Принцип работы вакуумного выключателя

Ручное включение выключателя с электромагнитным приводом под нагрузку запрещается!

Устройство и работа выключателя

Гашение дуги в выключателе осуществляется вакуумными дугогасительными камерами (КДВ). Электрическая дуга, благодаря специальной форме контактов, создающих собственное продольное (аксиальное) магнитное поле с диффузионной формой горения дуги, распадается и гасится при переходе тока через ноль. Благодаря высокой электрической прочности вакуумного промежутка в течение долей секунды между контактами восстанавливается напряжение.

Выключатель состоит из трех полюсов, закрепленных на корпусе привода выключателя. Каждый полюс содержит вакуумную дугогасительную камеру, механизм дополнительного поджатия контактов КДВ и токовыводы.

1) Пружинный привод состоит из электромагнита взвода пружины, пружины включения, электромагнита включения, блока механических защёлок, демпфирующего гидравлического устройства, электромагнита отключения и аварийных расцепителей. Электрическая схема блока питания и управления выключателем собрана на панели, закреплённой в корпусе привода.

2) Электромагнитный привод состоит из электромагнита включения, блока механических защёлок, демпфирующего гидравлического устройства, электромагнита отключения и аварийных расцепителей. Электрическая схема блока питания и управления выключателем собрана на панели, закреплённой в корпусе выключателя.

Включение выключателя

В исходном положении контакты камеры дугогасительной вакуумной разомкнуты, выключатель удерживается отключающей пружиной в отключенном положении.

Для ручного влючения выключателя с пружинным приводом необходимо предварительно рычагом взвести включающую пружину. После чего производится как оперативное, так и неоперативное включение выключателя нажатием на кнопку «ВКЛ».

2) Оперативное включение выключателя с электромагнитным приводом производится подачей напряжения на электромагнит, якорь электромагнита втягивается и поворачивает вал привода. Рычаги, связанные с валом тяговыми изоляторами, замыкают контакты КДВ и создают усилие поджатия контактов КДВ. Одновременно при повороте вала производится взвод отключающей пружины, переключение блок контактов узла контактного и постановка на механическую защёлку. Происходит включение выключателя.

Ручное неоперативное включение выключателя с электромагнитным приводом осуществляется поворотом вала рычагом.

Ручное включение выключателя с электромагнитным приводом под нагрузку запрещается!

Отключение выключателя

Ручное оперативное и неоперативное отключение выключателя осуществляется красной кнопкой «ОТКЛ», расположенной на панели выключателя.

ВБЭ-10-31,5/ 630-1600 УХЛ2

ВБЭ-10-31,5(40)/ 2000-3150 УХЛ2

ВБЭ-10-31,5(40)/ 630-3150; 4000* УХЛ2

ВБЭ(П)-10-31,5(40)/ 630-3150; 4000* УХЛ2

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

Среди современного высоковольтного оборудования, предназначенного для коммутации электрических цепей в энергетике, особое место отводится вакуумным выключателям. Они широко применяются в сетях от 6 до 35 кВ и реже в схемах 110 или 220 кВ включительно.

Их номинальный ток отключения может составлять от 20 до 40 кА, а электродинамической стойкости — порядка 50÷100. Общее время отключения таким выключателем нагрузки или аварии составляет около 45 миллисекунд.

Каждая фаза цепи надежно отделена изоляторами и в то же время все оборудование конструктивно собрано на едином общем приводе. Шины подстанции подключаются на входные вывода выключателя, а отходящего присоединения — на выводные.

Внутри вакуумной дугогасительной камеры работают силовые контакты, прижимаемые между собой так, чтобы обеспечить минимальное переходное сопротивление и надежное прохождение токов как нагрузки, так и аварии.

Верхняя часть контактной системы стационарно закреплена, а нижняя под действием усилия привода способна перемещаться строго в осевом направлении.

