоматических выключателей должно быть таким, чтобы дуга не возникала, чтобы обеспечить работу без потерь любой системы распределения энергии или подстанция .
Автоматический выключатель — это механическое переключающее устройство, способное включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях цепи. Он также способен включать и проводить токи в течение определенного времени и токи отключения при определенных ненормальных условиях цепи, например, при коротком замыкании.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Принцип работы Два контакта, называемые электродом, остаются замкнутыми при нормальных рабочих условиях. При возникновении неисправности в какой-либо части системы на катушку отключения автоматического выключателя подается напряжение, и контакты разъединяются.
Обычно автоматический выключатель состоит из неподвижных и подвижных контактов. Физическое соединение между двумя токоведущими контактами из-за приложенного механического давления на подвижные контакты переводит автоматический выключатель в состояние «включено». Потенциальная энергия может храниться в автоматическом выключателе различными способами: —
Деформирующаяся металлическая пружина
Сжатый воздух
Гидравлическое давление
Эта накопленная потенциальная энергия является основным фактором в работе автоматического выключателя и должна быть выпущенным всякий раз, когда для этого подан сигнал.Это вызывает чрезвычайно быстрое скольжение подвижного контакта, когда это необходимо. Все автоматические выключатели имеют рабочие катушки (катушки отключения и катушки включения), каждый раз, когда на эти катушки включается импульс переключения, плунжер внутри них смещается. Этот плунжер катушки управления обычно прикреплен к рабочему механизму автоматического выключателя , и подвижные контакты механически связаны с этим рабочим механизмом через механизм рычага переключения передач. Имеется преобразование накопленной потенциальной энергии в кинетическую энергию, которая заставляет движущийся контакт двигаться.После завершения цикла срабатывания автоматического выключателя, т. Е. Срабатывания автоматического выключателя, общая энергия снова сохраняется в виде потенциальной энергии с помощью двигателя взвода пружины, воздушного компрессора или любых других средств.
Автоматический выключатель должен выдерживать большую номинальную мощность, также называемую аварийной мощностью. При переносе такой большой мощности всегда существует риск опасно высокой дуги между подвижным и неподвижным контактами во время срабатывания выключателя, когда он заряжен. Для безопасного гашения дуги в автоматическом выключателе электрическая прочность диэлектрика между токоведущими контактами должна быстро увеличиваться во время каждого перехода переменного тока через нулевой ток.Диэлектрическая прочность среды между контактами может быть увеличена несколькими способами: —
Сжатие ионизированной среды, вызывающей дугу, поскольку сжатие ускоряет процесс деионизации среды
Охлаждение среды, образующей дугу, после охлаждения увеличивает сопротивление пути дуги
Замена ионизированной среды искрения свежими газами.
Что такое дуга
Во время размыкания токоведущих контактов в автоматическом выключателе среда между размыкающими контактами становится сильно ионизированной, благодаря чему размыкающий ток приобретает низкий резистивный путь и продолжает течь по этому пути, даже если контакты физически разделены .Во время протекания тока от одного контакта к другому дорожка настолько нагревается, что начинает светиться. Это называется дугой. Каждый раз при размыкании контактов автоматического выключателя по току нагрузки в автоматическом выключателе возникает дуга, возникающая между разделяющими контактами. Пока эта дуга поддерживается между контактами, ток через автоматический выключатель не прерывается окончательно, поскольку дуга сама по себе является проводящим путем для электричества. Для полного отключения тока автоматическим выключателем необходимо как можно быстрее погасить дугу.Основным критерием проектирования автоматического выключателя является обеспечение соответствующей технологии гашения дуги в автоматическом выключателе для быстрого и безопасного отключения тока.
ТИПЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ — ACB
Этот тип автоматических выключателей является автоматическим выключателем, который работает в воздухе при атмосферном давлении. После разработки масляного выключателя воздушный выключатель среднего напряжения (ACB) полностью заменяется масляным выключателем в разных странах.Но в таких странах, как Франция и Италия, ACB по-прежнему являются предпочтительным выбором до напряжения 15 кВ. Это также хороший выбор, чтобы избежать риска возгорания масла в случае масляного выключателя. В Америке автоматические выключатели использовались исключительно для систем напряжением до 15 кВ до разработки новых вакуумных и элегазовых выключателей. В основном доступны два типа автоматических выключателей: воздушный выключатель и воздушный выключатель .
