Включение
В отключенном положении выключателя контакты вакуумной камеры (ВДК) удерживаются в разомкнутом состоянии действием отключающей пружины, которое передаётся на подвижный контакт ВДК посредством тягового изолятора. Для включения модуля на обмотку электромагнитного привода разряжается на предварительно заряженный включающий конденсатор блока управления. Импульс тока, протекающий по обмотке электромагнитного привода в результате разряда конденсатора, создаёт магнитное поле в зазоре между якорем и плоским магнитопроводом.
По мере роста тока в обмотке электромагнитного привода сила электромагнитного притяжения между якорем и плоским магнитопроводом возрастает до величины, превышающей силу удержания, создаваемую пружиной отключения. В этот момент якорь привода начинает двигаться по направлению к магнитопроводу, толкая тяговый изолятор и подвижный контакт ВДК.
В процессе движения якоря по направлению к магнитопроводу воздушный зазор уменьшается, благодаря чему сила притяжения якоря увеличивается. Быстро растущая электромагнитная сила стремительно ускоряет движущиеся части модуля до скорости примерно 1 м/с. Такая скорость является оптимальной для процесса включения и позволяет избежать дребезга контактов при их соударении, существенно снижая при этом вероятность пробоя вакуумного промежутка до момента замыкания контактов.
Ускоряющий якорь генерирует в витках обмотки электромагнитного привода противо ЭДС, которая препятствует дальнейшему нарастанию тока в обмотке и даже несколько снижает его.
В момент замыкания контактов подвижный контакт останавливается, а якорь продолжает своё движение ещё на 2 миллиметра, поджимая контакты через пружину дополнительного поджатия контактов.
Достигнув плоского магнитопровода, якорь останавливается, примагнитившись к магнитопроводу привода. В момент остановки якоря он перестаёт индуцировать противо-ЭДС, что приводит к росту тока, необходимого для насыщения кольцевого постоянного магнита до достижения им необходимых магнитных свойств.
Намагниченный до насыщения кольцевой магнит создаёт мощный остаточный магнитный поток, достаточный для удержания якоря привода (и соответственно, контактов модуля) во включенном положении даже после отключения включающего тока вспомогательным контактом.
Испытания на стойкость к механическим воздействиям показали, что усилие удержания, развиваемого постоянным магнитом, достаточно для того, чтобы удерживать модуль во включенном положении так долго, как это необходимо по условиям эксплуатации, даже при воздействии вибрационных и ударных нагрузок.
Отключающая пружина привода также сжимается в процессе движения якоря, накапливая потенциальную энергию для выполнения операции отключения модуля.
Перемещение якоря передаётся на синхронизирующий вал, поворачивая его в процессе перемещения на угол 44°, для обеспечения индикации состояния модуля, управления вспомогательными контактами и приведения в действие блокировочных механизмов распредустройства.
Что это такое и для чего нужно
Назначение этих коммутационных аппаратов заклю чается в следующем :
- О беспечении надежной коммутации электрической цепи в рабочем и аварийном режиме за минимально возможное время.
- Л иквидации аварийных отключений воздушных линий за счет возможности автоматического повторного включения.
Разработка первых образцов началась в 30-х годах прошлого века. В это время еще не было совершенных технологических решений, позволяющих создавать аппаратуру, способную поддерживать глубокий вакуум. Поэтому первые образцы коммутационных аппаратов позволяли отключать только незначительные токи при напряжении до 40 кВ .
После проведенной обширной исследовательской работы к 1957 г. удалось объяснить процессы, происходящие при появлении электрической дуги в разреженном газе. Дальнейшие усилия исследователей в течение 20 лет были направлены на поиск способов, позволяющих предотвратить появление перенапряжений, вариантов предотвращения загрязнения внутренних частей дугогасящей камеры частицами металла, проблем герметичности, методов экранирования.
Результатом работы исследователей стало создание вакуумных выключателей — высоковольтных коммутационных аппаратов, способных работа ть в трехфазных сетях переменного тока. Диапазон напряжений, при котором используются такие выключатели, охватывает электроустановки как до 1000 В, так и до 220 к В.
