Что такое выключатель вакуумного типа и зачем он необходим?

Назначение

«Вакуумники» применяются в ячейках КРУ (комплектных сортировочных устройствах) и для коммутации асинхронных двигателей. Лучше всего применение в сетях 6, 10, 35 кВ. Аппараты подойдут для открытых сортировочных устройств напряжением 110 кВ, комплектных трансформаторных подстанций, модернизации уже имеющихся линий, как замена старым воздушным и масляным устройствам.
1. Гарантированную коммутацию оборудования персоналом в ручном и автоматическом режиме.
2. Выключение при появлении опасной ситуации достаточно быстро.
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 воздушным потом, в масляных – создается диэлектрическая среда. А тут в ход идет вакуум.

Включение выключателя

Командой
на включение от управляющего блока
подается стабильное напряжение на
катушку электромаг­нита 9 (смотри
рисунок 1).
Рисунок 1 – Полюс
вакуумного выключателя
Под
действием электро-магнитных сил якорь
11 начинает двигаться вверх и через
пружину поджатия 6 заставляет двигаться
тяговый изоля­тор 5 и подвижный контакт
3, сжимая при этом пружину выключения
7. После замыкания контактов 1 и 3 якорь
продолжает двигаться еще 2 мм до конца,
сжимая пружину 6 и созда­вая нужное
поджатие между контактами выключателя
в вакуумной дугогасительной камере
(ВДК).

Особенности конструкции

Каждая модификация низковольтного и высоковольтного вакуумного выключателя отличается по собственной компоновочной схеме. Это связано с работой при разном номинале значения тока и напряжения. Изготовители тоже не остаются в стороне. Каждый реализует собственные инновационные идеи в железе, что проявляется на комплектности аппарата добавочными компонентами и компоновке. Мы же не будем разбираться в брендовых «фишках», а взглянем на конструкцию аппарата в общем и попытаемся разобраться, как он устроен и работает.
Выключатель состоит из общего корпуса с приводом коммутации, на котором закреплены 3 полюса силовых цепей. В середине каждого поставлена герметическая вакуумная камера, которая состоит из контактной группы и специализированных экранов, защищающих внутренние изолирующие поверхности от металлического налета, вследствие эрозии контактов.
Система контактов включает 2 элемента: неподвижный контакт, жестко закрепленный к нижнему фланцу, и подвижный, совмещённый с верхним фланцем так, что герметичность вакуумной дугогасительной камеры не нарушается.
Рабочий принцип выключателя сводится к отключению питания подвижных контактов трех полюсов одновременно при помощи приводного механизма пружин вручную или автоматично. Управление происходит по типовым релейным схемам либо при помощи электронных блоков коммутации. Такие элементы как правило ставятся конкретно на корпусе выключателя или выполнены в выносном исполнении в виде специализированной панели (пульта) или шкафа.
Конструкция вакуумного выключателя включает два элемента: подвижный и неподвижный контакты. Устройство оборудуется тремя полюсами, на каждом из которых имеются пофазно установленные электромагнитные приводы. Эти приводы устанавливаются на одном основании.
Расположенные в середине прибора фазные приводы соединяются между собой за счёт вала, который выполняет синхронизацию фаз и оберегает от неполных фаз. Более того, вал предназначается для механической блокировки размещенных неподалеку сортировочных систем и управления индикацией расположения контактов.
Как пример рассмотрим характерности вакуумного выключателя от компании «Таврида Электрик» (серия BB/TEL).

1. Вакуумная камера у которых есть функция дугогашения.
2. Основание.
3. Крышка.
4. Вал синхронизации.
5. Дополнительные контакты.
6. Блокировочная тяга.
7. Привод.
8. Узел блокировочный торцевой.

На рисунке видно, что выключатель вакуумного типа нагрузки в себя включает три полюса, которые имеют пофазно встроенные приводы электромагнитного типа. Приводы установлены на общем основании. Все приводы соединяются между собой с помощью вала.
Характерности одного из полюсов с минимальным током 2 тысячи ампер показаны на рисунке ниже.

1. Вывод сверху.
2. Дугогасящая камера, вмонтированная в пустотелые изоляторы. Двигающиеся контакты за счёт изоляционных тяг скреплены жёстким соединением с приводами.
3. Дополнительные контакты.
4. Кулак.
5. Блокировочная тяга.
6. Вал синхронизации.
7. Электромагнитный вал, оборудованный защелкой на магните.
8. Пружина для прижатия контактов.
9. Пружина выключения контактов.
10. Приводной якорь.
11. Кольцевой магнит.
12. Приводная катушка.
13. Плоский привод.
14. Тяговый изолятор.
15. Опорное изолирующее устройство.
16. Нижний вывод.

Магнитный привод может находиться в одном из 2-ух положений: «включено» или «выключено». Закрепление якоря в перечисленных положениях выполняется без применения механических щеколд. Фиксация возможна благодаря упругой пружине в положении «выключено» и кольцевому магниту в положении «включено». Подключение и выключение выполняется за счёт передачи управляющих импульсов разнополярных стрессов на обмоточную катушку привода.

Выключение выключателя

Командой
на выключение от управляющего блока на
катушку 9 подается напряжение
противоположной поляр­ности, чем при
включении. Магнит 10 при этом частично
размагничивается, якорь 11 снимается с
магнитной щеколды и под действием
пружин 7 и 6 передвигается одновременно с
подвиж­ными частями выключателя в
отклю­ченное положение.
В этом
положении они держатся силой
отключающей пружины 7. Ручное выключение
выполняется воздействием на кнопку
ручного выключения, которая через
толкатель 15, шарнирно связанный с валом
8, и через кулачок 7 с якорем 12, срывает
якорь с магнитной щеколды и отключа­ет
выключатель.
Конструкцию
полюса вакуумного выключателя можно
детально рассмотреть, применяя файл
«Конструкция полюса ВВ».