На картинке видно, что контактные пластины расположены в вакуумной камере и приводятся в движение тягами, управляемыми силами натяжения пружин и катушек электромагнитов. Вся эта конструкция расположена внутри системы изоляторов, исключающих возникновение токов утечек.

Стенки вакуумной камеры выполнены из очищенных металлов, сплавов и специальных составов керамики, обеспечивающих герметичность рабочей среды в течение нескольких десятилетий. Для исключения попадания воздуха при перемещениях подвижного контакта установлено сильфонное устройство.

Якорь электромагнита постоянного тока способен двигаться на замыкание силовых контактов или их разрыв за счет смены полярности подаваемого на обмотку напряжения. Постоянный круговой магнит, встроенный в конструкцию привода, удерживает подвижную часть в любом сработанном положении.

Система пружин обеспечивает создание оптимальных скоростей передвижения якоря при коммутациях, исключения дребезга контактов и возможностей пробоев конструкции стенок.

Внутри корпуса выключателя собрана кинематическая и электрическая схемы с синхронизирующим валом и дополнительными блок-контактами, обеспечивающими возможности контроля и управления положением выключателя в любом состоянии.

По своим функциональным задачам вакуумный выключатель ничем не отличается от других аналогов высоковольтного оборудования. Он обеспечивает:

1. надежное прохождение номинальных электрических мощностей при длительной работе;

2. возможности гарантированных коммутаций оборудования электротехническим персоналом в ручном или автоматическом режиме при оперативных переключениях для изменений конфигурации действующей схемы;

3. автоматическую ликвидацию возникающих аварий за минимально возможное время.

Принципиальное отличие вакуумного выключателя состоит в способе гашения электрической дуги, возникающей при разъединении контактов во время отключения. Если у его аналогов для этого создается среда сжатого воздуха, масла или элегаза, то здесь работает вакуум.

Принцип гашения дуги в силовой схеме

Обе контактных пластины работают в среде вакуума, образованного за счет откачки газов из сосуда дугогасительной камеры до 10 -6 ÷10 -8 Н/см2. При этом создается высокая электрическая прочность, характеризующаяся усиленными диэлектрическими свойствами.

С началом движения приводом контактов на разъединение между ними появляется промежуток, сразу содержащий вакуум. Внутри него начинается процесс испарения нагретого металла контактных площадок. Через эти пары продолжает протекать ток нагрузки. Он инициирует образование дополнительных электрических разрядов, создающих дугу в среде вакуума, продолжающую развиваться за счет испарения и отрыва паров металла.

Под действием приложенной разности потенциалов образованные ионы движутся в определенном направлении, создавая плазму.

В ее среде продолжается протекание электрического тока, идет дальнейшая ионизация.

Поскольку выключатель работает с переменным электрическим током, то его направление в течение каждого полупериода меняется на противоположное. При переходе синусоиды через ноль ток отсутствует. За счет этого дуга резко гаснет и обрывается, а отторгнутые ионы металла прекращают выделяться и за 7÷10 микросекунд полностью оседают на ближайших поверхностях контактов или остальных частях дугогасящей камеры.

В этот момент электрическая прочность промежутка между силовыми контактами, заполненная вакуумом, практически мгновенно восстанавливается, чем обеспечивается окончательное отключение тока нагрузки. В следующем полупериоде синусоиды электрическая дуга возникнуть уже не может.

Таким образом, для прекращения действия электрической дуги в среде вакуума при размыкании силовых контактов достаточно переменному току сменить свое направление.

Технологические особенности различных моделей

Конструкции вакуумных выключателей создаются для длительной работы на открытом воздухе или в закрытых сооружениях. Устройства наружной установки изготавливаются с цельнолитыми полюсами, выполненными с изоляцией из кремнийорганических материалов, а для внутренней работы применяют литые компаунды эпоксидных составов.

Вакуумные камеры в заводских условиях изготавливают съемными, оптимально настроенными для установки в литом корпусе. Внутри них уже размещены силовые контакты из специальных сортов легированных сплавов. Они, благодаря примененному принципу работы и конструкции, обеспечивают мягкое гашение электрической дуги, исключают возможности образования перенапряжений в схеме.