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
Ручное включение и отключение
В соответствии с требованиями ГОСТ 687-78 ручное включение выключателя не является обязательным. Для реализации этого режима при отсутствии оперативного напряжения используется так называемый «вспомогательный вход по питанию» БУ/TEL или блок автономного питания BAV/TEL.
Попытка включить выключатель вручную путём воздействия на вал или другим образом может привести к выходу его из строя.
Ручное отключение осуществляется путём механического воздействия на кнопку ручного отключения, которая в свою очередь воздействует через вал привода на якоря электромагнитов и разрывает магнитную систему.Пользоваться кнопкой ручного отключения только в случае невозможности отключения выключателя от блока управления.
КРИТЕРИИ И ПРЕДЕЛЫ БЕЗОПАСНОГО СОСТОЯНИЯ
Климатическое исполнение и категория размещения У2 по ГОСТ1550, условия эксплуатации при этом:
- наибольшая высота над уровнем моря до 3000 м;
- верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха в КРУ (КСО) принимают равным плюс 55°С, эффективное значение температуры окружающего воздуха КРУ и КСО – плюс 40°С;
- нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха – минус 40°С;
- верхнее значение относительной влажности воздуха 100% при плюс 25°С;
- окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая газов и паров, вредных для изоляции, не насыщенная токопроводящей пылью в концентрациях, снижающих параметры электропрочности изоляции выключателя.
Рабочее положение в пространстве – любое. Для исполнений 59, 60, 70, 71 – основанием вниз либо вверх. Выключатели предназначены для работы в операциях «О» и «В» и в циклах О – 0,3 с – ВО – 15 с – ВО; О – 0,3 с – ВО – 180 с – ВО.
Параметры вспомогательных контактов выключателя приведены в таблице 3.1.
По стойкости к воздействию внешних механических факторов выключатель соответствует группе М 7 по ГОСТ 17516.1-90, при этом выключатель работоспособен при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот (0,5*100) Гц с максимальной амплитудой ускорения 10 м/с2 (1 q) и многократных ударов с ускорением 30 м/с2 (3 q).
Таблица 3.1 – Параметры вспомогательных контактов выключателя
№ п/п | Параметр | Номинальное значение |
1 | 2 | 3 |
1 | Максимальное рабочее напряжение, В (перем. и пост.) | 400 |
2 | Максимальная коммутируемая мощность в цепях постоянного тока при t=1 ms, Вт | 40 |
3 | Максимальная коммутируемая мощность в цепях переменного | 40 |
4 | Максимальный сквозной ток, А | 4 |
5 | Испытательное напряжение, В (пост.) | 1000 |
6 | Сопротивление контактов, мкОм, не более | 80 |
7 | Коммутационный ресурс при максимальном токе отключения, циклов В-О | 106 |
8 | Механический ресурс, циклов В-О | 106 |
Рисунок 3.1
Выключатели отвечают требованиям ГОСТ687, МЭК-56 и технических условий ТУ У 25123867.002-2000 (а также ИТЕА 674152.002 ТУ; ТУ У 13795314.001-95).
Зависимость коммутационного ресурса выключателей от величины отключаемого тока представлена на рис. 3.1.
Выключатели отвечают требованиям ГОСТ 687, МЭК-56 и технических условий ТУ У 25123867.002-2000 (а также ИТЕА 674152.002 ТУ; ТУ У 13795314.001-95).
Зависимость коммутационного ресурса выключателей от величины отключаемого тока представлена на рис. 3.1.
Устройство и конструктивные особенности
Кроме дугогасящей камеры с контактами в конструкцию полюса вакуумного выключателя входит привод и тяговый изолятор. Для сохранения вакуума внутри дугогасящей камеры применяют сильфон. Он не позволяет проникать другим газам внутрь при движении контакта.
Рисунок 3. Конструкция вакуумного выключателя
Один из контактов закреплен неподвижно, второй – подвижный. Он получает движение через тяговый изолятор посредством электромагнитного привода. Меняя полярность постоянного тока, подаваемого на электромагнит, можно размыкать или замыкать контакты. Для удержания деталей привода в выбранном положении используется постоянный круговой магнит.