Способ гашения дуги

Работа выключателя основывается на конкретных физических процессах, независимо от номинала напряжения аппарата. Рассмотрим детальную схему функционирования.
Оба контакта работают в вакуумной обстановке, достигаемой за счёт удаления газов из дугогасительной камеры. Тем самым достигается большая диэлектрическая стабильность. Во время выключения аппарата приводом, между контактами образуется вакуумный просвет. При размыкании поверхностей возникает железный пар, через который продолжает протекать переменный ток нагрузки. Под действием большого напряжения, ионы металла двигаются в одном направлении, и греются до состояния плазмы.
Выключатель работает на переменном токе, который меняет собственное направление по синусоидальному закону. При его нулевом значении происходит угасание дуги, а ионы металла больше не отличаются и оседают на поверхности контакта или электростатических экранах дугогасительной камеры. Одновременно, в промежутке между контактами образуется вакуум, который препятствует последующему протеканию тока нагрузки и в следующий полупериод синусоиды дуговой разряд не может появиться.
Благодаря подобному принципу работы, обеспечивается прекрасное быстродействие, а разрушение контактов при разряде небольшое.

Устройство вакуумной дугогасительной камеры

Одним из самых главных
компонентов выключателя считается вакуумная
дугогасительная камера (ВДК), разработанная
спе­циалистами предприятия «Таврида
Электрик».
ВДК
серии TEL выпускается «Таврида Электрик»
с использованием последних достижений
новых технологий. Она имеет
небольшие размеры и массу. Износ контактов
при совершении 50000 операций выключения
минимального тока не превышает 1 мм.

Плюсы

Все собственные достоинства вакуумные выключатели показывают в электрических установках, где происходит огромное количество коммутаций. По этому аппараты работают особо прекрасно в системах управления блоков питания и электрических двигателей.
• Большая надежность в сравнении с масляными или воздушными выключателями. Что это означает? Кол-во отказов выключателей вакуумного типа значительно меньше, чем у упомянутых выше коммутационных устройств. Это с решительностью можно назвать важным преимуществом.
• Большой эксплуатационный период. Выключатель прослужит 25 лет, после этого его заменяют новым.
• Быстродействие. Причина тому — более серьезный критерий вакуума на пробой электротоком, чем масло или воздушная среда. По этому ход контактов дугогасительной камеры у выключателя составляет всего 6—10 мм, против 100 мм у масляных моделей. Скорость срабатывания около 2 мс, другими словами, моментально. Плюс ко всему вакуумная конструкция обладает продолжительным механическим ресурсом.
• Невысокие рабочие затраты. Это вызвано дугогосящей средой. В тех же воздушных или масляных выключателях имеется потребность в пополнении оной. Вакууму ничего аналогичного не надо. Полюса делаются в герметичном и неразборном исполнении.
• Относительная конструкционная простота. Нет сопутствующих элементов в виде масляных баков или компрессорных установок, за которыми требуется регулярно наблюдать и эксплуатировать.
• Выключатель справляется с собственными функциями одинаково прекрасно независимо от ориентации в пространстве.
• Высокая коммутационная устойчивость. Выключатель без ревизии и ремонта выдерживает до 20 тыс. выключений с рабочей величиной токов и до 200 выключений при токе КЗ (ресурс зависит от определенной вариации аппарата и величины электрического тока КЗ). Ни один вид выключателей не способен обеспечить такой рабочий срок без профилактических мероприятий.
• Удобство ремонта и обслуживания. Вся система выстроена по блочному принципу. Один заменяется на другой без надобности разбора и восстановления.
• Небольшие размеры. При одних и тех же рабочих значениях токов и стрессов, размеры и масса вакуумного выключателя будут намного меньше, чем заменителей.
• Безопасность. Отсутствие утечек масла или газа формируют большую степень пожарной и безопасности в экологическом плане коммутационного аппарата. Срабатывает выключатель вакуумного типа тише, чем воздушник. Последний «бьет» очень громко, как выстрел ружья, который слышно за 500 м.

Работа и техобслуживание

Нетребовательные в обслуживании вакуумные выключатели рекомендуется проверять не реже 1 раза в 4 года. Но периодичность может быть другая. Все может зависеть от конструктивного выполнения коммутационного аппарата и регламентируется в техдокументации.
Обслуживание выключателей вакуумного типа предполагает проверку изоляторов на наличие трещин, сколов, загрязнения и следов разрядов.
Камера полюса герметическая, вакуум сберегается весь служебный срок устройства. По этому полюса не ремонтируют, а заменяют полностью.
• Измерение сопротивления изоляции.
• Тестирование очень высоким напряжением.

• Проверка механических частей.
• Замер времени срабатывания.
• Осмотр состояния контактов (метод построен на измерении сопротивления постоянному току).
После всех проведенных испытаний составляется нормативный документ, свидетельствующий о работоспособности аппарата или его непригодности к дальнейшего использования.

Советы по выбору

• Характеристики оборудования, для которого ставится аппарат.
• Номинальные значения напряжения, сопротивления и мощности.

• Величина токов выключения и динамическая устойчивость.

Про изготовителей

Сегодня вакуумные выключатели выпускают масса фирм, среди них особо выделяются: General Electric, Siemens, ABB, группа «Таврида Электрик» и остальные популярные бренды.

Мастера полагают, что вакуумные выключатели — перспективная разновидность коммутационных устройств. Благодаря собственным плюсам и большими рабочими показателям, такие аппараты наиболее подходят в применении. Конструкции регулярно улучшаются, а характеристики постоянно совершенствуются. Так, в 2007 г.