Принцип работы воздушного выключателя — ACB
Принцип работы этого автоматического выключателя существенно отличается от такового в любых других типах автоматических выключателей.Основная цель всех типов автоматических выключателей — предотвратить повторное возникновение дуги после обнуления тока за счет создания ситуации, когда в зазоре между контактами будет выдерживаться восстанавливающееся напряжение системы. Воздушный выключатель делает то же самое, но по-другому. Для прерывания дуги он создает напряжение дуги, превышающее напряжение питания. Напряжение дуги определяется как минимальное напряжение, необходимое для поддержания дуги. Этот автоматический выключатель увеличивает напряжение дуги в основном тремя способами.
Путем увеличения напряжения дуги за счет охлаждения плазмы дуги.При понижении температуры дуговой плазмы подвижность частицы в дуговой плазме уменьшается; следовательно, для поддержания дуги требуется больший градиент напряжения.
Может увеличивать напряжение дуги за счет удлинения пути дуги. По мере увеличения длины пути дуги сопротивление пути увеличивается, и, следовательно, для поддержания того же тока дуги требуется приложить большее напряжение на пути дуги. Это означает, что напряжение дуги увеличивается.
Разделение дуги на несколько последовательных дуг также увеличивает напряжение дуги.
SF ₆ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
В автоматических выключателях этого типа токоведущие контакты погружены в газообразный гексафторид серы. Газ SF ₆ обладает высоким сродством к поглощению свободных электронов, поскольку его электроотрицательность очень высока. Кроме того, SF ₆ — отличный изолятор. Молекулы SF ₆ поглощают свободные электроны дуги и, следовательно, образуют отрицательный ион. Эти отрицательно заряженные ионы имеют очень низкую подвижность по сравнению со свободными электронами.Следовательно, искрение отсутствует, поскольку подвижность зарядов является основной причиной движения тока через газ.
SF ₆ имеет очень высокие диэлектрические свойства, и не только это, его молекулы очень быстро рекомбинируют после прекращения дуги. Газ также может очень эффективно передавать тепло посредством конвекции из-за своей низкой вязкости. Учитывая все эти свойства SF ₆, он становится в 100 раз более эффективным, чем воздух, который используется в автоматических выключателях. Следовательно, они могут использоваться для диапазонов напряжения от 33 кВ до 800 кВ и выше.
Автоматический выключатель SF6
Преимущества SF ₆ Автоматические выключатели
Простая конструкция, меньшая стоимость.
SF6 — негорючий, нетоксичный и химически инертный газ.
В контуре рециркулирует тот же газ.
Не требует обслуживания C.B.
Возможность прерывания низкого и высокого тока короткого замыкания.
Отличное гашение дуги.
Недостатки SF ₆ Автоматические выключатели
SF ₆ является парниковым газом, поэтому автоматический выключатель необходимо производить и обращаться с ним осторожно, чтобы предотвратить его выброс в атмосферу.
Конструкция этих типов автоматических выключателей требует почти в пять раз большей механической энергии, чем масляные выключатели для их надлежащего функционирования.
ВАКУУМНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
В этих автоматических выключателях для гашения дуги используется вакуум. Вакуумные выключатели в основном используются в распределительных сетях среднего напряжения. Вакуумный прерыватель — это вакуумная камера в выключателе, в которой происходят все операции по размыканию и замыканию контактов и гашению связанной дуги.Давление вакуума внутри вакуумного прерывателя обычно поддерживается на уровне 6-10 бар. Прерыватель представляет собой стальную дугогасительную камеру в центре симметрично расположенных керамических изоляторов.
CuCr обычно используется для изготовления контактов вакуумных выключателей, потому что эти токоведущие контакты очень важны для работы этих выключателей. Вакуумный выключатель — это развивающаяся технология, хотя впервые она была представлена в 1960-х годах. Его размер был значительно уменьшен, а геометрия контакта изменилась от стыкового контакта до спиральной формы, формы чашки и контакта с осевым магнитным полем.Они являются одними из самых надежных для использования в распределительных устройствах среднего напряжения и требуют минимального обслуживания.
Вакуумный выключатель
Преимущества вакуумного выключателя
Компактный, надежный и долговечный.
Нет опасности возгорания.
Нет образования газа во время и после работы.