Для обеспечения оптимальной скорости движения якоря и уменьшения переходного сопротивления контактов применяется пружинная система. Привод выключателя собран в одном корпусе, куда также входят кинематическая и электрическая схемы для контроля и управления работой. У в ыключателя три полюса, которые разделены между собой.
Управление выключателем осуществляется через блок управления, который выносится на отдельную панель (шкаф) или располагается в корпусе выключателя. Блок управления может быть микропроцессорным или работать на электромеханических реле.
Ресурс по включению и отключению контактов – не менее 20 000 операций. Во время всего срока службы выключатель не требует сложного технического обслуживания. Дугогасящая камера не подлежит ремонту и при необходимости заменяется новой. Конструкция привода предусматривает возможность включения и отключения выключателя вручную.
По исполнению вакуумные выключатели выпускаются для установки как в закрытых распределительных устройствах, так и в открытых. Вакуумные выключатели, предназначенные для установки в закрытых распредустройствах, могут быть выкатного или стационарного исполнения. В этом случае они отделяются от токоведущих частей видимым разрывом, осуществляемым при помощи линейного и шинного разъединителей.
Правила выбора и монтажа
Выключатель выбирают на основании его технических характеристик. Учитывают рабочие параметры уже действующих схем электрических сетей. Выбор осуществляется исходя из максимальных показателей рабочих режимов сети.
Номинальное напряжение должно быть равным или большим, чем номинальное напряжение электрической сети. Выбор по длительному рабочему току производится исходя из максимально возможных параметров. Уставки защит обоснуются расчетами работы при наиболее тяжелых режимах.
Установка вакуумного выключателя проводится с соблюдением всех требований, указанных в нормативно-технической документации, с учетом организационных и технических мероприятий для безопасных работ.
Перед началом монтажа выключателя необходимо убедиться в комплектности и отсутствии дефектов путем внешнего осмотра. При обнаружении на поверхности изоляторов сколов или трещин установка оборудования не допускается.
После проверки внешние поверхности очищаются ветошью без ворса
При этом уделяется особое внимание очистке изоляции полюсов выключателя. Перед установкой коммутационного аппарата проверяется работоспособность и целостность схемы вторичных цепей путем включения и отключения выключателя
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Вакуумные выключатели BB/TEL (далее – выключатели) предназначены для работы в комплектных распределительных устройствах (КРУ) и камерах стационарного одностороннего обслуживания (КСО) внутренней и наружной установки класса напряжения до 20 кВ трёхфазного переменного тока 50 Гц для систем с изолированной и заземлённой нейтралью.
В основе конструктивного решения выключателя лежит использование пофазных электромагнитных приводов с «магнитной защёлкой», механически связанных общим не несущим нагрузку, валом-синхронизатором. Параллельно соединённые катушки электромагнитных приводов фаз выключателя при выполнении команд подключаются к предварительно заряженным конденсаторам в блоках управления (далее БУ/TEL). Такая конструкция позволила достичь следующих отличительных особенностей по сравнению с традиционными вакуумными выключателями (ВВ) (см. табл. 2.1):
- высокий механический и коммутационный ресурс;
- малое энергопотребление по шинам оперативного напряжения (заряд и поддержание в параметрах конденсаторных ёмкостей «ВКЛ», «ОТКЛ»);
- малые габариты и вес;
- лёгкость и простота адаптации в любые типы КРУ, КСО;
- возможность использования в широком диапазоне питающего оперативного напряжения вторичных цепей;
- необслуживаемость на протяжении всего срока эксплуатации;
- низкая трудоёмкость производства и, как следствие, умеренная цена.
Для управления выключателями отделение устройств управления промышленной группы «Таврида Электрик» выпускает блоки управления серий BU/TEL, БУ/ТЕL.
Структура условного обозначения выключателей:
BB/TEL-X-X/X-XX-X
Выключатель вакуумный
Наименование серии
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток отключения, кА
Номинальный ток, А
Климатическое исполнение и категория размещения
Конструктивное исполнение по каталогу
Пример записи обозначения выключателя напряжением 10 кВ с номинальным током отключения 12,5 кА, номинальным током 630 А, климатического исполнения У2, конструктивного исполнения по каталогу:
Выключатель вакуумный
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.