Универсальный электромагнитный привод используется во всех конструкциях вакуумных выключателей. Он удерживает силовые контакты в замкнутом или отключенном состоянии за счет энергии мощных магнитов.

Коммутация и фиксация контактной системы осуществляется положением «магнитной защелки», переключающей цепь магнитов на воссоединение или отключение подвижного якоря. Встроенные пружинные элементы позволяют осуществлять ручные переключения электротехническому персоналу.

Для управления работой вакуумным выключателем используются типовые релейные схемы или электронные, микропроцессорные блоки, которые могут быть расположены непосредственно в корпусе привода или выполнены выносными устройствами в отдельных шкафах, блоках или на панелях.

Преимущества и недостатки вакуумных выключателей

К достоинствам относят:

относительную простоту конструкции;

пониженное потребление электроэнергии для производства переключений;

удобство ремонта, заключающееся в возможности блочной замены, вышедшей из строя, дугогасительной камеры;

способность выключателя работать при любой ориентации в пространстве;

повышенную стойкость к коммутационным нагрузкам;

стойкость к возникновению пожара и взрывов;

тихую работу при переключениях;

высокую экологичность, исключающую загрязнение атмосферы.

Недостатками конструкций являются:

относительно низкие допустимые токи номинальных и аварийных режимов;

появление коммутационных перенапряжений во время отключений низких индуктивных токов;

пониженный ресурс дугогасящего устройства по отношению к ликвидации токов коротких замыканий.

Сделайте небольшой донат на развитие сайта «Школа для электрика»!

Принцип гашения электрической дуги.

Типы вакуумных выключателей

Как и любая другая электротехническая продукция, вакуумные выключатели подразделяются на несколько типов, в зависимости от класса напряжения, для которого предназначен аппарат. Поэтому условно их можно подразделить на:

• Устройства на 6 – 10 кВ;
• Устройства на 35 кВ;
• Устройства на 110 – 220 кВ.

Вторым критерием является мощность отключаемого потребителя, в соответствии с которой модели отличаются по максимальному рабочему току или по мощности.

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 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.

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

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.

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

Принцип работы вакуумного выключателя

Рассмотрим принцип работы вакуумного выключателя на конкретном примере.

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

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

Среди всего многообразия выделяются следующие типы:

Самые распространённые модели

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.

Изделия, относящиеся к категории вакуумных выключателей, нуждаются в профессиональном подборе и оценке, поскольку их эксплуатация связана с высокими напряжениями.

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.

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.

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

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.

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.

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

• 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.

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.

Для подбора правильного исполнительного механизма необходимо точно определить такие показатели (критерии):

• Характеристики оборудования,
• Номиналы напряжения, мощности, сопротивления,
• Значения токов отключения, динамической устойчивости,
• Номинал теплового импульса сети,
• Принцип работы бортового микропроцессора,
• Входные, выходные значения сигнала,
• Мощность дуги.

• 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.

Вакуумные выключатели занимают особое место среди современного высоковольтного оборудования. Они используются для коммутации электрических цепей от 6 кВт до 220 кВт включительно.

Назначения и принцип работы 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.

Вакуумный выключатель принципиально отличается от других разновидностей способом гашения электродуги, которая возникает во время отключения оборудования. Если у аналогов при этом сжимается масло, воздух или элегаз, то в данном случае мы имеем дело с вакуумом.

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.

Достоинства и недостатки вакуумных выключателей

В числе преимуществ:

Иногда к недостаткам вакуумных выключателей относят:

• низкие допустимые токи в аварийном и номинальном режимах работы;
• нередкие перенапряжения при отключении индуктивных токов;
• сниженный ресурс устройства дугогасительной камеры, которая не подвержена ремонтам и ее приходится заменять с течением времени.

Но практика показывает, что при правильном обслуживании и эксплуатации все эти небольшие нюансы легко нивелируются.