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.
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.
Вакуумные выключатели
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.
- 1. Назначение
- 2. Устройство и принцип действия
- 3. Принцип гашения электрической дуги
- 4. Преимущества и недостатки вакуумных выключателей
- 5. Особенности эксплуатации
- 6. Особенности выбора
- 7. Сферы применения вакуумных выключателей
- Выводы
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.
Распространённые модели
Впервые промышленные модели вакуумных выключателей стали появляться в США, ФРГ и Великобритании в 60-х годах прошлого века. Они производились компаниями General Electric и Siemens. В нашей стране промышленное производство таких выключателей началось в 1980 г.
Среди первых промышленных моделей, введенных в эксплуатацию, стал вакуумный выключатель марки ВВВ-10-2/320. Он был рассчитан на токи отключения до 2000 А и номинальный ток 320 А. Рабочее напряжение составляло 10 000 В.
На данный момент российские производители занимают лидирующие позиции на отечественном рынке и рынках стран СНГ.
Наиболее известна продукция отечественных предприятий:
- ПО «ЭЛКО».
- «Таврида Электрик».
- ОАО «Самарский трансформатор».
- АО НПП «Контакт».
Среди иностранных производителей наиболее распространенными являются:
- Siemens.
- ABB .
Компания «Таврида Электрик» специализируется на проектировании и выпуске вакуумных коммутационных аппаратов напряжением до 35 кВ. Наиболее популярные модели – вакуумные выключатели BB/TEL- 10. Также компания выпускает реклоузеры Smart35 для установки на опорах ВЛ 35 кВ.
Крупнейший отечественный изготовитель вакуумной техники ПО «ЭЛКО» производит выключатели, рассчитанные на работу с напряжением 6- 10 кВ ( серий ВБСК, ВБЧСЭ, ВБП, ВББ), и на напряжение 35 кВ серии ВБН.
ОАО «Самарский трансформатор» производит вакуумные выключатели марок ВВВСТ-10 и ВВСТ-35 по лицензии компании Siemens, рассчитанные на напряжение 10, 20,35 кВ соответственно.
АО «НПП»Контакт» – один из крупнейших российских производителей вакуумных приборов. Ассортимент выпускаемой продукции включает низковольтные вакуумные автоматические выключатели напряжением 1,14 кВ таких марок: КВТ-1,14-2,5/160, КВТ-1,14-2,5/250, КВТ-1,14-4/400, высоковольтные вакуумные выключатели напряжением 6 кВ, 10 кВ (марки ВБЭ, ВБММ, ВБ, ВБПП), 20 кВ (марки ВБ, ВБХ), 27,5 кВ, 35 кВ (марки ВБС, ВБ, ВБЭТ, ВБД, ВБПК) и 110 кВ (марка ВБП-110 кВ).
Компания Siemens предлагает широкий ассортимент вакуумных выключателей марки SION для применения в электроустановках напряжением от 6 до 20 кВ и вакуумные выключатели марки 3 AF напряжением до 40,5 кВ для наружной установки.
Компания АВВ производит вакуумные выключатели для внутренней установки марки VD4 для работы в электроустановках напряжением до 40,5 кВ и выключатели наружной установки марок OVB-SDB, OVB-VBF, PVB/PVB-S.
Эксплуатация вакуумных выключателей BB/TEL–6(10)
ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ BBTEL – 6 (10)
1 Область применения |
2 Общие сведения. |
3 Критерии и пределы безопасного состояния. |
4 Устройство выключателя. |
4.1 Основные части и узлы
|
5.1 Включение |
6 Установка и эксплуатация выключателя Приложение 1 . |
Знание настоящей инструкции обязательно для:
- начальника, мастера группы подстанций и ЦРО службы подстанций;
- оперативного, оперативно-производственного персонала службы подстанций;
- производственного персонала группы подстанций и ЦРО службы подстанций.
